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Otto-von-Guericke-Universitt Magdeburg Einfhrung in die Datenverarbeitung Thomas Schulze 1
4 Hardware4 Hardware
4.1 Grundstruktur von ComputernComputer
Allgemeines Gert zur elektronischen Verarbeitung von Daten
zum Rechnen, fr Computerspiele und zur Bearbeitung von Bildern
Alte Rechenmaschinen
Basisstruktur unserer heutigen Computer
Wissenschaftler von Neumann in der 40-er Jahren des 20. Jahrhunderts
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Grundstruktur von ComputernGrundstruktur von Computern
Die Datenverarbeitung ist ein Prozess, der sich in die folgenden Teilaufgaben zergliedert:
Eingabe, Verarbeiten, Speichern und Ausgeben von Daten
Eingabe
Einbringen von Daten in den Computer
Periphere Eingabegerte
Eingabedaten in nicht in binrer Form mssen
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Grundstruktur von ComputernGrundstruktur von Computern
Verarbeiten
Systematische Serie von Aktionen, die der Computer mit den eingegebenen Daten ausfhrt
Ausfhrung dieses Prozesses erfolgt
Voraussetzung fr die Verarbeitung
Daten mssen an definierten Orten gespeichert sein (Speicherpltzen)
Hauptspeicher (engl. Memory)
Externen Speichermedien (engl. Storages) wie Disketten und CD-ROM
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Grundstruktur von ComputernGrundstruktur von Computern
Ausgeben der Daten
bertragung zu anderen Computern
Speicherung auf externen Gerten
Anzeige in einer uns Menschen verstndlichen Form
Berichte auf einem Drucker
Anzeigen von Bildern auf einem Bildschirm
Hren von Musik von Lautsprechern
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VonVon--NeumannNeumann--RechnerarchitekturRechnerarchitektur
von-Neumann-Rechnerarchitektur
Grundlage fr alle modernen Computersystem
Modellhaften Struktur :
Zentraleinheit
Periphere Gerte
ProzessorCPU
Hauptspeicher
Zentraleinheit
Periphere Gerte
Tastatur Maus Festplatte DruckerBildschirm
ProzessorCPU
Hauptspeicher
Zentraleinheit
ProzessorCPU
Hauptspeicher
ProzessorCPU
Hauptspeicher
Zentraleinheit
Periphere Gerte
Tastatur Maus Festplatte DruckerBildschirm
Periphere Gerte
Tastatur Maus Festplatte DruckerBildschirm
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4.2 Computerklassen 4.2 Computerklassen
Personal Computer (PC)
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ComputerklassenComputerklassen
Handheld in der Hand haltbarer PC
Mobile PCs IN Handgre , PDA (Personal Digital Assistant)
Keine feste Tastatur
Leistung ist wesentlich geringer als die von Notebooks
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ComputerklassenComputerklassen
Workstation
Spezieller Computer zur Durchfhrung von besonderen Aufgaben
Einzelnen PC in einem Netzwerk
Computer mit starker Prozessorleistung
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ComputerklassenComputerklassen
Videogame-Konsolen
Prozessoren wie in
Zustzlich verfgen sie ber spezielle Grafikkarten
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ComputerklassenComputerklassen
Grorechner (Mainframe)
Rechenleistung ist um ein vielfaches Hher als die von normalen PCs
Daten von Hunderten oder Tausenden Benutzern werde gleichzeitig verarbeitet
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ComputerklassenComputerklassen
Supercomputer (Vektorrechner)
Computer der oberen Leistungsregion
Mehrprozessor-Architektur
Hohe Durchsatzrate bei numerischen Operationen
Verfgbarkeit von umfangreichen Massenspeichern
Server
Anderen Computern in einem Netzwerk zu dienen
Computer zum Zweck des Speicherns und Verteilens von Daten in einem Netzwerk
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4.3 Aufbau von PCs4.3 Aufbau von PCs
Chip, Mikrochip oder Computerchip
Plttchen aus einem Halbleitermaterial (Silizium)
Mit integrierten Schaltkreisen ( IC Integrated Circuits)
Chips sind auf einer entsprechende keramischen Platine aufgesetzt
Einteilung nach der Funktionalitt
PC-Standardkonfiguration
Eigentlicher Rechner, Bildschirm, Tastatur, Maus, Drucker, Lautsprecher und Anschlssen zu einem Computernetzwerk
Scanner zur Eingabe von Bildern
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Hauptkomponenten PCHauptkomponenten PC
Hauptkomponenten
Stromversorgung (Netzteil)
Motherboard
Prozessor
Hauptspeicher
Festplattenlaufwerk
CD/DVD-Laufwerk
Steckkarten
freie Steckpltze
Kabel
http://www.tomshardware.de/praxis/20020906/index.html
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PC NetzteilPC Netzteil
Netzteil
Gleichstrom im Niedervoltbereich (3,3 bis 12 V)
Schutz vor berspannungen sorgen
Schutz gegen kurzfristigen Netzausfall
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PC MotherboardPC Motherboard
Motherboard (Hauptplatine)
Kernstck des Computers
Chipsatz (ICH, MCH)Controller
Spezielle eigenstndige Prozessoren
Prozessor
Slots fr Erweiterungskarten
Slots fr den Hauptspeicher
Schnittstellen
MCH
ICH
Prozessor
Slots fr Erweiterungskarten
Slots fr den Hauptspeicher
Schnittstellen
MCH
ICH
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Steckkarten und Steckkarten und SlotsSlots
Tendenz:
Anzahl der Steckkarten wird kleiner
Slots
Standardisierte Sockel fr die Steckkarten
Slots sind untereinander und mit dem Motherboard verbunden
Vorteil der Anwendung eines standardisierten Steckkarten-Konzepts
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4.4 Arbeitsspeicher4.4 Arbeitsspeicher
Arbeitsspeicher (engl. Memory)
Speicherung von
Speicher besteht aus einzelnen digitalen Speicherelementen
Zugriff immer auf eine Gruppe von Bits (Speicherzelle)
Jeder Speicherzelle hat ihre eigene Adresse
Unterschiedliche Arten von Speicherchips
Speichervermgen, den Zugriffszeiten und dem Preis unterscheiden.
Kapazitt des physischen Arbeitsspeicher fr PCs :
256 MB bis 2 GB
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ArbeitsspeicherArbeitsspeicher
RAM (Random Access Memory)
Auf jede Speicherzelle des Arbeits-speichers kann direkt zugegriffen werden
Gegensatz :
Name RAM :
Einteilung der Speicherchips fr den Arbeitsspeicher nach den technischen Wirkprinzipien:
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ArbeitsspeicherArbeitsspeicher
DRAM ist ein flchtiger Speicher
Dynamische Speicherelemente mssen in regelmigen Abstnden elektrisch aufgefrischt werden
Refresh im Mikrosekunden-Bereich
Ausschalten des Computers oder bei Stromausfall
SDRAM (Synchronous Dynamic Random Access Memeory)
Speicherchips fr Hauptspeicher und Grafikkarte
DDR-SDRAMS (Double Data Rate)
Weiterentwicklung der SDRAMs
Auch DDR-RAM genannt
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ArbeitsspeicherArbeitsspeicher
Statischer RAM (SRAM)
bentigen auf Grund ihrer Konstruktion
SRAM-Chip sind
Warum nicht der gesamte Arbeitsspeicher aus den schnellsten Chips?
RAM Speicherchips
DRAMDynamischer RAM
SRAMStatischer RAM
SDRAMSynchroner DRAM
DDR-SDRAMDouble Data Rate SDRAM
RDRAMRaster DRAM
ArbeitsspeicherGrafikkarteKurze Refreshzyklen
ProzessorcacheLange Refreshzyklen
RAM Speicherchips
DRAMDynamischer RAM
SRAMStatischer RAM
SDRAMSynchroner DRAM
DDR-SDRAMDouble Data Rate SDRAM
RDRAMRaster DRAM
ArbeitsspeicherGrafikkarteKurze Refreshzyklen
ProzessorcacheLange Refreshzyklen
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CacheCache--KonzeptKonzept
Lsung:
Jede Ebene: Kompromiss aus
berwindung von Synchronisationsproblemen : Cache (Puffer)-Konzept Level 1 und Level 2 Cache am Prozessor
Teile des Arbeitsspeichers werden fr schnelle Zugriffe bereitgestellt
CPU
Level 1 Cache
Level 2 Cache
Hauptspeicher
Zugriffszeit Kosten CPU
Level 1 Cache
Level 2 Cache
Hauptspeicher
Zugriffszeit Kosten
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Virtueller SpeicherVirtueller Speicher
O