Das Arbeitsbuch. Ük Modul 304

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1 Modulbezeichnung: Ük Modul 304 Ük Modul 304 Kompetenzfeld: Einzelplatz-Computer in Betrieb nehmen, Computer-Aufbau kennen und verstehen, Betriebssystem und Office Suite installieren, Gerät mit dem Netzwerk verbinden und System Testen. Komponenten des Computers Ein Computer besteht wie der Menschliche Körper aus einer Vielzahl von verschiedenen Komponenten, die in der als Hardware bekannt sind. Jeder dieser Komponente bewältigt verschiedene Zentrale Teilaufgaben welche letzten Endes im Gehirn des Computers zusammen kommen und verarbeitet werden. Diese 3 Komponenten welche wir uns anschauen sind das Gehirn, die Erinnerung und der Körper des Computers. CPU Die CPU auch bekannt als Central Processing Unit ist das Gehirn des Computers hier kommen alle zu verarbeitenden Abläufe zusammen und werden dementsprechend Abgearbeitet. Eine CPU setzt sich auch wie ein Gehirn aus mehreren Teilbereich zusammen, welche nur im Verbund richtig funktionieren, diese werden wir nun näher anschauen. Sockel: PGA: Der Prozessorsockel ist eine Steckplatzvorrichtung für die Computerprozessoren, umso Prozessoren austauschbar auf einem Motherboard oder einer Slot-CPU anzubringen. Es wird heute zwischen einigen verschiedenen Sockeltypen und Sockel unterschieden. Unter dem Namen Pin Grid Array(Kontaktstift-Rasterfeld) bekannt versteht man ein Chipgehäuse für Integrierte Schaltkreise welches vor allem bei Prozessoren rege Anwendung fand. Der Schaltkreis in Form eines Siliziumchips wurde auf einer keramischen, organischen oder kunststoffbasierten Leiterplatte angebracht, die auf einer Seite mit Pins versehen war, über die Pins wurden Daten, Steuer und Versorgungsleitungen des Schaltkreises nach außen geführt. Diese Pins konnten entweder direkt in eine Leiterplatte eingelötet werden oder über einen Sockel eingebaut werden. Hier ein Bild eines PGA. LIF: Ausgeschrieben unter dem Namen Low Insertion Force bekannt, ist ein Fassungstyp für elektronische Bauteile. Ük Modul 304 Patrick Urfer Seite 1 von 26

2 Die LIF-Fassung wurde als preisewerte Alternative realisiert, für einfache Programmier- und Testgeräte. Im Vergleich zu anderen Fassungen haben sie eine deutlich geringere Federkraft der Kontakte was das Einsetzen und Entfernen eines Bauteils vereinfachen sollte. Einer der Nachteile war aber das durch die geringere Kontaktkraft auch ein deutlich schlechterer Kontakt zustande kam und es in einigen Fällen zu Oxidbildung zwischen Kontakt und Anschlussbeinen kam. Dieses System wurde von Intel eingeführt um dem häufigen Prozessorwechsel ein geeignetes Sockelsystem zu bieten, dieses wurde dann jedoch später durch das ZIF-System ersetzt. ZIF: LGA: Auch bekannt als Zero Insertion Force ist der Name einer Fassung für elektronische Bauteile, bei welcher man beim Einsetzen und Entfernen des Elements keinerlei Druck oder Zug benötigte. Bei den meisten anderen Fassungen werden die Pins in die Kontaktfedern eingeführt und festgeklemmt daher musste immer eine gewisse Kraft aufgewendet werden, um die Pins in die davor vorgesehenen Kontakte zu drücken oder auch aus Ihnen zu entfernen. Dies beherbergte immer eine gewisse Gefahr für die Komponenten man konnte unbeabsichtigt Pins oder auch Leiterplatten relativ schnell beschädigen oder Unbrauchbar kaputt machen. Beim ZIF-System jedoch war Kraftaufwand komplett unnötig weil die Kontaktfeder vor dem Einsetzen geöffnet werden konnte und dadurch die Pins ohne Kraftaufwand in den Sockel eingeführt werden konnten. Beim Schließen der Kontaktfedern werden die Pins dagegen gepresst und sorgen so für elektrischen Kontakt und mechanischen Halt. Bekannt unter dem Namen Land Grid Array ist es ein System zur Verbindung von Integrierten Schaltungen, bei diesem System werden die Anschlüsse des Integrierten Schaltkreises auf die Unterseite eines Feldes (Grid Array) welches mit Kontaktflächen(land) übersäht ist angebracht, dieses Feld sieht einem Schachbrett sehr ähnlich. Die Ähnlichkeiten in Name und Aussehen des PGA sowie LGA kommt nicht von ungefähr, das PGA hatte anstatt der Kontaktflächen so genannte Beinchen(Pins) ansonsten sehen sich das LGA und auch PGA sehr ähnlich. Die LGA-Prozessoren werden meistens auf den Sockel gesetzt, welche federnde Kontakte enthalten was geringere mechanische Beanspruchung der Kontakte verursacht. Für die x86 Prozessoren brachte Intel das Land Grid Array im Juni 2004 als LGA775 das erste Mal für die Pentium 4-Reihe auf den Markt. Dies ist ein LGA-Sockel 1150 der aktuellen Generation Ük Modul 304 Patrick Urfer Seite 2 von 26

3 Nach der Abarbeitung der Sockel als Thema gehen wir nun ein wenig tiefer auf die einzelnen Bereiche der CPU ein und veranschaulichen uns den Aufbau und die Funktionsweise einer CPU. CISC: Steht für Complex Instruction Set Computer, also einen Computer mit komplexem Befehlssatz. CISC ist eine Designphilosophie für Computerprozessoren, die bekanntesten Benutzer dieses Konzept sind Intel mit der x86-prozessorfamilie. CISC zeichnet sich vor allem durch viele mächtige Einzelbefehle aus, hat jedoch im Vergleich zu RISC auch einen dementsprechend hohen Decodierungs-Aufwand zu bewältigen. RISC: Steht für Reduced Instruction Set Computer, also einen Computer mit reduziertem Befehlssatz. RISC ist eine Designphilosophie für Computerprozessoren, diese Philosophie sah vor auf komplexen Befehlssatz zu verzichten. Es wurde ein für die Assemblerprogrammierung komfortabler Befehlssatz der einfach zu dekodieren und extrem schnell Ausführbar war entwickelt um eine hohe Taktfrequenz zu ermöglichen. Register: Als Register bezeichnet man in der Computertechnik Bereiche innerhalb des Prozessorkerns für die Speicherung welche direkt mit der Recheneinheit verbunden sind und Operanden und Ergebnisse von Berechnungen direkt Speichern. Register sind normalerweise maximal so gross wie die Wortgrösse des Prozessorkerns sprich 8,16,32 oder 64 Bit. Alle solchen Register zusammengefasst nennt man Registersatz, diese beinhalten auch spezielle Register welche für die Wahl der Betriebsmodi eines Prozessorkerns verwendet werden. Die Register stehen an der Spitze der Speicherhierarchie innerhalb eines Prozessorkerns, daher ist es die schnellste Möglichkeit Daten zu manipulieren, da der Zugriff unabhängig von Daten oder Adressbus möglich ist. ALU: Ist ein elektronisches Rechenwerk auch bekannt als arithmetisch-logische Einheit das in Prozessoren benutzt wird. Sie berechnet arithmetische und logische Funktionen, sie kann immer einige Minimaloperationen durchführen im Arithmetischen die Addition und in der Logik die Negation sowie Konjunktion. Weitere Operationen können auf Kosten von Rechenzeit in mehreren Takten mit den oberen 3 Operationen durchgeführt werden. FPU: Ist ein spezieller Prozessor auch bekannt als Floating Point Unit der Operationen mit Gleitkommazahlen verarbeitet und ausführt. Neben den Grundoperationen wurden sie vor allem für erweiterte Operationen wie transzendente Funktionen in Form von Exponentialfunktion und trigonometrische Funktionen benutzt daher nennt man Floating Point Units auch mathematische Koprozessoren. Ük Modul 304 Patrick Urfer Seite 3 von 26

4 Floating Point Units können auch als externe Chips in eigenen Gehäusen verbaut sein oder in bestimmten Bereichen einer CPU integriert sein. MIPS: Ausgeschrieben million instructions per second wird auch IPS genannt was instructions per second bedeutet, damit wird eine Masseinheit bezeichnet für die Rechenleistung von Computern und damit wird vor allem die Leistungsfähigkeit der CPU mittels Computer-Benchmark ermittelt. Diese Einheit gibt vor allem an wie viele Befehle der Prozessor verarbeitet, 1 MIPS bedeutet also er verarbeitet 1 Million Befehle pro Sekunde. MMU: Der Begriff steht auch für Memory Management Unit und ist eine Hardwarekomponente im Computer welche die Speicherverwaltung des Arbeitsspeichers verwaltet. Jede virtuelle Adresse welche durch Prozesse angefordert werden, wird durch die MMU in eine physische Adresse umgewandelt, bevor sie auf den Adressbus geschrieben werden. MMUs verfügen über schnelle und spezielle Register für Basisadressen um die Adressierung so effizient wie möglich zu berechnen. Heutzutage existieren sogenannte Selbstnachladende MMUs diese haben einen speziellen integrierten Cache-Speicher, bekannt als Transition Lookaside Buffer, dieser speichert jeweils die letzten Adressübersetzungen in Tabellen-Form. Taktgeber: Ein Taktgeber ist eine Hardware-Komponente welches Impulse in einer bestimmten Frequenz abgibt, diese sind vor allem für die Verarbeitung von Daten und für Synchronisierungen notwendig. In Prozessoren sind Taktgeber nahezu immer mit einem Steuerwerk kombiniert, diese können die Taktzahl angeben mit der man die Geschwindigkeit von Prozessoren angibt. Ük Modul 304 Patrick Urfer Seite 4 von 26

5 CPU-Upgrade: Ein CPU-Upgrade ist eine oft gemiedene jedoch sehr effektive Art einem in die Jahre gekommenen Rechner neue Kraft zu verleihen, jedoch was ist wichtig bei einem CPU-Upgrade und wie findet man raus welcher CPU der richtige ist, dies werde ich nun erläutern. Der erste und wichtigste Schritt ist es sicherlich erstmal zu wissen was für eine aktuelle CPU vorhanden ist von welchem Hersteller und welches Modell, dafür nutzen wir ein Prozessor-Diagnose Tool welches uns die genauen Daten unserer CPU anzeigt(weiter unten sehen Sie ein Bild von CPU-Z). Als nächstes sofern wir das Motherboard nicht mit ersetzen möchten, müssen wir schauen welche neueren CPU-Modelle unser Motherboard unterstützt. Dies finden wir dank der Revisionsnummer des Motherboards heraus, in dem wir bei den Prozessor-Herstellern in der CPU-Kompatibilitäts-Liste nachschauen, welche CPUs unterstützt werden und welche Bios-Version benötigt wird. Als nächstes suchen Sie den geeigneten Prozessor für sich aus der Kompatibilitäts-Liste raus beachten sie allerdings dass das Upgrade mindestens doppelt so viele Kerne besitzt, mindestens 1 GHz mehr besitzt oder das Modell eine komplette Generation aktueller ist, als letztes müssen Sie sofern sie ein geeignetes Modell gefunden haben die alte CPU ausbauen und das neue einbauen oder einbauen lassen, das Bios auf die verlange Version setzen und schon haben sie Ihr CPU-Upgrade abgeschlossen. Ük Modul 304 Patrick Urfer Seite 5 von 26

6 Motherboard Als nächste Komponente erläutern wir das Motherboard welches dem Computer als Nervensystem dient in unserem Vergleich von Mensch zu Computer. Ein Motherboard hat wie ein Nervensystem eine Verbindung zu allen wichtigen Komponenten und dient als Werkzeug für das Hirn oder in diesem Fall der CPU. Formfaktor: Motherboards gibt es in sehr vielen Formfaktoren(Standarisierte Grössen) ein Grund mehr warum ich das Motherboard mit dem Menschlichen Körper vergleiche, die verschiedenen Formfaktoren werden wir ein wenig genauer anschauen. Das AT-Format ist der Vorgänger des aktuellen ATX und der Nachfolger des XT-Formats, es wurde bekannt durch den Prozessor von Intel und durch die 16-Bit-ISA-Slots für Erweiterungskarten, dieser Slot wurde auch oft AT-Bus genannt. Das ATX-Format ist der Nachfolger des AT-Formats es wurde 1996 von Intel eingeführt, trotzt des späteren Versuchs das BTX-Format zu standardisieren blieb das ATX-Format, das kleinere Micro-ATX und das grössere E-ATX bis heute der vorherrschende Formfaktor. Das BTX-Format war als Nachfolger des ATX-Formats geplant, dieser neue Standard wurde erstmalig von Intel 2003 vorgestellt. Das BTX-Format wurde in mehreren Grössen veröffentlicht ohne Erfolg. Es konnte sich wegen fehlender Akzeptanz nie gegenüber dem ATX-Format durchsetzen, im Jahr 2007 wurde es dann von Intel komplett vom Markt genommen. Formfaktor Produktbezeichnung Grösse in mm AT AT-Mainboard 305 x 279 bis 330 Baby-AT-Mainboard 216 x 204 bis 330 ATX ATX-Mainboard 305 x 244 Micro-ATX 244 x 244 E-ATX 305 x 330 BTX BTX-Mainboard 325,12 x 266,70 microbtx 264,16 x 266,70 Ük Modul 304 Patrick Urfer Seite 6 von 26

7 Chipsätze: Sind das zentrale Element auf dem Motherboard Sie haben sich im Laufe der technischen Entwicklung von vielen einzelnen Bausteinen zu hochtechnisch integrierten Schaltungen entwickelt. Der Chipsatz ist das Bindeglied zwischen allen einzelnen Komponenten eines Computers, man kann sagen bei allen Abläufen im Computer ist er involviert und sorgt dafür dass alle Komponenten über ihre Schnittstellen kommunizieren können. Er ist wie das Herz beim Menschen während das Herz alles mit Blut welches Sauerstoff enthält versorgt, berücksichtigt der Chipsatz alle unterschiedlichen Spannungspegel, Taktfrequenzen und Protokolle und lässt sie zwischen den Schnittstellen umwandeln. Die immer steigende Integrationsdichte bei Chipsätzen liess die Aufteilung in zwei Chips entstehen, dies war die Geburt der North- und Southbridge. In der North- und Southbridge Technologie verschachtelte man den Chipsatz wie eine Art Landkarte Norden und Süden sind über einen Bus verbunden, im Norden wurde der Datenfluss von Prozessor, Arbeitsspeicher, Grafikkarte und dem Peripherie-Bus gesteuert, im Süden wurden Peripherie-Schnittstellen gesteuert sowie das Bios wurde hier eingebunden. Die North- und Southbridge wurde dann von der Hub-Architektur abgelöst, welche von Intel entwickelt wurde um eine neue PC-Generation einzuführen. Der Grund für die neue Architektur war die langsame Anbindung zwischen North- und Southbridge, die immer schneller arbeitenden Prozessoren wurden durch die Anbindung der Peripherie immer mehr ausgebremst. Die Daten konnten nicht mehr schnell genug im Computersystem übertragen werden, zur Lösung des Problems wollte Intel als Chipsatz-Hersteller Einfluss auf den Markt nehmen, um eigene Prozessoren besser zu unterstützen mit einer eigenen und besseren Arbeitsumgebung. Die Hub-Architektur ist im Grund ähnlich wie die Bridge-Architektur jedoch haben sich einige Dinge geändert, anstatt der Northbridge übernimmt diese Aufgaben nun der Memory-Controller-Hub(MCH), anstatt des MCH gibt es nun auch einen Graphic Memory Controller Hub(GMCH), hier ist die Funktion der Grafikkarte nun im Chipsatz integriert. Als Verbindung zwischen North- und Southbridge dient nicht mehr der langsame PCI-Bus sondern ein Hub-Interface, dabei handelt es sich um eine Punkt-zu-Punkt-Verbindung welches auch weiteren Controller-Hubs zulässt die sich miteinander verbinden, z.b. lässt sich ein PCI-Hub an den MCH anbinden welcher so Steckplätze für den PCI-Bus zur Verfügung stellt. Die neueren MCHs verfügen über direkte Verbindungen zu PCI-Express-Steckplätzen, in dieser Hub-Architektur ist die Southbridge nur eine Verlängerung der Northbridge umso alle internen und externen Schnittstellen sowie Bussysteme schneller an die Northbridge anzubinden. Auch nach dieser Entwicklung des Hubs war nicht Schluss es folgte die Erweiterte Hub-Architektur in dieser verliert der Chipsatz immer mehr an Bedeutung, die Anbindung von Arbeitsspeicher sowie Grafikkarte war immer eine der Hauptaufgaben des Chipsatzes, jedoch verlor er diese Aufgabe durch das Integrieren des Speicher-Controllers(MMU) in die CPU, durch dies spart er den Umweg über den Chipsatz wenn er auf den Speicherzugreift. Dasselbe wurde mit der Grafikkarte gemacht, diese wurde länger je mehr an den Prozessor direkt angebunden, oder durch einen integrierten Grafikchip in der CPU ersetzt, diese Teile wanderten alle vom Chipsatz in die CPU: Grafikkarten, Speicher-Controller sowie Direktanbindungen von Erweiterungskarten, nur noch einfach Schnittstellen werden über den I/O-Chip bereitgestellt. Ük Modul 304 Patrick Urfer Seite 7 von 26

8 Hier haben Sie eine Abbildung einer Bridge-Architektur, welche alle einzelnen Komponenten auf dem Motherboard an der richtigen Position darstellt. Hier haben Sie eine Abbildung einer Hub-Architektur, welche alle einzelnen Komponenten auf dem Motherboard an der richtigen Position darstellt. Hier haben Sie eine Abbildung einer Erweiterten Hub-Architektur, welche alle einzelnen Komponenten auf dem Motherboard an der richtigen Position darstellt. Ük Modul 304 Patrick Urfer Seite 8 von 26

9 Integrierte Funktionen: Motherboards haben oftmals ein grosses Spektrum an Integrierten Multimediaund Netz-Peripheriegeräten am meisten trifft man Motherboards an welche Netzwerkkarte(LAN) und Audiokarte integriert habe n, sowie die meisten verfügen über Videoeingänge und andere Controller. WLAN ist auch immer öfters je nach Preisklasse des Motherboards integriert, jedoch meist erst bei den etwas kostspieligeren Modellen. Bussysteme: Datenbus: Adressbus: Steuerbus: ROM: NVRAM: BIOS: Der Prozessor braucht Daten um sie zu bearbeiten, die Daten werden aus dem Datenspeicher geholt, die Daten werden bearbeitet, die Daten werden gespeichert Die elektrische Leitung welche die Daten transportiert nennt man bei einem PC Bussystem, kurz Bus. Dieses Bussystem verbindet jede angeschlossene Komponente mit jeder anderen Komponente und überwacht das die Daten an der richtigen Adresse ankommen. Da innerhalb eines Computers nicht nur Daten sondern auch Steuersignale ausgetauscht werden, unterscheidet man 3 Bussysteme: Der Datenbus sendet die zu verarbeitenden Daten von einer Komponente zum Prozessor und umgekehrt. Da alle Komponenten parallel am Datenbus angeschlossen sind, aber immer nur eine Komponente Daten senden oder empfangen darf, da sonst eine Datenkollision entsteht. Es muss jede Komponente eine Adresse erhalten, mit der sie von der CPU adressiert werden kann. Alle Komponenten des PCs werden parallel an den Datenbus angeschlossen, um die Adressen an die Komponenten zu übermitteln. Daten auf dem Datenbus dürfen nur gesendet oder empfangen werden, wenn eine Komponente die ihr zugewiesene Adresse auf dem Adressbus empfängt. Wird über den Adressbus eine Komponente (z. B. Arbeitsspeicher) adressiert, so muss dieser auch mitgeteilt werden, ob Informationen hineingeschrieben oder ausgegeben werden sollen. Mithilfe des Steuerbusses gibt der Prozessor einer Komponente die Befehle die ausgeführt werden sollen. Auch bekannt als Read-only-Memory ist ein Nur-Lese-Speicher das bedeutet auf Ihn kann im normalen Betrieb nur lesend zugegriffen werden, nicht schreibend und das er ist nicht flüchtig. Er wird bei PCs z.b. für das BIOS verwendet. Ist ein nichtflüchtiger Datenspeicher welcher auf Arbeitsspeichern basiert und dessen Dateninhalt ohne externe Stromzufuhr gespeichert erhält. Normale Arbeitsspeicher wie DRAM und SRAM sind ohne zusätzliche Vorkehrungen flüchtig und verlieren bei Stromverlust den Dateninhalt. Das Meistverwendete NVRAM befindet sich in der CMOS-Technologie in der ein SRAM-Speicher mit einer Lithiumbatterie versehen wird und in einem Chipgehäuse zu einem CMOS-RAM wird, in diesem werden die BIOS-Parameter gespeichert. Das BIOS auch bekannt als basic input/output system ist die Firmware bei x86-pcs, es wird in einem CMOS-RAM gespeichert und auf dem Motherboard angebracht, direkt nach dem Starten eines PCs wird das BIOS ausgeführt, es macht den PC funktionstüchtig und startet im Anschluss das Betriebssystem. Im BIOS hat man einige Einstellungsmöglichkeiten in dem man nach dem Einschalten des PCs eine bestimmte Taste oder Tastenkombination gedrückt wird, gelangt man zu diesen, diese Einstellungen werden durchgehend im CMOS-RAM gespeichert, sollten mal Probleme auftreten, wenn man versucht ins Setup-Programm zu gelangen, lassen sich die meisten Einstellungen über einen Jumper am Mainboard zurücksetzen. Ük Modul 304 Patrick Urfer Seite 9 von 26

10 Sollte dies mal nicht möglich sein so kann dies auch Erreicht werden, in dem man beim CMOS-RAM die Batterie entfernt, jedoch benötigt es einige Zeit da man auf das Entladen der Kondensatoren warten muss. Beepcodes: Sind Meldungen in Form von Geräuschen welche den Status des BIOS-Vorgangs im POST(Power-on self-test) kommentieren. Hier eine Auflistung der Original IBM POST beep Codes. Beeps Meaning 1 short beep Normal POST system is OK 2 short beeps POST error error code shown on screen No beep Power supply, system board problem, disconnected CPU, or disconnected speaker Continuous beep Power supply, system board, or maybe RAM problem, keyboard problem Repeating short beeps Suppy or system board problem or keyboard 1 long, 1 short beep board problem 1 long, 2 short beeps Display adapter problem (MDA, CGA) 1 long, 3 short beeps Enhanced Graphics Adapter (EGA) 3 long beeps 3270 keyboard card Ük Modul 304 Patrick Urfer Seite 10 von 26

11 Speicher Als nächstes kommt der Speicher in unserem Beispiel das Gedächtnis im Mensch zu Computer Vergleich an die Reihe, das Gedächtnis besteht beim Computer auch aus mehreren Ebenen wie beim Menschen welche wofür zuständig sind werden wir uns nun anschauen. Cache: Als Cache bezeichnet man in der einen sehr schnellen Speziellen Speicher-Mechanismus welcher sich aus static RAM(SRAM) zusammensetzt, es speichert oft wiederholte Zugriffe ab, so dass sie bei späteren Bedarf erneut ohne aufwändige Neuberechnung aufgerufen werden können. In unserem Mensch zu Computer Vergleich wäre der Cache das Kurzzeitgedächtnis. Cache existiert in vielen Variationen: Prozessor-Cache, Festplatten-Caches, und Software-Cache welcher wofür ist und was bewirkt schauen wir uns nun an. Prozessor-Cache: Heute in der Moderne besitzt nahezu jeder neuere Prozessor einen Prozessor-Cache diese setzen sich aus verschiedenen Ebenen zusammen, welche aufeinander aufbauen. Der Level 1-Cache auch bekannt als L1-Cache ist der schnellste und somit auch Teuerste Prozessor-Cache er befindet sich fast immer im Prozessor selbst integriert und arbeitet dadurch mit der vollen Taktgeschwindigkeit des Prozessors also in der heutigen Zeit mit mehreren GHz. Die Aktuellen Prozessoren verfügen fast allesamt über 3 Cache-Level, L1, L2 und L3 diese 3 Level verfügen alle über eine gängige Grösse: L1: 4 bis 256 KiB pro Prozessorkern L2: 64 bis 512 KiB pro Prozessorkern L3: 2 bis 32 MiB meistens für alle Prozessorkerne zusammen. Aktuelle Prozessoren haben auch eine so genannte Harvard-Cachearchitektur, das bedeutet Sie haben L1-Caches für Programme und Daten getrennt, was schnellere und synchrone Zugriffe zwischen Daten und Programmen ermöglicht. Festplatten-Cache: Software-Cache: Bei Festplatten befindet sich der Cache auf der Steuerplatine, oder auf einem Festplattenkontroller, die Grösse der aktuellen Festplatten-Caches ist je nach Hersteller zwischen 8 MB und 64 MB. Caches können auch bei Software genutzt werden, dabei gilt dasselbe Prinzip wie bei jedem Cache die Daten werden auf ein schnelleres Speichermedium gespeichert umso die Zugriffsgeschwindigkeit zu erhöhen. Beispiele für Software-Caches sind Browser-Cache welche bewirken das Webseiten und Inhalte von diesen schneller geladen werden beim erneuten Besuch. RAM: Auch bekannt als Random-Access Memory wird auch als Schreib-/Lesespeicher bezeichnet, RAM sind alles Halbleiter-Speicher. Die Zugriffszeit ist für alle Speicherzellen beim Lesen sowie Schreiben gleich lang, daher bezeichnet man Ihn als einen Random-Access Memory(Speicher mit wahlfreiem Zugriff). Ük Modul 304 Patrick Urfer Seite 11 von 26

12 DRAM: SRAM: Speicherbausteine: Parität: Auch bekannt als Dynamic Random Access Memory hier werden die Informationen in Kondensatoren gespeichert, deren Ladung temporär aufgefrischt werden muss, beim Wiederaufladen hat der Prozessor keinen Zugriff auf das DRAM weswegen Computer mit DRAM langsamer als Computer mit SRAM arbeiten. Auch bekannt als Static Random Access Memory hier werden die Informationen in rückwärtsgekoppelten Schaltkreisen sogenannten Flipflops gespeichert, wodurch die Zugriffsgeschwindigkeit deutlich höher ausfällt und auch die Wartezeiten ist deutlich geringer. Weil keine Auffrischungen wie bei Kondensatoren notwendig sind. Im Englischen als Chip bekannt ist ein Integrierter Schaltkreis, welcher aus einer Vielzahl von Speicherzellen besteht, diese werden auf einer Leiterplatte angeboten und aus mehreren dieser RAM werden Speichermodule zusammengebaut. Ist ein Verfahren um Fehler in einem Speichermodul auszumachen, dieses wird vor allem von der Memory Management Unit(MMU) verwendet, es prüft damit die Bit- Anzahl in dem es ein 9tes Bit zu jeweils 8 Datenbits hinzufügt, der Wert des Parität Bits zeigt dann die Fehler an und eine Fehlermeldung wie z.b. Parity Error at xxxx: yyyy wird ausgegeben. Refresh Zyklus: Dual Channel: ECC / non ECC: Da sich Kondensatoren, bedingt durch unvermeidliche Ruheströme, nach einer bestimmten Zeit selbst entladen, wird eine "Auffrischung" der Kondensatorladung notwendig. Diesen Vorgang nennt man Refresh-Zyklus, da er ständig wiederholt werden muss, um den Speicherinhalt der DRAMs nicht zu verlieren. Ist eine Technik um von Memory Management Unit(MMU) in PCs mit welchen RAM-Module parallel betrieben werden können, hierfür werden abgetrennte Datenbusse vom Memory Management Unit(MMU) zu den einzelnen Modulen eingesetzt, durch gleichzeitiges übertragen über mehrere Busse können mehrere Daten in der gleichen Zeit gesendet werden. ECC heisst Error control and correction und non ECC heisst no Error control and correction das ist Speicher welcher Fehler kontrollieren und korrigieren kann und eben welcher der es nicht kann der non ECC kann allerdings trotzdem die Paritätsprüfungen vornehmen jedoch die Fehler dann nicht beheben. Ük Modul 304 Patrick Urfer Seite 12 von 26

13 Eingabegeräte des Computers Das ist eine Zusammenfassung über die Wichtigsten Eingabegeräte des Computers in unserer Zusammenfassung bearbeiten wir die Eingabegeräte: Tastatur, Maus und Scanner und schauen uns Ihre Funktionsweise etwas genauer an. Tastatur Eine Tastatur besteht aus mehreren Teilen und benutzt verschiedene Techniken um Ihre Aufgaben erfolgreich zu bewältigen diese schauen wir uns nun etwas genauer an. Scan-Code: Die Kommunikation einer Tastatur erfolgt über den so genannten Scan-Code auch bekannt als Make- und Break-Code, dieser bewirkt dass per Tastendruck eine Nummer an den Computer gesendet wird. Die ersten Tastaturen sendet direkt den ASCII oder andere Codes an den Rechner, um jedoch Computer in allen Ländern vertreiben zu können ohne den Code wieder und wieder anpassen zu müssen, hat man jeder Taste eine Nummer zugeordnet der sogenannte Scan-Code dieser ist eine 7-Bit Zahl. Der Make-Code ist eine zusätzliche Information welche beim Halten oder drücken einer Taste vom Tastaturcontroller gesendet wird, als nächstes erfolgt der Break-Code dieser löst sich aus wenn eine Taste losgelassen wird, der Tastaturcontroller sendet da dann den Scan-Code + 7-Bit Zahl an den Treiber welcher nun noch die Landesspezifische Zuordnung des ASCII vornimmt. Der Tastatur mussten Technisch nur noch passende unterschiedliche bedruckte Tastenkappen eingebaut werden. ASCII: Der ASCII-Code auch bekannt als American Standard Code for Information Interchange ist eine 7-Bit-Zeichencodierung welche als US- Variante des ISO 646 gesehen werden kann und diente später als Grundlage für weitere aus mehr Bits bestehende Codierungen. Er besteht aus 128 Zeichen wovon 95 druckbare Zeichen und 33 nichtdruckbare Zeichen sind, welche die Steuerzeichen enthalten. Jedem dieser Zeichen wird ein Bit-Muster aus 7 Bit zugeordnet, Da jedes Bit zwei Werte annehmen kann gibt es 2 7 = 128 verschiedene Bit-Muster die man auch als die ganzen Zahlen oder als Hexadezimal 00-7F Interpretieren kann. Unicode: Der Unicode ist die heute am weitesten Verbreitete und auch meist Genutzte Zeichenkodierung, sie besteht aus 16-Bit, im Vergleich der ASCII-Standard war auf 7-Bit ausgelegt und nachfolgende Kodierungen auf 8-Bits daher war der Unicode auch so ein Gewaltiger Sprung das er bis heute Bestand hält. Im Jahr 1991 nach mehrjähriger Entwicklung wurde die erste Version veröffentlicht, die damals nur die Europäischen-, Indischen- und Nahöstlichen-Zeichen kodieren konnte. Ük Modul 304 Patrick Urfer Seite 13 von 26

14 Der Standard wuchs allerdings sehr schnell schon mit Unicode 2.0 im Juli 1996 wurde der Standard von ursprünglichen Unicode- Zeichen auf die heutigen Unicode-Zeichen von U+0000 bis U+10FFFF erweitert. Der Umfang von Unicode ist also 17 Ebenen die jeweils Zeichen umfassen anders ausgedrückt 2 16, davon werden 6 Ebenen bereits verwendet und der Rest wurde für spätere Nutzung erschaffen. Tastatur-Aufbau: Aktuelle Professionelle Tastaturen benutzen heutzutage ein so genanntes MF2-System, diese arbeitet mit einer Leiterplatte auf dieser ist eine gedruckter Schaltung angebracht. Der Untere Teil der Taste ist dabei metallisiert und bildet mit der Tastaturplatine einen kleinen Kondensator, durch das Niederhalten einer Taste wird dessen Kapazität geändert und übergibt so die Information das die Taste betätigt wurde. Funktionsweise-Tastatur: Tastaturanschlüsse: Ergonomische-Aspekte: Die Tastatur verarbeitet dann die Information mit einem Mikroprozessor der die Informationen auswertet, und mit einem Kabel mit DIN-Stecker welches eine Spannungsleitung(+5V), eine Massenleitung und zwei Signalleitungen besitzt welche die Informationen an den PC übertragen. Alle Tasten sind sogenannte Kreuzungspunkte auf der Leitermatrix alle Spalten und Zeilen sind mit Dioden verbunden welche eine Eindeutige Zuordnung der betätigten Tasten auch beim Betätigen mehrer Tasten bestimmen können. Dieses Ergebnis wandelt der Prozessor mit dem Tastaturcode beim Betätigen(Make-Code) und beim Loslassen(Break-Code) dementsprechend um. Dieser von dem Tastaturprozessor an den PC übertragene Code wird als 16-Bit Wert dargestellt, dabei sind die ersten 8-Bit der ASCII-Code und das oberste Bit der Scan-Code. Früher wurde noch der DIN Anschluss verwendet, welcher aber für heute Irrelevant ist dieser wurde durch den Nachfolger dem PS/2-Stecker verdrängt, der PS/2 Standard war lange aktuell bis zur Einführung der USB-Stecker für Tastaturen. Der Hauptunterschied zwischen PS/2 und USB liegt vor allem daran dass die USB-Tastatur keine Make- und Break-Codes mehr sendet, sondern über einen Datenblock mit Statusinformationen für die ganzen Tasten besitzt und darüber den aktuellen Status der Tastatur überträgt. Tastaturen sind die Werkzeuge, die wir täglich für die Produktivität, soziale Interaktion, Unterhaltung und Selbstdarstellung nutzen. Sämtliche Erlebnisse, die wir mit Technologie haben, basieren auf der Grundlage des physischen Komforts. Deswegen befassen wir uns damit um die beste Grundlage zu schaffen. Ük Modul 304 Patrick Urfer Seite 14 von 26

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