Hardware Fuer Anfaenger

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Computerhardware fr Anfnger

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Computerhardware fr AnfngerDieses Buch wurde in die Liste empfehlenswerter Bcher aufgenommen.

Dieses Wiki-Buch vermittelt grundlegende Hardware-Kenntnisse, die jeder PC-Benutzer haben sollte. Das Buch ist aus Lehrgngen fr Verkuferinnen, Apothekerinnen, Anwlte und Steuerberater entstanden. Es soll fr jeden verstndlich 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 Hardware mehr wissen wollen. Es ist kein Einsteigerbuch fr 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 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 umfangreicheren Buch 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, 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 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

Computerhardware fr Anfnger 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

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GrundlagenwissenVor etwa dreiig Jahren wurden die Grundlagen gelegt, nach denen die heutigen PC und fast alle anderen Computer sowie deren Software funktionieren. Die Reklame und die Fachzeitschriften vermitteln uns den Eindruck, es wrden stndig revolutionre Innovationen eingefhrt. Mitunter wird sogar technologischer Rckschritt als Fortschritt deklariert. Natrlich wissen Sie, dass Reklame nicht den Zweck hat, Sie zu informieren, sondern Sie zum Kauf zu animieren (Das ist neu! Das mssen Sie unbedingt kaufen!), und Fachzeitschriften mssen sich mit reierischen Artikeln 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 bereits als bewhrte Technologien. 1960 wurde der Tintenstrahldrucker erfunden, 1963 die Maus und 1971 der Laserdrucker. 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 i8086 wurde kompatibel konstruiert, so dass die Programme des Vorgngers nach einer automatischen Umkodierung auf dem i8086 lauffhig waren. Intel hat sich 1978 gegenber IBM verpflichtet, jeden neuen Prozessor abwrtskompatibel zu entwickeln und hlt sich auch daran, ebenso wie AMD und andere Prozessorhersteller. Abwrtskompatibel bedeutet, dass alte Programme auf nachfolgenden Prozessoren laufen, selbst 30Jahre alte Programme! 3. E-Mail ist auch nicht so neu, wie man denkt. Die ersten Versuche wurden bereits 1971 durchgefhrt. Im Jahr 1979 stellte Eric Allman das Programm Delivermail fertig, das 1981 in Sendmail umbenannt wurde. Die bergroe Mehrzahl der E-Mail-Server benutzt dieses Programm auch heute noch in einer weiterentwickelten Version 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

Computerhardware fr Anfnger DOS-Befehl: xcopyc:\texte\*.doca:\*.doc/d/s/e/y. Solche Kommandozeilenbefehle werden von hardgesottenen Profis benutzt, weil einige dieser Befehle viel effektiver sind als das Klicken mit der Maus, und manche der klassischen Befehle knnen die letzte Rettung sein, wenn Windows nicht mehr funktioniert. 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 jeder whlen, 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 Verbesserungen auch smtliche alten Befehle weiterhin funktionieren. Dadurch knnen Sie nach dem Umstieg auf ein moderneres Betriebssystem Ihre lteren, lieb gewonnenen Programme weiter verwenden und natrlich auch Ihre Daten weiter benutzen. Dieses freundliche Prinzip nennt man (Abwrts-)Kompatibilitt. Dadurch kann ich auch heute noch die meisten 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 Kompatibilitt betrifft auch die klassischen DOS-Befehle. Deshalb besitzen die neuen Windows-Versionen ein Fenster fr DOS-Befehle, die sogenannte Eingabeaufforderung. Die DOS-Befehle wurden teilweise weiterentwickelt und es kamen viele neue Befehle hinzu. Darum spricht man nicht mehr von DOS-Befehlen, sondern von Kommandozeilenbefehlen. Das Befehlssortiment ist so umfangreich, dass sich moderne Windows-Betriebssysteme fr Server vollstndig mit Kommandozeilenbefehlen installieren, konfigurieren und bedienen 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 an alternativen Betriebssystemen, von denen Linux das bekannteste ist. Die Wurzeln dieser Betriebssysteme reichen meist noch weiter zurck, als die von Windows. Seitdem wurden Hard- und Software Jahr fr Jahr in kleinen Schritten verbessert: hhere Taktfrequenzen, hhere Packungsdichten auf dem Chip und auf der Festplattenoberflche, hhere Drehzahlen, mehr Farben usw. Durch Weiterentwicklung 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 vermeiden lassen, wenn der Benutzer im entscheidenden Moment geahnt htte, was er tut oder wenigstens geahnt htte, ab wann es kritisch wird. Den meisten Leuten, die sich fr Computer interessieren, fehlen diese Grundlagen vollkommen. In der Schule wird solches Wissen bisher nicht vermittelt. In Fachzeitschriften wird Grundlagenwissen leider nur selten und unsystematisch geboten. Die Redakteure und Autoren sind Computerfreaks und schreiben fr andere Computerfreaks 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 das bereits mehr oder weniger klar. Dieses Buch soll Ihnen Grundlagenwissen vermitteln, das Ihnen bei realen praktischen Problemen hilft oder diese Probleme vermeidet. Regeln und Empfehlungen sollen begrndet werden. Am Wichtigsten aber ist:

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Computerhardware fr Anfnger 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! Auerdem kann 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 bitte im Glossar nach, wenn Sie auf unbekannte Begriffe treffen, die vielleicht erst in spteren Kapiteln erlutert werden. Und nun viel Spa beim Lesen!

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BinrzahlenWas ist das eigentlich ein Zahlensystem?Ein Zahlensystem dient dazu, Zahlen vor allem groe Zahlen einfach und bersichtlich darzustellen. Auerdem soll es mglichst einfach sein, mit den Zahlen zu rechnen. Mit der Entstehung erster Stdte und Zivilisationen entstand die Notwendigkeit, mit groen Zahlen umzugehen. Auf einem Bierdeckel mit ein paar Strichen die Anzahl der bestellten Biere zu notieren, ist bersichtlich. Mit 300 Strichen 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 rmische Zahlsystem. Die Grundidee: Fr grere Mengen von Einsen werden Gruppensymbole eingefhrt. Die Rmer verwendeten den Buchstabe I fr die Eins. Zehn Striche wurden durch ein X ersetzt, C steht fr hundert und M fr tausend. Zustzlich gibt es Halbzahlen: V fr fnf, L fr 50 und D fr 500. So konnte man die 300Striche durch CCC ersetzen. MCCXIII bedeutet also 1213, und CXXXII, XCXIIX oder XXXIIC bedeuten 132. Die Reihenfolge der Ziffern spielt eigentlich keine Rolle, nur die Summe zhlt. Daher werden derartige Zahlensysteme als Additionssysteme bezeichnet. Eine beliebige Reihenfolge der Ziffern fhrt allerdings dazu, dass es fr eine Zahl viele verschiedene Schreibweisen gibt. Das ist unbersichtlich. Deshalb hatten die Rmer eine Regel, die greren Ziffern vor den kleineren zu schreiben.Zahl 4 9 19 richtig IV IX XIX IIII VIIII XVIIII falsch

1959 MCMLIX MDCCCCLVIIII

Fr die rmischen Zahlen gibt es eine weitere, etwas merkwrdige Sonderregelung, um das Schreiben von vier gleichen aufeinanderfolgenden Zeichen zu vermeiden: Steht vor einer greren Ziffer eine kleinere, wird die kleine von der groen abgezogen. Die Zahlen werden dadurch krzer. So schreibt man fr die Zahl 49 beispielsweise IL statt XXXXVIIII. Die Addition und Subtraktion rmischer Zahlen ist nicht leicht, gemessen an unserem heutigen Kenntnissen und Gewohnheiten. 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, dass etwa im 15. Jahrhundert in Westeuropa die rmischen Zahlen durch das Dezimalsystem abgelst wurden.

Computerhardware fr Anfnger Worin besteht die berlegenheit des Stellenwertsysteme? Das Dezimalsystem ist ein Stellenwertsystem mit den folgenden 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 rechts eine Null anfgt), ist sie zehn mal mehr wert. Fr das Rechnen mit groen Zahlen gibt es relativ einfache Regeln. Ob ich mit zweistelligen oder 20stelligen Zahlen rechne, die Regeln sind die gleichen. Wir verwenden das Zehnersystem, weil wir Dinge an zehn Fingern abzhlen. Htten die Menschen einen weniger beweglichen Daumen, wrden wir mglicherweise das Oktalsystem fr das natrlichste Zahlensystem der Welt halten. Wenn wir leichtbewegliche Zehen htten und barfu laufen wrden, wre vielleicht das Zwanziger-Zahlensystem optimal. Wie rechnet man in einem Stellenwertsystem? Ob es sich um die Regeln fr Addition, Multiplikation, Division und andere handelt, alle uns bekannten Rechenregeln gelten fr alle Stellenwert-Zahlensysteme gleichermaen! Fr Computer wird das binre Zahlensystem verwendet (Binr = Zwei), in dem es nur zwei Ziffern gibt, die Null und die Eins.

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Warum arbeiten Computer im Binrsystem?Im Computer werden die Ziffern durch Spannungen dargestellt, wie knnte es bei einer elektrischen Maschine anders 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, wrde bei einer linearen Kennlinie die Ausgangsspannung ebenfalls gleichmig ansteigen, ja sogar proportional zur Eingangsspannung sein. Aber bei einem Halbleiterbauelement steigt bei gleichmig steigender Eingangsspannung die Ausgangsspannung erst sehr langsam, dann schnell und zuletzt wieder sehr langsam an. Starke Parameterschwankungen: Halbleiter-Schaltkreise knnen leider nur mit groen Toleranzen hergestellt werden. Winzigste Schwankungen in der Materialqualitt und den Fertigungsbedingungen fhren zu groen Abweichungen vom Durchschnitt. Stellen Sie sich eine Autofabrik vor, wo Autos unterschiedlicher Qualitt vom Flieband rollen: PKW mit einem Verbrauch von 30Liter/100km und 60 km/h Hchstgeschwindigkeit, und eine Stunde spter mit 3Liter/100km und 300 km/h Hchstgeschwindigkeit. In der Gtekontrolle wrden die Autos sortiert und in mehrere Klassen eingeteilt, die dann zu verschiedenen Preisen verkauft werden. Ebenso verfhrt die 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 Ziffern durch einen anderen Spannungswert darstellen, z.B. Ziffer0 durch 0Volt, Ziffer1 durch 0,3V, Ziffer2 durch 0,6V, Ziffer3 durch 0,9V usw. bis zur Ziffer9 mit 2,7V. Diese Spannungen mssten sehr genau eingehalten werden, um sie genau unterscheiden zu knnen. Nehmen wir als Beispiel die Ziffer 2 mit 0,6Volt. Schon eine geringe 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 Ziffern unterscheiden. 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 Prozessor enthlt allerdings einige Millionen Schaltelemente. Einige Millionen Operationsverstrker - das wrde niemand 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 sind auch nichtlineare Elemente mit schwankenden Parametern geeignet. Betreibt man die Schaltkreise mit einer Versorgungsspannung von 3Volt, gilt meist eine Eingangsspannung zwischen 0V und 0,8V als Ziffer0, und eine Eingangsspannung ber 2,0V gilt als Ziffer1. Eingangsspannungen zwischen 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 Schaltung einwandfrei als Null erkannt. Die 2,4V Ausgangsspannung der Ziffer1 darf von 2,0 bis 3,0 Volt schwanken. Durch diese grozgigen Toleranzen bei den zulssigen Eingangsspannungen wird eine hohe Zuverlssigkeit erreicht. Die genauen Spannungen variieren je nach Herstellungstechnologie (TTL, CMOS, Schottky oder andere) und sind Datenblttern zu entnehmen. Fazit: Nur auf der Basis des binren Zahlensystems kann man bezahlbare Computer bauen, und deshalb mssen wir uns hier mit dem Binrsystem herumschlagen. Erst durch die Reduzierung aller Schaltelemente auf nur noch zwei Spannungsstufen 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 Einsen umgewandelt werden muss. Binrzahlen sind allerdings sehr lang und unbersichtlich. Die Dezimalzahl 1234 wird im Binrsystem zu 10011010010, die Zahl 1000000 wird zu 11110100001001000000. Diese Zahlen sind schwer zu merken und zu schreiben, 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 und hexadezimalen Zahlensysteme ist fr Programmierer unentbehrlich, aber auch fr normale Benutzer manchmal ntzlich, weil diese oft in technischen Anleitungen, Fehlermeldungen, Spieletipps (Cheats) und anderen Unterlagen verwendet werden. Als Anwender muss man zumindest wissen, dass in hexadezimalen Computerzahlen auer den Ziffern 0 bis 9 auch noch die Buchstaben von A bis F anstelle von Ziffern verwendet werden.

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Wie kann der PC Buchstaben und Zahlen darstellen?ASCII-Tabelle (Auszug) Zeichen dezimal 0 1 2 ... 9 : ; < ... a b 97 98 1100001 1100010 57 58 59 60 111001 111010 111011 111100 48 49 50 binr 110000 110001 110010

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7c 99 1100011

Um Texte zu schreiben, haben wir ein Alphabet aus einigen Dutzend Buchstaben zur Verfgung sowie zahlreiche Sonderzeichen. Fr Zahlen haben wir zehn Ziffern zur Verfgung. Das Alphabet des Computers besteht aber nur aus 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: Es gibt kurze und lange Zeichen (Punkt und Strich) sowie Pausen zwischen den Zeichen. In einer Code-Tabelle ist jedem Buchstaben eine Kombination von Punkten und Strichen zugeordnet. Eine hnliche Codetabelle gibt es auch fr die Darstellung von Buchstaben im Computer.

ASCII und das ByteDie gebruchlichste Code-Tabelle fr Computer ist ASCII, was fr American Standard Code for Information Interchange steht. In dieser Tabelle sind alle wichtigen Zeichen der englischen Sprache aufgezhlt und von Null bis 127 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 die Lschtaste 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 deutschen Umlaute und besondere Zeichen anderer Sprachen, die im englischen Alphabet nicht enthalten sind. Dadurch entstand 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 solche zusammenhngende Gruppe von 8 Bit nennt man ein Byte. Weil man mit einem einzelnen Bit kaum etwas anfangen kann, aber sehr wohl mit einem Byte, gibt man seitdem die Kapazitt eines digitalen Speichers in Byte an, bzw. in Vielfachen davon.

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

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ZentraleinheitAuf unserer Erde gab es schon im vergangenen Jahrhundert viel mehr Computer als Menschen. Kleine Computer, sogenannte Embedded Computer, stecken in Waschmaschinen, Autos, Werkzeugmaschinen und Handys. Die Playstation von Sony und die X-Box von Microsoft sind spezialisierte Computer und haben eine hnliche Leistung wie ein PC. Am anderen Ende der Grenskala stehen Supercomputer wie IBMs Deep Blue[1] mit 256Prozessoren, der 1997 um die Krone des Schachweltmeisters gekmpft hat, und der gegenwrtig schnellste Computer der Welt IBM Hauptkomponenten eines PC Roadrunner mit zehntausenden Prozessoren. In diesem Buch geht es nur um einen einzigen Typ von Computern, der nur einen einzigen Prozessor enthlt: Um Personal Computer, abgekrzt PC. Davon gab es Ende 2008 immerhin schon eine Milliarde[2] . Von allen bezahlbaren Computern ist es der Typ mit den vielseitigsten Verwendungsmglichkeiten. Der PC wird volkstmlich 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 mit dem 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. Software wird mit Tastatur und Maus installiert. Software geht oft kaputt. Aber es hat noch nie hat einen Software-Hersteller gegeben, der irgendeine Garantie auf die Fehlerfreiheit seiner Software gegeben htte. Schlimmer noch: Es gibt keine fehlerfreie Software. Die Lage wird noch dadurch verschrft, dass auch die Benutzer Fehler machen. Jeder klickt mal daneben. Statistisch gesehen werden Computerprobleme fast ausnahmslos durch Softwarefehler und Bedienfehler verursacht. Der wichtigste und meist auch teuerste Teil eines PC-Systems ist die graue Kiste, die als Systemeinheit oder Grundgert 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,

Computerhardware fr Anfnger 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 recht unbersichtlich. Unterhalb des Netzteils, links neben dem RAM-Modul sehen Sie einen groen Lfter. Darunter ist der 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.

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Der ProzessorDie Central Processing Unit (CPU), deutsch: Zentrale Verarbeitungseinheit, kurz: Prozessor, ist die oberste Steuerung fr den PC. Die CPU fhrt Berechnungen aus und steuert alle Komponenten des PC. Keine Mausbewegung, keine Tastenbettigung, kein Byte, das aus dem Internet eintrifft - nichts darf der CPU entgehen. Leistung und Qualitt der CPU sind daher entscheidend fr die zuverlssige Funktion des ganzen Computersystems.

Intel Pentium II-Prozessor

Der wichtigste Mastab fr die Leistung eines Computers ist der verwendete Prozessor. Es gab und gibt zahlreiche Hersteller von CPUs: Intel, AMD, Cyrix, IBM, IDT, NEC, SiS, UMC, VIA und andere. Die Firma Intel ist der Marktfhrer und hat jahrzehntelang die technologische Entwicklung bestimmt. Mit der Firma AMD und ihrem Athlon-Prozessor ist Intel ein scharfer Konkurrent erwachsen. Jede Prozessorfamilie hat im Vergleich zur vorhergehenden Generation neue, erweiterte Eigenschaften und zustzliche Befehle. Gleichzeitig achtet jeder Prozessorhersteller sorgfltig darauf, dass auf der Neuentwicklung alle Befehle des Vorgnger-Prozessors ebenso funktionieren wie frher. Diese tolle Eigenschaft nennt man Kompatibilitt. Dadurch luft Ihre vertraute Software nicht nur auf jedem neuen Prozessor, sondern auch auf PCs mit Prozessoren anderer Hersteller. Allerdings erfordert eine neue Generation von CPUs fast immer auch eine neue Generation an Chipstzen und Hauptplatinen. Ein sehr wichtiger Bestandteil von Prozessoren ist die ALU (arithmetic logic unit). Die ALU ist das Rechenwerk des Prozessors.

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Die TaktfrequenzAlle Vorgnge in einem Prozessor laufen getaktet, also synchron ab. Die Taktfrequenz gibt an, wie oft die Taktsignale erfolgen. Der erste IBM-PC aus dem Jahr 1980 hatte eine Taktfrequenz von knapp 5MHz (MHz = Megahertz = Millionen Takte pro Sekunde). Jeder Takt dauert also eine fnfmillionstel Sekunde = 200ns (Nanosekunden: Eine Milliarde Nanosekunden ergibt eine Sekunde). Jede einzelne Schaltung der CPU ist so entworfen, dass sie niemals lnger als 200ns fr einen Befehl braucht. Anders ausgedrckt: Ein Prozessortakt ist die Zeit fr die Ausfhrung eines einfachen Befehls, zum Beispiel einer Pentium Pro, links: Steuer- und Recheneinheiten, rechts: Cache Level II, erkennbar an der Addition. Auch ein Speicherzugriff regelmigen Struktur dauerte genau einen Takt. Eine Taktfrequenz von einem Gigahertz bedeutet, 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 Ausfhrung dauert deutlich lnger. Beispielsweise ist die Division viel aufwndiger als eine Addition. Um nicht wegen einiger selten 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. Deshalb wurde im Laufe der Jahre die Taktfrequenz der CPUs schrittweise erhht. Die Taktfrequenzen stiegen von anfangs 4,77 MHz (1981) auf 6, 8, 10 und 12 MHz. Immer neue CPUs wurden entwickelt. Es entbrannten regelrechte Megahertz-Schlachten zwischen den Konkurrenten: Wer hat den schnellsten Prozessor? Etwa 1990 erreichten die Prozessoren eine Taktfrequenz von 100 MHz, was 10 ns pro Takt entspricht. Eine Steigerung auf das zwanzigfache in neun Jahren! Heutige Prozessoren (2008) haben eine Taktfrequenz von zwei bis drei GHz (Gigahertz = eine Milliarde 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 Jahren nur 10-mal schneller, whren die Geschwindigkeit der CPUs auf das 20-fache stieg. Der RAM wurde zunehmend zur Bremse. Pro Befehl mssen durchschnittlich ein bis vier Datenbyte aus dem RAM gelesen werden, weitere ein bis vier Byte ist der Befehlscode lang. Je schneller die CPUs wurden, desto fter mussten sie fr einige Takte pausieren (sogenannte Wartetakte, engl: Waitstate), um auf das Eintreffen der angeforderten Daten aus dem RAM zu warten. Was nun?

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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 386er Prozessoren arbeiteten mit 32 parallelen Bits (4Byte), whrend die Pentium-CPUs 64Bit = 8Byte in einem Speichertakt lesen bzw. schreiben knnen. Die zweite Mglichkeit ist die Verwendung eines Cache-Speichers, sprich Kesch oder Ksch. Der Prozessorcache ist ein kleiner schneller Speicher, der sich das Prozessorgehuse mit der CPU teilt. In diesem schnellen Speicher werden Kopien von den am hufigsten benutzten sowie von den voraussichtlich demnchst bentigten Daten vorsorglich bereitgehalten. Wenn die CPU die gerade bentigten Daten im schnellen Cache finden 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 voraussichtlich bentigt werden? Die Taktfrequenz ist nicht mehr alleiniger Mastab fr die Leistung einer CPU. Die Gre des Cache und die Treffsicherheit der Elektronik bei der Vorhersage der demnchst bentigten Daten sind ebenfalls wichtig. Was ntzt eine hohe Taktfrequenz, wenn die CPU Pausen einlegen muss, um auf Daten zu warten? Whrend die CPU mit 2bis3GHz arbeitet, bringt es der schnellste DDR3-Speicher (DDR3-1600, Stand 12/2008) auf 12GByte/s. Auf den ersten Blick scheint das ausreichend. Allerdings sind die 12GByte/s ein theoretischer Wert, der nur dann erreicht werden knnte, wenn die angeforderten Daten im Speicher aufeinanderfolgend abgelegt sind. Tatschlich sind die meisten Daten eher zufllig im RAM verteilt, also dauert der Zugriff viel lnger. Auerdem werkeln in heutigen CPUs 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 es fr 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-Logik verwendet. Heute beurteilt und vergleicht man die Leistung von CPUs mit speziellen Testprogrammen, sogenannten Benchmarks. Diese Testprogramme lassen den PC eine vorgegebene Aufgabe aus einem bestimmten Themengebiet lsen (z.B. die Konvertierung eines Videos). Die dafr bentigte Zeit wird gestoppt und mit der Konkurrenz 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, dann mit der linken Taste auf Eigenschaften. Dort finden Sie Angaben zu Ihrer CPU. Wenn Sie noch mit Windows98 arbeiten und die Taktfrequenz wissen wollen, brauchen Sie ein Zusatzprogramm, z.B. CPUINFO.

Der Cache-Speicher des Prozessors

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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. Dieser Beschleunigungsspeicher wird als Cache-Speicher (sprich: Kesch oder Ksch) bezeichnet. Im Computer gibt es Cache-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. Dieser Geschwindigkeitsverlust lsst sich durch ein Prefetch genanntes Verfahren der Vorratshaltung vermindern: Eine Baugruppe 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 Daten und deren Verarbeitung weitgehend gleichzeitig ab. Der Prozessor-Cache ist ein kleiner, schneller Speicher, der Kopien von den am hufigsten bentigten Daten des Arbeitsspeichers enthlt. Wenn der Prozessor Daten aus dem Arbeitsspeicher anfordert, prft die Elektronik blitzschnell, ob von den bentigten Daten vielleicht schon eine Kopie im Cache-RAM existiert. Wenn ja, erhlt die CPU die Daten noch im gleichen Takt. Wenn nein, wird die Anforderung an den Hauptspeicher weitergegeben. Der Prozessor muss warten, d.h. einige Wartetakte einlegen.

Die Strategie der Cache-NutzungDie Auswahl, welche Daten im Cache gespeichert werden, erfolgt vollautomatisch, die Programmierer haben darauf keinen 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 Zukunft vorauszusagen, 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 die Weiterarbeit heranschaffen muss. Seit Jahren basteln die Prozessorhersteller daran, wie die Elektronik die wahrscheinlichste Programmfortsetzung ermitteln kann (die Branch Prediction= Sprungvorhersage). Hat die Elektronik gut geraten und die richtigen Daten vorbereitet, kann das Rechenwerk zgig weiterarbeiten. Falsch geraten bedeutet, dass die vorausschauend bereitgestellten 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 die Cache-Verwaltung mit ausgefeilten Algorithmen, beachtliche 80% bis 90% der vom Prozessor bentigten Daten rechtzeitig im Cache bereitzustellen. Vorausschauendes Lesen Whrend das Rechenwerk der CPU einen Befehl ausfhrt, haben andere Baugruppen der CPU schon die Vorarbeit geleistet: Sie haben fr etwa fnf bis 15Befehle im Voraus analysiert, welche Daten fr diese Befehle bentigt werden, um diese Daten frhzeitig heranzuschaffen. Dadurch kann das Rechenwerk meistens mit voller Geschwindigkeit arbeiten. 64-Bit-Verarbeitungsbreite Die CPU kann jedes Byte des Arbeitsspeichers einzeln adressieren und fordert jedes Byte einzeln an. Die Bits im Speicher sind zu Gruppen von 64Bit zusammengefasst. Die 8Byte einer solchen Gruppe werden stets gleichzeitig gelesen oder geschrieben. Nehmen wir an, dass die CPU nur das dritte Byte dieser Gruppe bentigt. Die Byte0 bis7 werden gelesen, das Byte3 zur CPU geschickt und die restlichen 7nicht bentigten Byte verbleiben noch eine Weile im Cache-Speicher. Falls die CPU bald darauf Byte4 bentigt, bekommt sie es aus dem Cache und die Bytes0 bis7 brauchen nicht erneut gelesen zu werden. Das ist vorteilhaft, denn es gibt viele Arten von Daten, die Byte fr Byte bentigt 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 eines Rechenschrittes oft in einem der nachfolgenden Rechenschritte weiterverwendet wird, kann die CPU ohne Wartezeit darauf 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.

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

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

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Die Khlung des ProzessorsDie Wrmeentwicklung und die schnelle Ableitung der Wrme sind hchst problematisch. Auf dem Prozessor muss immer ein Khlkrper montiert werden, fast immer zustzlich mit einem Lfter. Ganz ohne Khlkrper knnte der Prozessor 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 ein winziger Luftspalt. Weil Luft die Wrme schlecht leitet, muss dieser Luftspalt mit einer kleinen Menge Wrmeleitpaste gefllt werden. Verdoppelt man die Taktfrequenz, entsteht nherungsweise die doppelte Wrmemenge. Teilweise kann man das durch bessere Khlung ausgleichen. Prozessorhersteller zeigen manchmal auf Messen, dass eine aktuelle CPU, die mit 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 Herstellers entnommen werden. Es hngt auch von der Arbeit ab, welche der Prozessor gerade erledigt. Komprimieren und Dekomprimieren sowie Filmschnitt belasten die CPU stark. Als Richtwert gilt: Die Durchschnittstemperatur sollte 60C nicht berschreiten. Die CPU darf auch mal kurzzeitig etwas heier werden, aber nie mehr als 80C. Seit dem Pentium4 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 total ausgefallen 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. Anfangs normalisiert sich die Drehzahl einige Minuten nach dem Einschalten und das Gerusch verschwindet wieder. Wenn sich das Lager noch weiter verschlechtert, gibt es auch beim Einschalten kein Gerusch mehr. Vermutlich steht der

Computerhardware fr Anfnger Lfter jetzt fr immer still. Jetzt wird es gefhrlich. Selbst wenn die Schutzschaltung den CPU-Takt halbiert, kann das 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, bevor Ihre CPU greren Schaden nimmt. 2. Die CPU wird hei, aber die Abstrze bleiben ganz aus oder sind nicht allzu hufig. Das ist schlecht. Die CPU altert sehr schnell und stirbt bald. Hoffen Sie nicht, die CPU als Garantiefall umgetauscht zu bekommen. Die CPU-Hersteller erkennen meist anhand der Verfrbung der CPU, dass diese zu hei geworden ist, und verweigern den 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 Men wird auch die CPU-Temperatur im Leerlauf angezeigt. Leider ist die Temperatur bereits gesunken, whrend Sie das BIOS aufgerufen haben. Wenn eine Alarmfunktion vorhanden ist, sollten Sie einstellen, dass bei Unterschreiten einer vorgegebenen Drehzahl oder bei berschreiten einer hchstzulssigen Temperatur ein Alarm ausgelst wird.

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Die HauptplatineElektronische Bauelemente werden auf Leiterplatten montiert. Eine Leiterplatte besteht aus einer etwa 1mm dicken Trgerplatte aus Isoliermaterial. Auf der Oberflche der Platte sind Leiterzge aus Kupfer angeordnet. Zur besseren Leitfhigkeit wird das Kupfer meist versilbert oder vergoldet. Wenn die Leiterzge beidseitig sind, wird die Leiterplatte zweilagig genannt. Fr komplexe Schaltungen werden mehrere Leiterplatten aufeinandergeklebt, was vier- und sechslagige Leiterplatten ergibt. Die Platte wird gebohrt und die Bohrlcher werden innen verzinnt, um die Leiterebenen miteinander zu verbinden. Zum bestckte Leiterplatte Abschluss 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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Die grte Platine im Computer (etwa 18 x 30cm) nennt man Hauptplatine (englisch: Mainboard oder Motherboard). Die Hauptplatine wird mit Abstandsbolzen im Gehuse befestigt. Die Position der Befestigungspunkte ist durch den so genannten Formfaktor definiert. Die Hauptplatine ist Trger fr zahlreiche Steckpltze, Schaltkreisfassungen, externe und interne Anschlsse und elektronische Baugruppen. Eine spezielle Gruppe von Platinen der Abmessung von etwa 10 x Hauptplatine fr Pentium III Prozessor 18Zentimetern nennt man Erweiterungskarte 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 typische Hauptplatine hat drei bis sieben Steckpltze (Slots) fr Erweiterungskarten. Die Slots sind nach Abmessung, Anzahl und 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 mit sieben Slots. Ganz rechts auf der Platine befinden sich zwei schwarze ISA Steckpltze (Industrie Standard Architektur), die auf modernen Hauptplatinen nicht mehr verwendet werden. Links davon befinden sich vier weie PCI-Steckpltze (Peripheral Computer Interface). Weiter zur Mitte befindet sich ein brauner AGP-Steckplatz (Advanced Graphic Port) fr die Grafikkarte. Auf ganz neuen Hauptplatinen wird der AGP-Steckplatz durch schnellere PCI-Express-Steckpltze abgelst. PCI Express ist eine Weiterentwicklung von PCI. Weiterhin findet man auf der Hauptplatine zwei bis sechs Steckpltze fr RAM (Arbeitsspeicher). Auf dem Foto sind es drei, welche oberhalb des CPU-Sockels angeordnet sind. Direkt auf der Hauptplatine sind der Taktgeber, die Uhr, der Chipsatz und andere Bauteile aufgeltet.

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17 Auf der Hauptplatine befindet sich ein Schaltkreis-Sockel (englisch: Socket), in den der Prozessor gesteckt wird. Das Bild zeigt den Sockel462 fr Prozessoren mit 462 Anschlusskontakten. Um eine CPU mit so vielen Anschlssen ohne Risiko einsetzen zu knnen, werden ZIF-Sockels (Zero Insertion 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.

Sockel 462 (Ausschnitt aus obigem Bild)

Weil die Prozessoren immer mehr Anschlusskontakte brauchen, gibt es zahlreiche Sockeltypen. Das nebenstehende Bild zeigt links eine Intel Dual-Core-CPU D925 (3GHz) von unten, rechts ist ein Stck der Hauptplatine mit den Sockel775 zu sehen. Die Andruckplatte ist hochgeklappt (im Bild: unten), und im oberen Teil der Prozessorfassung ist der Ansatz des Verriegelungshebels zu sehen.

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

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Die Bestandteile der HauptplatineEinige hier vorkommende Fachbegriffe und Abkrzungen werden erst in spteren Kapiteln ausfhrlich erlutert. Chipsatz: Ein bis zwei hochintegrierte Bausteine (Northbridge und Southbridge), die den Datenverkehr auf der Hauptplatine regeln, z.B. vom Prozessor zu den AGP- und PCI-Steckpltzen, zum RAM und zu den Peripherie-Anschlssen. Der Chipsatz ist als zentrale Verteilerstelle fr die Gesamtleistung und Stabilitt des PC-Systems in viel hherem Mae verantwortlich, als die meisten Menschen glauben.

ASRock K7VT4A KT400A Chipsatz

Aufgeltete BaugruppenBIOS: Basic Input Output System = Basis Ein-/Ausgabe-System. Das BIOS ist ein fest eingebautes Mini-Betriebssystem. Es stellt einfache Treiber fr die wichtigsten PC-Komponenten bereit. Das BIOS berprft nach dem Einschalten die grundlegenden Funktionen des PC in einem so genannten Power On Self Test (abgekrzt POST, deutsch: Selbsttest nach dem Einschalten), konfiguriert die Hardware (Plug&Play), versorgt die Komponenten der Hauptplatine mit Betriebsparametern, verwaltet Datum und Uhrzeit, berwacht Prozessortemperatur und Lfterdrehzahlen und sucht auf den Datentrgern nach einem Betriebssystem, um dessen Start einzuleiten. Nach dem Start des Betriebssystems werden die BIOS-Treiber weitgehend durch Betriebssystem-eigene, optimierte Treiber ersetzt. Festwertspeicher (EEPROM): ROM bedeutet Read Only Memory = "Nur-Lese-Speicher". Wichtig ist, dass ein ROM-Speicher beim Ausschalten des PC seinen Inhalt nicht verliert. Darum wird ROM in mehreren PC-Komponenten verwendet, um das jeweilige Startprogramm bereitzuhalten. Dass die Festplatte, die Grafikkarte und der Brenner einen solchen Festwertspeicher bentigen, ist wenig BIOS-ROM-Baustein bekannt. Viel bekannter ist der BIOS-ROM. Der PC startet nach dem Einschalten mit dem darin gespeicherten Programm. Mit einem BIOS-Update kann dieser Speicher auf den neuesten Stand gebracht werden (up to date). Auch andere ROM knnen upgedatet werden, um ihre Leistung zu verbessern. CMOS-RAM: CMOS ist die technische Bezeichnung fr extrem stromsparende Halbleiter. Aus diesen Bausteinen wird sowohl die interne Uhr als auch ein kleiner Speicherbaustein gebaut, die von der Batterie stndig mit Strom versorgt werden. In diesem RAM sind wichtige Daten ber die Hardware des PC gespeichert. Bei der Inbetriebnahme des PC werden durch den Hndler die genauen Parameter der Festplatten, des parallelen und der seriellen Ports sowie weitere Angaben in das CMOS-RAM eingetragen, soweit diese vom BIOS nicht automatisch erkannt 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

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

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Die externen (rckwrtigen) Anschlsse der HauptplatineAm hinteren Rand der Hauptplatine befinden sich die Anschlsse fr die Peripherie: Tastatur, Maus, Drucker, Modem, USB, Lautsprecher, Netzwerk und andere. Jeder Hauptplatine liegt eine Blende mit ffnungen fr die rckwrtigen Anschlsse bei. Die nebenstehenden Fotos sind Beispiele. Hhe und Breite dieser Blende sind feststehend, die Anzahl und Anordnung der ffnungen nicht. Welche Anschlsse eine konkrete Hauptplatine hat, ist extrem unterschiedlich. Neuere Hauptplatinen haben meist mehr Anschlsse, als sich in der rckwrtigen Blende unterbringen lassen. Weitere Anschlsse werden an der Frontseite oder an der Rckseite herausgefhrt und mit der Hauptplatine verbunden.

ATX Hauptplatine von hinten gesehen

Slotblende eines Core 2 Duo Mainboards

Tastaturbuchse und MausbuchseDie Bezeichnung PS/2 wurde von IBM eingefhrt. IBM hatte eine neue Rechnergeneration herausgebracht mit dem Namen Personal System 2, wo die PS/2 Anschlsse fr Tastatur kleineren Stecker erstmals verwendet wurden. Diese Stecker werden direkt von der und Maus Rckseite des PC auf die Hauptplatine aufgesteckt. Diese Anschlsse sind nicht verwechslungssicher! 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 weit von der Hauptplatine entfernt), liegt der Mausanschluss weiter auen (oben). Wenn Sie die Stecker trotz allem verwechseln, brennt zumindest nichts durch. Wichtig: Sie mssen Tastatur und Maus vor dem Einschalten des Computers 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 bleibt nichts anderes brig, als Tastaturen und Muse mit einen USB-Anschluss zu verwenden.

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

Serielle Anschlsse20 Jahre lang waren serielle Anschlsse (COM1 und COM2) an jedem PC vorhanden. Diese Schnittstellen wurden fr langsame Gerte verwendet, wie zum Beispiel Maus, externes Modem, Rechnerkopplung und fr die Programmierung von Serieller Anschluss Telefon- und anderen Anlagen. Zunehmend werden Gerte auf USB umgestellt, die frher mit seriellen Anschlssen ausgestattet waren. Neuere PC haben meist noch einen seriellen Anschluss, nur selten einen zweiten. Bei neueren Notebooks fehlen die seriellen Anschlsse meist ganz.

FireWireDatenrate Standard seit 1995 2002

400 Mbit/s IEEE 1394a 800 Mbit/s IEEE 1394b

3200 Mbit/s IEEE 1394b S3200 2008

Dieser Anschluss wurde ursprnglich vorzugsweise fr den Anschluss von Filmkameras verwendet. Mittlerweile gibt 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-AnschlsseUniversal Serial Bus Connector = "universeller serieller Anschluss", wird in der Version 1.1 ab Windows 98 untersttzt. USB in der Version 2.0 wird ab Windows 98SE untersttzt, wenn man zustzliche Treiber installiert. Ab Windows 2000 sind Treiber im Betriebssystem enthalten. USB 1.1 kennt zwei Geschwindigkeiten: Low-Speed 1,5 Mbit/s, Full-Speed 12 Mbit/s USB 2.0 kennt drei Geschwindigkeiten: Low-Speed 1,5 Mbit/s, Full-Speed 12 Mbit/s High-Speed 480 Mbit/s

USB-Stecker Typ A

Computerhardware fr Anfnger 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 Geschwindigkeit betreiben. Allerdings ist auch USB High-Speed mit (theoretisch) 480Mbit/s = 60MByte/s immer noch etwas langsamer als die 100MB/s bis 133MB/s, die am internen parallelen Festplattenanschluss erreicht werden. S-ATA erreicht 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 am externen 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. Jeder einzelne USB-Port des Computers muss bei Bedarf 0,5Ampere liefern knnen. Einige USB-Gerte bentigen kurzzeitig die vollen 0,5A, zum Beispiel fr den Anlaufstrom eines Motors. Bei stationren PCs ist das kaum ein Problem, aber einige Notebooks haben Probleme, diesen Maximalstrom zu liefern und sie schalten wegen berlastung 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 diese Nachrstung leider nicht mglich. Man verwendet Verteiler, sogenannte Hubs. Theoretisch knnen bis zu 127 Gerte angeschlossen werden. Es gibt Regeln und Einschrnkungen, wie das zu geschehen hat. Besonders wichtig: Ein USB-Kabel darf nicht lnger als fnf Meter sein. Es gibt aktive USB-Hubs (mit eigenem Netzteil) und passive USB-Hubs (die den Strom vom PC beziehen und auf die angeschlossenen Gerte verteilen). Viele aktive USB-Hubs kann man auch ohne Netzteil betreiben, sie arbeiten dann passiv. Wenn Sie nun mehrere Gerte mit hohem Stromverbrauch, wie einen USB-Brenner, eine USB-Festplatte, einen Scanner und einen externen TV-Empfnger, an einen passiven Hub anschlieen, der nicht mehr als maximal 0,5 A vom PC bekommen kann, reicht der Strom mglicherweise nicht fr alle. Gnstigstenfalls schaltet der PC ab. In extremen Fllen kann ein minderwertiges PC-Netzteil berlastet und sogar zerstrt werden! Wenn Sie jedoch die Gerte mit hherem Strombedarf an einen USB-Hub mit eigenem Netzteil anschlieen oder direkt an den PC anstecken, schtzen Sie Ihren PC. Manche stromhungrigen USB-Gerte haben einen zustzlichen Anschluss fr ein externes 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 das Gert 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 selten zu totalem Datenverlust.

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Das BIOS

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Was ist das BIOS?BIOS ist die Abkrzung von Basic Input Output System, deutsch: Basis Ein-/Ausgabe-System. Es handelt sich um das erste Programm, mit dem die CPU nach dem Einschalten die Arbeit beginnt. Gewissermaen wird der PC mit dem BIOS-Programm zum Leben erweckt und im Anschluss das Starten eines Betriebssystems eingeleitet. Das BIOS-Programm wird vom Hersteller der Hauptplatine in einem Festwertspeicherbaustein (ROM) bereitgestellt, der auf 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 achtziger Jahren 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 dem Bildschirm angezeigt. Wenn die Bildschirmausgabe nicht mglich ist, werden Fehler durch eine unterschiedliche Anzahl von Pieptnen signalisiert. die Hardware wird konfiguriert (Plug & Play) - Stromsparfunktionen (Powermanagement). Ressourcen werden verteilt, z. B. Interrupts. On-Board-Komponenten (Chipsatz, Schnittstellen,...) werden mit Betriebsparametern versorgt (z.B. Anzahl Wartezyklen) 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 Only Memory = "blitzschnell elektrisch lschbarer Nur-Lese- Speicher") verwendet. Diese Speicherbausteine knnen ohne Spezialgerte gelscht und neu beschrieben werden, dadurch kann der Benutzer ein sogenanntes BIOS-Update selbst 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 RAM enthlt die Parameter der Festplatten, der parallelen und der seriellen Ports sowie weitere Angaben. Das Betriebssystem liest diese Daten vor allem beim Hochfahren. Damit die im CMOS gespeicherten Parameter beim Abschalten des PC nicht verloren gehen und damit die Uhr nicht stehenbleibt, erfolgt die Ersatz-Stromversorgung durch einen Akku oder eine Lithium-Batterie.

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

SpeicherByte 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. Eine Gruppierung von acht Bit nennt man ein Byte. Mit 8 Bit kann man 2hoch8 = 256Kombinationen bilden. Man kann in einem Byte also eine Zahl zwischen Null und 255 oder ein Zeichen (einen Buchstaben des Alphabets oder ein Sonderzeichen) 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 Bezeichnungen Giga, 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 nur Speichergren 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 nicht herstellen (zumindest nicht mit vertretbarem Aufwand). Notgedrungen wird in der Computertechnik die Zahl 1024 mit Kilo bezeichnet, (1024)2 = 1.048.576 mit Mega, (1024)3 = 1073.741.824 mit Giga usw. Den kleinen Unterschied nimmt man in Kauf. Dabei hat es sich im allgemeinen eingebrgert, die bereits gelufigen SI-Vorstze (Kilo fr 103=1000, Mega fr 106=1.000.000 usw.), die eigentlich auf Potenzen der Zahl 10 beruhen, auf die in der Informatik blicheren Zweierpotenzen 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 einen Datenblock durchaus genau 1000 Byte gro machen knnen. Weil aber im PC ein stndiger Datenaustausch zwischen den Speicherarten stattfindet, wren unterschiedliche Datenblockgren extrem unpraktisch. Deshalb ist der kleinste adressierbare Datenblock auf allen magnetischen und optischen Datentrgern genau 512 Byte gro, die Hlfte von 1024. Beim Speicher gilt also:

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TB

GB

MB

kB 1 = 1 = 1024 = 1.048.576 = 104.857.600 =

Byte 1024 1.048.576 1.073.741.824 107.374.182.400

1 = 100 = 0,909 = 931 =

1024 = 102.400 = 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. Exakter ist es deshalb, die eigens dafr eingefhrten, allerdings noch relativ wenig benutzten binren Vorstze (Kibi fr 10 20 2 =1024, Mebi fr 2 =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 Kilobyte sachlich 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 die neuen Einheiten durchsetzen.

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

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Speichertyp Klassifikation Preis pro MB typische Gre

CPU-Cache Arbeitsspeicher (DDR2-800) Flash (USB-Stick) Festplatte intern, flchtig 10 8 MB 1.5 Cent 2048 MB 6.4 GB/sek extern, dauerhaft 1 Cent 4 GB 0,01 GB/sek 0,02 Cent 500 GB

DVD

0,01 Cent 4,7 GB

Datenbertragung 24 GB/sek pro Sekunde

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. Man unterscheidet: 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 externer Speicher bentigt pro Lese- oder Schreibzugriff durchschnittlich 9Millisekunden = 9.000.000 Nanosekunden. Bei einer so langen Wartezeit ist es blich, gleichartige Daten zu Blcken zusammenzufassen. Ein Datenblock auf Diskette oder Festplatte ist 512Byte gro. Beim Lesen eines einzelnen Blockes kommt die Festplatte auf durchschnittlich 9ms pro 512Byte =18.000 Nanosekunden pro Byte. Diese Blcke werden zu greren Einheiten zusammengefasst, den sogenannten Verwaltungseinheiten, engl.: Cluster. Die Gre der Verwaltungseinheit hngt von 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 bentigt 9ms 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 aufeinanderfolgende Daten von der CPU angefordert werden. Das zeigt aber auch, dass die Reihenfolge der Daten auf einem Massenspeicher optimiert werden sollte, um bessere Geschwindigkeiten zu erzielen. Im Unterschied dazu hngt bei internem Speicher die Geschwindigkeit nicht von der Anordnung der Daten ab.

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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 Festwertspeicher bezeichnet). ROM verliert die Daten nicht, wenn der Strom abgeschaltet wird. Auerdem knnen die enthaltenen Daten im normalen Betrieb nicht gendert werden und sind gegen Fehlbedienungen, Programmabstrze und Attacken durch Computerschdlinge immun. Wegen dieser wertvollen Eigenschaften hat jeder Computer einen ROM-Baustein, in dem das Startprogramm gespeichert ist, mit dem die Arbeit nach dem Einschalten beginnt. Beim PC wird dieses Startprogramm als BIOS bezeichnet. Ein ROM ist allerdings nicht vllig Read Only, denn die Daten mssen ja irgendwie in den Chip hineinkommen oder 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 mit wahlfreiem 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 muss dessen leerer RAM mit Programmen und Daten aus dem externen Speicher gefllt werden. Dieser Vorgang ist das Laden des Betriebssystems. Vor dem Ausschalten des PC mssen die vernderten Daten auf Festplatte zurckgeschrieben (gespeichert) werden, sonst gehen sie verloren. Der Begriff speichern ist etwas unglcklich gewhlt, denn dabei werden die bereits (im RAM) gespeicherten Daten auf einen externen Datenspeicher, die Festplatte, 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 Prozessor verbunden ist. Der Prozessor benutzt ihn als Ablage fr operative Daten, Zwischenergebnisse und auch fr die Liste der nchsten Befehle. Im Inneren des Prozessors ist nur ganz wenig Platz fr Daten, ohne ausreichend Arbeitsspeicher kann die CPU nicht arbeiten.

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

DRAMDer Dynamische Speicher (DRAM) ist verblffend einfach aufgebaut. Jede Speicherzelle besteht aus einem Kondensator und einem Transistor. Um eine Eins zu speichern, wird der Kondensator aufgeladen. Soll eine Null gespeichert werden, bleibt der Kondensator ungeladen. Wenn die CPU wissen will, was gespeichert ist (das nennt man eine Leseanforderung), gibt der Transistor die elektrische Ladung frei. Wenn eine Eins gespeichert ist, fliet fr einen kurzen Moment ein Entladestrom. Wenn eine Null gespeichert war, fliet kein Strom. So oder so ist der Kondensator PC-3200-Modul mit DDR-400 Speicherschaltkreisen anschlieend entladen. Der frhere Speicherinhalt muss wiederhergestellt werden. Ein solcher Lesen-und-Wiederherstellen-Zyklus dauert etwa 10nsek (10Nano-Sekunden), es kann also bis zu 100Millionen mal pro Sekunde erfolgen. Das Lesen der Daten beansprucht etwa die Hlfte dieser Zeit, die andere Hlfte wird fr das Zurckschreiben gebraucht. Leider verlieren die Kondensatoren ihre Ladung nicht nur durch das Lesen, sondern auch durch Leckstrme, denn Halbleitermaterial ist kein perfekter Isolator. Darum muss die Ladung der winzigen Kondensatoren einige tausend Male in der Sekunde aufgefrischt (nachgeladen) werden. Whrend des Vorgangs der Auffrischung, die englisch als Refresh 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 Platine von etwa 15 x2cm aufgeltet, nennt man ein Speichermodul.

Bauformen von DRAM

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Typ

Modul

Chip DDR-200 DDR-266 DDR-333 DDR-400 DDR2-400 DDR2-533 DDR2-666 DDR2-800

Speichertakt bertragungsrate 100 MHz 133 MHz 166 MHz 200 MHz 100 MHz 133 MHz 166 MHz 200 MHz 1600 MByte/s 2100 MByte/s 2666 MByte/s 3200 MByte/s 3200 MByte/s 4200 MByte/s 5300 MByte/s 6400 MByte/s 8000 MByte/s 8500 MByte/s 6400 MByte/s 8500 MByte/s 10600 MByte/s 12800 MByte/s

DDR-1 PC1600 PC2100 PC2700 PC3200 DDR-2 PC2-3200 PC2-4200 PC2-5300 PC2-6400 PC2-8000 PC2-8500 DDR-3 PC3-6400 PC3-8500

DDR2-1000 250 MHz DDR2-1066 266 MHz DDR3-800 100 MHz

DDR3-1067 133 MHz

PC3-10600 DDR3-1333 166 MHz PC3-12800 DDR3-1600 200 MHz

Dynamischer RAM wird seit Jahrzehnten in den verschiedensten Bauformen gefertigt. Vor dem Jahr 2002 wurden die PCs mit RAM in der Bauform SDRAM bestckt, das ist die Abkrzung fr Synchronous Dynamic Random Access 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, deren Geschwindigkeit fr den Pentium4 nicht ausreichte. 1999 kamen die ersten DDR-Module auf den Markt. DDR steht fr Doppelte Daten-Rate und bedeutet, dass zweimal pro Speichertakt Daten bertragen werden. Die erste Generation dieser Speicher (DDR-1) wurde mit 100MHz getaktet, wegen der Verdopplung wurden daraus 200 MHz. Da bei jedem Speicherzugriff gleichzeitig 8Byte (64Bit) bertragen werden, errechnet sich die Datenbertragungsrate als 200MHz x 8Byte = 1600MByte/s. Ein Speichermodul PC3200, bestckt mit DDR-400 Chips, erreichte maximal 3200MByte/s bei 200MHz. DDR-2 Pro Takt werden viermal Daten bertragen. Dadurch verdoppelt sich die Datenbertragungsrate erneut: Bei 100MHz 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: Bei 100MHz 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 anderen Steckplatz. Sehen Sie im Handbuch nach, welcher Typ passt und welche Mindestgeschwindigkeit gefordert ist. Die Geschwindigkeit knnen und sollten Sie etwas hher als das geforderte Minimum whlen, damit Sie eine Sicherheitsreserve haben. Die hhere Geschwindigkeit kostet Sie nicht viel mehr, denn der Preis hngt nur sehr wenig von der Schaltgeschwindigkeit ab.

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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 deutlichen Geschwindigkeitsvorteil: SRAM ist etwa einhundert mal schneller als DRAM, auerdem bentigt SRAM weder Auffrischung noch Auffrischungspausen. Deshalb wird SRAM in der CPU als Cache-Speicher verwendet. Etwa die Hlfte 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 SRAM fertigen?Die CPU bentigt laufend Daten aus dem RAM. Whrend Prozessoren heute mit mehr als 2000 bis 3000Megahertz arbeiten, schaffen DRAM-Speicher bestenfalls 800MHz. Dieses Missverhltnis zwischen Speicher und Prozessortakt 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 sind CPUs etwa einhundert mal schneller geworden, whrend die RAM-Zugriffszeit im gleichen Zeitraum lediglich von 10ns auf 7ns gefallen ist. Schnellerer Speicher wre wunderbar. Die DRAM-Technologie ist an der Grenze des Erreichbaren. Es wird intensiv nach alternativen Technologien gesucht, aber bisher ist keine der neuen Erfindungen in 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 Energie Diese beiden Mngel - mehr Energie, mehr Flche - begrenzen die Verwendung von SRAM. Ein Arbeitsspeicher von 1 GB aus SRAM wrde einige zehntausende Euro kosten. Wegen der bentigten groen Leiterplattenflche wren die Datenwege derart lang, dass die resultierende Zugriffszeit mehr als zwei ns betragen wrden. Dadurch wrde ein Teil der Geschwindigkeitsvorteile relativiert werden.

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Flash-SpeicherVerwendungDas wichtigste Ziel bei der Weiterentwicklung von ROM ber PROM und EPROM zu EEPROM war eine einfachere und schnellere Beschreibbarkeit. EPROM musste man zum Lschen und Beschreiben noch aus dem Gert herausnehmen, bei EEPROMS brauchte man das nicht mehr. Die weitere Beschleunigung des Schreibvorganges fhrte zu den sogenannten Flash-Speichern. Ebenso wie bei allen ROM-Speichern verliert Flash-Speicher die Daten 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,

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

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

LebensdauerFlash-Speicher berstehen eine endliche Anzahl von Lsch/Schreibvorgngen, gegenwrtig einige hundertausend bis wenige Millionen. Deshalb muss die Anzahl der Schreibvorgnge durch geeignete Software und die Ansteuerlogik minimiert 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 werden durch Ersatzblcke ersetzt. 3. Nach einem Wear Leveling genannten Verfahren[3] werden die Daten mglichst gleichmig im gesamten Speicherchip verteilt. Idealerweise wird damit eine gleichmige Abnutzung aller Speicherblcke erreicht. Zahlreiche Sticks (nicht alle) haben dieses Verteilverfahren in die Ansteuerelektronik integriert. Falls nicht, hat Windows 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 im Cache-RAM behalten. Nur wenn Sie Windows von Ihrer Absicht informieren, den Stick zu entfernen, knnen Sie sicher sein, dass alle zu schreibenden Daten tatschlich auf dem Stick ankommen.

DatensicherheitOb USB-Sticks oder Kamera-Speicherkarten, sie gehen leicht kaputt und gehen verloren. Kontaktprobleme am Stecker fhren ebenfalls zu Datenverlusten. Besonders gefhrlich ist die Unsitte des Herausziehens eines USB-Sticks ohne vorheriges Abmelden.

FestplatteVor mehr als 50 Jahren, am 13.09.1956, stellte IBM die erste Festplatte der Welt vor: IBM 350 RAMAC Sie bestand aus 50 Scheiben mit einem Durchmesser von 60 cm, wog eine Tonne und hatte 5 Megabyte Kapazitt! Sie erreichte eine Drehzahl von 1200 U/min und eine mittlere Zugriffszeit von 600 ms.

Der Festplatte und ihrem Inhalt drohen zahlreiche Gefahren. Am hufigsten sind Bedienfehler, Fehler in Programmen und im Betriebssystem sowie Schadprogramme (Viren u.a.), die jederzeit unverhofft auftreten knnen. Die meisten dieser Fehler fhren nur zu kleineren Schden. Hardwarefehler sind vergleichsweise sehr selten, aber wenn sie auftreten, sind die Folgen verheerend. Kein anderer Schaden verursacht so viel Stress wie ein Totalausfall der Festplatte. Die Schden sind vielfltig: Ihre Daten, Ihre Fotos, Ihre Emails, Ihre Musik- und Filmsammlung alles ist verloren. Eine neue Festplatte samt Einbau kostet hundert Euro oder mehr. Die erste Festplatte der Welt, 1956 Sie werden mehrere Tage brauchen, um das Betriebssystem, Ihre Gerte, die Updates und Ihre Anwendungen erneut zu installieren und anzupassen. Sie werden einige Tage nicht mit Ihrem PC arbeiten knnen.

Computerhardware fr Anfnger Sie mssen Lizenzen neu erwerben oder reaktivieren lassen. Sie werden noch wochenlang kleine Nachbesserungen vornehmen, um Ihre Programme wieder optimal an Ihre Bedrfnisse anzupassen. Hardwarefehler werden verursacht durch Lagenderungen Erschtterungen berhitzung Verschlei Alterung Gefahren gibt es zwei

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Gegen diese Strategien:

Wissen um die Risiken kann diese verringern, aber nicht vllig abschaffen. Eine Datensicherung, regelmig und fachkundig durchgefhrt, ist auf Dauer die einzige wirksame Gefahrenabwehr. Im folgenden Text werden einige Grundkenntnisse ber Festplatten vermittelt, anschlieend werden nacheinander die Risiken betrachtet. Es folgt ein Abschnitt ber Pflege und Wartung der Festplatte. Fr weitergehende Informationen gibt es einen Anhang.

Sptere IBM-Festplatten waren etwas kleiner

Grundwissen

Auswechselbarer Plattenstapel, 200 MB, 1970

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Aufbau und FunktionsweiseEine typische Festplatte kostet 70 Euro, hat 800 GB Kapazitt und eine mittlere Zugriffszeit von 9ms (Frhjahr 2009). Die Hersteller knnen immer mehr Daten auf den Scheiben unterbringen: Alle 18 bis 24Monate verdoppelt sich die Festplatten-Speicherkapazitt eines typischen neuen PC. Die Festplatte nennt man einen Massenspeicher, ebenso wie die CD-ROM und DVD. Warum? Eine typische Buchseite (35Zeilen zu 60Zeichen) oder eine Bildschirmseite (25Zeilen mit je 80Zeichen) enthlt Geffnete Festplatte, 2005 etwa 2000Zeichen. In der heute meistverwendeten Unicode-Darstellung werden zwei Byte pro Zeichen bentigt. Auf einer 400-GB-Festplatte knnte man also 100Millionen Seiten speichern. Bei beidseitigem Druck ergbe das je nach Papierqualitt einen Stapel von 5km Hhe! Eine einfache DVD mit 4,7GB wrde es immerhin auf einen Papierstapel von 58m bringen, und eine CD-ROM mit bescheidenen 0,7GB wrde ein 8m Bcherregal fr die Aufbewahrung des Papierstapels erfordern. Diese Zahlen gelten fr Text ohne Illustrationen. Bilder bentigen - je nach Qualitt - zehn- bis hundertfach mehr an Speicherplatz als Text. Die Stapelhhen werden deutlich kleiner, aber selbst ein hundertstel eines 5km Stapels ist immer noch eine Masse Papier. Hard Disk Drive, abgekrzt HDD, ist die englische Bezeichnung fr die Festplatte. Im Vergleich zur Floppy Disk, der biegsamen Scheibe, gibt es Unterschiede: Die Scheiben sind starr. Im Vergleich zur Diskette ist die Drehzahl viel hher: Einige tausend statt 300 Umdrehungen pro Minute. Die Kpfe drfen deshalb nicht auf der Scheibe schleifen, sondern sie schweben in einem minimalen Abstand darber.

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Handelsbliche Festplatten haben meist ein oder zwei Scheiben, die auf einer gemeinsamen Achse, der Spindel, angeordnet sind. Scheiben mit Spindel bilden den Plattenstapel. Die Scheiben bestehen oft aus Spezialmetall, beschichtet mit einer Magnetschicht. Auch Glas wird manchmal als Trgermaterial verwendet, weil eine Glasoberflche beim Polieren glatter wird als Metall. Ein Spindelantriebsmotor sorgt fr eine hohe konstante Drehzahl. Die meisten modernen Festplatten drehen Hauptbestandteile mit 7200Umdrehungen pro Minute. Mitunter werden Green IT Festplatten verkauft, die mit 5400 U/min rotieren. Das verringert ein wenig den Strombedarf und den Geruschpegel. Notebook-Festplatten drehen meist mit 4200U/min. Teure Profi-Festplatten bringen es bereits auf 15.000U/min, noch hhere Drehzahlen werden getestet. Zum Vergleich: Bei Vollgas schafft ein PKW-Motor etwa 5000 und eine Flugzeugturbine bis zu 40.000 Umdrehungen pro Minute. Auf den Scheibenoberflchen werden die Daten ringfrmig in so genannten Spuren abgelegt. Je dichter die Spuren beieinander liegen, desto mehr Daten passen auf die Platte. 50.000 Spuren sind blich. Zu jeder Oberflche gehrt ein kombinierter Schreib-/Lesekopf, zu zwei Scheiben gehren also vier Kpfe. Die Kpfe sind an Schwenkarmen, sogenannten Actuatoren befestigt. Die Schwenkarme sind untereinander starr verbunden und bewegen sich stets gemeinsam zur gewnschten Spur. So sind stets mehrere Spuren gleichzeitig verfgbar, ohne dass die Kpfe weiterbewegt werden mssen. Die Spuren eines Plattenstapels, die genau bereinander liegen (auf der entgegengesetzten Oberflche der gleichen Scheibe oder auf anderen Scheiben), bezeichnet man als Zylinder. Das Betriebssystem speichert umfangreichere zusammenhngende Informationen nach Mglichkeit in den Spuren eines Zylinders, um die Anzahl der Kopfbewegungen zu minimieren. Die Plattenoberflche ist in Kreisabschnitte, so genannte Sektoren, unterteilt, hnlich wie die Stcke einer Torte. Dadurch wird jede Spur in einige Tausend Stcke geteilt. Die dadurch entstehenden Datenblcke sind die kleinste adressierbare Datenmenge. Jeder Datenblock enthlt 512Byte, zu denen noch einige Verwaltungsinformationen dazukommen, z.B. eine Kontrollsumme. Jeder Datenblock kann durch Angabe von Spur, Sektor und Oberflche (Kopf) eindeutig adressiert werden. Das Produkt von Kopfanzahl, Zylinderanzahl (= Spurenanzahl) und Zahl der Blcke pro Spur (= Sektoranzahl) ergibt die Anzahl der Blcke der Festplatte. Diese Blockzahl multipliziert mit der Kapazitt eines Blocks (512 Byte) ergibt die Kapazitt der Festplatte.

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Bei 7200Umdrehungen