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1Einf. in die Wirtschaftsinformatik 1- DV-Infrastruktur WS03/04

PC mit offener Seitenwand

Netzteil

IO-Geräte:Laufwerke mitexternem Speicher

Mainboard IO-Erweiterungen

CPU

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Mainboard

Das Mainboard besteht aus einem Plastikbrett, vielen Chips und Sockeln darauf, die mit Leiterbahnen auf diesem Brett verdrahtet sind.Damit die Leiterbahnen überschneidungsfrei verlaufen können, sind sie in 4-6 Schichten angelegt.Das Mainboard enthält die CPU, Speicherchips, IO-Steuerungen und eine Reihe direkter Geräteschnittstellen (Tastatur, Maus, Drucker ..).

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Mainboard

Die Bausteine kommunizieren über Bussysteme miteinander.Die Steuerung dieser Bussysteme und Verbind-ungen wird vom Chipset (Satz von Chips) über-nommen.Dieser Chipset wird immer mehr in wenige Chips integriert, sie besitzen mittlerweile eine riesige Funktionalität.

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Mainboard - Aufbau

Chipset

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Mainboard - Chipset

533 MHz Systembus

Speicherbus 3,2 GB/sec, dual ChannelAGP-Bus 1,0 GB/sec

ATA-Schnittstelle PCI-Erweiterungsbus 133 MB/sec

400MHz, Bitbreite 2*16-->4Byte/Halbtakt -->3,2GB/sec

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Mainboard - Chipset

In der neueren Entwicklung gibt es neben dem „Brückensystem“ mit North- und Southbridge ein Hub-System (Hub = Verkehrsdrehkreuz).Sternförmige Anordnung, in der Mitte der Hub.Die Northbridge wird zum •Memory Controller Hub(MCH), die Southbridge zum •IO Controller Hub(ICH).

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Kommunikation über einen Bus

Bus

Busmaster Client ClientBusverteiler Busmaster

Ein Baustein gibt die Kommandos, alle anderen hören mit und reagieren, wenn angesprochen

Nur ein Busmaster kann die Kontrolle erhalten und Kommandos geben. Er beantragt die Kontrolle beim Busverteiler und erhält sie von diesem.

Der kontrollierende Busmaster legt ein Kommando und eine Adresse auf denBus (Steuer- und Adressleitungen), ein angeschlossener Baustein fühlt sichangesprochen und reagiert auf das Kommando.

Kommandos, Adressen, Daten

Fühlt sich

adressiert.

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Kommunikation über einen Bus

Der Baustein tauscht - getaktet mit dem Bustakt - mit dem Busmaster Daten aus.

ÜbertragungskapazitätAngabe der maximalen Datenübertragungsrate Kmax in Mbyte/secT Takt in MHzN Zahl der Takte, die zum Übertragen eines Wertes benötigt werden.M Zahl der Bytes, die parallel übertragen werden (Datenbreite/8). Kmax = M * (T / N)

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Speichertechnologien

Halbleiterspeicher

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Festwertespeicher (...ROM)

•ROM: Read Only MemorySpeicher mit „festverdrahtetem“ Inhalt•PROM: Programmierbares Read Only Memorywie ROM, jedoch wird erst im letzten Schritt der Fertigung der Inhalt „eingebrannt“.•EPROM: Erasable PROMDas Einbrennen kann rückgängig gemacht werden und neu Eingebrannt werden, aufwendige Technologie

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Festwertespeicher (...ROM)

•EEPROM: Electrical EPROM, Löschen einfacher•Flash ROM: ähnlich EEPROM, Löschen und Be-schreiben noch einfacher, Datensticks, dig. Foto-graphie u.a.

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Flüchtige Speicher: Technologie

Static Random Access Memory (SRAM)Statischer Speicher mit direktem Zugriff, d.h. die Speicherzellen sind direkt adressierbar.

0 V

0 V

BL BL

W

Es ist das bekannte Flip-Flop. Über BL wird gelesen und geschrieben.

W ist der Schreib-/Lese-impuls. Er schaltet das FF auf die Leitung BL durch.

3-5 V

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Flüchtige Speicher: Technologie

Dynamic Random Access Memory (DRAM)Statischer Speicher mit direktem Zugriff, d.h. die Speicherzellen sind direkt adressierbar.

0 V

Konden

-sator

W

BL0V oder 3-5VAufladung

Der Schreib-/Leseimpuls W schaltet den Kondensator auf die Leitung BL.

Lesen: der gespeicherte Wert (Aufladung) wird auf BL geschaltet.

Schreiben: der Kondensator wird auf den Wert von BL aufgeladen.

Da der Kondensator sich entlädt, muss in regelmäßigen Abständen ein „Refresh“ erfolgen. (Lesen und Zurückschreiben)

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Flüchtige Speicher: DRAM-Bausteine

DDR: Abkürzung für DDR-SDRAMEin SDRAM mit einer Double Data Rate, pro Takt werden 2 Werte übertragen.„QUAD PUMPED“- Technologie: 2 Kanäle à 16 bit werden im DDR Modus betrieben.Mit einem Takt werden vier 16-bit-Werte übertragen.Taktraten: 266 MHz, 333 MHz, 400 MHz

400MHz, Bitbreite 2*16-->4Byte/Halbtakt--> 8Byte*400MHz -->3,2GB/sec

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Flüchtige Speicher: DRAM-Bausteine

Beispiel: 512 MB DDR-(SD)RAM PC-333-233Kapazität: 512 MBDouble Data Rate Synchronous Dynamic Random Access MemoryTakt: 333 MHz(max. z.Zt. 400 MHz)

Das PC333-Modul hat 2 Takte CAS-Latency und je 3 Takte RAS Precharge und RAS-to-CAS Delay. Manchmal auch nur als CL2 (CAS-Latency 2) bezeichnet.RAS- und CAS-Lat. sind Verzögerungszeiten beim Lesen/Schreiben.

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Flüchtige Speicher: RDRAM

RDRAM Der Rambus-Speicher funktioniert nach einem anderen Prinzip als der SDRAM-Speicher. Das Kernstück des Rambus-Speichers ist ein Direct Rambus Channel, ein 16 Bit breiter Bus, der mit bis zu 400MHz betrieben wird. Da hier auch beide Flanken des Taktsignals verwendet werden ergibt sich eine max. theoretische Datenübertragung von 1,6GB/s. Die 'Dual Channel'-RDRAMs, erreichen 3,2GB/s , da zwei Speicher-Channels vorhanden sind.

Der RAMBUS-Speicher konnte sich wegen des Preises nicht bis heute durchsetzen.

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Speicher: MRAM

MRAMMagnetic RAM, Speicher auf magnetischer Basis

Magnetisierbare Schichten

Stromdurchfluss abhängig von der Magnetisierungsrichtung der oberen Schicht. Umprogrammierung durch Anlegen einer höheren Spannung U.

UStrom

Noch nicht endgültig Serien reif.

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Speicher im PC: Speicherhierarchie

Aus http://www.bas.uni-essen.de/Computer_Hardware_E_A_ABWL.pdf

SRAM

DRAM

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Speicher im PC: Registerspeicher

Die Bedeutung der Register wurde bereits behandelt.

Speicher mit dem schnellsten Zugriff.

Zusätzlich zu den allgemeinen Registern (Zwischenspeichern von Daten) gibt es eine Menge von Spezialregistern.

Zugriffszeit ist sehr schnell: 1 Takt der CPU.

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Speicher im PC: Pufferspeicher

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Noch Pufferspeicher

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Noch Pufferspeicher

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Speicher im PC: Arbeitsspeicher

Realisiert als DRAM (Dynamic Random Access Memory).Die Speicherzellen haben die Länge 8 bit = 1 byte.Sie sind ab 0 durchlaufend adressiert.Die CPU hat unmittelbaren Zugang zu diesem Speicher.Zweck: Der Arbeitsspeicher enthält alle Programmtexte und Daten, auf die von der CPU direkt zugegriffen wird.Größenordnung: bis zu 1 Gigabyte (GB), in PC‘s meist 256 Megabyte (MB) oder 512 Megabyte (MB) .

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Speicher im PC: Speichergrößen

Die Speichergröße wird angegeben in Vielfachen von 210 = 1024.

Grund: Die Adressen im Computer sind Dualzahlen. „Runde Zahlen“ (Zahlen mit vielen 0‘en rechts) sind im Dualsystem Vielfache von 1024.1024 = Kilo; 10242 = Mega; 10243 = Giga; 10244 = Tera

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Anerkannte Einheiten:

Byte KB MB GB

1 Byte 1

1 Kilobyte 1.024 1

1 Megabyte 1.048.576 1.024 1

1 Gigabyte 1.073.741.824 1.048.576 1.024 1

1 Terabyte 1 Billion 1.073.741.824 1.048.5761.024

1 Petabyte 1 Billiarde 1 Billion 1.073.741.8241.048.576

Speicher im PC: Speichergrößen

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Speicher im PC: Externe Speicher

Externe Speicher halten die Daten und Programme persistent (=dauerhaft) -im Gegensatz zu den internen Speichern, die, abgesehen von wenigen Ausnahmen, nicht persistent abspeichern. Technologie: Festplatten, Disketten, Bandlaufwerke: magnetische SchichtenCD, DVD: optischKennzeichnung: hohe Speicherkapazität, Kosten/Byte niedrig.

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Datenkonsistenz (-stimmigkeit)

Arbeitet man mit einer Speicherhierachie, so muss man darauf achten, dass die Daten stimmig bleiben.

Beispiel: Die Hausnummer einer Adresse in einer Adressdatei soll von einem Programm geändert werden. Die Hausnummer wird aus der Datei in den Arbeitsspeicher gelesen, dann per Instruktion über L2 und L1 in einem Register gespeichert und dort geändert und in den Arbeitsspeicher zurückgeschrieben. Tatsächlich landet der neue Wert erst einmal im L1 und/oder L2.

Es gibt für die Cache-Speicher zwei Strategien: write thru(direktes Schreiben in den Hauptspeicher) und write back(späteres Schreiben in den Hauptspeicher).

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Datenkonsistenz (-stimmigkeit)

Man hat in den verschiedenen Speichern ein Orginal und mehrere oft nicht aktuelle Kopien. Es muss dafür gesorgt werden, dass am Ende das Orginal persistent in der Datei steht.

Write back kann die Datenkonsistenz gefährden, z.B. bei einem Programm- oder Rechnerabsturz.

Wer ist verantwortlich?Datei<-->Arbeitsspeicher<-->Register muss vom Programmierer veranlasst werden, L1,L2 sind für den Programmierer unsichtbar.