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

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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

    Otto-von-Guericke-Universitt Magdeburg Einfhrung in die Datenverarbeitung Thomas Schulze 2

    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

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