Transcript
Page 1: Hardware - tom/EinfuehrungDV/... · CPU Hauptspeicher Zentraleinheit Periphere Geräte ... RAM (Random Access Memory) • Auf jede Speicherzelle des Arbeits-speichers kann direkt

1

Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg Einführung in die Datenverarbeitung Thomas Schulze 1

4 Hardware4 Hardware

4.1 Grundstruktur von ComputernComputer

• Allgemeines Gerät zur elektronischen Verarbeitung von Daten

• zum Rechnen, für 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-Universität Magdeburg Einführung 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 Eingabegeräte

• Eingabedaten in nicht in binärer Form müssen

»

Page 2: Hardware - tom/EinfuehrungDV/... · CPU Hauptspeicher Zentraleinheit Periphere Geräte ... RAM (Random Access Memory) • Auf jede Speicherzelle des Arbeits-speichers kann direkt

2

Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg Einführung in die Datenverarbeitung Thomas Schulze 3

Grundstruktur von ComputernGrundstruktur von Computern

Verarbeiten

• Systematische Serie von Aktionen, die der Computer mit den eingegebenen Daten ausführt

»

• Ausführung dieses Prozesses erfolgt

Voraussetzung für die Verarbeitung

• Daten müssen an definierten Orten gespeichert sein (Speicherplätzen)

• Hauptspeicher (engl. Memory)

»

• Externen Speichermedien (engl. Storages) wie Disketten und CD-ROM

»

Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg Einführung in die Datenverarbeitung Thomas Schulze 4

Grundstruktur von ComputernGrundstruktur von Computern

Ausgeben der Daten

• Übertragung zu anderen Computern

• Speicherung auf externen Geräten

• Anzeige in einer uns Menschen verständlichen Form

» Berichte auf einem Drucker

» Anzeigen von Bildern auf einem Bildschirm

» Hören von Musik von Lautsprechern

Page 3: Hardware - tom/EinfuehrungDV/... · CPU Hauptspeicher Zentraleinheit Periphere Geräte ... RAM (Random Access Memory) • Auf jede Speicherzelle des Arbeits-speichers kann direkt

3

Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg Einführung in die Datenverarbeitung Thomas Schulze 5

VonVon--NeumannNeumann--RechnerarchitekturRechnerarchitektur

von-Neumann-Rechnerarchitektur

• Grundlage für alle modernen Computersystem

• Modellhaften Struktur :

» Zentraleinheit

» Periphere Geräte

ProzessorCPU

Hauptspeicher

Zentraleinheit

Periphere Geräte

Tastatur Maus Festplatte DruckerBildschirm

ProzessorCPU

Hauptspeicher

Zentraleinheit

ProzessorCPU

Hauptspeicher

ProzessorCPU

Hauptspeicher

Zentraleinheit

Periphere Geräte

Tastatur Maus Festplatte DruckerBildschirm

Periphere Geräte

Tastatur Maus Festplatte DruckerBildschirm

Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg Einführung in die Datenverarbeitung Thomas Schulze 6

4.2 Computerklassen 4.2 Computerklassen

Personal Computer (PC)

Page 4: Hardware - tom/EinfuehrungDV/... · CPU Hauptspeicher Zentraleinheit Periphere Geräte ... RAM (Random Access Memory) • Auf jede Speicherzelle des Arbeits-speichers kann direkt

4

Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg Einführung in die Datenverarbeitung Thomas Schulze 7

ComputerklassenComputerklassen

Handheld „in der Hand haltbarer PC“

• Mobile PCs IN Handgröße , PDA (Personal Digital Assistant)

• Keine feste Tastatur

• Leistung ist wesentlich geringer als die von Notebooks

Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg Einführung in die Datenverarbeitung Thomas Schulze 8

ComputerklassenComputerklassen

Workstation

• Spezieller Computer zur Durchführung von besonderen Aufgaben

• Einzelnen PC in einem Netzwerk

• Computer mit starker Prozessorleistung

Page 5: Hardware - tom/EinfuehrungDV/... · CPU Hauptspeicher Zentraleinheit Periphere Geräte ... RAM (Random Access Memory) • Auf jede Speicherzelle des Arbeits-speichers kann direkt

5

Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg Einführung in die Datenverarbeitung Thomas Schulze 9

ComputerklassenComputerklassen

Videogame-Konsolen

• Prozessoren wie in

• Zusätzlich verfügen sie über spezielle Grafikkarten

Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg Einführung in die Datenverarbeitung Thomas Schulze 10

ComputerklassenComputerklassen

Großrechner (Mainframe)

• Rechenleistung ist um ein vielfaches Höher als die von normalen PCs

• Daten von Hunderten oder Tausenden Benutzern werde gleichzeitig verarbeitet

Page 6: Hardware - tom/EinfuehrungDV/... · CPU Hauptspeicher Zentraleinheit Periphere Geräte ... RAM (Random Access Memory) • Auf jede Speicherzelle des Arbeits-speichers kann direkt

6

Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg Einführung in die Datenverarbeitung Thomas Schulze 11

ComputerklassenComputerklassen

Supercomputer (Vektorrechner)

• Computer der oberen Leistungsregion

• Mehrprozessor-Architektur

» Hohe Durchsatzrate bei numerischen Operationen

• Verfügbarkeit von umfangreichen Massenspeichern

Server

• Anderen Computern in einem Netzwerk zu dienen

• Computer zum Zweck des Speicherns und Verteilens von Daten in einem Netzwerk

Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg Einführung in die Datenverarbeitung Thomas Schulze 12

4.3 Aufbau von PCs4.3 Aufbau von PCs

Chip, Mikrochip oder Computerchip

• Plättchen aus einem Halbleitermaterial (Silizium)

• Mit integrierten Schaltkreisen ( IC Integrated Circuits)

• Chips sind auf einer entsprechende keramischen Platine aufgesetzt

• Einteilung nach der Funktionalität

»

»

PC-Standardkonfiguration

• Eigentlicher Rechner, Bildschirm, Tastatur, Maus, Drucker, Lautsprecher und Anschlüssen zu einem Computernetzwerk

• Scanner zur Eingabe von Bildern

Page 7: Hardware - tom/EinfuehrungDV/... · CPU Hauptspeicher Zentraleinheit Periphere Geräte ... RAM (Random Access Memory) • Auf jede Speicherzelle des Arbeits-speichers kann direkt

7

Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg Einführung in die Datenverarbeitung Thomas Schulze 13

Hauptkomponenten PCHauptkomponenten PC

Hauptkomponenten

Stromversorgung (Netzteil)

Motherboard

• Prozessor

• Hauptspeicher

Festplattenlaufwerk

CD/DVD-Laufwerk

Steckkarten

freie Steckplätze

Kabel

http://www.tomshardware.de/praxis/20020906/index.html

Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg Einführung in die Datenverarbeitung Thomas Schulze 14

PC NetzteilPC Netzteil

Netzteil

• Gleichstrom im Niedervoltbereich (3,3 bis 12 V)

• Schutz vor Überspannungen sorgen

• Schutz gegen kurzfristigen Netzausfall

»

Page 8: Hardware - tom/EinfuehrungDV/... · CPU Hauptspeicher Zentraleinheit Periphere Geräte ... RAM (Random Access Memory) • Auf jede Speicherzelle des Arbeits-speichers kann direkt

8

Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg Einführung in die Datenverarbeitung Thomas Schulze 15

PC MotherboardPC Motherboard

Motherboard (Hauptplatine)

• Kernstück des Computers•••

• Chipsatz (ICH, MCH)Controller

• Spezielle eigenständige Prozessoren

Prozessor

Slots für Erweiterungskarten

Slots für den Hauptspeicher

Schnittstellen

MCH

ICH

Prozessor

Slots für Erweiterungskarten

Slots für den Hauptspeicher

Schnittstellen

MCH

ICH

Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg Einführung in die Datenverarbeitung Thomas Schulze 16

Steckkarten und Steckkarten und SlotsSlots

Tendenz:

• Anzahl der Steckkarten wird kleiner

Slots

• Standardisierte Sockel für die Steckkarten

• Slots sind untereinander und mit dem Motherboard verbunden

• Vorteil der Anwendung eines standardisierten Steckkarten-Konzepts

»

»

Page 9: Hardware - tom/EinfuehrungDV/... · CPU Hauptspeicher Zentraleinheit Periphere Geräte ... RAM (Random Access Memory) • Auf jede Speicherzelle des Arbeits-speichers kann direkt

9

Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg Einführung in die Datenverarbeitung Thomas Schulze 17

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

• Speichervermögen, den Zugriffszeiten und dem Preis unterscheiden.

Kapazität des physischen Arbeitsspeicher für PCs :

• 256 MB bis 2 GB

Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg Einführung in die Datenverarbeitung Thomas Schulze 18

ArbeitsspeicherArbeitsspeicher

RAM (Random Access Memory)

• Auf jede Speicherzelle des Arbeits-speichers kann direkt zugegriffen werden

• Gegensatz :

• Name RAM :

• Einteilung der Speicherchips für den Arbeitsspeicher nach den technischen Wirkprinzipien:

»

»

Page 10: Hardware - tom/EinfuehrungDV/... · CPU Hauptspeicher Zentraleinheit Periphere Geräte ... RAM (Random Access Memory) • Auf jede Speicherzelle des Arbeits-speichers kann direkt

10

Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg Einführung in die Datenverarbeitung Thomas Schulze 19

ArbeitsspeicherArbeitsspeicher

DRAM ist ein flüchtiger Speicher

• Dynamische Speicherelemente müssen in regelmäßigen Abständen elektrisch „aufgefrischt“ werden

• „Refresh“ im Mikrosekunden-Bereich

• Ausschalten des Computers oder bei Stromausfall

»

»

SDRAM (Synchronous Dynamic Random Access Memeory)

• Speicherchips für Hauptspeicher und Grafikkarte

DDR-SDRAMS (Double Data Rate)

• Weiterentwicklung der SDRAMs

• Auch DDR-RAM genannt

Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg Einführung in die Datenverarbeitung Thomas Schulze 20

ArbeitsspeicherArbeitsspeicher

Statischer RAM (SRAM)

• benötigen 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

Page 11: Hardware - tom/EinfuehrungDV/... · CPU Hauptspeicher Zentraleinheit Periphere Geräte ... RAM (Random Access Memory) • Auf jede Speicherzelle des Arbeits-speichers kann direkt

11

Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg Einführung in die Datenverarbeitung Thomas Schulze 21

CacheCache--KonzeptKonzept

Lösung:

Jede Ebene: Kompromiss aus

Überwindung von Synchronisationsproblemen : Cache (Puffer)-Konzept• Level 1 und Level 2 Cache am Prozessor

• Teile des Arbeitsspeichers werden für schnelle Zugriffe bereitgestellt

CPU

Level 1 Cache

Level 2 Cache

Hauptspeicher

Zugriffszeit Kosten CPU

Level 1 Cache

Level 2 Cache

Hauptspeicher

Zugriffszeit Kosten

Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg Einführung in die Datenverarbeitung Thomas Schulze 22

Virtueller SpeicherVirtueller Speicher

Organisatorisch-logische Sicht auf den Hauptspeicher:

• RAM (Hauptspeicher), Virtueller Speicher, ROM und CMOSVirtueller Speicher (Virtual Memory)

Problem:

• Mehrere Programme gleichzeitig gestartet

• Jedes Programm benötigt seinen Speicherplatz im Arbeitsspeicher

• Können alle Programme gleichzeitig laufen, wenn

Lösung:

• Nutzung freie Speicherkapazität auf einer Festplatte

• Swapping :

Page 12: Hardware - tom/EinfuehrungDV/... · CPU Hauptspeicher Zentraleinheit Periphere Geräte ... RAM (Random Access Memory) • Auf jede Speicherzelle des Arbeits-speichers kann direkt

12

Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg Einführung in die Datenverarbeitung Thomas Schulze 23

ROMROM

ROM (Read Only Memory)

Speicher kann nur gelesen werden

Daten und Befehle sind vom Hersteller auf dem Chip fest eingeschrieben

Speicherform ist

Enthält BIOS

Neustart eines Computers

• RAM-Arbeitsspeicher ist leer

• Notwendigen BIOS-Befehle

• Betriebssystem

• Erst nachdem das Betriebssystem geladen worden ist, sind auch die peripheren Geräte nutzbar

Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg Einführung in die Datenverarbeitung Thomas Schulze 24

CMOSCMOS

CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor)

Spezieller flüchtiger Speicher, Strom wird durch spezielle Batterien geliefert

CMOS-Speicher enthält die hardwareseitigen Einstellungen (hardware settings) des Computers

• Verfügbarer Speicherplatz

• Verfügbarkeit von externen Laufwerken

• Struktur der Festplatte

Auf den CMOS-Speicher wird ebenfalls beim Starten des Computers zurückgegriffen.

Speicherung dieser Informationen im ROM?

• Beim Wechseln einer Festplatte

• Bei einer Änderung der Systemkonfiguration

Page 13: Hardware - tom/EinfuehrungDV/... · CPU Hauptspeicher Zentraleinheit Periphere Geräte ... RAM (Random Access Memory) • Auf jede Speicherzelle des Arbeits-speichers kann direkt

13

Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg Einführung in die Datenverarbeitung Thomas Schulze 25

4.5 Prozessor4.5 Prozessor

Prozessor oder CPU (Central Processing Unit)

• Aufgabe : CPU für PCs ist auf einem Chip

Logische Einteilung in die beiden Komponenten Steuerwerk (Control Unit) und Rechenwerk (Arithmetic Logic Unit)

Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg Einführung in die Datenverarbeitung Thomas Schulze 26

ProzessorProzessor

1. 2. 3. 4.

Hauptspeichermit Daten

Hauptspeichermit Befehlen

Rechen-werk

Steuerwerk

CPU

12

4

3

Hauptspeichermit Daten

Hauptspeichermit Befehlen

Rechen-werk

Steuerwerk

CPU

12

4

3

Page 14: Hardware - tom/EinfuehrungDV/... · CPU Hauptspeicher Zentraleinheit Periphere Geräte ... RAM (Random Access Memory) • Auf jede Speicherzelle des Arbeits-speichers kann direkt

14

Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg Einführung in die Datenverarbeitung Thomas Schulze 27

Prozessorleistung und PCProzessorleistung und PC--LeistungLeistung

Prozessor beeinflusst wesentlich die Gesamtleistung eines Computers

Allgemeine Aussage:

• Mit steigender Prozessorleistung steigt auch die Geschwindigkeit zur Abarbeitung der Aufgabe

Aber

Ein alter Computer erhält einen neuen, wesentlich schnelleren Prozessor:

Leistungsfähigkeit des Prozessors wird durch folgende technische Parameter bestimmt

• Taktfrequenz, Wortbreite, und Cache

Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg Einführung in die Datenverarbeitung Thomas Schulze 28

Leistungsparameter von ProzessorenLeistungsparameter von Prozessoren

TaktfrequenzEine interne Uhr sendet Signale in einem bestimmten Takt an die unterschiedliche KomponentenTakt beeinflusst Geschwindigkeit

••

Die Anzahl der ausführbaren Befehle pro Zeiteinheit ist die begrenztTaktfrequenz in Megahertz (MHz) bzw. Gigahertz (GHz)

Wortbreite

Anzahl von Bits, die vom Prozessor parallel verarbeitet wird

Abhängig von

Aktuelle Wortbreiten: 32- oder 64-Bit

Page 15: Hardware - tom/EinfuehrungDV/... · CPU Hauptspeicher Zentraleinheit Periphere Geräte ... RAM (Random Access Memory) • Auf jede Speicherzelle des Arbeits-speichers kann direkt

15

Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg Einführung in die Datenverarbeitung Thomas Schulze 29

Leistungsparameter von ProzessorenLeistungsparameter von Prozessoren

CacheProblem:

• Ausführungszeit von Verarbeitungsbefehlen ist kürzer als die vonTransportbefehlen

• Gesamtleistungsfähigkeit des Computers wird begrenzt durch

Lösung des Problems:

• ein oder mehrer Cache-Speicher aus schnellen Speicherchips

Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg Einführung in die Datenverarbeitung Thomas Schulze 30

4.6 Bus4.6 Bus--Systeme, Hubs und Systeme, Hubs und GeräteschnittstellenGeräteschnittstellen

Wie können die Komponenten untereinander verbunden werden?

Direkte Verbindung der einzelnen Komponenten Nachteil:

• Sehr aufwendige Umsetzung•

Direkte Verbindung

Page 16: Hardware - tom/EinfuehrungDV/... · CPU Hauptspeicher Zentraleinheit Periphere Geräte ... RAM (Random Access Memory) • Auf jede Speicherzelle des Arbeits-speichers kann direkt

16

Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg Einführung in die Datenverarbeitung Thomas Schulze 31

BusstrukturBusstruktur

Bus• Sammelleitung zur Kommunikation

• Nur ein Übertragungskanal

• Anschluss aller Komponenten an diesen Übertragungskanal

• Übertragungskanal besteht aus mehradrigen Leitungen

Bussysteme unterscheiden sich hauptsächlich in der Übertragungsrate der Daten

• PCI (Peripherial Component Interconnect)

»

• USB (Universal Seriell Bus)

»

Busstruktur

Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg Einführung in die Datenverarbeitung Thomas Schulze 32

Hub (Sternstruktur)Hub (Sternstruktur)

Hub [Nabe, Mittelpunkt, Verteiler]

• Jede Komponente ist dem Hub verbunden

• Zentrale organisiert den Datenfluss zwischen den beteiligten Komponenten

• PC-Architekturen mit zwei Hubs

MCH (Memory Controller Hub)

ICH (I/O Controller Hub)

HubHubSternstruktur

Page 17: Hardware - tom/EinfuehrungDV/... · CPU Hauptspeicher Zentraleinheit Periphere Geräte ... RAM (Random Access Memory) • Auf jede Speicherzelle des Arbeits-speichers kann direkt

17

Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg Einführung in die Datenverarbeitung Thomas Schulze 33

PCPC--ArchitekturArchitektur

Intel Pentium 4Processor

MCH

HauptspeicherGrafikkarte

ICH

AGP

ATASchnittstelle

USB

LAN -InterfaceAudio

Channel

Schnittstellen/Ports•Seriell•Parallel•FireWire

FSB

Slots für Erweiterungskarten

Intel Pentium 4Processor

MCH

HauptspeicherGrafikkarte

ICH

AGP

ATASchnittstelle

USB

LAN -InterfaceAudio

Channel

Schnittstellen/Ports•Seriell•Parallel•FireWire

FSB

Slots für Erweiterungskarten

Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg Einführung in die Datenverarbeitung Thomas Schulze 34

Einbau neuer interner KomponentenEinbau neuer interner Komponenten

Neue interne Komponenten in Form von Erweiterungskarten

Achtung beim Kauf von Erweiterungskarten!

Erweiterungskarten für Notebooks:

Page 18: Hardware - tom/EinfuehrungDV/... · CPU Hauptspeicher Zentraleinheit Periphere Geräte ... RAM (Random Access Memory) • Auf jede Speicherzelle des Arbeits-speichers kann direkt

18

Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg Einführung in die Datenverarbeitung Thomas Schulze 35

Geräteschnittstellen / PortsGeräteschnittstellen / Ports

Anschluss eines externes Geräts über

• Geräteschnittstelle (Port)

»

»

Einteilung der Geräteschnittstellen nach der Übertragungsart

• Serielle

» Bits werden nacheinander verschickt

»

»

• Parallele

» Mehrere Bits werden parallel übertragen

»

Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg Einführung in die Datenverarbeitung Thomas Schulze 36

Geräteschnittstellen / PortsGeräteschnittstellen / Ports

Bild aus: Parson/Onja. 2003

Page 19: Hardware - tom/EinfuehrungDV/... · CPU Hauptspeicher Zentraleinheit Periphere Geräte ... RAM (Random Access Memory) • Auf jede Speicherzelle des Arbeits-speichers kann direkt

19

Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg Einführung in die Datenverarbeitung Thomas Schulze 37

Schnittstellen / PortsSchnittstellen / Ports

Schnittstelle Name Eigenschaft Verwendung

Serieller Port, 56 Kbps

Maus, Externes Modem

Paralleler Port, 12 000 Kbps

Drucker, Externes Bandlaufwerk

Universeller Serieller Bus, 480 000 Kbps

Tastatur, Drucker, MP3-Player

Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg Einführung in die Datenverarbeitung Thomas Schulze 38

Schnittstellen / PortsSchnittstellen / Ports

Schnittstelle Name Eigenschaft Verwendung

FireWire-Port Seriell 400 Mbps

Camcorder

Seriell Anschluss an das Telefonnetz oder LAN

Parallel Anschluss eines Monitors

Page 20: Hardware - tom/EinfuehrungDV/... · CPU Hauptspeicher Zentraleinheit Periphere Geräte ... RAM (Random Access Memory) • Auf jede Speicherzelle des Arbeits-speichers kann direkt

20

Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg Einführung in die Datenverarbeitung Thomas Schulze 39

4. 7 Externe Speicher4. 7 Externe Speicher

Externe Speicher

• Befinden sich außerhalb (extern) der Zentraleinheit

Hauptspeicher ist ein ein interner Speicher

Ziel bei externen Speichern

Umsetzung der Zielstellung durch unterschiedliche

• Geräte, Datenträger und Speichertechnologien

Dominierende Speichertechnologien

Mechanische Speichertechnologien (Lochbänder / Lochkarten) keine Bedeutung

Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg Einführung in die Datenverarbeitung Thomas Schulze 40

4.7.1 Magnetische Speichertechnologie4.7.1 Magnetische Speichertechnologie

Prinzip der magnetischen Speicherung

• Ausrichtung sehr kleiner magnetisierbare Partikel entsprechend einer Magnetisierungsrichtung

• Jedes Partikel stellt ein Bit dar

• Interpretation des Bit-wertes in Abhängigkeit von der Richtung des Nordpols

Beschreiben des Speichers

Lesen des Speichers

Die Partikel belassen ihre magnetische Ausrichtung, bis sie erneut überschrieben werden.

Durch diesen Effekt werden magnetische Speicher als permanentes undüberschreibbares (modifizierbares) Speichermedium bezeichnet

Page 21: Hardware - tom/EinfuehrungDV/... · CPU Hauptspeicher Zentraleinheit Periphere Geräte ... RAM (Random Access Memory) • Auf jede Speicherzelle des Arbeits-speichers kann direkt

21

Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg Einführung in die Datenverarbeitung Thomas Schulze 41

Magnetische SpeichertechnologieMagnetische Speichertechnologie

Ursachen für einen Datenverlust

• Beeinträchtigungen durch das Umfeld des magnetischen Speichers

• Eigenständige Entmagnetisierung des Speichers

• Gerätefehler

S

N

S

N

S

N

S

NAusrichtung der Partikelvor dem BeschreibenBitfolge: 0000

S

N S

N

S

NS

N

Ausrichtung der Partikelnach dem Beschreibenmit der Bitfolge: 1100

S

N

S

N

S

N

S

NAusrichtung der Partikelvor dem BeschreibenBitfolge: 0000

S

NN S

N

S

NS

NN

Ausrichtung der Partikelnach dem Beschreibenmit der Bitfolge: 1100

Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg Einführung in die Datenverarbeitung Thomas Schulze 42

4.7.2 Optische Speicherung4.7.2 Optische Speicherung

Prinzip der optischen Speicherung

• Ausnutzen von Reflektionsunterschieden• Einzelnen Bits sind als minimale Löcher (engl. pits) mit einem

Durchmesser von 1 µm oder kleiner gespeichert

Bitfolge 1 0 1 1 10 0

Reflexion desLaserstrahles

Loch

Keine Reflexion desLaserstrahles

Trägerschicht

Reflektionsschicht

Schutzschicht

Bitfolge 1 0 1 1 10 0

Reflexion desLaserstrahles

Loch

Keine Reflexion desLaserstrahles

Trägerschicht

Reflektionsschicht

Schutzschicht

Page 22: Hardware - tom/EinfuehrungDV/... · CPU Hauptspeicher Zentraleinheit Periphere Geräte ... RAM (Random Access Memory) • Auf jede Speicherzelle des Arbeits-speichers kann direkt

22

Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg Einführung in die Datenverarbeitung Thomas Schulze 43

Optische SpeicherungOptische Speicherung

Beschreiben einer CD/DVD

••

Lesen einer CD/DVD

• Abtasten der Speicherbereiche mit wesentlich schwächerer Laserstrahl• Eine Photodiode registriert, ob

Optische Speicher sind auch infolge ihrer Wirk- und Konstruktionsprinzipien

Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg Einführung in die Datenverarbeitung Thomas Schulze 44

4.7.3 Magnetische Datenträger4.7.3 Magnetische Datenträger

Disketten • heute nicht mehr Standard

• Diskette (engl. Floppy Disk) besteht aus einer flexiblen magnetisierbaren Scheibe, die durch ein Gehäuse geschützt ist

• 1,44 MByte Speicherkapazität

ZIP-Disketten und ZIP-Laufwerke

• Speicherkapazität von 100 MByte

Verwendung: Sichern von Datenbeständen in privaten Bereichen.

Page 23: Hardware - tom/EinfuehrungDV/... · CPU Hauptspeicher Zentraleinheit Periphere Geräte ... RAM (Random Access Memory) • Auf jede Speicherzelle des Arbeits-speichers kann direkt

23

Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg Einführung in die Datenverarbeitung Thomas Schulze 45

Magnetische DatenträgerMagnetische Datenträger

Festplatten (engl. Hard Disks)

• Bestehen aus übereinander gestapelten magnetisierbaren Scheiben

• wesentlich größere Speicherkapazität und höhere Übertragungsgeschwindigkeit

• Grund:

• Im PC-Bereich werden gegenwärtig Festplatten mit einer Kapazität von bis zu 60 GByte

Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg Einführung in die Datenverarbeitung Thomas Schulze 46

Magnetische DatenträgerMagnetische Datenträger

Wesentlich höhere Speicherkapazitäten in Computernetzwerken und in Großrechnern

Diskarrays

• Mehrere Festplatten

• Hauptziele

»

»

Computersystemen (Finanzwelt)

RAID (Redundand Array of Independent Disks)

• Grundgedanke : redundante Speicherung der Daten auf unterschiedlichen Festplattengeräten

• Kopien sind parallel auf mindestens einer weiteren Festplatte vorhanden

»

Page 24: Hardware - tom/EinfuehrungDV/... · CPU Hauptspeicher Zentraleinheit Periphere Geräte ... RAM (Random Access Memory) • Auf jede Speicherzelle des Arbeits-speichers kann direkt

24

Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg Einführung in die Datenverarbeitung Thomas Schulze 47

MagnetbänderMagnetbänder

Ausschließlich zur Datensicherung (engl. Backup)

sequenziell Zugriffsform

• lange Zugriffszeiten•

Ziel :

Magnetbänder sind in Kassetten (engl. Tape Cartridge) geschützt

Geräte zum Lesen oder Beschreiben :

• Bandlaufwerke (engl. Streamer)

Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg Einführung in die Datenverarbeitung Thomas Schulze 48

4.7.4 Optische Datenträger4.7.4 Optische Datenträger

CD-ROMs (Compact Disc Read Only Memory)

• identische Speichertechnologie wie Musik-CDs

• Bitseriell Speicherung auf einer Spirale

• Speicherkapazität auf einer CD-ROM beträgt 640 MByte

Zugriffszeiten

• Laufwerkskenngröße „x-fache Geschwindigkeit“ : Faktor für die Geschwindigkeit gegenüber den einfachen CD-Laufwerken für Audio-CDs

CD-R (Compact Disc Recordable) und CD-Brenner

Archivieren

Page 25: Hardware - tom/EinfuehrungDV/... · CPU Hauptspeicher Zentraleinheit Periphere Geräte ... RAM (Random Access Memory) • Auf jede Speicherzelle des Arbeits-speichers kann direkt

25

Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg Einführung in die Datenverarbeitung Thomas Schulze 49

Optische DatenträgerOptische Datenträger

CD-RW (Compact Disc ReWritable)

• Mehrfach überschreibbare CDs

• Grundlage :

» Ein Lasers versetzt die kristalline Struktur des Datenträgermaterials in einen geordneten bzw. ungeordneten Zustand

» Zustände haben ein unterschiedliches Reflektionsverhalten beim Lesen

Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg Einführung in die Datenverarbeitung Thomas Schulze 50

Optische DatenträgerOptische Datenträger

Moderne normale CD-ROM-Laufwerke können CD-RWs lesen

CD-RWs zum Archivieren und für Backups

Begrenzte Speicherkapazität von 640 MByte bei CD-ROMs ist für bestimmte Anwendungen zu gering

DVD (engl. Digital Versatile Disc)

• Speicherkapazität von bis zu 17 Gbyte

• „versatile“

» vielseitig verwendbar

Page 26: Hardware - tom/EinfuehrungDV/... · CPU Hauptspeicher Zentraleinheit Periphere Geräte ... RAM (Random Access Memory) • Auf jede Speicherzelle des Arbeits-speichers kann direkt

26

Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg Einführung in die Datenverarbeitung Thomas Schulze 51

Optische DatenträgerOptische Datenträger

DVD

• Beide Seiten der Scheibe sind mit Speichermaterial belegt• Jedes Seite kann zwei Schichten zum Datenspeichern beinhalten• Speicherkapazität einer Speicherschicht : 4,7 GByte

DVDs benötigen zum Lesen ein entsprechendes Laufwerk

•DVD-Laufwerke

Mehrfach beschreibbare DVDs

• DVD-RAM, DVD-RW und DVD+RW

Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg Einführung in die Datenverarbeitung Thomas Schulze 52

4.7.5 Flash Speicher4.7.5 Flash Speicher

Flash-Memory , Flash-Disk oder USB-Laufwerk

• Bezeichnungen für EEPROMs • engl. Electrically Erasable Progrmmable Read Only Memory• Elektrisch lösch- und programmierbare Festwertspeicher

» Beim Ausfall der Spannung bleibt der SpeicherinhaltDie Speicherkapazität liegt aktuell bei bis zu 256 Mbyte

Page 27: Hardware - tom/EinfuehrungDV/... · CPU Hauptspeicher Zentraleinheit Periphere Geräte ... RAM (Random Access Memory) • Auf jede Speicherzelle des Arbeits-speichers kann direkt

27

Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg Einführung in die Datenverarbeitung Thomas Schulze 53

4.7.6 Vergleich von Speichergeräten4.7.6 Vergleich von Speichergeräten

Flexibilität hinsichtlich der verwendeten Speichermedien

• Können die Speichergeräte bzw. Laufwerke unterschiedliche Speichermedien verarbeiten?

Lebensdauer

• Speichertechnologien sind anfällig gegenüber Beschädigungen und Umwelteinflüssen(Hitze, magnetische Felder)

Zugriffszeit

• Geräte mit einem wahlfreien Zugriff (Random access),

»

»

• Geräte mit sequentiellen Zugriff

» Magnetband

Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg Einführung in die Datenverarbeitung Thomas Schulze 54

Vergleich von SpeichergerätenVergleich von Speichergeräten

Datenübertragungsrate

• Beeinflusst die Leistungsfähigkeit hinsichtlich der Datenübertragung Schnelle Anschlüsse für Festplatten erreichen Raten von bis zu 100 MByte/s.

Kapazität

• Kapazität von Festplatten

• Kapazität von Disketten und CDs

Page 28: Hardware - tom/EinfuehrungDV/... · CPU Hauptspeicher Zentraleinheit Periphere Geräte ... RAM (Random Access Memory) • Auf jede Speicherzelle des Arbeits-speichers kann direkt

28

Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg Einführung in die Datenverarbeitung Thomas Schulze 55

4.8 Bildschirme und Grafikkarten4.8 Bildschirme und Grafikkarten

Auflösung eines Bildes

• Die Anzahl der Pixel auf einem Bildschirm

Formate für die Anzahl und die Verteilung der Pixel auf dem Bildschirm

• 1024 x 768 (XGA), 1280 x 1024 (SVGA), 1400 x 1050 (SXGA) und 1600 x 1200 (UXGA)

Wahl des Pixelformats

• Eigentlich individuell

• Kleineren Formate

»

• Eine höhere Auflösung

»

»

Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg Einführung in die Datenverarbeitung Thomas Schulze 56

AuflösungAuflösung

Software-seitige Einstellung der Auflösung

Zwei Hardware-Komponenten:

• Bildschirm und Grafikkarte

Bildwiederhol-frequenz

Anzahl der Farben

Anzahl der Pixel

MöglicheEinstellungen

Page 29: Hardware - tom/EinfuehrungDV/... · CPU Hauptspeicher Zentraleinheit Periphere Geräte ... RAM (Random Access Memory) • Auf jede Speicherzelle des Arbeits-speichers kann direkt

29

Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg Einführung in die Datenverarbeitung Thomas Schulze 57

4.8.1. Grafikkarte4.8.1. Grafikkarte

Grundaufgabe

• Speicherung der Farbinformationen zu jedem Pixel im Bildwiederholspeicher

• Senden der erforderlichen Signale zur Ansteuerung des Bildschirms

Hauptkomponenten

• Bei analoger Ansteuerung zusätzlich noch ein RAMDAC

»

Moderne Grafikkarten

• Im AGP-Erweiterungssockel auf dem Motherboard

• Externen Geräte

»

»

Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg Einführung in die Datenverarbeitung Thomas Schulze 58

GrafikkarteGrafikkarte

DVI-Stecker

Page 30: Hardware - tom/EinfuehrungDV/... · CPU Hauptspeicher Zentraleinheit Periphere Geräte ... RAM (Random Access Memory) • Auf jede Speicherzelle des Arbeits-speichers kann direkt

30

Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg Einführung in die Datenverarbeitung Thomas Schulze 59

4.8.2 Bildschirme (Monitore)4.8.2 Bildschirme (Monitore)

Kathodenstrahl-Bildschirme (engl. CRT Cathode Ray Tube)

• Technologie wie bei einem Fernseher

• Entscheidend für die Bildqualität

» Auflösung (Anzahl der Bildpunkte pro Flächeneinheit)

» Bildwiederholfrequenz (Anzahl der Bilder pro Sekunde)

Flachbildschirme

• LCD-Technologie (Liquid Crystal Display)

• Elektrische Felder verändern an den Bildpunkten das Verhalten von Flüssigkeiten, so dass diese Punkte in einer bestimmten Farbe erscheinen

• TFT (Thin Film Transistor)-Bildschirme sind aktuelle Ausführungen

• Betreiben der Flachbildschirme nur mit der vorgegebenen technischen Auflösung

Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg Einführung in die Datenverarbeitung Thomas Schulze 60

4.9 Drucker4.9 Drucker

Laserdrucker

• Dominieren in privaten und in kommerziellen Bereichen

Tintenstrahldrucker

• Druckqualität ist durchaus mit der von Laserdruckern

• Seitenpreis ist höher

Thermodrucker

• Vorteile:

»

»

• Nachteil

»

Page 31: Hardware - tom/EinfuehrungDV/... · CPU Hauptspeicher Zentraleinheit Periphere Geräte ... RAM (Random Access Memory) • Auf jede Speicherzelle des Arbeits-speichers kann direkt

31

Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg Einführung in die Datenverarbeitung Thomas Schulze 61

Ausführung eines DruckjobsAusführung eines Druckjobs

Drucker erhält zwei Datenblöcke

• Prolog mit Allgemeine Angaben

»

• Eigentlicher Text einschließlich Zeilenumbruchzeichen und Grafiken

Druckersteuersprache

Standards für Druckersteuersprachen

• PCL (Printer Control Language) von Hewlett-Packard

• Postscript von Adobe

Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg Einführung in die Datenverarbeitung Thomas Schulze 62

Ausführung eines DruckjobsAusführung eines Druckjobs

1. Konvertierung in eine Druckersteuersprache

• CPU des Computers konvertiert die interne Darstellung des Word-Dokumentes in eine Druckersteuersprache (mittels Druckertreiber)

• Druckertreiber

2. Übertragung des Dokumentes in der Druckersteuersprache zum Drucker

3. Aufbau der Seite durch den Drucker-Controller

4. Druck der Seite aus dem Pufferspeicher

Page 32: Hardware - tom/EinfuehrungDV/... · CPU Hauptspeicher Zentraleinheit Periphere Geräte ... RAM (Random Access Memory) • Auf jede Speicherzelle des Arbeits-speichers kann direkt

32

Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg Einführung in die Datenverarbeitung Thomas Schulze 63

Ausführung eines DruckjobsAusführung eines Druckjobs

Word-Dokument

Drucker-Treiber

CPU Drucker-Controller

Puffer-Speicher

Druck-maschine

Computer Drucker

4

3

2

1

1


Recommended