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Computerhardware für Anfänger 1 Computerhardware für Anfänger Dieses Buch wurde in die Liste empfehlenswerter Bücher aufgenommen. Dieses Wiki-Buch vermittelt grundlegende Hardware-Kenntnisse, die jeder PC-Benutzer haben sollte. Das Buch ist aus Lehrgängen für Verkäuferinnen, Apothekerinnen, Anwälte und Steuerberater entstanden. Es soll für jeden verständlich sein und bleiben. Es werden nur minimale technische Kenntnisse vorausgesetzt. Das Buch ist für Leute geschrieben, die ihren Computer regelmäßig benutzen und etwas mehr über die Hardware mehr wissen wollen. Es ist kein Einsteigerbuch für Leute, die erstmals an einem PC sitzen. Wie man Windows (oder ein anderes Betriebssystem) startet, benutzt und beendet, wie man die Maus benutzt und Anwendungen startet, sollte bekannt sein. Das Buch Computerhardware für Anfängersoll Ihnen helfen, Mit dem Computer sachkundig umzugehen und Warnzeichen für Gefahren zu erkennen, Technische Daten des eigenen Computers ermitteln zu können, Angebote und Anzeigen bewerten zu können und Fallen zu umgehen, Computerspezialisten und Verkäufern die richtigen Fragen stellen zu können, Bei Neukauf oder Aufrüstung eines Computers mehr Leistung für Ihr Geld zu erhalten, Sich sicher zu fühlen, wenn jemand mit Ihnen über Computer reden will. Dieses Hardware-Anfängerbuchist eine Zusammenstellung der wichtigsten Seiten aus dem viel umfangreicheren Buch Computerhardware. Wenn Sie mehr über Hardware wissen wollen, lesen Sie dort. Was ist eigentlich "Hardware"? Hardware ist der materielle Teil des Computers: Das Gehäuse mit Prozessor, Festplatte und DVD-Laufwerk, der Bildschirm, der Drucker. Man kann die Komponenten anfassen, sie haben ein Gewicht und werden mit dem Schraubendreher installiert. Auf Hardware gibt es Garantie. Software ist im Gegensatz dazu der nicht-materielle Teil des PC: Das Betriebssystem, Word, Internet Explorer und alle anderen Programme. Software wird mit Tastatur und Maus installiert. Software-Hersteller geben keine Garantie auf ihr Programm, denn fehlerfreie Software gibt es nicht. Inhaltsverzeichnis Grundlagenwissen ist wichtig Warum arbeitet der PC mit Binärzahlen? Die Zentraleinheit und die Peripherie Der Prozessor, dessen Cache-Speicher und die CPU-Kühlung Die Hauptplatine, Bestandteile, Anschlüsse und das BIOS Speicher: ROM und RAM Flash-Speicher für USB-Memorysticks und schnelle Festplatten Die Festplatte: Funktion, Pflege, Gefahren CD und DVD Diskettenlaufwerk: Veraltet? Tastatur, Maus, Touchpad und Grafiktablett

Computerhardware für Anfänger - ken.chlueg/informatik/Hardware_fuer_Anfaenger.pdf · Computerhardware für Anfänger 1 Computerhardware für Anfänger Dieses Buch wurde in die Liste

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  • Computerhardware fr Anfnger 1

    Computerhardware fr Anfnger

    Dieses Buch wurde in die Liste empfehlenswerter Bcher aufgenommen.

    Dieses Wiki-Buch vermittelt grundlegende Hardware-Kenntnisse, die jeder PC-Benutzer haben sollte. Das Buch istaus Lehrgngen fr Verkuferinnen, Apothekerinnen, Anwlte und Steuerberater entstanden. Es soll fr jedenverstndlich sein und bleiben. Es werden nur minimale technische Kenntnisse vorausgesetzt.Das Buch ist fr Leute geschrieben, die ihren Computer regelmig benutzen und etwas mehr ber die Hardwaremehr wissen wollen. Es ist kein Einsteigerbuch fr Leute, die erstmals an einem PC sitzen. Wie man Windows (oderein anderes Betriebssystem) startet, benutzt und beendet, wie man die Maus benutzt und Anwendungen startet, solltebekannt sein.Das Buch Computerhardware fr Anfnger soll Ihnen helfen,

    Mit dem Computer sachkundig umzugehen und Warnzeichen fr Gefahren zu erkennen,Technische Daten des eigenen Computers ermitteln zu knnen,Angebote und Anzeigen bewerten zu knnen und Fallen zu umgehen,Computerspezialisten und Verkufern die richtigen Fragen stellen zu knnen,Bei Neukauf oder Aufrstung eines Computers mehr Leistung fr Ihr Geld zu erhalten,Sich sicher zu fhlen, wenn jemand mit Ihnen ber Computer reden will.

    Dieses Hardware-Anfngerbuch ist eine Zusammenstellung der wichtigsten Seiten aus dem viel umfangreicherenBuch Computerhardware. Wenn Sie mehr ber Hardware wissen wollen, lesen Sie dort.

    Was ist eigentlich "Hardware"?Hardware ist der materielle Teil des Computers: Das Gehuse mit Prozessor, Festplatte und DVD-Laufwerk, derBildschirm, der Drucker. Man kann die Komponenten anfassen, sie haben ein Gewicht und werden mit demSchraubendreher installiert. Auf Hardware gibt es Garantie.Software ist im Gegensatz dazu der nicht-materielle Teil des PC: Das Betriebssystem, Word, Internet Explorer undalle anderen Programme. Software wird mit Tastatur und Maus installiert. Software-Hersteller geben keine Garantieauf ihr Programm, denn fehlerfreie Software gibt es nicht.

    Inhaltsverzeichnis Grundlagenwissen ist wichtig Warum arbeitet der PC mit Binrzahlen? Die Zentraleinheit und die Peripherie Der Prozessor, dessen Cache-Speicher und die CPU-Khlung Die Hauptplatine, Bestandteile, Anschlsse und das BIOS Speicher: ROM und RAM Flash-Speicher fr USB-Memorysticks und schnelle Festplatten Die Festplatte: Funktion, Pflege, Gefahren CD und DVD Diskettenlaufwerk: Veraltet? Tastatur, Maus, Touchpad und Grafiktablett

    http://de.wikibooks.org/w/index.php?title=Datei:Qsicon_exzellent.pnghttp://de.wikibooks.org/w/index.php?title=Datei:Qsicon_exzellent.pnghttp://de.wikibooks.org/w/index.php?title=Wikibooks:Empfehlenswerte_B%C3%BCcherhttp://de.wikibooks.org/w/index.php?title=Computerhardware

  • Computerhardware fr Anfnger 2

    Bildschirm: Rhre oder Flach? Grafikkarte: Funktionsweise, Onboard oder nicht? Sound und Fernsehen Gehuse, Bauformen, Formfaktor Netzteil und Khlung Notebooks: Besonderheiten, Kaufkriterien Tintendrucker und Laserdrucker Gedanken vor dem Kauf Eigenbau, Reklamationen und Umtausch Warum altern Computer? Fachbegriffe

    Grundlagenwissen

    Vor etwa dreiig Jahren wurden die Grundlagen gelegt, nach denen die heutigen PC und fast alle anderen Computersowie deren Software funktionieren. Die Reklame und die Fachzeitschriften vermitteln uns den Eindruck, es wrdenstndig revolutionre Innovationen eingefhrt. Mitunter wird sogar technologischer Rckschritt als Fortschrittdeklariert. Natrlich wissen Sie, dass Reklame nicht den Zweck hat, Sie zu informieren, sondern Sie zum Kauf zuanimieren (Das ist neu! Das mssen Sie unbedingt kaufen!), und Fachzeitschriften mssen sich mit reierischenArtikeln von der Konkurrenz abheben und ber jede Neuheit und jedes Gercht als Erste schreiben.Haben Sie schon einmal darber nachgedacht, dass beim PC Neu oftmals bedeutet Voreilig auf den Markt geworfen und noch nicht in der Praxis bewhrt Die Nachbesserungen werden im Internet verffentlicht, der Kunde wird sie dort schon finden. Wenn 80% der Kufer zufrieden sind, reicht es aus.Aber wo sind denn die wirklichen Innovationen zu finden?1. 1948 wurde der Transistor erfunden und Norbert Wiener begrndete die Kybernetik. Die Schaltungen und

    Verfahren, nach denen CPU, RAM, ROM, Disketten und Festplatten arbeiten, galten in den 60er Jahren bereitsals bewhrte Technologien. 1960 wurde der Tintenstrahldrucker erfunden, 1963 die Maus und 1971 derLaserdrucker. Seitdem ist alles kleiner, schneller und hher integriert, aber nicht prinzipiell anders.

    2. 1974 entwickelte Intel den 8-Bit-Prozessor i8080. Der 1978 entwickelte Nachfolger 16-Bit-Prozessor i8086wurde kompatibel konstruiert, so dass die Programme des Vorgngers nach einer automatischen Umkodierungauf dem i8086 lauffhig waren. Intel hat sich 1978 gegenber IBM verpflichtet, jeden neuen Prozessorabwrtskompatibel zu entwickeln und hlt sich auch daran, ebenso wie AMD und andere Prozessorhersteller.Abwrtskompatibel bedeutet, dass alte Programme auf nachfolgenden Prozessoren laufen, selbst 30Jahre alteProgramme!

    3. E-Mail ist auch nicht so neu, wie man denkt. Die ersten Versuche wurden bereits 1971 durchgefhrt. Im Jahr1979 stellte Eric Allman das Programm Delivermail fertig, das 1981 in Sendmail umbenannt wurde. Diebergroe Mehrzahl der E-Mail-Server benutzt dieses Programm auch heute noch in einer weiterentwickeltenVersion als elektronisches Postamt.

    Auch auf dem Gebiet der Software wurden die Grundlagen schon vor langer Zeit gelegt:1. 1974 wurde das Betriebssystem CP/M entwickelt und 1981 erschien das daran angelehnte MS-DOS1.0 als erstes

    Betriebssystem von Microsoft. Alle paar Jahre gab es eine weiterentwickelte Version von MS-DOS, die letzte hatte die Versionsnummer 6.22. Fr diejenigen, die DOS nicht kennen: Dieses Betriebssystem benutzt keine Maus und luft in reinem Textmodus. Alle Befehle muss man an der Tastatur eintippen. Beispiel fr einen

    http://de.wikibooks.org/w/index.php?title=Computerhardware_f%C3%BCr_Anf%C3%A4nger:_Glossar%23CPUhttp://de.wikibooks.org/w/index.php?title=Computerhardware_f%C3%BCr_Anf%C3%A4nger:_Glossar%23RAMhttp://de.wikibooks.org/w/index.php?title=Computerhardware_f%C3%BCr_Anf%C3%A4nger:_Glossar%23ROMhttp://de.wikibooks.org/w/index.php?title=Computerhardware_f%C3%BCr_Anf%C3%A4nger:_Glossar%23Intelhttp://de.wikibooks.org/w/index.php?title=Computerhardware_f%C3%BCr_Anf%C3%A4nger:_Glossar%238-Bit-Prozessorhttp://de.wikibooks.org/w/index.php?title=Computerhardware_f%C3%BCr_Anf%C3%A4nger:_Glossar%23Kompatibilit%C3%A4thttp://de.wikibooks.org/w/index.php?title=Computerhardware_f%C3%BCr_Anf%C3%A4nger:_Glossar%23IBMhttp://de.wikibooks.org/w/index.php?title=Computerhardware_f%C3%BCr_Anf%C3%A4nger:_Glossar%23AMDhttp://de.wikibooks.org/w/index.php?title=Computerhardware_f%C3%BCr_Anf%C3%A4nger:_Glossar%23Betriebssystemhttp://de.wikibooks.org/w/index.php?title=Computerhardware_f%C3%BCr_Anf%C3%A4nger:_Glossar%23DOS

  • Computerhardware fr Anfnger 3

    DOS-Befehl: xcopyc:\texte\*.doca:\*.doc/d/s/e/y. Solche Kommandozeilenbefehlewerden von hardgesottenen Profis benutzt, weil einige dieser Befehle viel effektiver sind als das Klicken mit derMaus, und manche der klassischen Befehle knnen die letzte Rettung sein, wenn Windows nicht mehrfunktioniert.

    2. Um das Betriebssystem bedienerfreundlich zu gestalten, entwickelte Microsoft einen grafischen Zusatz fr DOS.Diese GUI (Grafisches User Interface, deutsch: Grafische Bedienoberflche) heit Windows. Nun konnte jederwhlen, ob er kryptische Befehle eintippen oder lieber mit der Maus klicken will.

    3. Bei jeder neuen Version eines Betriebssystems achten die Entwickler darauf, dass neben allen Verbesserungenauch smtliche alten Befehle weiterhin funktionieren. Dadurch knnen Sie nach dem Umstieg auf ein moderneresBetriebssystem Ihre lteren, lieb gewonnenen Programme weiter verwenden und natrlich auch Ihre Daten weiterbenutzen. Dieses freundliche Prinzip nennt man (Abwrts-)Kompatibilitt. Dadurch kann ich auch heute noch diemeisten Befehle verwenden, die ich in den 80er-Jahren gelernt habe.

    4. Windows 2000, XP und 2003 und Vista laufen nun zwar ganz ohne DOS. Die Forderung nach Kompatibilittbetrifft auch die klassischen DOS-Befehle. Deshalb besitzen die neuen Windows-Versionen ein Fenster frDOS-Befehle, die sogenannte Eingabeaufforderung. Die DOS-Befehle wurden teilweise weiterentwickelt und eskamen viele neue Befehle hinzu. Darum spricht man nicht mehr von DOS-Befehlen, sondern vonKommandozeilenbefehlen. Das Befehlssortiment ist so umfangreich, dass sich moderneWindows-Betriebssysteme fr Server vollstndig mit Kommandozeilenbefehlen installieren, konfigurieren undbedienen lassen, ohne auch nur einen einzigen Mausklick zu vollziehen.

    5. Es gibt nicht nur das fast immer verwendete Windows als Betriebssystem fr PCs, sondern auch eine Vielfalt analternativen Betriebssystemen, von denen Linux das bekannteste ist. Die Wurzeln dieser Betriebssysteme reichenmeist noch weiter zurck, als die von Windows.

    Seitdem wurden Hard- und Software Jahr fr Jahr in kleinen Schritten verbessert: hhere Taktfrequenzen, hherePackungsdichten auf dem Chip und auf der Festplattenoberflche, hhere Drehzahlen, mehr Farben usw. DurchWeiterentwicklung und Massenfertigung sind die Preise gesunken. Aber wo sehen Sie etwas grundstzlich Neues? Das bedeutet, dass ein solides Grundlagenwissen kaum veraltet. Es ist interessant, hilfreich und gewiss keine

    Zeitvergeudung, sich mit den Grundlagen zu beschftigen. Grundlagenwissen ist unumgnglich, um in neuen Entwicklungen hinter den Werbeversprechen und

    Testberichten das Wesentliche zu erkennen und zu bewerten. Grundlagenwissen ist notwendig, um den Verkufer das Richtige fragen zu knnen, statt auf ihn hereinzufallen. Grundlagenwissen hilft oft gerade dann weiter, wenn die Hard- oder Software spinnt und einem allmhlich die

    Ideen ausgehen, was man noch versuchen knnte.Sicherlich htten sich die Hlfte der Computerprobleme und der berwiegende Teil der Datenverluste vermeidenlassen, wenn der Benutzer im entscheidenden Moment geahnt htte, was er tut oder wenigstens geahnt htte, abwann es kritisch wird.Den meisten Leuten, die sich fr Computer interessieren, fehlen diese Grundlagen vollkommen. In der Schule wirdsolches Wissen bisher nicht vermittelt. In Fachzeitschriften wird Grundlagenwissen leider nur selten undunsystematisch geboten. Die Redakteure und Autoren sind Computerfreaks und schreiben fr andereComputerfreaks in deren Sprache.Wer mehr ber seinen Computer wei, wird weniger Probleme haben und weniger (teure und nervenaufreibende)Fehler begehen. Vielen Computerbenutzern, die sich eigentlich berhaupt nicht fr Technik interessieren, ist dasbereits mehr oder weniger klar. Dieses Buch soll Ihnen Grundlagenwissen vermitteln, das Ihnen bei realenpraktischen Problemen hilft oder diese Probleme vermeidet. Regeln und Empfehlungen sollen begrndet werden.Am Wichtigsten aber ist:

    http://de.wikibooks.org/w/index.php?title=Computerhardware_f%C3%BCr_Anf%C3%A4nger:_Glossar%23Kommandozeilenbefehlhttp://de.wikibooks.org/w/index.php?title=Computerhardware_f%C3%BCr_Anf%C3%A4nger:_Glossar%23Eingabeaufforderung

  • Computerhardware fr Anfnger 4

    Jeder kann dieses Buch verstehen, auch wenn er/sie sich eigentlich fr Technik berhaupt nicht interessiert.Natrlich werden Fachwrter verwendet, aber sie werden erklrt.

    Auch wer an seinem PC basteln will, sollte dieses Buch unbedingt lesen. Fehler vermeiden ist cool! Auerdemkann gerade Unwissen im Umgang mit den Bauteilen eines PCs kostspielige Folgen haben.

    Selbst erfahrenere Computerbenutzer werden einige interessante Gedanken finden knnen.Damit Sie das Buch auch auszugsweise lesen knnen, sind einige Wiederholungen unvermeidlich. Schauen Sie bitteim Glossar nach, wenn Sie auf unbekannte Begriffe treffen, die vielleicht erst in spteren Kapiteln erlutert werden.Und nun viel Spa beim Lesen!

    Binrzahlen

    Was ist das eigentlich ein Zahlensystem?Ein Zahlensystem dient dazu, Zahlen vor allem groe Zahlen einfach und bersichtlich darzustellen. Auerdemsoll es mglichst einfach sein, mit den Zahlen zu rechnen.Mit der Entstehung erster Stdte und Zivilisationen entstand die Notwendigkeit, mit groen Zahlen umzugehen. Aufeinem Bierdeckel mit ein paar Strichen die Anzahl der bestellten Biere zu notieren, ist bersichtlich. Mit 300Strichen zu notieren, dass ein Einwohner mit 300 Krgen Wein seine Steuern bezahlt hat, ist sehr unbersichtlich.Deshalb wurden die ersten Zahlensysteme erfunden: Das sumerische, das gyptische und spter das rmischeZahlsystem. Die Grundidee: Fr grere Mengen von Einsen werden Gruppensymbole eingefhrt. Die Rmerverwendeten den Buchstabe I fr die Eins. Zehn Striche wurden durch ein X ersetzt, C steht fr hundert undM fr tausend. Zustzlich gibt es Halbzahlen: V fr fnf, L fr 50 und D fr 500. So konnte man die300Striche durch CCC ersetzen. MCCXIII bedeutet also 1213, und CXXXII, XCXIIX oder XXXIIC bedeuten132. Die Reihenfolge der Ziffern spielt eigentlich keine Rolle, nur die Summe zhlt. Daher werden derartigeZahlensysteme als Additionssysteme bezeichnet.Eine beliebige Reihenfolge der Ziffern fhrt allerdings dazu, dass es fr eine Zahl viele verschiedene Schreibweisengibt. Das ist unbersichtlich. Deshalb hatten die Rmer eine Regel, die greren Ziffern vor den kleineren zuschreiben.

    Zahl richtig falsch

    4 IV IIII

    9 IX VIIII

    19 XIX XVIIII

    1959 MCMLIX MDCCCCLVIIII

    Fr die rmischen Zahlen gibt es eine weitere, etwas merkwrdige Sonderregelung, um das Schreiben von viergleichen aufeinanderfolgenden Zeichen zu vermeiden: Steht vor einer greren Ziffer eine kleinere, wird die kleinevon der groen abgezogen. Die Zahlen werden dadurch krzer. So schreibt man fr die Zahl 49 beispielsweise ILstatt XXXXVIIII.Die Addition und Subtraktion rmischer Zahlen ist nicht leicht, gemessen an unserem heutigen Kenntnissen undGewohnheiten. Sie zu multiplizieren oder gar zu dividieren ist ein Albtraum.Die Araber haben das Dezimalsystem nach Europa gebracht. Dieses System vereinfachte das Rechnen so sehr, dassetwa im 15. Jahrhundert in Westeuropa die rmischen Zahlen durch das Dezimalsystem abgelst wurden.

    http://de.wikibooks.org/w/index.php?title=Computerhardware_f%C3%BCr_Anf%C3%A4nger:_Glossar

  • Computerhardware fr Anfnger 5

    Worin besteht die berlegenheit des Stellenwertsysteme? Das Dezimalsystem ist ein Stellenwertsystem mit denfolgenden wichtigen Eigenschaften: Alle Zahlen, klein oder beliebig gro, knnen mit zehn Ziffern (den Ziffern von 0 bis 9) gebildet werden. Zehn

    Ziffern = Dezimal. Das Dezimalsystem ist ein Stellenwertsystem: Der Wert einer Ziffer hngt davon ab, an welcher Stelle einer

    Zahl sie steht. Wenn eine Ziffer von der letzten Stelle in die vorletzte Stelle einer Zahl vorrckt (wenn man rechtseine Null anfgt), ist sie zehn mal mehr wert.

    Fr das Rechnen mit groen Zahlen gibt es relativ einfache Regeln. Ob ich mit zweistelligen oder 20stelligenZahlen rechne, die Regeln sind die gleichen.

    Wir verwenden das Zehnersystem, weil wir Dinge an zehn Fingern abzhlen. Htten die Menschen einen wenigerbeweglichen Daumen, wrden wir mglicherweise das Oktalsystem fr das natrlichste Zahlensystem der Welthalten. Wenn wir leichtbewegliche Zehen htten und barfu laufen wrden, wre vielleicht dasZwanziger-Zahlensystem optimal.Wie rechnet man in einem Stellenwertsystem? Ob es sich um die Regeln fr Addition, Multiplikation, Division undandere handelt, alle uns bekannten Rechenregeln gelten fr alle Stellenwert-Zahlensysteme gleichermaen! FrComputer wird das binre Zahlensystem verwendet (Binr = Zwei), in dem es nur zwei Ziffern gibt, die Null unddie Eins.

    Warum arbeiten Computer im Binrsystem?Im Computer werden die Ziffern durch Spannungen dargestellt, wie knnte es bei einer elektrischen Maschineanders sein. Die Null wird durch eine niedrige Spannung und die ZifferEins durch eine hhere Spannung dargestellt.Alle Halbleiter-Schaltungen haben zwei prinzipielle Probleme: Nicht-Linearitt: Alle Halbleiterbauelemente haben eine so genannte nichtlineare Kennlinie. Wenn man am

    Eingang einer Schaltung die Spannung langsam und gleichmig von Null Volt bis zum Maximum erhht, wrdebei einer linearen Kennlinie die Ausgangsspannung ebenfalls gleichmig ansteigen, ja sogar proportional zurEingangsspannung sein. Aber bei einem Halbleiterbauelement steigt bei gleichmig steigenderEingangsspannung die Ausgangsspannung erst sehr langsam, dann schnell und zuletzt wieder sehr langsam an.

    Starke Parameterschwankungen: Halbleiter-Schaltkreise knnen leider nur mit groen Toleranzen hergestelltwerden. Winzigste Schwankungen in der Materialqualitt und den Fertigungsbedingungen fhren zu groenAbweichungen vom Durchschnitt. Stellen Sie sich eine Autofabrik vor, wo Autos unterschiedlicher Qualitt vomFlieband rollen: PKW mit einem Verbrauch von 30Liter/100km und 60 km/h Hchstgeschwindigkeit, und eineStunde spter mit 3Liter/100km und 300 km/h Hchstgeschwindigkeit. In der Gtekontrolle wrden die Autossortiert und in mehrere Klassen eingeteilt, die dann zu verschiedenen Preisen verkauft werden. Ebenso verfhrtdie Halbleiterindustrie mit ihren Erzeugnissen.

    Welche Konsequenzen haben beide Probleme fr die Zahlendarstellung im Computer?Wrde man unser gebruchliches Dezimalsystem fr Computer verwenden wollen, msste man jede der zehn Zifferndurch einen anderen Spannungswert darstellen, z.B. Ziffer0 durch 0Volt, Ziffer1 durch 0,3V, Ziffer2 durch0,6V, Ziffer3 durch 0,9V usw. bis zur Ziffer9 mit 2,7V. Diese Spannungen mssten sehr genau eingehaltenwerden, um sie genau unterscheiden zu knnen. Nehmen wir als Beispiel die Ziffer 2 mit 0,6Volt. Schon einegeringe Abweichung von 5%=0,15Volt wrde den Pegel auf 0,75Volt anheben. Dieser Wert wre von der "Zwei"genau so weit wie von der "Drei" entfernt. Die Elektronik knnte nicht mehr zwischen benachbarten Ziffernunterscheiden. Ist diese Genauigkeit mglich?Die Ingenieure haben gelernt, elektronische Bauelemente trotz aller Parameterschwankungen und Nichtlinearitten so zusammenzuschalten, dass sehr genaue Schaltungen entstehen. Aufwndige Schaltungen, so genannte Operationsverstrker, knnen zehn und mehr Spannungsstufen genau genug unterscheiden. Ein moderner

  • Computerhardware fr Anfnger 6

    Prozessor enthlt allerdings einige Millionen Schaltelemente. Einige Millionen Operationsverstrker - das wrdeniemand bezahlen wollen, und man brauchte eine Halle fr so einen Computer.Wenn man allerdings das Binrsystem verwendet, muss die Elektronik nur zwei Zustnde unterscheiden. Dann sindauch nichtlineare Elemente mit schwankenden Parametern geeignet.Betreibt man die Schaltkreise mit einer Versorgungsspannung von 3Volt, gilt meist eine Eingangsspannungzwischen 0V und 0,8V als Ziffer0, und eine Eingangsspannung ber 2,0V gilt als Ziffer1. Eingangsspannungenzwischen 0,8V bis 2,0V sind undefiniert und drfen nicht auftreten.In jedem Schaltkreis werden die Signale regeneriert: Die Ausgnge eines Schaltkreises liefern 0,4V bei der Ziffer0.Selbst wenn diese Spannung von Null bis 0,8 V schwankt, und wird sie trotzdem von der nachfolgenden Schaltungeinwandfrei als Null erkannt. Die 2,4V Ausgangsspannung der Ziffer1 darf von 2,0 bis 3,0 Volt schwanken. Durchdiese grozgigen Toleranzen bei den zulssigen Eingangsspannungen wird eine hohe Zuverlssigkeit erreicht. Diegenauen Spannungen variieren je nach Herstellungstechnologie (TTL, CMOS, Schottky oder andere) und sindDatenblttern zu entnehmen.Fazit: Nur auf der Basis des binren Zahlensystems kann man bezahlbare Computer bauen, und deshalb mssen wiruns hier mit dem Binrsystem herumschlagen. Erst durch die Reduzierung aller Schaltelemente auf nur noch zweiSpannungsstufen konnten die Toleranzanforderungen an die elektronischen Bauelemente so sehr verringert werden,dass die preiswerte Massenfertigung von Schaltkreisen mglich wurde. Weil wir preiswerte Computer wollen,mssen wir die Unannehmlichkeit in Kauf nehmen, dass die Computer nur Nullen und Einsen kennen und jede,absolut jede Information (Zahlen, Texte, Bilder, Musik, Videos, ...) in eine Folge von Nullen und Einsenumgewandelt werden muss.Binrzahlen sind allerdings sehr lang und unbersichtlich. Die Dezimalzahl 1234 wird im Binrsystem zu10011010010, die Zahl 1000000 wird zu 11110100001001000000. Diese Zahlen sind schwer zu merken und zuschreiben, deshalb benutzt man aushilfsweise auch noch das Hexadezimalsystem, seltener auch das Oktalsystem.Eine Million schreibt sich im Hexadezimalsystem als F4240, also recht kurz. Die Kenntnis der binren, oktalen undhexadezimalen Zahlensysteme ist fr Programmierer unentbehrlich, aber auch fr normale Benutzer manchmalntzlich, weil diese oft in technischen Anleitungen, Fehlermeldungen, Spieletipps (Cheats) und anderen Unterlagenverwendet werden. Als Anwender muss man zumindest wissen, dass in hexadezimalen Computerzahlen auer denZiffern 0 bis 9 auch noch die Buchstaben von A bis F anstelle von Ziffern verwendet werden.

    Wie kann der PC Buchstaben und Zahlen darstellen?

    ASCII-Tabelle (Auszug)

    Zeichen dezimal binr

    0 48 110000

    1 49 110001

    2 50 110010

    ...

    9 57 111001

    : 58 111010

    ; 59 111011

    < 60 111100

    ...

    a 97 1100001

    b 98 1100010

  • Computerhardware fr Anfnger 7

    c 99 1100011

    Um Texte zu schreiben, haben wir ein Alphabet aus einigen Dutzend Buchstaben zur Verfgung sowie zahlreicheSonderzeichen. Fr Zahlen haben wir zehn Ziffern zur Verfgung. Das Alphabet des Computers besteht aber nuraus zwei Zeichen: Eins und Null. Wie kann man damit auskommen?Die Methode ist einfach und wurde schon vor langer Zeit erfunden. Denken Sie bitte mal an das Morsealphabet: Esgibt kurze und lange Zeichen (Punkt und Strich) sowie Pausen zwischen den Zeichen. In einer Code-Tabelle istjedem Buchstaben eine Kombination von Punkten und Strichen zugeordnet. Eine hnliche Codetabelle gibt es auchfr die Darstellung von Buchstaben im Computer.

    ASCII und das ByteDie gebruchlichste Code-Tabelle fr Computer ist ASCII, was fr American Standard Code for InformationInterchange steht. In dieser Tabelle sind alle wichtigen Zeichen der englischen Sprache aufgezhlt und von Null bis127 durchnummeriert. So hat beispielsweise der Buchstabe A die Nummer 65 (binr: 1000001), B die 66 (binr:1000010) usw. Auch die Zeichen fr die Ziffern haben eine Nummer: die Ziffer 1 hat die Nummer 49 (binr:110001). Auch nicht druckbare Zeichen haben eine Nummer bekommen, zum Beispiel die Taste Enter und dieLschtaste Rckschritt (Backspace). In der nebenstehenden Tabelle sind einige Werte aufgefhrt.Die ursprngliche ASCII Tabelle wurde spter um weitere 128 Zeichen erweitert, zum Beispiel um die deutschenUmlaute und besondere Zeichen anderer Sprachen, die im englischen Alphabet nicht enthalten sind. Dadurchentstand jedoch nicht nur eine neue Zeichentabelle, sondern mehrere, weil auch die 256 Zeichen nicht ausreichten,alle Alphabete abzudecken. Beispiele fr so entstandene Zeichenstze sind die Normenfamilie ISO 8859 und der

    ANSI-Code.Man braucht eine Gruppe von acht Bit, um diese 256 verschiedenen Schriftzeichen zu speichern. Eine solchezusammenhngende Gruppe von 8 Bit nennt man ein Byte. Weil man mit einem einzelnen Bit kaum etwas anfangenkann, aber sehr wohl mit einem Byte, gibt man seitdem die Kapazitt eines digitalen Speichers in Byte an, bzw. inVielfachen davon.

    UnicodeNun reichen auch 256 Zeichen noch nicht fr alle Sprachen aus. Man denke an das russische, griechische undchinesische Alphabet. Japaner, Chinesen und zahlreiche andere Vlker waren benachteiligt und forderten einepraktikable Mglichkeit, die vielen Zeichen ihrer Sprache genau so selbstverstndlich benutzen zu drfen, wie wirdas lateinische Alphabet am Computer benutzen. Deshalb entwickelten die Computerfachleute eine Codierungnamens Unicode, mit der man alle jemals von Menschen verwendeten Schriftzeichen speichern kann, einschlielichsumerischer Keilschrift und gyptischer Hieroglyphen. Je nachdem, welches der vielen Zeichen man darstellenmchte, braucht man dafr 8 bis 32 Bit. MS-Office, OpenOffice und jedes andere moderne Programm erkenntautomatisch, ob ein Text im alten ASCII-Code oder im neuen Unicode gespeichert ist.

    http://de.wikibooks.org/w/index.php?title=Datei:Wikipedia-logo.pnghttp://de.wikipedia.org/wiki/ISO_8859http://de.wikibooks.org/w/index.php?title=Datei:Wikipedia-logo.pnghttp://de.wikibooks.org/w/index.php?title=Datei:Wikipedia-logo.pnghttp://de.wikipedia.org/wiki/ANSIhttp://de.wikipedia.org/wiki/Unicodehttp://de.wikibooks.org/w/index.php?title=Wikijunior_Alte_Zivilisationen/_Keilschrift

  • Computerhardware fr Anfnger 8

    Zentraleinheit

    Hauptkomponenten eines PC

    Auf unserer Erde gab es schon imvergangenen Jahrhundert viel mehrComputer als Menschen. KleineComputer, sogenannte EmbeddedComputer, stecken inWaschmaschinen, Autos,Werkzeugmaschinen und Handys. DiePlaystation von Sony und die X-Boxvon Microsoft sind spezialisierteComputer und haben eine hnlicheLeistung wie ein PC. Am anderenEnde der Grenskala stehenSupercomputer wie IBMs DeepBlue[1] mit 256Prozessoren, der 1997um die Krone des Schachweltmeistersgekmpft hat, und der gegenwrtigschnellste Computer der Welt IBMRoadrunner mit zehntausendenProzessoren. In diesem Buch geht es nur um einen einzigen Typ von Computern, der nur einen einzigen Prozessorenthlt: Um Personal Computer, abgekrzt PC. Davon gab es Ende 2008 immerhin schon eine Milliarde[2] . Vonallen bezahlbaren Computern ist es der Typ mit den vielseitigsten Verwendungsmglichkeiten. Der PC wirdvolkstmlich meist als Computer bezeichnet, auch in diesem Buch.

    Von den vielen Themen rund um den PC beschrnkt sich dieses Buch nur auf die Hardware.

    Was ist eigentlich Hardware?Hardware ist der materielle Teil des Computers. Die Komponenten haben Mae und Gewicht, und sie werden mitdem Schraubendreher installiert. Hardware geht nur selten kaputt, und wenn doch: Auf Hardware gibt es Garantie.Software ist im Gegensatz dazu der nicht-materielle Teil des PC: Das Betriebssystem und die Programme. Softwarewird mit Tastatur und Maus installiert. Software geht oft kaputt. Aber es hat noch nie hat einen Software-Herstellergegeben, der irgendeine Garantie auf die Fehlerfreiheit seiner Software gegeben htte. Schlimmer noch: Es gibtkeine fehlerfreie Software. Die Lage wird noch dadurch verschrft, dass auch die Benutzer Fehler machen. Jederklickt mal daneben. Statistisch gesehen werden Computerprobleme fast ausnahmslos durch Softwarefehler undBedienfehler verursacht.Der wichtigste und meist auch teuerste Teil eines PC-Systems ist die graue Kiste, die als Systemeinheit oderGrundgert bezeichnet wird.Auf dem Foto Hauptkomponenten eines PC sehen Sie, welche Teile unbedingt zu einer PC-Systemeinheit gehren: Das Gehuse mit Netzteil und Zusatzlftern, die Hauptplatine mit Prozessor und RAM-Speicher sowie vielen Anschlusssteckern fr die

    Hardware-Schnittstellen innen und auen, die Festplatte,

    http://de.wikibooks.org/w/index.php?title=Datei:PC_Komponenten.jpghttp://de.wikipedia.org/wiki/Deep_Bluehttp://de.wikipedia.org/wiki/Deep_Bluehttp://de.wikipedia.org/wiki/IBM_Roadrunnerhttp://de.wikipedia.org/wiki/IBM_Roadrunnerhttp://de.wikipedia.org/wiki/Prozessorhttp://de.wikipedia.org/wiki/RAMhttp://de.wikibooks.org/w/index.php?title=Computerhardware_f%C3%BCr_Anf%C3%A4nger:_Glossar%23Festplatte

  • Computerhardware fr Anfnger 9

    oft ein Diskettenlaufwerk, meist ein DVD-Laufwerk und weitere Komponenten, zum Beispiel Soundkarte, Fernsehkarte und Netzwerkkarte.Rechts oben sind diese Teile in ein Gehuse gezwngt, das ist durch die herumhngenden Kabel rechtunbersichtlich. Unterhalb des Netzteils, links neben dem RAM-Modul sehen Sie einen groen Lfter. Darunter istder Prozessor versteckt.An die Systemeinheit werden Peripherie-Gerte angesteckt, meist an der Rckseite. Zu den Eingabegerten zhlen unter anderem Tastatur, Maus und Scanner. Zu den Ausgabegerten zhlen unter anderem Bildschirm, Drucker und Plotter. Zu den Speichergerten zhlen unter anderem externe Festplatten, Brenner, Kamera-Speicherkarten und

    USB-Sticks.

    DerProzessor

    Intel Pentium II-Prozessor

    Die Central Processing Unit (CPU), deutsch: ZentraleVerarbeitungseinheit, kurz: Prozessor, ist die obersteSteuerung fr den PC. Die CPU fhrt Berechnungenaus und steuert alle Komponenten des PC. KeineMausbewegung, keine Tastenbettigung, kein Byte, dasaus dem Internet eintrifft - nichts darf der CPUentgehen. Leistung und Qualitt der CPU sind daherentscheidend fr die zuverlssige Funktion des ganzenComputersystems.

    Der wichtigste Mastab fr die Leistung eines Computers ist der verwendete Prozessor. Es gab und gibt zahlreicheHersteller von CPUs: Intel, AMD, Cyrix, IBM, IDT, NEC, SiS, UMC, VIA und andere. Die Firma Intel ist derMarktfhrer und hat jahrzehntelang die technologische Entwicklung bestimmt. Mit der Firma AMD und ihremAthlon-Prozessor ist Intel ein scharfer Konkurrent erwachsen.

    Jede Prozessorfamilie hat im Vergleich zur vorhergehenden Generation neue, erweiterte Eigenschaften undzustzliche Befehle. Gleichzeitig achtet jeder Prozessorhersteller sorgfltig darauf, dass auf der Neuentwicklung alleBefehle des Vorgnger-Prozessors ebenso funktionieren wie frher. Diese tolle Eigenschaft nennt manKompatibilitt. Dadurch luft Ihre vertraute Software nicht nur auf jedem neuen Prozessor, sondern auch auf PCsmit Prozessoren anderer Hersteller. Allerdings erfordert eine neue Generation von CPUs fast immer auch eine neueGeneration an Chipstzen und Hauptplatinen.Ein sehr wichtiger Bestandteil von Prozessoren ist die ALU (arithmetic logic unit). Die ALU ist das Rechenwerk desProzessors.

    http://de.wikipedia.org/wiki/Laufwerk_(EDV)http://de.wikibooks.org/w/index.php?title=Computerhardware_f%C3%BCr_Anf%C3%A4nger:_Glossar%23Soundkartehttp://de.wikibooks.org/w/index.php?title=Computerhardware_f%C3%BCr_Anf%C3%A4nger:_Glossar%23Fernsehkartehttp://de.wikibooks.org/w/index.php?title=Computerhardware_f%C3%BCr_Anf%C3%A4nger:_Glossar%23Netzwerkkartehttp://de.wikipedia.org/wiki/Maus_(EDV)http://de.wikibooks.org/w/index.php?title=Computerhardware_f%C3%BCr_Anf%C3%A4nger:_Glossar%23Scannerhttp://de.wikipedia.org/wiki/Bildschirmhttp://de.wikibooks.org/w/index.php?title=Computerhardware_f%C3%BCr_Anf%C3%A4nger:_Glossar%23Plotterhttp://de.wikipedia.org/wiki/Festplattenhttp://de.wikipedia.org/wiki/Brenner_(Hardware)http://de.wikipedia.org/wiki/Speicherkartehttp://de.wikipedia.org/wiki/USBhttp://de.wikibooks.org/w/index.php?title=Datei:Intel_Pentium_II_266.pnghttp://de.wikibooks.org/w/index.php?title=Computerhardware_f%C3%BCr_Anf%C3%A4nger:_Glossar%23Athlonhttp://de.wikibooks.org/w/index.php?title=Computerhardware_f%C3%BCr_Anf%C3%A4nger:_Glossar%23Softwarehttp://de.wikibooks.org/w/index.php?title=Computerhardware_f%C3%BCr_Anf%C3%A4nger:_Glossar%23Chipsatzhttp://de.wikibooks.org/w/index.php?title=Computerhardware_f%C3%BCr_Anf%C3%A4nger:_Glossar%23Hauptplatine

  • Computerhardware fr Anfnger 10

    Pentium Pro, links: Steuer- und Recheneinheiten, rechts: Cache Level II, erkennbar an derregelmigen Struktur

    Die Taktfrequenz

    Alle Vorgnge in einem Prozessorlaufen getaktet, also synchron ab. DieTaktfrequenz gibt an, wie oft dieTaktsignale erfolgen. Der ersteIBM-PC aus dem Jahr 1980 hatte eineTaktfrequenz von knapp 5MHz (MHz= Megahertz = Millionen Takte proSekunde). Jeder Takt dauert also einefnfmillionstel Sekunde = 200ns(Nanosekunden: Eine MilliardeNanosekunden ergibt eine Sekunde).Jede einzelne Schaltung der CPU ist soentworfen, dass sie niemals lnger als200ns fr einen Befehl braucht.Anders ausgedrckt: Ein Prozessortaktist die Zeit fr die Ausfhrung eineseinfachen Befehls, zum Beispiel einerAddition. Auch ein Speicherzugriffdauerte genau einen Takt. EineTaktfrequenz von einem Gigahertzbedeutet, dass der Prozessor eine Milliarde einfache Befehle pro Sekunde ausfhren kann.

    Leider ist das eine vereinfachte Darstellung. Einige Befehle sind komplizierter als andere und ihre Ausfhrungdauert deutlich lnger. Beispielsweise ist die Division viel aufwndiger als eine Addition. Um nicht wegen einigerselten benutzter Befehle den Takt fr alle Befehle reduzieren zu mssen, hatten die Entwickler eine andere Idee:Einige Befehle bekommen als Fristverlngerung einen zweiten, dritten oder sogar vierten Takt genehmigt.Es ist klar, dass eine CPU mit einer hheren Taktfrequenz mehr Befehle pro Zeiteinheit ausfhren kann. Deshalbwurde im Laufe der Jahre die Taktfrequenz der CPUs schrittweise erhht. Die Taktfrequenzen stiegen von anfangs4,77 MHz (1981) auf 6, 8, 10 und 12 MHz. Immer neue CPUs wurden entwickelt. Es entbrannten regelrechteMegahertz-Schlachten zwischen den Konkurrenten: Wer hat den schnellsten Prozessor? Etwa 1990 erreichten dieProzessoren eine Taktfrequenz von 100 MHz, was 10 ns pro Takt entspricht. Eine Steigerung auf das zwanzigfachein neun Jahren! Heutige Prozessoren (2008) haben eine Taktfrequenz von zwei bis drei GHz (Gigahertz = eineMilliarde Takte pro Sekunde)- eine Steigerung auf das 500-fache des ersten IBM-PC in einem Vierteljahrhundert!Die RAM-Zugriffszeiten hatten sich von 120ns (1982) auf 12ns (1990) verringert. RAM wurde in neun Jahrennur 10-mal schneller, whren die Geschwindigkeit der CPUs auf das 20-fache stieg. Der RAM wurde zunehmendzur Bremse. Pro Befehl mssen durchschnittlich ein bis vier Datenbyte aus dem RAM gelesen werden, weitere einbis vier Byte ist der Befehlscode lang. Je schneller die CPUs wurden, desto fter mussten sie fr einige Taktepausieren (sogenannte Wartetakte, engl: Waitstate), um auf das Eintreffen der angeforderten Daten aus dem RAMzu warten. Was nun?

    http://de.wikibooks.org/w/index.php?title=Datei:CPU_Pentium_Pro.jpg

  • Computerhardware fr Anfnger 11

    Der Cache-SpeicherEs gibt zwei Lsungsmglichkeiten, und beide werden benutzt: Parallelisierung und Cache-Speicher. Der erste PC mit der i8088-CPU holte sich jedes Byte einzeln aus dem Speicher. Die i8086-CPU konnte bereits

    16 Bit = 2Byte parallel (d.h. gleichzeitig, in einem Lesevorgang) aus dem Speicher lesen. Die 286er und 386erProzessoren arbeiteten mit 32 parallelen Bits (4Byte), whrend die Pentium-CPUs 64Bit = 8Byte in einemSpeichertakt lesen bzw. schreiben knnen.

    Die zweite Mglichkeit ist die Verwendung eines Cache-Speichers, sprich Kesch oder Ksch. DerProzessorcache ist ein kleiner schneller Speicher, der sich das Prozessorgehuse mit der CPU teilt. In diesemschnellen Speicher werden Kopien von den am hufigsten benutzten sowie von den voraussichtlich demnchstbentigten Daten vorsorglich bereitgehalten. Wenn die CPU die gerade bentigten Daten im schnellen Cachefinden kann, braucht sie nicht auf den langsamen Hauptspeicher zu warten und kann mit voller Kraft arbeiten.Das Problem: Woher wissen die elektronischen Schaltungen, welche Daten demnchst voraussichtlichbentigt werden?

    Die Taktfrequenz ist nicht mehr alleiniger Mastab fr die Leistung einer CPU. Die Gre des Cache und dieTreffsicherheit der Elektronik bei der Vorhersage der demnchst bentigten Daten sind ebenfalls wichtig. Wasntzt eine hohe Taktfrequenz, wenn die CPU Pausen einlegen muss, um auf Daten zu warten? Whrend die CPU mit2bis3GHz arbeitet, bringt es der schnellste DDR3-Speicher (DDR3-1600, Stand 12/2008) auf 12GByte/s. Auf denersten Blick scheint das ausreichend. Allerdings sind die 12GByte/s ein theoretischer Wert, der nur dann erreichtwerden knnte, wenn die angeforderten Daten im Speicher aufeinanderfolgend abgelegt sind. Tatschlich sind diemeisten Daten eher zufllig im RAM verteilt, also dauert der Zugriff viel lnger. Auerdem werkeln in heutigenCPUs zwei Recheneinheiten, die nach Daten hungern, und jede braucht mehrere Byte pro Takt.So kann trotz aller Raffinessen kein heutiger Speicher den Datenhunger moderner CPUs befriedigen. So heit esfr die CPU immer wieder: Warten, warten, warten. Die CPU-Entwickler kompensieren das, so gut sie knnen.Mehr als die Hlfte der Transistoren in modernen CPUs wird fr den Cache-Speicher und die Vorausschau-Logikverwendet.Heute beurteilt und vergleicht man die Leistung von CPUs mit speziellen Testprogrammen, sogenanntenBenchmarks. Diese Testprogramme lassen den PC eine vorgegebene Aufgabe aus einem bestimmtenThemengebiet lsen (z.B. die Konvertierung eines Videos). Die dafr bentigte Zeit wird gestoppt und mit derKonkurrenz verglichen. Fachzeitschriften sind voll mit solchen Tests.

    Tipp: Welcher Prozessor steckt in Ihrem PC?Wenn Sie mit Windows arbeiten, klicken Sie mit der rechten Maustaste auf Arbeitsplatz, dannmit der linken Taste auf Eigenschaften. Dort finden Sie Angaben zu Ihrer CPU. Wenn Sie nochmit Windows98 arbeiten und die Taktfrequenz wissen wollen, brauchen Sie ein

    Zusatzprogramm, z.B. CPUINFO.

    DerCache-Speicher

    desProzessors

    http://de.wikibooks.org/w/index.php?title=Datei:Blender3D_FreeTip.gif

  • Computerhardware fr Anfnger 12

    Was ist das ein Cache?Einen groen, langsamen Speicher zu beschleunigen, indem man hufig bentigte Daten in einem kleinen,schnelleren Speicher fr schnellen Zugriff bereithlt, hat sich als sehr effektiv herausgestellt. DieserBeschleunigungsspeicher wird als Cache-Speicher (sprich: Kesch oder Ksch) bezeichnet. Im Computer gibt esCache-Speicher an mehreren Stellen: Ein Festplattencache ist Bestandteil der Festplattenelektronik. Wenn ein Teil einer Spur von der CPU angefordert

    wird, speichert der Cache den Rest der Spur fr eventuelle sptere Anfragen. CD- und DVD-Brenner benutzen einen Cache. Dadurch reit der Datenstrom nicht ab, wenn es zu kleinen

    Verzgerungen beim Lesen der zu brennenden Daten kommt. Im Inneren der CPU gibt es einen Prozessor-Cache, um den es im Weiteren geht.

    Der Prozessor-CacheIn den ersten CPUs gab es zwei zeitlich getrennte Phasen:1. Die CPU fordert eine Befehl und die zugehrigen Daten an und wartet, bis der Speicher die bestellten Bytes

    liefert.2. Die CPU fhrt den Befehl aus. Whrenddessen wartet der Speicher auf den nchsten Auftrag, denn erst nach

    Ausfhrung des Befehls steht fest, welcher Befehl als Nchster auszufhren ist.Dabei geht viel Zeit verloren, weil CPU und Speicher immer nur abwechselnd zu tun haben. DieserGeschwindigkeitsverlust lsst sich durch ein Prefetch genanntes Verfahren der Vorratshaltung vermindern: EineBaugruppe der CPU holt die nchsten Befehle im Voraus und hlt sie in einem Zwischenspeicher, dem Cache,solange bereit, bis sie von der CPU gebraucht werden. Seit dem ersten Pentium laufen das Heranschaffen der Datenund deren Verarbeitung weitgehend gleichzeitig ab.Der Prozessor-Cache ist ein kleiner, schneller Speicher, der Kopien von den am hufigsten bentigten Daten desArbeitsspeichers enthlt. Wenn der Prozessor Daten aus dem Arbeitsspeicher anfordert, prft die Elektronikblitzschnell, ob von den bentigten Daten vielleicht schon eine Kopie im Cache-RAM existiert. Wenn ja, erhlt dieCPU die Daten noch im gleichen Takt. Wenn nein, wird die Anforderung an den Hauptspeicher weitergegeben. DerProzessor muss warten, d.h. einige Wartetakte einlegen.

    Die Strategie der Cache-NutzungDie Auswahl, welche Daten im Cache gespeichert werden, erfolgt vollautomatisch, die Programmierer haben daraufkeinen Einfluss. Diese Entscheidungen muss eine Elektronik treffen, ausgehend von folgenden Kriterien: Welche Daten wurden in den letzten Mikrosekunden am hufigsten benutzt? Welche Daten werden voraussichtlich demnchst bentigt? Welche Daten werden voraussichtlich nicht mehr bentigt und knnen entfernt werden, um Platz zu schaffen?

    Sprungvorhersage

    Am hufigsten benutzt, voraussichtlich bentigt und voraussichtlich nicht mehr bentigt die Zukunftvorauszusagen, war noch nie einfach. Wie kann die Elektronik voraussehen, was zuknftig bentigt werden wird?Die Treffsicherheit dieser Voraussage ist fr die Geschwindigkeit der CPU entscheidend.Jedes Programm enthlt eine groe Anzahl Verzweigungsbefehle. So nennt man die Befehle, bei denen die CPU in Abhngigkeit von einem Zwischenergebnis entscheiden muss, wie es weitergeht. Beispiel bei der Musikausgabe: Ist die nchste Note eine Achtel-, Viertel- oder ganze Note? Kommt noch eine weitere Note oder ist das Ende des Musikstckes erreicht? Die Vorausschaueinheit der CPU kann das nicht ermitteln und stellte bei frhen Prozessoren die Arbeit ein, bis das Rechenwerk den Verzweigungsbefehl bearbeitet und ber den weiteren Programmverlauf entschieden hat. Nun tritt allerdings eine Pause ein, weil die Vorausschaueinheit erst die Daten fr

  • Computerhardware fr Anfnger 13

    die Weiterarbeit heranschaffen muss.Seit Jahren basteln die Prozessorhersteller daran, wie die Elektronik die wahrscheinlichste Programmfortsetzungermitteln kann (die Branch Prediction= Sprungvorhersage). Hat die Elektronik gut geraten und die richtigenDaten vorbereitet, kann das Rechenwerk zgig weiterarbeiten. Falsch geraten bedeutet, dass die vorausschauendbereitgestellten Daten weggeworfen werden und das Rechenwerk warten muss.Aktuelle CPUs haben zwei bis zwlf MB Cache. Obwohl der Hauptspeicher sehr viel grer ist, schafft es dieCache-Verwaltung mit ausgefeilten Algorithmen, beachtliche 80% bis 90% der vom Prozessor bentigten Datenrechtzeitig im Cache bereitzustellen.

    Vorausschauendes Lesen

    Whrend das Rechenwerk der CPU einen Befehl ausfhrt, haben andere Baugruppen der CPU schon die Vorarbeitgeleistet: Sie haben fr etwa fnf bis 15Befehle im Voraus analysiert, welche Daten fr diese Befehle bentigtwerden, um diese Daten frhzeitig heranzuschaffen. Dadurch kann das Rechenwerk meistens mit vollerGeschwindigkeit arbeiten.

    64-Bit-Verarbeitungsbreite

    Die CPU kann jedes Byte des Arbeitsspeichers einzeln adressieren und fordert jedes Byte einzeln an. Die Bits imSpeicher sind zu Gruppen von 64Bit zusammengefasst. Die 8Byte einer solchen Gruppe werden stets gleichzeitiggelesen oder geschrieben. Nehmen wir an, dass die CPU nur das dritte Byte dieser Gruppe bentigt. Die Byte0 bis7werden gelesen, das Byte3 zur CPU geschickt und die restlichen 7nicht bentigten Byte verbleiben noch eine Weileim Cache-Speicher. Falls die CPU bald darauf Byte4 bentigt, bekommt sie es aus dem Cache und die Bytes0 bis7brauchen nicht erneut gelesen zu werden. Das ist vorteilhaft, denn es gibt viele Arten von Daten, die Byte fr Bytebentigt werden: Texte, Musik und Videos werden nur selten rckwrts oder sprungweise gelesen, angehrt bzw.angesehen.

    Verzgert schreiben

    Jedes von der CPU berechnete Ergebnis wird zunchst im Cache gespeichert. Weil das Ergebnis einesRechenschrittes oft in einem der nachfolgenden Rechenschritte weiterverwendet wird, kann die CPU ohne Wartezeitdarauf zugreifen. Zwar muss das Ergebnis irgendwann in den langsamen Arbeitsspeicher abtransportiert werden,aber das wird vorzugsweise dann erledigt, wenn es mal keine Leseanforderungen an den Arbeitsspeicher gibt.

    Wo befindet sich der Prozessorcache?Der 386er war der erste Prozessor, der mit einem Cache arbeitete. Er bestand aus vier oder acht Einzelchips, die aufder Hauptplatine untergebracht waren.Mit dem 486er gab es einen Fortschritt. Die Leiterzge im CPU-Schaltkreis waren schmaler geworden, dadurchpassten mehr Transistoren hinein. Der Cache fand direkt im Prozessorchip seinen Platz. Die kurzen Datenwegeerhhten die Geschwindigkeit stark.Die fortschreitender Verkleinerung der Leiterzge und Strukturen ermglicht es, immer mehr Transistoren in derCPU unterzubringen. Ein Teil der zustzlichen Transistoren wird verwendet, um den Cache zu Vergrern. Es gibtaber fr die Cache-Gre eine Obergrenze. Wird er zu gro, dauert das Suchen und Verwalten zu lange. Wenn es dieCache-Elektronik nicht mehr schafft, innerhalb eines CPU-Takts die bentigten Daten zu liefern, wird der Cacheuneffektiv. Deshalb entschieden die Ingenieure, den Cache zweistufig zu organisieren. Dem kleinen, schnellenLevel-1-Cache in der CPU wurde ein grerer, etwas langsamerer Level-2-Cache vorgeschaltet. Um die Datenwegekurz zu halten, wurde der L2-Cache zusammen mit dem PentiumII auf einer kleinen Leiterplatte ausgeliefert, die ineinen Slot1 (Slot = Steckverbinder) auf der Hauptplatine gesteckt wurde.

  • Computerhardware fr Anfnger 14

    Beim PentiumIII konnten die Leiterzge und alle Strukturen im CPU-Kern weiter verkleinert werden, es passtenjetzt viel mehr Transistoren in das Gehuse. Durch diese Miniaturisierung gelang es nun endlich, auch den L2-Cacheim Inneren des Prozessors unterzubringen.In einem Pentium4 mit 2.800MHz Taktfrequenz kann der Level-1-Cache 12KByte gro sein, und derLevel-2-Cache ist 256KByte gro.Die typische RAM-Ausstattung wird immer grer und die Anforderungen auch. Bei einer neueren Intel-CPU, demPentium4 Extreme Edition, gibt es nun eine dritte Cache-Stufe: L1= 8k oder 16k, L2= 512k, L3= 2.048k (k istdie Abkrzung von KByte).

    DieKhlung

    desProzessors

    Die Wrmeentwicklung und die schnelle Ableitung der Wrme sind hchst problematisch. Auf dem Prozessor mussimmer ein Khlkrper montiert werden, fast immer zustzlich mit einem Lfter. Ganz ohne Khlkrper knnte derProzessor bereits nach 10 bis30Sekunden durchbrennen oder zumindest stark altern!Der Khlkrper muss gut anliegen. Weil die Oberflchen von CPU und Khler nie vllig eben sind, verbleibt einwinziger Luftspalt. Weil Luft die Wrme schlecht leitet, muss dieser Luftspalt mit einer kleinen MengeWrmeleitpaste gefllt werden.Verdoppelt man die Taktfrequenz, entsteht nherungsweise die doppelte Wrmemenge. Teilweise kann man dasdurch bessere Khlung ausgleichen. Prozessorhersteller zeigen manchmal auf Messen, dass eine aktuelle CPU, diemit flssigem Helium gekhlt wird, durchaus die dreifache Leistung wie bei normaler Khlung erreichen kann.Einige Computerfreaks verwenden Wasserkhlungen, um ihren PC bertakten (ein wenig schneller laufen lassen)zu knnen.Wie hei darf die CPU werden? Das ist fr jeden CPU-Typ unterschiedlich und muss dem Datenblatt des Herstellersentnommen werden. Es hngt auch von der Arbeit ab, welche der Prozessor gerade erledigt. Komprimieren undDekomprimieren sowie Filmschnitt belasten die CPU stark. Als Richtwert gilt: Die Durchschnittstemperatur sollte60C nicht berschreiten. Die CPU darf auch mal kurzzeitig etwas heier werden, aber nie mehr als 80C. Seit demPentium4 berwacht eine thermische Schutzschaltung (Thermal Monitoring) die Temperatur im Prozessorkern.Falls die Temperatur zu hoch wird, schaltet die CPU den Takt auf die Hlfte herunter. Wenn der CPU-Lfter totalausgefallen ist, ist auch der halbe Takt noch zu viel: Die CPU wird viel zu hei.Im Laufe der Monate und Jahre verschlechtert sich die Khlung. Dafr gibt es mehrere Ursachen: Durch Staubablagerungen im Gehuse und vor allem auf den Khlrippen verschlechtert sich die Wrmeableitung. Etwa nach einem Jahr wird die Wrmeleitpaste sprde und leitet die Wrme schlechter ab. Weil die Lager verdrecken und verschleien, drehen die Lfter langsamer.Wenn die Khlung nicht ausreicht, schaltet die CPU einige Minuten nach dem Einschalten auf halben Takt herunter,besonders bei hoher CPU-Belastung. Sptestens jetzt sollten Sie in eine bessere Khlung investieren!In der Endphase seines Lebens beginnt der Lfter Lrm zu machen, vorzugsweise nach dem Einschalten. Anfangsnormalisiert sich die Drehzahl einige Minuten nach dem Einschalten und das Gerusch verschwindet wieder. Wennsich das Lager noch weiter verschlechtert, gibt es auch beim Einschalten kein Gerusch mehr. Vermutlich steht der

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  • Computerhardware fr Anfnger 15

    Lfter jetzt fr immer still. Jetzt wird es gefhrlich. Selbst wenn die Schutzschaltung den CPU-Takt halbiert, kanndas noch zu viel sein. Zweierlei kann jetzt passieren:1. Die CPU wird so stark berhitzt, dass der PC abstrzt - entweder ein paar Minuten nach dem Einschalten oder

    stark gehuft whrend des normalen Betriebes. Dieser Fehler kann leicht zu finden und zu beseitigen sein, bevorIhre CPU greren Schaden nimmt.

    2. Die CPU wird hei, aber die Abstrze bleiben ganz aus oder sind nicht allzu hufig. Das ist schlecht. Die CPUaltert sehr schnell und stirbt bald. Hoffen Sie nicht, die CPU als Garantiefall umgetauscht zu bekommen. DieCPU-Hersteller erkennen meist anhand der Verfrbung der CPU, dass diese zu hei geworden ist, und verweigernden Garantieumtausch.

    Wie kann ich feststellen, ob mein CPU-Lfter noch luft? Es gibt drei Mglichkeiten:1. Aufschrauben und nachsehen. Fast immer ist es das von vorn gesehen linke Blech, dass mit zwei Schrauben an

    der Rckwand befestigt ist. Achten Sie darauf, ob der Lfter sofort nach dem Einschalten des PC zgig anluft.2. Sie knnen ein Hilfsprogramm installieren, das im laufenden Betrieb diese Daten anzeigt. Ein solches

    Hilfsprogramm wird oft auf der Treiber-CD der Hauptplatine mitgeliefert.3. Drcken Sie beim Start des PC die Taste DEL oder F2, um ins BIOS zu kommen.Suchen Sie dort nach der Drehzahlanzeige, meist wird man unter PowerManagement fndig. Im gleichen Menwird auch die CPU-Temperatur im Leerlauf angezeigt. Leider ist die Temperatur bereits gesunken, whrend Sie dasBIOS aufgerufen haben. Wenn eine Alarmfunktion vorhanden ist, sollten Sie einstellen, dass bei Unterschreiteneiner vorgegebenen Drehzahl oder bei berschreiten einer hchstzulssigen Temperatur ein Alarm ausgelst wird.

    DieHauptplatine

    bestckte Leiterplatte

    Elektronische Bauelemente werden auf Leiterplattenmontiert. Eine Leiterplatte besteht aus einer etwa 1mmdicken Trgerplatte aus Isoliermaterial. Auf derOberflche der Platte sind Leiterzge aus Kupferangeordnet. Zur besseren Leitfhigkeit wird das Kupfermeist versilbert oder vergoldet. Wenn die Leiterzgebeidseitig sind, wird die Leiterplatte zweilagig genannt.Fr komplexe Schaltungen werden mehrereLeiterplatten aufeinandergeklebt, was vier- undsechslagige Leiterplatten ergibt. Die Platte wirdgebohrt und die Bohrlcher werden innen verzinnt, umdie Leiterebenen miteinander zu verbinden. ZumAbschluss werden Widerstnde, Kondensatoren und

    elektronische Bauelemente in die Bohrungen gesteckt und verltet. Damit ist eine Platine (englisch: board)entstanden - so nennt man eine Leiterplatte mit aufgelteten elektronischen Bauteilen.

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  • Computerhardware fr Anfnger 16

    Hauptplatine fr Pentium III Prozessor

    Die grte Platine im Computer (etwa18 x 30cm) nennt man Hauptplatine(englisch: Mainboard oderMotherboard). Die Hauptplatine wirdmit Abstandsbolzen im Gehusebefestigt. Die Position derBefestigungspunkte ist durch den sogenannten Formfaktor definiert. DieHauptplatine ist Trger fr zahlreicheSteckpltze, Schaltkreisfassungen,externe und interne Anschlsse undelektronische Baugruppen.

    Eine spezielle Gruppe von Platinen derAbmessung von etwa 10 x18Zentimetern nennt manErweiterungskarte oder nur Karte.Es gibt je nach Funktion Grafikkarten, Soundkarten, ISDN-Karten, Netzwerkkarten, Fernsehkarten und viele mehr.Die Steckpltze der Hauptplatine, wohinein die Erweiterungskarten gesteckt werden, heien Slots. Eine typischeHauptplatine hat drei bis sieben Steckpltze (Slots) fr Erweiterungskarten. Die Slots sind nach Abmessung, Anzahlund Anordnung der Kontakte unterschiedlich. Die Erweiterungskarten stecken senkrecht auf der Hauptplatine.

    Auf dem Bild Hauptplatine fr Pentium III Prozessor sehen Sie eine ltere, relativ bersichtliche Hauptplatine mitsieben Slots. Ganz rechts auf der Platine befinden sich zwei schwarze ISA Steckpltze (Industrie StandardArchitektur), die auf modernen Hauptplatinen nicht mehr verwendet werden. Links davon befinden sich vier weiePCI-Steckpltze (Peripheral Computer Interface).Weiter zur Mitte befindet sich ein brauner AGP-Steckplatz (Advanced Graphic Port) fr die Grafikkarte. Auf ganzneuen Hauptplatinen wird der AGP-Steckplatz durch schnellere PCI-Express-Steckpltze abgelst. PCI Express isteine Weiterentwicklung von PCI.Weiterhin findet man auf der Hauptplatine zwei bis sechs Steckpltze fr RAM (Arbeitsspeicher). Auf dem Fotosind es drei, welche oberhalb des CPU-Sockels angeordnet sind. Direkt auf der Hauptplatine sind der Taktgeber, dieUhr, der Chipsatz und andere Bauteile aufgeltet.

    http://de.wikibooks.org/w/index.php?title=Datei:Mainboard_ISA.jpghttp://de.wikibooks.org/w/index.php?title=Computerhardware:_Grafikkartehttp://de.wikibooks.org/w/index.php?title=Computerhardware:_Soundhttp://de.wikibooks.org/w/index.php?title=Computerhardware:_Fernsehkartehttp://de.wikibooks.org/w/index.php?title=Computerhardware:_Hauptplatine:_Bus:_ISAhttp://de.wikibooks.org/w/index.php?title=Computerhardware_f%C3%BCr_Anf%C3%A4nger:_Glossar%23PCI-Steckpl%C3%A4tzehttp://de.wikibooks.org/w/index.php?title=Computerhardware:_Hauptplatine:_Bus:_PCIhttp://de.wikibooks.org/w/index.php?title=Computerhardware_f%C3%BCr_Anf%C3%A4nger:_Glossar%23AGP-Steckplatzhttp://de.wikibooks.org/w/index.php?title=Computerhardware_f%C3%BCr_Anf%C3%A4nger:_Glossar%23PCI-Express-Steckpl%C3%A4tzehttp://de.wikibooks.org/w/index.php?title=Computerhardware:_Hauptplatine:_Bus:_PCI-Expresshttp://de.wikibooks.org/w/index.php?title=Computerhardware_f%C3%BCr_Anf%C3%A4nger:_Glossar%23Chipsatz

  • Computerhardware fr Anfnger 17

    Sockel 462 (Ausschnitt aus obigem Bild)

    Auf der Hauptplatine befindet sich ein Schaltkreis-Sockel(englisch: Socket), in den der Prozessor gesteckt wird. DasBild zeigt den Sockel462 fr Prozessoren mit 462Anschlusskontakten. Um eine CPU mit so vielen Anschlssenohne Risiko einsetzen zu knnen, werden ZIF-Sockels (ZeroInsertion Force, auf deutsch etwa: Null-Kraft-Sockel)verwendet, die mit einem Schwenkhebel (im Bild: unten)ausgestattet sind. Null Kraft ist allerdings etwas bertrieben,und das Einsetzen des Prozessors erfordert einiges Geschick.

    Dual-Core-CPU D 925 von unten, rechts der aufgeklappte Sockel

    Weil die Prozessoren immer mehrAnschlusskontakte brauchen, gibt eszahlreiche Sockeltypen. Dasnebenstehende Bild zeigt links eineIntel Dual-Core-CPU D925 (3GHz)von unten, rechts ist ein Stck derHauptplatine mit den Sockel775 zusehen. Die Andruckplatte isthochgeklappt (im Bild: unten), und imoberen Teil der Prozessorfassung istder Ansatz des Verriegelungshebels zusehen.

    http://de.wikibooks.org/w/index.php?title=Datei:Socket_462.saa.jpeghttp://de.wikibooks.org/w/index.php?title=Datei:Pentium_D_925.jpg

  • Computerhardware fr Anfnger 18

    Die Bestandteile der Hauptplatine

    ASRock K7VT4A KT400A Chipsatz

    Einige hier vorkommende Fachbegriffeund Abkrzungen werden erst inspteren Kapiteln ausfhrlich erlutert.Chipsatz: Ein bis zwei hochintegrierteBausteine (Northbridge undSouthbridge), die den Datenverkehrauf der Hauptplatine regeln, z.B. vomProzessor zu den AGP- undPCI-Steckpltzen, zum RAM und zuden Peripherie-Anschlssen. DerChipsatz ist als zentraleVerteilerstelle fr die Gesamtleistungund Stabilitt des PC-Systems in vielhherem Mae verantwortlich, als diemeisten Menschen glauben.

    Aufgeltete BaugruppenBIOS: Basic Input Output System = Basis Ein-/Ausgabe-System. Das BIOS ist ein fest eingebautesMini-Betriebssystem. Es stellt einfache Treiber fr die wichtigsten PC-Komponenten bereit. Das BIOS berprftnach dem Einschalten die grundlegenden Funktionen des PC in einem so genannten Power On Self Test (abgekrztPOST, deutsch: Selbsttest nach dem Einschalten), konfiguriert die Hardware (Plug&Play), versorgt dieKomponenten der Hauptplatine mit Betriebsparametern, verwaltet Datum und Uhrzeit, berwachtProzessortemperatur und Lfterdrehzahlen und sucht auf den Datentrgern nach einem Betriebssystem, um dessenStart einzuleiten. Nach dem Start des Betriebssystems werden die BIOS-Treiber weitgehend durchBetriebssystem-eigene, optimierte Treiber ersetzt.

    BIOS-ROM-Baustein

    Festwertspeicher (EEPROM): ROM bedeutet Read Only Memory ="Nur-Lese-Speicher". Wichtig ist, dass ein ROM-Speicher beimAusschalten des PC seinen Inhalt nicht verliert. Darum wird ROM inmehreren PC-Komponenten verwendet, um das jeweiligeStartprogramm bereitzuhalten. Dass die Festplatte, die Grafikkarte undder Brenner einen solchen Festwertspeicher bentigen, ist wenigbekannt. Viel bekannter ist der BIOS-ROM. Der PC startet nach demEinschalten mit dem darin gespeicherten Programm. Mit einemBIOS-Update kann dieser Speicher auf den neuesten Stand gebracht werden (up to date). Auch andere ROMknnen upgedatet werden, um ihre Leistung zu verbessern.

    CMOS-RAM: CMOS ist die technische Bezeichnung fr extrem stromsparende Halbleiter. Aus diesen Bausteinenwird sowohl die interne Uhr als auch ein kleiner Speicherbaustein gebaut, die von der Batterie stndig mit Stromversorgt werden. In diesem RAM sind wichtige Daten ber die Hardware des PC gespeichert. Bei derInbetriebnahme des PC werden durch den Hndler die genauen Parameter der Festplatten, des parallelen und derseriellen Ports sowie weitere Angaben in das CMOS-RAM eingetragen, soweit diese vom BIOS nicht automatischerkannt werden knnen. Das Betriebssystem und jede andere Software fragt bei Bedarf diese Daten ab.Fr das Eintragen der Daten gibt es ein Hilfsprogramm, das BIOS Setup Programm. Es ist im BIOS-ROM gespeichert und kann whrend des PC-Startvorgangs aufgerufen werden. Bei den meisten PC kommt man mit der Taste Del (Entf) ins BIOS-Setup, bei manchen PCs ist es die Taste F1 oder F2. Vorsicht! Anschauen ist

    http://de.wikibooks.org/w/index.php?title=Datei:ASRock_K7VT4A_Pro_Mainboard_Labeled_German.jpghttp://de.wikipedia.org/wiki/Basic_Input_Output_Systemhttp://de.wikipedia.org/wiki/Power_On_Self-Testhttp://de.wikibooks.org/w/index.php?title=Datei:ROM_BIOS.jpghttp://de.wikibooks.org/w/index.php?title=Computerhardware:_BIOS:_Setup

  • Computerhardware fr Anfnger 19

    ungefhrlich, aber bitte nicht planlos die Einstellungen verndern, denn falsche Einstellungen knnen den PCausbremsen oder stilllegen.Batterie: Whrend der PC eingeschaltet ist, werden die Echtzeituhr und das CMOS-RAM vom Netzteil mit Stromversorgt. Bei ausgeschaltetem PC bernimmt das eine Batterie. Diese reicht etwa drei bis fnf Jahre. Wenn Datumund Uhrzeit bei ausgeschaltetem PC verloren gehen, muss vermutlich die Batterie gewechselt werden.

    Die externen (rckwrtigen) Anschlsse der Hauptplatine

    ATX Hauptplatine von hinten gesehen

    Am hinteren Rand der Hauptplatinebefinden sich die Anschlsse fr diePeripherie: Tastatur, Maus, Drucker,Modem, USB, Lautsprecher, Netzwerkund andere. Jeder Hauptplatine liegteine Blende mit ffnungen fr dierckwrtigen Anschlsse bei. Dienebenstehenden Fotos sind Beispiele.Hhe und Breite dieser Blende sindfeststehend, die Anzahl undAnordnung der ffnungen nicht.

    Slotblende eines Core 2 Duo Mainboards

    Welche Anschlsse eine konkreteHauptplatine hat, ist extremunterschiedlich. Neuere Hauptplatinenhaben meist mehr Anschlsse, als sichin der rckwrtigen Blendeunterbringen lassen. WeitereAnschlsse werden an der Frontseiteoder an der Rckseite herausgefhrtund mit der Hauptplatine verbunden.

    PS/2 Anschlsse fr Tastaturund Maus

    Tastaturbuchse und Mausbuchse

    Die Bezeichnung PS/2 wurde von IBM eingefhrt. IBM hatte eine neueRechnergeneration herausgebracht mit dem Namen Personal System 2, wo diekleineren Stecker erstmals verwendet wurden. Diese Stecker werden direkt von derRckseite des PC auf die Hauptplatine aufgesteckt. Diese Anschlsse sind nichtverwechslungssicher! Wenn Sie die Beschriftung und die Farbmarkierung beachten(Tastatur violett, Maus grn), kann nichts schiefgehen. Wenn keine Markierung zu finden ist: Der Anschluss,welcher der Hauptplatine nher liegt, ist der Tastaturanschluss. Liegen die Anschlsse nebeneinander (gleich weitvon der Hauptplatine entfernt), liegt der Mausanschluss weiter auen (oben). Wenn Sie die Stecker trotz allemverwechseln, brennt zumindest nichts durch. Wichtig: Sie mssen Tastatur und Maus vor dem Einschalten desComputers angesteckt haben, sonst erkennt und benutzt er sie nicht.

    Bei neuen Platinen und vor allem bei Notebooks werden diese PS/2-Anschlsse mitunter weggelassen. Dann bleibtnichts anderes brig, als Tastaturen und Muse mit einen USB-Anschluss zu verwenden.

    http://de.wikibooks.org/w/index.php?title=Datei:ATX_Rckseite.jpghttp://de.wikibooks.org/w/index.php?title=Datei:Mainboard_Slotblende_V1a.JPGhttp://de.wikibooks.org/w/index.php?title=Datei:Ps-2-ports.jpg

  • Computerhardware fr Anfnger 20

    LPT-Port eines ATX-Mainboards

    Parallel-Port

    Parallel bedeutet, dass alle Bits eines Zeichens gleichzeitig ber eindickes Kabel bertragen werden. Dieser Anschluss wurde und wirdhauptschlich fr Drucker verwendet. Weil neuere Drucker meist einenUSB-Anschluss haben, wird der Parallelport allmhlich berflssig.Weil die Schnittstelle viel Platz bentigt, wird er bei Notebooks immer hufiger weggelassen. Laserdrucker habenfast ausnahmslos einen parallelen Druckeranschluss, in letzter Zeit zustzlich einen USB-Anschluss. Tintendruckerhaben nur USB-Anschluss, nur bei hochpreisigen Tintendruckern ist zustzlich ein Parallelanschluss vorhanden.

    Serieller Anschluss

    Serielle Anschlsse

    20 Jahre lang waren serielle Anschlsse (COM1 und COM2) an jedem PCvorhanden. Diese Schnittstellen wurden fr langsame Gerte verwendet, wie zumBeispiel Maus, externes Modem, Rechnerkopplung und fr die Programmierung vonTelefon- und anderen Anlagen. Zunehmend werden Gerte auf USB umgestellt, diefrher mit seriellen Anschlssen ausgestattet waren. Neuere PC haben meist noch einen seriellen Anschluss, nurselten einen zweiten. Bei neueren Notebooks fehlen die seriellen Anschlsse meist ganz.

    FireWire

    Datenrate Standard seit

    400 Mbit/s IEEE 1394a 1995

    800 Mbit/s IEEE 1394b 2002

    3200 Mbit/s IEEE 1394b S3200 2008

    Dieser Anschluss wurde ursprnglich vorzugsweise fr den Anschluss von Filmkameras verwendet. Mittlerweilegibt es viele externe Gerte mit diesem Anschluss, z.B. Festplatten. Maximale bertragungsrate siehe Tabelle.Alle Standards benutzen die gleichen Stecker und Kabel. Gegenber USB hat Firewire einige Vorteile: Es verursacht weniger CPU-Belastung Mehrere Gerte knnen auch ohne PC untereinander kommunizieren Angeschlossene Gerte drfen bis zu 1,5A Strom ber das Kabel erhalten (USB: 0,5A)

    USB-Anschlsse

    USB-Stecker Typ A

    Universal Serial Bus Connector = "universeller serieller Anschluss", wird in der Version1.1 ab Windows 98 untersttzt. USB in der Version 2.0 wird ab Windows 98SEuntersttzt, wenn man zustzliche Treiber installiert. Ab Windows 2000 sind Treiber imBetriebssystem enthalten.

    USB 1.1 kennt zwei Geschwindigkeiten: Low-Speed 1,5 Mbit/s, Full-Speed 12 Mbit/sUSB 2.0 kennt drei Geschwindigkeiten:

    Low-Speed 1,5 Mbit/s, Full-Speed 12 Mbit/s High-Speed 480 Mbit/s

    http://de.wikipedia.org/wiki/Line_Printing_Terminalhttp://de.wikipedia.org/wiki/ATX-Formathttp://de.wikipedia.org/wiki/Mainboardhttp://de.wikibooks.org/w/index.php?title=Datei:Parallelport.jpghttp://de.wikibooks.org/w/index.php?title=Datei:SerialPort_ATX.jpghttp://de.wikibooks.org/w/index.php?title=Datei:USB_Male_Plug_Type_A.jpg

  • Computerhardware fr Anfnger 21

    USB 3.0 soll 2009 auf den Markt kommen. Geplant ist eine Datenbertragungsrate von etwa 5 Gbit/s.Externe Festplatten und DVD-Brenner kann man nur an einem USB-2.0-Anschluss mit voller Geschwindigkeitbetreiben. Allerdings ist auch USB High-Speed mit (theoretisch) 480Mbit/s = 60MByte/s immer noch etwaslangsamer als die 100MB/s bis 133MB/s, die am internen parallelen Festplattenanschluss erreicht werden. S-ATAerreicht theoretisch 150 oder 300 MByte/s, realistisch sind 100 oder 200 MByte/s.Die USB-Kabel sind nicht symmetrisch: Der Stecker auf Seite des Computers ist vom Typ A (flach), der Stecker amexternen Gert ist quadratisch mit zwei abgeschrgten Ecken (Typ B).USB-Gerte ohne eigenes Netzteil nennt man Bus-powered, sie beziehen ihren Strombedarf ber den PC. Jedereinzelne USB-Port des Computers muss bei Bedarf 0,5Ampere liefern knnen. Einige USB-Gerte bentigenkurzzeitig die vollen 0,5A, zum Beispiel fr den Anlaufstrom eines Motors. Bei stationren PCs ist das kaum einProblem, aber einige Notebooks haben Probleme, diesen Maximalstrom zu liefern und sie schalten wegenberlastung des Anschlusses sicherheitshalber ab.Wenn die USB-Anschlsse am PC nicht ausreichen, gibt es zwei Mglichkeiten: Man steckt eine Erweiterungskarte in den PC. Sie kostet weniger als 20 Euro, der Einbau ist unproblematisch. Je

    nach Ausfhrung bekommt man zwei bis vier zustzliche USB-Anschlsse. Bei einem Notebook ist dieseNachrstung leider nicht mglich.

    Man verwendet Verteiler, sogenannte Hubs. Theoretisch knnen bis zu 127 Gerte angeschlossen werden. Esgibt Regeln und Einschrnkungen, wie das zu geschehen hat. Besonders wichtig: Ein USB-Kabel darf nichtlnger als fnf Meter sein.

    Es gibt aktive USB-Hubs (mit eigenem Netzteil) und passive USB-Hubs (die den Strom vom PC beziehen und aufdie angeschlossenen Gerte verteilen). Viele aktive USB-Hubs kann man auch ohne Netzteil betreiben, sie arbeitendann passiv.Wenn Sie nun mehrere Gerte mit hohem Stromverbrauch, wie einen USB-Brenner, eine USB-Festplatte, einenScanner und einen externen TV-Empfnger, an einen passiven Hub anschlieen, der nicht mehr als maximal 0,5 Avom PC bekommen kann, reicht der Strom mglicherweise nicht fr alle. Gnstigstenfalls schaltet der PC ab. Inextremen Fllen kann ein minderwertiges PC-Netzteil berlastet und sogar zerstrt werden! Wenn Sie jedoch dieGerte mit hherem Strombedarf an einen USB-Hub mit eigenem Netzteil anschlieen oder direkt an den PCanstecken, schtzen Sie Ihren PC. Manche stromhungrigen USB-Gerte haben einen zustzlichen Anschluss fr einexternes Steckernetzteil, den Sie dann auch nutzen sollten, um das PC-Netzteil zu entlasten.Wenn ein USB-Gert mehr als 500 mA Strom bentigt, werden am Kabel zwei USB-Stecker angebracht, damit dasGert den bentigten Strom aus zwei PC-Schnittstellen saugen kann. Sie sollten unbedingt beide Stecker einstecken,sonst kann es zu Fehlfunktionen kommen. Bei externen Festplatten fhrt mangelhafte Stromversorgung nicht seltenzu totalem Datenverlust.

    DasBIOS

  • Computerhardware fr Anfnger 22

    Was ist das BIOS?BIOS ist die Abkrzung von Basic Input Output System, deutsch: Basis Ein-/Ausgabe-System. Es handelt sichum das erste Programm, mit dem die CPU nach dem Einschalten die Arbeit beginnt. Gewissermaen wird der PCmit dem BIOS-Programm zum Leben erweckt und im Anschluss das Starten eines Betriebssystems eingeleitet. DasBIOS-Programm wird vom Hersteller der Hauptplatine in einem Festwertspeicherbaustein (ROM) bereitgestellt, derauf die Platine aufgeltet ist. Bei Stromausfall gehen die gespeicherten Bits nicht verloren.Das BIOS nimmt eine Zwischenstellung zwischen Hardware und Software ein. Normale Software, wie Betriebssystem und Anwendungen, wird auf Datentrgern geliefert. Man hat eine groe

    Auswahl, welche Software man installiert und man kann sie auch deinstallieren. Die BIOS-Software jedoch ist in der Hardware fest eingebaut und kann nicht entfernt oder ausgewechselt werden.Wegen dieser Zwitterstellung hat das BIOS den Namen Firmware bekommen.Im Prinzip ist das BIOS ein minimales Betriebssystem, allerdings ohne Eingabeaufforderung. In den achtzigerJahren war sogar noch ein BASIC-Interpreter enthalten, dadurch konnte der PC auch ohne DOS benutzt werden.

    Welche Aufgaben hat das BIOS? Das BIOS-Programm beginnt nach dem Einschalten mit dem POST (Power On Self Test). Dabei werden die

    grundlegenden Funktionen des PC berprft (z.B. Speichertest). Wenn Fehler auftreten, werden sie auf demBildschirm angezeigt. Wenn die Bildschirmausgabe nicht mglich ist, werden Fehler durch eine unterschiedlicheAnzahl von Pieptnen signalisiert.

    die Hardware wird konfiguriert (Plug & Play) - Stromsparfunktionen (Powermanagement). Ressourcen werdenverteilt, z. B. Interrupts.

    On-Board-Komponenten (Chipsatz, Schnittstellen,...) werden mit Betriebsparametern versorgt (z.B. AnzahlWartezyklen) und initialisiert

    elementarer Schutz gegen Bootsektorviren Datum und Uhrzeit verwalten Temperaturberwachung des Prozessors und des Boards Suche auf den Datentrgern nach einem Betriebssystem. Das gefundene Betriebssystem wird in den

    Arbeitsspeicher geladen und das Betriebssystem gestartet.Als Speicher fr das BIOS werden heute Flash-EEPROMS (Flash Electrical Erasable Programmable Read OnlyMemory = "blitzschnell elektrisch lschbarer Nur-Lese- Speicher") verwendet. Diese Speicherbausteine knnenohne Spezialgerte gelscht und neu beschrieben werden, dadurch kann der Benutzer ein sogenanntes BIOS-Updateselbst durchfhren.

    CMOS und UhrSeit 1993 hat jeder PC einen Speicherbaustein mit extrem geringer Stromaufnahme, das sogenannte CMOS-RAM.Im gleichen Chipgehuse ist auch der Uhren-Schaltkreis (RTC = Real-Time-Clock) untergebracht. Der CMOS RAMenthlt die Parameter der Festplatten, der parallelen und der seriellen Ports sowie weitere Angaben. DasBetriebssystem liest diese Daten vor allem beim Hochfahren. Damit die im CMOS gespeicherten Parameter beimAbschalten des PC nicht verloren gehen und damit die Uhr nicht stehenbleibt, erfolgt die Ersatz-Stromversorgungdurch einen Akku oder eine Lithium-Batterie.

    http://de.wikibooks.org/w/index.php?title=Computerhardware:_ROM

  • Computerhardware fr Anfnger 23

    Das BIOS-Setup-ProgrammUm die Parameter der Festplatten und andere Parameter in dieses CMOS - RAM einspeichern zu knnen, wird einsogenanntes BIOS Setup Programm bentigt. Frher, als ROM noch sehr teuer war, wurde dieses Programm aufDiskette beigelegt. Heute wird das BIOS Setup Programm im ROM untergebracht. Wenn man Vernderungen anden Einstellungen vornehmen will, muss man das BIOS Setup Programm starten, indem man den Startvorgang desPC im richtigen Moment mit einer Taste oder Tastenkombination unterbricht. Meist wird die Taste Del bzw. Entfoder F2 dafr verwendet.

    Speicher

    Byte und Bit sind Maeinheiten fr die Menge an Speicherplatz.Ein Bit ist Speicherplatz fr die kleinstmgliche Informationsmenge: 1 oder0, Ja oder Nein, Ein oder Aus. EineGruppierung von acht Bit nennt man ein Byte. Mit 8 Bit kann man 2hoch8 = 256Kombinationen bilden. Man kannin einem Byte also eine Zahl zwischen Null und 255 oder ein Zeichen (einen Buchstaben des Alphabets oder einSonderzeichen) speichern.

    Gesetzliche MaeinheitenIn diesem Lehrbuch werden die gesetzlichen Maeinheiten verwendet:1 Sekunde = 1 000 Millisekunden = 1 000 000 Mikrosekunden = 1 000 000 000 Nanosekunden.1 Giga = 1 000 Mega = 1 000 000 Kilo = 1 000 000 000.Wenn es um Speicherkapazitt geht, werden in Anlehnung an die gesetzlichen Maeinheiten die BezeichnungenGiga, Mega und Kilo verwendet: EB = Exabyte = 1 Billiarde Byte, TB = TeraByte = 1 Billion Byte, GB = GigaByte = 1 Milliarde Byte, MB = MegaByte = 1 Million Byte, kB = kiloByte = Eintausend Byte.Nun lsst sich elektronischer Speicher nicht in beliebigen Portionen herstellen. Fertigungstechnisch sind nurSpeichergren herstellbar, die eine Zweierpotenz sind: 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128, 256, 512, 1024, 2048, 4096, 8192,16384, 32768, 65536 usw. sowie Vielfache davon sind herstellbar. Eine Speicherkapazitt von 1000 lsst sich nichtherstellen (zumindest nicht mit vertretbarem Aufwand). Notgedrungen wird in der Computertechnik die Zahl 1024mit Kilo bezeichnet, (1024)2 = 1.048.576 mit Mega, (1024)3 = 1073.741.824 mit Giga usw. Den kleinenUnterschied nimmt man in Kauf.

    Dabei hat es sich im allgemeinen eingebrgert, die bereits gelufigen SI-Vorstze (Kilo fr 103=1000, Mega fr106=1.000.000 usw.), die eigentlich auf Potenzen der Zahl 10 beruhen, auf die in der Informatik blicherenZweierpotenzen zu bertragen. Mit einem Kilo-Byte sind aber nicht 1000, sondern immer 1024 gemeint.Beim magnetischen und optischen Speicher gibt es keine fertigungsbedingten Einschrnkungen. Man htte einenDatenblock durchaus genau 1000 Byte gro machen knnen. Weil aber im PC ein stndiger Datenaustauschzwischen den Speicherarten stattfindet, wren unterschiedliche Datenblockgren extrem unpraktisch. Deshalb istder kleinste adressierbare Datenblock auf allen magnetischen und optischen Datentrgern genau 512 Byte gro, dieHlfte von 1024.Beim Speicher gilt also:

    http://de.wikibooks.org/w/index.php?title=Datei:Wikipedia-logo.pnghttp://de.wikipedia.org/wiki/Vorstze_fr_Maeinheiten

  • Computerhardware fr Anfnger 24

    TB GB MB kB Byte

    1 = 1024

    1 = 1024 = 1.048.576

    1 = 1024 = 1.048.576 = 1.073.741.824

    100 = 102.400 = 104.857.600 = 107.374.182.400

    0,909 = 931 = 953.674 = 976.562.500 = 1.000.000.000.000

    1 = 1024 = 1.048.576 = 1.073.741.824 = 1.099.511.627.776

    In der vorletzten Zeile der Tabelle sehen Sie, dass eine in der Werbung mit 1Terabyte (1012) angepriesene Festplatte(womit 1000.000.000.000Byte gemeint sind) von Windows mit 909GB angezeigt wird.Um diese Verwirrungen zu beseitigen, sind die neuen Maeinheiten kibi, mebi und gibi eingefhrt worden. Exakterist es deshalb, die eigens dafr eingefhrten, allerdings noch relativ wenig benutzten binren Vorstze (Kibi fr210=1024, Mebi fr 220=1048576 usw.) zu verwenden: 2 hoch 10 Byte = 1024 Byte = 1 Kibibyte = 1KiB (sprich: Kibibait) 1kB (sprich: k oder Kilobait).

    Weil Kilo ein SI-Vorsatz ist und fr 1000 steht, hier aber 1024 Byte gemeint sind, ist die Bezeichnung Kilobytesachlich falsch. Richtig, jedoch seltener verwendet, wre die Bezeichnung Kibibyte.

    2 hoch 20 Byte = 1.048.576 Byte = 1 Mebibyte = 1.024 KiB = 1MiB (sprich: Mebibait) 1MB (sprich:Megabait).

    2 hoch 30 Byte = 1.073.741.824 Byte = 1 Gibibyte = 1.024 MiB = 1GiB (sprich: Gibibait) 1GB (sprich:Gigabait).

    2 hoch 40 Byte = 1.099.511.627.776 Byte = 1 Tebibyte = 1.024GiB = 1TiB (sprich: Tebibait) 1TB (sprich:Terabait).

    Allerdings sind diese Einheiten noch relativ wenig bekannt. Die Festplattenhersteller bevorzugen die alten,unkorrekten Einheiten, denn 1000GB sieht nach mehr aus als 909GiB. So wird es wohl noch dauern, bis sich dieneuen Einheiten durchsetzen.

    Anforderungen an SpeicherDer ideale Speicher wre gleichzeitig sehr schnell, gewaltig gro und preiswert. Darber hinaus sollten gespeicherteInformationen bei Bedarf jahrzehntelang verlustfrei haltbar sein. Leider gibt es keine Speichertechnologie, welchediese Anforderungen auch nur nherungsweise erfllt. Groe Kapazitten sind nur mit relativ langsamen Verfahrenzu erreichen, andererseits sind schnelle Speicher teuer und klein. Daher gibt es in einem PC mehrere Arten vonSpeicher, die abgestimmt zusammenarbeiten.Die Tabelle zeigt typische Werte fr die in einem PC gebruchlichen Technologien:

    http://de.wikibooks.org/w/index.php?title=Datei:Wikipedia-logo.pnghttp://de.wikipedia.org/wiki/Binrprfix

  • Computerhardware fr Anfnger 25

    Speichertyp CPU-Cache Arbeitsspeicher (DDR2-800) Flash (USB-Stick) Festplatte DVD

    Klassifikation intern, flchtig extern, dauerhaft

    Preis pro MB 10 1.5 Cent 1 Cent 0,02 Cent 0,01 Cent

    typische Gre 8 MB 2048 MB 4 GB 500 GB 4,7 GB

    Datenbertragungpro Sekunde

    24 GB/sek 6.4 GB/sek 0,01 GB/sek 0,06 GB/sek Lesen: 0,01 GB/sek

    Klassifikation des Speichers nach Bauteilen Der Externe Speicher (Massenspeicher) wird mit Kabeln an die Hauptplatine angeschlossen. Er ist langsam,

    weil er mit mechanisch bewegten Teilen arbeitet. Die Daten werden zu Blcken zusammengefasst. Manunterscheidet: Magnetische Speichermedien: Festplatten, Diskettenlaufwerke, ZIP-Laufwerke Optische Speichermedien: CD- und DVD-Laufwerke, BluRay, HD-DVD Flash-Speicher (USB-Stick) hat keine bewegten Teile, zhlt aber eher zu den externen Speichern, was

    Kapazitt, Geschwindigkeit und Gre angeht. Der Interne Speicher ist direkt auf der Hauptplatine aufgeltet oder aufgesteckt. Der interne Speicher kommt

    ohne mechanisch bewegte Teile aus und ist deshalb sehr schnell. Es gibt zwei Arten: ROM: Read Only Memory (Nur-Lese-Speicher) fr das Startprogramm RAM: Speicher fr Arbeitsdaten.

    Wie gro sind die Geschwindigkeitsunterschiede?

    Fr den Arbeitsspeicher sind Zugriffszeiten von weniger als 5Nanosekunden blich. Die Festplatte als externerSpeicher bentigt pro Lese- oder Schreibzugriff durchschnittlich 9Millisekunden = 9.000.000 Nanosekunden. Beieiner so langen Wartezeit ist es blich, gleichartige Daten zu Blcken zusammenzufassen. Ein Datenblock aufDiskette oder Festplatte ist 512Byte gro. Beim Lesen eines einzelnen Blockes kommt die Festplatte aufdurchschnittlich 9ms pro 512Byte =18.000 Nanosekunden pro Byte. Diese Blcke werden zu greren Einheitenzusammengefasst, den sogenannten Verwaltungseinheiten, engl.: Cluster. Die Gre der Verwaltungseinheit hngtvon der Gre der Festplatte ab, es knnen 8 bis 64 Sektoren zu einem Cluster gehren. Je grer die Festplatte,desto grer die Cluster. Mehrere Cluster hintereinander bilden eine Spur der Festplatte.Nehmen wir an, eine Spur enthlt 102.400 Byte, aufgeteilt in 200Sektoren zu je 512Byte. Die Festplatte bentigt9ms fr die Positionierung plus 8ms fr eine volle Umdrehung. Die Wartezeit pro Byte verbessert sich auf 170ns.Allerdings ist das eine sehr optimistische Rechnung, denn es kommt nicht oft vor, dass so viele aufeinanderfolgendeDaten von der CPU angefordert werden. Das zeigt aber auch, dass die Reihenfolge der Daten auf einemMassenspeicher optimiert werden sollte, um bessere Geschwindigkeiten zu erzielen. Im Unterschied dazu hngt beiinternem Speicher die Geschwindigkeit nicht von der Anordnung der Daten ab.

  • Computerhardware fr Anfnger 26

    Externer SpeicherDie Festplatten, Diskettenlaufwerke, Flash-Speicher und optischen Speicher werden etwas spter behandelt.

    Interner SpeicherBeginnen wir mit der Betrachtung der Halbleiter-Bausteine, die fr RAM und ROM verwendet werden.

    ROM Der Nur-Lese-SpeicherROM ist die englische Abkrzung fr Read Only Memory (Nur-Lese-Speicher, auch als Festwertspeicherbezeichnet). ROM verliert die Daten nicht, wenn der Strom abgeschaltet wird. Auerdem knnen die enthaltenenDaten im normalen Betrieb nicht gendert werden und sind gegen Fehlbedienungen, Programmabstrze undAttacken durch Computerschdlinge immun. Wegen dieser wertvollen Eigenschaften hat jeder Computer einenROM-Baustein, in dem das Startprogramm gespeichert ist, mit dem die Arbeit nach dem Einschalten beginnt. BeimPC wird dieses Startprogramm als BIOS bezeichnet.Ein ROM ist allerdings nicht vllig Read Only, denn die Daten mssen ja irgendwie in den Chip hineinkommenoder ntigenfalls gendert werden knnen. Mit speziellen Mitteln, Gerten oder Programmen ist das mglich.

    Der RAM-SpeicherRAM bedeutet Random Access Memory, deutsch: wahlweise ansprechbarer Speicher oder auch Speicher mitwahlfreiem Zugriff. Das bedeutet zweierlei: Im Unterschied zum ROM kann man den Speicher nicht nur Lesen, sondern auch beschreiben. Die Reihenfolge

    und Hufigkeit, mit der Daten geschrieben oder gelesen werden knnen, ist beliebig. Im Unterschied zur Festplatte kann jedes Byte einzeln adressiert werden, in beliebiger Reihenfolge.Leider ist RAM ein flchtiger Speicher. Das bedeutet: Strom weg - Daten weg. Nach dem Einschalten des PC mussdessen leerer RAM mit Programmen und Daten aus dem externen Speicher gefllt werden. Dieser Vorgang ist dasLaden des Betriebssystems. Vor dem Ausschalten des PC mssen die vernderten Daten auf Festplattezurckgeschrieben (gespeichert) werden, sonst gehen sie verloren. Der Begriff speichern ist etwas unglcklichgewhlt, denn dabei werden die bereits (im RAM) gespeicherten Daten auf einen externen Datenspeicher, dieFestplatte, kopiert.

    Der ArbeitsspeicherDie wichtigste Verwendung fr RAM-Bausteine ist der Arbeitsspeicher, der auch als Hauptspeicher bezeichnet wird.Der Arbeitsspeicher ist eine Baugruppe auf der Hauptplatine, die ber schnelle Datenwege mit dem Prozessorverbunden ist. Der Prozessor benutzt ihn als Ablage fr operative Daten, Zwischenergebnisse und auch fr die Listeder nchsten Befehle. Im Inneren des Prozessors ist nur ganz wenig Platz fr Daten, ohne ausreichendArbeitsspeicher kann die CPU nicht arbeiten.

  • Computerhardware fr Anfnger 27

    RAM

    Die RAM-Speicherbausteine lassen sich in zwei Arten unterteilen, die auf ganz unterschiedlichen Technologienberuhen und dementsprechend in allen Kenndaten sehr unterschiedlich sind. Es gibt dynamischen RAM (DRAM)und statischen RAM (SRAM).

    DRAM

    PC-3200-Modul mit DDR-400 Speicherschaltkreisen

    Der Dynamische Speicher (DRAM) istverblffend einfach aufgebaut. JedeSpeicherzelle besteht aus einemKondensator und einem Transistor. Um eineEins zu speichern, wird der Kondensatoraufgeladen. Soll eine Null gespeichertwerden, bleibt der Kondensator ungeladen.Wenn die CPU wissen will, was gespeichertist (das nennt man eine Leseanforderung),gibt der Transistor die elektrische Ladungfrei. Wenn eine Eins gespeichert ist, flietfr einen kurzen Moment ein Entladestrom.Wenn eine Null gespeichert war, flietkein Strom. So oder so ist der Kondensatoranschlieend entladen. Der frhereSpeicherinhalt muss wiederhergestelltwerden. Ein solcher Lesen-und-Wiederherstellen-Zyklus dauert etwa 10nsek (10Nano-Sekunden), es kann alsobis zu 100Millionen mal pro Sekunde erfolgen. Das Lesen der Daten beansprucht etwa die Hlfte dieser Zeit, dieandere Hlfte wird fr das Zurckschreiben gebraucht.

    Leider verlieren die Kondensatoren ihre Ladung nicht nur durch das Lesen, sondern auch durch Leckstrme, dennHalbleitermaterial ist kein perfekter Isolator. Darum muss die Ladung der winzigen Kondensatoren einige tausendMale in der Sekunde aufgefrischt (nachgeladen) werden. Whrend des Vorgangs der Auffrischung, die englisch alsRefresh bezeichnet wird, knnen keine Daten gelesen werden.DRAM ist wegen des simplen Funktionsprinzips gnstig zu produzieren, wobei man hohe Packungsdichten erreicht.Deshalb wird DRAM als Arbeitsspeicher im PC eingesetzt. Mehrere einzelne Schaltkreise, auf einer kleinen Platinevon etwa 15 x2cm aufgeltet, nennt man ein Speichermodul.

    Bauformen von DRAM

    http://de.wikibooks.org/w/index.php?title=Datei:Ddr_sdram_2.jpg

  • Computerhardware fr Anfnger 28

    Typ Modul Chip Speichertakt bertragungsrate

    DDR-1 PC1600 DDR-200 100 MHz 1600 MByte/s

    PC2100 DDR-266 133 MHz 2100 MByte/s

    PC2700 DDR-333 166 MHz 2666 MByte/s

    PC3200 DDR-400 200 MHz 3200 MByte/s

    DDR-2 PC2-3200 DDR2-400 100 MHz 3200 MByte/s

    PC2-4200 DDR2-533 133 MHz 4200 MByte/s

    PC2-5300 DDR2-666 166 MHz 5300 MByte/s

    PC2-6400 DDR2-800 200 MHz 6400 MByte/s

    PC2-8000 DDR2-1000 250 MHz 8000 MByte/s

    PC2-8500 DDR2-1066 266 MHz 8500 MByte/s

    DDR-3 PC3-6400 DDR3-800 100 MHz 6400 MByte/s

    PC3-8500 DDR3-1067 133 MHz 8500 MByte/s

    PC3-10600 DDR3-1333 166 MHz 10600 MByte/s

    PC3-12800 DDR3-1600 200 MHz 12800 MByte/s

    Dynamischer RAM wird seit Jahrzehnten in den verschiedensten Bauformen gefertigt. Vor dem Jahr 2002 wurdendie PCs mit RAM in der Bauform SDRAM bestckt, das ist die Abkrzung fr Synchronous Dynamic RandomAccess Memory. Seitdem heien die verwendeten Bauformen DDR-1, DDR-2 und DDR-3.

    DDR-1

    Die Pentium-CPUs bis zum Pentium III arbeiteten mit sogenannten SDRAM-Speichermodulen zusammen, derenGeschwindigkeit fr den Pentium4 nicht ausreichte. 1999 kamen die ersten DDR-Module auf den Markt. DDRsteht fr Doppelte Daten-Rate und bedeutet, dass zweimal pro Speichertakt Daten bertragen werden. Die ersteGeneration dieser Speicher (DDR-1) wurde mit 100MHz getaktet, wegen der Verdopplung wurden daraus 200MHz. Da bei jedem Speicherzugriff gleichzeitig 8Byte (64Bit) bertragen werden, errechnet sich dieDatenbertragungsrate als 200MHz x 8Byte = 1600MByte/s. Ein Speichermodul PC3200, bestckt mitDDR-400 Chips, erreichte maximal 3200MByte/s bei 200MHz.

    DDR-2

    Pro Takt werden viermal Daten bertragen. Dadurch verdoppelt sich die Datenbertragungsrate erneut: Bei100MHz Takt werden 3200MByte/s erreicht, maximal 8500MByte/s bei 266MHz sind mglich.

    DDR-3

    Pro Takt werden achtmal Daten bertragen. Die Datenbertragungsrate verdoppelt sich zum dritten Mal: Bei100MHz Takt werden 6400MByte/s erreicht, maximal 12800MByte/s bei 200MHz sind mglich.

    Welcher RAM ist der richtige fr Sie?

    Ob Sie DDR-1, 2 oder 3 brauchen, hngt von Ihrer Hauptplatine ab, denn jeder RAM-Typ hat einen anderenSteckplatz. Sehen Sie im Handbuch nach, welcher Typ passt und welche Mindestgeschwindigkeit gefordert ist. DieGeschwindigkeit knnen und sollten Sie etwas hher als das geforderte Minimum whlen, damit Sie eineSicherheitsreserve haben. Die hhere Geschwindigkeit kostet Sie nicht viel mehr, denn der Preis hngt nur sehrwenig von der Schaltgeschwindigkeit ab.

  • Computerhardware fr Anfnger 29

    SRAMDer statische Speicher (SRAM) ist Elektronikbastlern als Flip-Flop bekannt. Die Schaltung ist recht kompliziert,denn pro Bit werden mindestens 6Transistoren bentigt. Dieser hohe Schaltungsaufwand bringt einen deutlichenGeschwindigkeitsvorteil: SRAM ist etwa einhundert mal schneller als DRAM, auerdem bentigt SRAM wederAuffrischung noch Auffrischungspausen. Deshalb wird SRAM in der CPU als Cache-Speicher verwendet. Etwa dieHlfte der in einer CPU enthaltenen Transistoren entfallen auf den SRAM.Bitte nicht verwechseln: SRAM = statisch (eine Transistorschaltung), DRAM = dynamisch (Kondensatoren),SDRAM = Synchroner DRAM = synchron angesteuerte Kondensatoren.

    Warum kann man den Arbeitsspeicher nicht aus dem schnelleren SRAMfertigen?Die CPU bentigt laufend Daten aus dem RAM. Whrend Prozessoren heute mit mehr als 2000 bis 3000Megahertzarbeiten, schaffen DRAM-Speicher bestenfalls 800MHz. Dieses Missverhltnis zwischen Speicher undProzessortakt zwingt die CPU, sogenannte Wartezyklen einzuschieben, um auf Daten aus dem Speicher zu warten.Anders gesagt: Je schneller der Prozessor ist, desto fter muss er auf Daten warten. In den letzen zehn Jahren sindCPUs etwa einhundert mal schneller geworden, whrend die RAM-Zugriffszeit im gleichen Zeitraum lediglich von10ns auf 7ns gefallen ist. Schnellerer Speicher wre wunderbar. Die DRAM-Technologie ist an der Grenze desErreichbaren. Es wird intensiv nach alternativen Technologien gesucht, aber bisher ist keine der neuen Erfindungenin Massenproduktion gegangen.SRAM wre wegen mit seiner Zugriffszeit von unter 0,1ns der ideale Ersatz, hat aber einige schwere Nachteile. SRAM belegt pro Bit eine etwa 15mal grere Flche im Schaltkreis als DRAM SRAM bentigen, je nach internem Aufbau und Verwendung, mehr EnergieDiese beiden Mngel - mehr Energie, mehr Flche - begrenzen die Verwendung von SRAM. Ein Arbeitsspeichervon 1 GB aus SRAM wrde einige zehntausende Euro kosten. Wegen der bentigten groen Leiterplattenflchewren die Datenwege derart lang, dass die resultierende Zugriffszeit mehr als zwei ns betragen wrden. Dadurchwrde ein Teil der Geschwindigkeitsvorteile relativiert werden.

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    Flash-Speicher

    Memory-Stick: 2=Controller, 4=Speicherchip, 5=Taktgeber, 6=Anzeige-LED,7=Schreibschutzschalter, 8=Platz fr zweiten Speicherchip

    Verwendung

    Das wichtigste Ziel bei derWeiterentwicklung von ROM ber PROMund EPROM zu EEPROM war eineeinfachere und schnellere Beschreibbarkeit.EPROM musste man zum Lschen undBeschreiben noch aus dem Gertherausnehmen, bei EEPROMS brauchteman das nicht mehr. Die weitereBeschleunigung des Schreibvorgangesfhrte zu den sogenanntenFlash-Speichern. Ebenso wie bei allenROM-Speichern verliert Flash-Speicher dieDaten bei Stromausfall nicht.

    Flash-ROM werden vielseitig verwendet,unter anderem: Als USB-Memory-Sticks fr den

    Datentransport zwischen Computern, In MP3-Playern, In Solid State Disks als Ersatz fr

    mechanische Festplatten, Als Speicherkarten fr Kameras, Mobiltelefone und Navigationsgerte.Leider herrscht bei den Bauformen der Speicherkarten ein unglaubliches Chaos. Es fehlt ein Standard. Es gibt bereitsUniversal-Kartenleser, die 36verschiedene Karten lesen knnen. Samsung, Sony Ericsson, Nokia, Texas Instrumentsund andere Hersteller wollen 2009 einen Industriestandard Universal Flash Storage (UFS) verabschieden.

    LebensdauerFlash-Speicher berstehen eine endliche Anzahl von Lsch/Schreibvorgngen, gegenwrtig einige hundertausend biswenige Millionen. Deshalb muss die Anzahl der Schreibvorgnge durch geeignete Software und die Ansteuerlogikminimiert werden. Das wird auf mehreren Wegen erreicht.1. Die zu schreibenden Daten werden lngere Zeit im Cache-RAM des Betriebssystems gesammelt.2. Die Speicherzellen werden zu Blcken von z. B. 4 kByte zusammengefasst. Ein Block wird stets im Ganzen

    geschrieben. Der Zustand jedes einzelnen Blockes wird in einer Tabelle registriert. Ausgefallene Blcke werdendurch Ersatzblcke ersetzt.

    3. Nach einem Wear Leveling genannten Verfahren[3] werden die Daten mglichst gleichmig im gesamtenSpeicherchip verteilt. Idealerweise wird damit eine gleichmige Abnutzung aller Speicherblcke erreicht.Zahlreiche Sticks (nicht alle) haben dieses Verteilverfahren in die Ansteuerelektronik integriert. Falls nicht, hatWindows Vista dafr eine Softwarelsung.

    Trstlich: Lsst sich ein Stick nicht mehr beschreiben, kann er zumindest noch gelesen werden.

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    Vor dem Herausziehen abmelden!Die zu schreibenden Daten, insbesondere die Verwaltungstabellen, werden von Windows eine lngere Zeit imCache-RAM behalten. Nur wenn Sie Windows von Ihrer Absicht informieren, den Stick