Hardware

Unterteilung

• Hauptplatine• Prozessor• Cachespeicher• Bussystem

• Speicher• Arbeitsspeicher• Periphere Speicher

• Schnittstellen und Steckkarten

• Video- bzw. Grafikkarte

• Netzwerkkarte• Modemkarte• ………..

Definition: untereinander verbundenen Bauteile, Schaltungen und Geräte:

Bei vielen Hauptplatinen sind Controller von Maus und Tastatur, Kommunikations- und Druckerschnittstellen bis Video und IDE bzw. SCSI Bus-Controller integriert. (Vorteil: kein Steckplatz nötig, Nachteil:zum Teil keine Änderung möglich)

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Prozessoren        8080 1974        8085 1976        8086 1978 16-Bit        8086 1979 PC-XT, 8-Bit, Windows 1 ISA-Bus        80186 1981        80188 1982        80286 1982 PC-AT, 16 Bit, Win 2

ISA-Bus        80386DX 1985 32-Bit, Windows 3.        80386SX Low-Cost-Version 16 Bit        i486 80386 mit Cache        486SX Low-Cost-Version        Pentium (80586) Subskalare Verarbeitung        Alpha        SPARC Windows auf SUN-PCs        MIPS bis WinNT 3.5        Power PC Apple & IBM, Motorola        PentiumPro Intel-Prozessor, 32 Bit        Pentium II        Penitum III        Pentium IV

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Pufferspeicher (Cache)

• spezieller sehr schneller Speicher• CPU kann schneller darauf zugreifen als auf Arbeitsspeicher• primärer Cache (Level 1) ist intern, in der CPU integriert• sekundärer Cache (Level 2) extern• sehr kurze Zugriffszeit• relativ kleine Kapazität• zwischen Arbeitsspeicher und CPU geschaltet• enthält den jeweils "aktuellen" Teil des Arbeitsspeicher- Inhalts• es wird immer ein ganzer Datenblock ab der gerade referierten

Adresse in den Cache geladen (typisch 4 - 16 Worte).

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Arbeitsspeicher

• soll einen möglichst schnellen Zugriff der CPU auf Daten und Befehle gestatten

relativ teuer !• Speicher mit wahlfreiem Zugriff

(RAM, Random Access Memory)• Zugriff über festverdrahteten

Adressierungsmechanismus, Zugriffszeit ist immer gleich lang und definiert

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Halbleiter-Festwertspeicher

Festwertspeicher

(ROM, Read Only Memory, Nur-Lese-Speicher) • Speicher mit wahlfreiem Zugriff• werden im normalen Betrieb nur gelesen • die gespeicherte Information ist nicht flüchtig• einfacherer Aufbau als Schreib-Lese-Speicher (

daher hohe Integrationsdichte)• i.a. wortorganisiert (meist 8-Bit-Wort = Byte)

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Unterscheidungen ROM

• ROM: Informationen werden beim Herstellungsprozess eingegeben maskenprogrammiertes ROM (ROM = Read Only Memory)

• PROM: Einmal programmierbares ROM. Die Info kann vom Anwender mittels eines Programmiergeräts eingeschrieben werden. (PROM = Programmable ROM)

• EPROM: Vom Anwender programmierbares PROM, dessen Inhalt auch wieder gelöscht werden kann (mit Ultraviolett-Licht außerhalb des DVS). (EPROM = Erasable PROM)

• EEPROM: Vom Anwender programmierbares PROM, dessen Inhalt elektrisch wieder gelöscht werden kann (innerhalb des DVS). (EEPROM = Electrically Erasable PROM)

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periphere Speicher (Massenspeicher)

• höhere Speicherkapazität als der Arbeitsspeicher• aber auch größere Zugriffszeit• Datentransport zwischen pSp und ASp blockweise• kann funktionell als Erweiterung des ASp aufgefasst

werden• vornehmlich magnetomotorische Speicher

• Magnetplatte• Magnetband• magnetooptischer Speicher

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Magnetplattenspeicher

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Winchesterprinzip

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Geschichtliches  • Erste Festplatte 1956 bei IBM vorgestellt. 24" Plattendurchmesser, 5

MByte Kapazität. • 1973 entwickelt IBM unter dem Namen "Winchester" ein

Plattenlaufwerk mit 14" Durchmesser. – Platte in "versiegelten" Raum, über Mikrofilter mit Luft versorgt– Köpfe wiegen nur etwa 10g– "fliegen" in extrem geringer Höhe (0.5µ, (1µ=10-3 mm) über Platte– Kopf gleitet auf Luftpolster (Bernoulli-Effekt)

• 1977 brachte Shugart das erste preiswerte Laufwerk auf den Markt (14", 30 MByte). Die weitere Entwicklung führte zu kleineren Platten (8", 5,25", 3½"), z.B. ST 506: 5,25", 6,4 MByte.

• 1983 Winchester-Wechselplatte • 1988 Plattenlaufwerke höherer Kapazität, z.B. NEC D 5662: 5,25", 319

MByte (1224 Cylinder, 15 Köpfe). • 1992 1,8"-Platte mit 60 MByte, 5,25"-Platte mit 1830 MByte• 2000 3,5"-Platte mit 10 GByte für unter 200 DM

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Disketten • Einführung 1970• schneller und preiswerter Massenspeicher• Datenaufzeichnung entweder einseitig (SS) oder doppelseitig (DS)• Lebensdauer bei optim. Bedingungen bei 1 .. 10 Mio.

Abfragen/Spur– 8 Zoll (Standard-Diskette, veraltet)– 5,25 Zoll (Mini-Diskette, veraltet)– 3,5 Zoll (Mikro-Diskette - heute Standard!)– 2 Zoll und 3 Zoll (konnte sich nicht durchsetzen)

• Umdrehungsgeschwindigkeit zwischen 300 und 360 U/min,• mittlere Zugriffszeit liegt zwischen 100 und 300 ms• Speicherkapazität der ersten 8"-Disketten: 256 KByte,

heute gibt es 3,5"-Disketten mit 1,4 MByte. • ZIP-Disketten verwenden beim Lesen und Schreiben das Bernoulli-

Prinzip, haben Kapazitäten von 100 bzw. 250 MByte

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Festplatten heute

 • SCSI-Laufwerke (Small Computer Systems Interface)

integrierter intelligenter Bus, bis zu 7 Geräte pro Schnittstelle, Vorraussetzung: SCSI-Adapter

• IDE-Laufwerke (Integrated Drive Electronics)Controller in der Elektronik des LWs integriertbei Anschluss weiterer LW: Master-Slave-Beziehung konfigurieren bzw. Schalter setzen

 RAID (Redundand Array of Inexpensive Disks)Zusammenschluss mehrer Pestplatten zu größeren logischen EinheitenRAID 0 bis RAID 7 sowie eine Reihe von MischungenWindows Server nur RAID 0, 1 und 5

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Magnetbandspeicher • blockorganisierter Speicher mit rein sequentiellem Zugriff• Magnetkopf hat Kontakt mit dem Speichermedium• Pufferschleifen, die in Unterdruckschächten geführt werden• Magnetbänder im herk. Stil (Bandbreite 1/2", 7/8 Spuren,

Bitdichte 800/1600/6250 bpi, Bandlänge 730 m) kaum noch in Verwendung

• Magnetbandkassetten (auch DAT-Bänder) als Backup-Medium: einfacher, billiger und robuster als große Magnetbandstationen

• ¼"-Kassetten, vor allem zum Datenaustausch und zur Datensicherung bei Festplattensystemen (Winchester!) eingesetzt (QIC Quarter Inch Cartridge)

• 8mm Kassetten

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Optische Speicherplatten

• Massenspeicher mit sehr hoher Speicherkapazität

• Einsatz von Lasern, die ein kohärentes Licht erzeugen (nur eine Frequenz, gleiche Phasenlage)

• gegenüber Magnetplatten wesentlich höhere Schreibdichte, höhere Sicherheit

• konstante Umdrehungsgeschwindigkeit (z.B. 150 U/min)• Positionierzeit etwa 100 ms

 

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Typen von optischen Speicherplatten• CD-ROM (Compact Disk Read Only Memory)        Dient hauptsächlich der Verbreitung größerer Datenmengen, auch als Photo-

CD. • WORM (Write Once Read Many) als Vorgänger der CD-R        vom Anwender beschreibbar, jedoch nur einmal (Analogie: PROM)        Speicherkapazitäten bis 1 GigaByte (Transferrate 1,5 MByte/s) möglich        Archivierung von Daten aller Art (Backup-Medium) • beschreibbare CD - CD-R        Aufbau komplexer als bei der CD-ROM        kann wie eine CD-ROM gelesen werden. • DVD - Digital versatile Disc        DVD steht für 'Digital Versatile Disk' (ehemals 'Digital Video Disk')

so groß wie CD-ROM, jedoch mit wesentlich höherer Speicherdichte• Magnetooptische Platte        erlaubt - wie eine Magnetplatte - Lesen und Schreiben        Kapazität 1 Giga- Byte (Transferrate 1,5 MByte, mittl. Zugriffszeit ca. 100 ms)        Information wird nicht optisch, sondern magnetisch gespeichert (im Gegensatz

zu CD-ROM, WORM), Lesen/Schreiben der Information jedoch durch Laser.

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peripherer Bus • ISA (Industry Standard Architecture): erste PCs mit 8-Bit-

Version, AT schon mit 16-Bit Erweiterung, max. 8 MByte/s, Durchsatz 2 MByte/s

• EISA (Extended Industry Standard Architecture) Weiterentwicklung von ISA, doppelte Größe höherer DS

• MCA (Micro Channel Architecture) IBM-Standard zur Ablösung von ISA , 16 oder 32-Bit Version

• PCI (Peripheral Component Interconnect)– von CPU getrennt– Zeitmultiplexverfahren (Adress- u. Datenleitung nutzen Verbindung

gemeinsam)– 33 MHz bzw. 66 MHz, bis 32 Bit pro Takt, -> bis 132 bzw. 264

MByte/s

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BIOS

BIOS (Basic Input Output System)

• Schnittstelle zwischen Hardware und Betriebssystem (Interrupt-Handler)

• grundlegender Befehlssatz zum Start des Computers:

POST (PowerOnSelfTest)

und

Start des Betriebssystems