Hardware - tom/EinfuehrungDV/... · CPU Hauptspeicher Zentraleinheit Periphere Geräte ... RAM (Random

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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