PC-Komponenten. Eine Übersicht

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1 PC-Komponenten Eine Übersicht (Informationen aus: ) Inhalt: Prozessoren (CPUs)... 2 Mainboards... 8 Arbeitsspeicher Grafikkarten Festplatten CD-ROM CD-Brenner DVD Streamer Gehäuse PC-Komponenten 1

2 Prozessoren (CPUs) Was ist ein Prozessor?... 2 Prozessoren verschiedener Hersteller... 3 Processor Packaging... 3 DIP... 3 PGA... 4 PPGA... 4 CPGA... 4 OPGA... 4 FC-PGA... 4 FC-PGA mpga... 4 LGA... 4 SECC... 4 SECC SEPP... 5 MMC... 5 TCP... 5 Dualprocessing, Multiprocessing und HyperThreading... 5 Dualprocessing... 5 Multiprocessing... 5 HyperThreading... 6 Performance Rating (PR) und Quantispeed... 6 MMX, ISSE, SSE2 und 3DNow! Technologie... 7 Was ist ein Prozessor? Ein Prozessor, auch Mikroprozessor oder CPU ( Central Processing Unit ), ist die zentrale Recheneinheit eines jeden Computers. Er ist das Herz und Gehirn eines jeden Rechners. Ein Prozessor ist ein sehr komplexes Hochtechnologieprodukt mit vielen Millionen Transistoren auf der Fläche von teilweise weniger als einem Fingernagel. Hergestellt in Reinräumen in einem komplizierten photolithografischen Verfahren, werden die produzierten Prozessorchips nach der Herstellung intensiv getestet und schließlich in eine kleine Verpackung eingebaut. Auf diese Weise können sie einfach mit einem Mainboard verbunden werden. Die Arbeitsgeschwindigkeit eines Prozessors wird neben der optimalen internen Struktur auch von seinem Takt bestimmt. Dieser kann von wenigen Megahertz bis einige Gigahertz betragen. Durch die hohe Anzahl der Transistoren und die geringe Größe des Prozessorchips kann dieser sehr heiß werden. Diese Wärme wird zunächst an die Prozessorverpackung abgegeben und von dort an einen hoffentlich installierten Kühlkörper mit Lüfter. Moderne Prozessoren werden bei Betreiben ohne Kühlung nach kurzer Zeit (bis 30 Sekunden) zerstört. PC-Komponenten 2

3 Prozessoren verschiedener Hersteller PC-Prozessoren sind in der Regel zueinander vollständig Software-kompatibel. Das heißt, dass eine auf einem Intel Pentium oder Celeron geschriebene Software auch auf einem AMD Athlon oder Duron ausgeführt werden kann, ohne extra angepasst werden zu müssen. Es gibt aber Unterschiede in der internen Architektur der Prozessoren, welche von jedem Hersteller unterschiedlich gestaltet werden. Es ist dabei die Absicht der Hersteller, durch möglichst innovative Technologien, die Geschwindigkeit und Funktionalität der Prozessoren von Generation zu Generation immer weiter zu erhöhen. Da die Hersteller untereinander nur begrenzt Patente austauschen oder gegenseitig lizenzieren, muss jeder Hersteller, um Copyright-Klagen aus dem Weg zu gehen, ein eigenes Prozessordesign verwenden. In diesem Zusammenhang werden von den Herstellern unterschiedliche Sockel, Slots und Chipsätze favorisiert, daher können nicht alle Prozessoren auf jedem Mainboard verwendet werden. Processor Packaging Das Verpacken von rohen Chips/Prozessoren ( Processor Packaging ) schützt den Prozessorchip vor Schäden und ermöglicht die einfache Verbindung zum Mainboard oder anderen Platinen. Da rohe Chips sehr empfindlich sind, werden alle Hochintegrierten Chips ab Werk in eine passende Verpackung gesteckt. Durch dieses Packaging bekommen Prozessoren ihr typisches Aussehen. Hier die wichtigsten Arten des Processor Packaging: DIP Dual Inline Package Dies sind alle Prozessoren oder Chips mit jeweils einer Reihe Pins links und rechts an der Unterseite. Frühe Intel-Prozessoren, wie der 8086 oder der 8088, PC-Komponenten 3

4 sowie Speicher-Chips wiesen diese Verpackung auf. Heutige BIOS-Chips werden zum Teil noch immer in dieser Verpackung geliefert. PGA Pin Grid Array Bei dieser Art der Verpackung befinden sich die Pins in mehreren Reihen an allen vier Seiten an der Unterseite des PGA. Prozessoren wie der 80386, und der Pentium wurden im PGA ausgeliefert. PPGA Plastic Pin Grid Array Hierbei wird noch zusätzlich das Material angegeben, aus dem die Prozessor-Verpackung gefertigt ist: Plastik. Der Celeron PPGA Prozessor wurde im PPGA ausgeliefert. CPGA Ceramic Pin Grid Array Hierbei wird noch zusätzlich das Material angegeben, aus dem die Prozessor-Verpackung gefertigt ist: Keramik. Die AMD Athlon Thunderbird und Duron Prozessoren werden beispielsweise in CPGA ausgeliefert. OPGA Organic Pin Grid Array Hierbei wird noch zusätzlich das Material angegeben, aus dem die Prozessor-Verpackung gefertigt ist: Organisches Material. Die AMD Athlon XP Prozessoren wurden beispielsweise in OPGA ausgeliefert. FC-PGA Flip Chip Pin Grid Array Die Pentium III und die Celeron Prozessoren mit Coppermine-Kern kommen in dieser Verpackung. Auch auf den Pentium 4 im Sockel 423 trifft dies zu. Hierbei sind der Prozessorkern und der 2nd Level Cache Chip wie bei einem Hamburger übereinander gelegt und in einem PGA verpackt. FC-PGA2 Diese Bauform entspricht FC-PGA, besitzt allerdings einen so genannten Heatspreader. Dies ist eine Metallplatte, die zur Wärmeableitung dient. Alle Pentium III und Celeron Prozessoren mit Tualatin-Kern sind in dieser Bauform gefertigt. mpga Micro Pin Grid Array mpga entspricht einem kompakteren FC-PGA2 und ist die Verpackung von Pentium 4 und Celeron Prozessoren im Sockel 478. Die Pins sind erstmals in geraden Reihen angeordnet und nicht versetzt. LGA Land Grid Array Bei dieser Verpackung wurde auf Pins verzichtet, stattdessen finden sich an der Unterseite 775 Kontakte. Die Prozessoren Pentium 4 (520 bis 560 sowie Extreme Edition) und Celeron D für den Sockel 775 werden in dieser Verpackung geliefert. SECC Single Edge Contact Cartridge Dies ist eine Steckkarte, auf welcher Prozessorkern und 2nd Level Cache Chip nebeneinander sitzen und in einem Plastikgehäuse fest verkapselt sind. Es gibt SECC für Slot 1, Slot 2 und Slot A. Der Pentium II und der Pentium II/III Xeon sowie der AMD Athlon wurden in einer SECC ausgeliefert. SECC 2 ist im Grunde gleich wie SECC, verwendet aber weniger Plastik in der Verkapselung. Da auch die Halterung geändert wurde, passt ein SECC2-Prozessor nicht automatisch auf ein Board mit einer SECC-Halterung. Der Pentium II und der Pentium III wurden auch in einer SECC 2 ausgeliefert. PC-Komponenten 4

5 SEPP Single Edge Processor Package Dies ist eine Steckkarte wie SECC, es wurde jedoch auf eine Verkapselung verzichtet. Eine SEPP ist im Grunde eine SECC ohne Gehäuse und kann daher auf den meisten SECC-Boards eingesetzt werden. Die ersten Celeron Prozessoren wurden in einem SEPP ausgeliefert. MMC Mobile Module Connector ist eine Verpackung, welche in Notebooks und portablen Computer verwendet wurden. Bei MMC1 sind Prozessor, Cache und Chipsatz sind auf einer kleinen Platine vereint und sind über einen speziellen PCI-Anschluss mit dem Mainboard des Notebooks verbunden. Bei MMC2 ist dieser Anschluss bereits eine AGP/PCI-Kombination. Bis heute wurden bereits einige weitere Verpackungen für mobile CPUs entwickelt, wie Micro-PGA, BGA und UFCPGA. Diese zeichnen sich durch sehr kompakte Bauweise und optimierte Wärmeableitung aus. TCP Tape Carrier Packaging In dieser Verpackung werden rohe Chips zur Auslieferung an OEMs verpackt, wo sie dann auf die Platinen gelötet werden. In manchen Notebooks wird zum Beispiel auf MMC verzichtet und der Prozessor direkt aufgelötet. Im Allgemeinen sind CPUs im TCP nicht für Endkunden erhältlich. Dualprocessing, Multiprocessing und HyperThreading Dualprocessing Von Dualprocessing wird gesprochen, wenn zwei Prozessoren auf einem Mainboard gemeinsam eingesetzt werden. Der Intel Pentium MMX, der Pentium II, der Pentium III mit Katmai- bzw. Coppermine-Kern, der Pentium III-S und der AMD Athlon MP sind für Dualbetrieb ausgelegt. Bei Einsatz auf einem entsprechenden Mainboard und mit Hilfe des passenden Betriebssystems (Windows NT/2000/XP oder Linux) werden beide Prozessoren genutzt. Dabei muss auch die eingesetzte Software (Spiele ebenso) mehr als einen Prozessor unterstützen, um einen Geschwindigkeitsvorteil zu erfahren. Prozessoren unterschiedlicher Bauformen können nicht auf einem Mainboard kombiniert werden, es müssen immer zwei völlig baugleiche und gleich getaktete Varianten verwendet werden. Multiprocessing Beim Multiprocessing werden mehr als 2 Prozessoren in einem System gemeinsam verwendet. Der Intel Pentium Pro, Pentium II/III Xeon, Xeon (auf Pentium 4-Basis) und Itanium sowie der AMD Opteron sind speziell auf Multiprocessing ausgelegt und können in Rechnern/Servern zu zweit, zu viert, zu acht oder mehr zusammenarbeiten. Dies muss natürlich auch von dem Betriebssystem (Linux, Unix, Windows Server-Versionen) unterstützt werden. Multiprocessing wird in Workstations für Grafik und Animation, Datenbankservern, Internetservern und Großrechnern verwendet. Eben überall dort, wo es auf erhebliche Rechenleistung ankommt und ein einzelner Prozessor überfordert ist. Ein Server mit vielen Prozessoren, auf dem zum Beispiel eine Datenbank läuft, kann wesentlich mehr Anfragen pro Sekunde bearbeiten, als ein Server mit nur einem Prozessor. Prozessoren von AMD (mit Ausnahme des Athlon MP und des Opteron), der VIA C3 und der Intel Celeron sind alle auf Einfachbetrieb hin optimiert und können daher nicht in Dualoder Multiprozessorumgebungen eingesetzt werden. Diese Prozessoren können auch nicht mit anderen Prozessoren kombiniert werden. Ein Athlon XP und ein Athlon MP laufen daher nicht gemeinsam auf einem Sockel A Dualboard. Ein Pentium III und ein Celeron laufen ebenfalls nicht gemeinsam auf einem Sockel 370 Dualboard. Es laufen nur jeweils ein, zwei, vier oder mehr Prozessoren eines jeden Typs auf einem Board gemeinsam, sofern diese PC-Komponenten 5

6 Prozessoren wirklich für Dual- oder Multiprocessing ausgelegt sind. Manche Dualboards benötigen beim Einsatz von nur einem Prozessor einen Terminator auf dem zweiten Prozessor-Sockel. Dual- oder Multiprocessing-Mainboards stellen zudem höhere Anforderungen an das oder die Netzteile und müssen aufwendig gekühlt werden. HyperThreading Mit dem Pentium 4 ab 3,06 GHz und dem Xeon ab 2,4 GHz hat Intel eine HyperThreading genannte neue Technologie vorgestellt. Hierbei werden innerhalb eines Prozessorkerns zwei logische Prozessoren zur Verfügung gestellt, indem von einem Rechenwerk zwei Registersätze parallel bedient werden. Windows XP und andere optimierte Software kann so noch schneller ausgeführt werden. Der Geschwindigkeitsvorteil fällt bei HyperThreading aber nicht so hoch aus, wie bei zwei echten CPUs in einem Dualsystem. Sowohl Intel als auch AMD bieten inzwischen so genannte Dual-Core-Prozessoren an. Hierbei werden zwei vollständige Prozessoren-Kerne in eine gemeinsame Verpackung verbaut und mit einem Anschluss für den Mainboardsockel versehen. Dieser technische Kniff soll die Rechenleistung eines Dualsystems auch auf einem Mainboard mit nur einem Sockel bieten (Betriebsystemunterstützung vorausgesetzt). Performance Rating (PR) und Quantispeed Das Performance Rating ist ein ursprünglich von Cyrix und AMD eingeführtes System, die Leistung und Geschwindigkeit eines Prozessors unabhängig von seinem tatsächlichen Takt anzugeben. Dabei stand PR auch kurzfristig für Pentium Rating, da die Geschwindigkeit von Cyrix/AMD-Prozessoren im Vergleich zu Intels Pentium Prozessoren angegeben wurde. Im Allgemeinen waren diese nicht-intel-prozessoren aber niedriger getaktet, als der als Vergleich herangezogene Pentium. Ein Beispiel: ein mit PR166 bezeichneter Prozessor wurde in Wirklichkeit nur mit 133 MHz getaktet, obwohl er so schnell wie ein 166 MHz Pentium gewesen sein soll. Ermittelt wurde der PRxxx-Wert mit Hilfe von Benchmark- Programmen, die die Geschwindigkeit des Prozessors und des Computers messen können. Das verwirrende Verfahren des Performance Ratings wurde bei AMD mit dem K6 abgeschafft und man ging dazu über, den wahren Takt des Prozessors anzugeben. Intel drehte allerdings weiterhin an der Taktschraube und recht bald war AMD was den Takt betrifft abgeschlagen, ohne dass die Prozessoren von AMD im Vergleich mit denen von Intel wesentlich langsamerer gewesen wären. Besonders gravierend wurde dies bei Prozessoren der PC-Komponenten 6

7 Athlon-Generation. Architekturbedingt können moderne AMD-Prozessoren mehr Anweisungen pro Taktzyklus ausführen als Intel Pentium 4 Prozessoren. Daher müssen letztere höher getaktet werden, um mit den AMD-Prozessoren gleich zu ziehen oder diese zu übertreffen. Über viele Jahre hinweg wurde von den PC-Herstellern und von Intel Megahertz und schließlich Gigahertz als das wichtigste Kriterium für einen schnellen Computer propagiert: je mehr MHz, desto schneller die Maschine. Dadurch hatte das Marketing von AMD ein Problem, AMDs Prozessoren waren geringer getaktet, aber nicht langsamer. Daher wurde ab dem Athlon XP erneut ein Performance Rating eingeführt, welches aus Benchmarkberechnungen im Vergleich zu einem bestimmten Athlon-Modell errechnet wurde. Die echten Megahertz des Prozessors wurden von AMD nicht sonderlich hervorgehoben, selbst BIOS-Hersteller wurden eine zeitlang aufgefordert, nur das Performance Rating im BIOS anzuzeigen. So wurde also ein Prozessor mit zum Beispiel 2,2 GHz als gegen Intels Pentium 4 mit 3,2 GHz positioniert. Zur besonderen Hervorhebung der neuen Fähigkeiten des Athlon XP wurde der Begriff Quantispeed eingeführt. Da einige der neuen Funktionen eigentlich auch schon beim Vorgänger-Athlon enthalten waren, ist Quantispeed eher als eine Marketing-Kampagne von AMD anzusehen. Während AMD die Marketing-Abteilung bemühte, den geringeren Takt der Prozessoren anders darzustellen, setzte Intel weiterhin auf echte Gigahertz. Bis zum Pentium 4 M für den mobilen Einsatz in Notebooks, der durch eine andere Architektur bereits mit Taktraten zwischen 1,5 und 2 GHz in die Geschwindigkeitsbereiche seiner höher getakteten Desktop- Kollegen vorstieß. So besann sich nun auch Intel zur Abkehr vom Gigahertz-Wettrüsten und führte mit dem Pentium 4 mit Prescott-Kern eigene Modellnummern ein. Auch der Celeron D wurde damit versehen, der Takt rückte als Angabe in die zweite Reihe. Den Schritt mit Modellnummern hatte AMD bereits einige Zeit zuvor beim Opteron unternommen. Leider nutzen AMD und Intel unterschiedliche Methoden für ihre Modelnummern, ein direkter Vergleich der Leistung von Prozessoren verschiedener Hersteller ist damit noch schwieriger geworden. Weiterhin gilt jedoch, dass die Leistung eines bestimmten Prozessors immer auch abhängig von seinem Cache-Speicher, dem Bustakt, dem Arbeitsspeicher und von Festplatte und Grafikkarte ist und nicht einzig vom angegeben Takt. Und selbstverständlich von der eingesetzten Software und der Art und Weise, wie man die verschiedenen Benchmarkprogramme einsetzt. MMX, ISSE, SSE2 und 3DNow! Technologie Mit MMX ( MultiMedia extensions ), ISSE ( Internet Streaming SIMD Extensions ), SSE ( Streaming SIMD Extensions ), SIMD ( single instruction, multiple data ) und 3DNow! werden Verfahren und zusätzliche Befehle verschiedener Prozessorgenerationen von Intel und AMD bezeichnet. Software, die diese Prozessorerweiterungen unterstützt, wird bei bestimmten Anwendungen schneller ausgeführt. Besonders Multimedia-, Audio- und Videoanwendungen profitieren von diesen Erweiterungen, die in allen modernen Prozessoren enthalten sind. Aktuelle Prozessoren Die aktuellen Daten und Funktionen der Prozessoren erfährt man auf den Webseiten der Hersteller: (speziell: Intel Processor Numbers) : PC-Komponenten 7

8 Mainboards Was ist ein Mainboard?... 8 BIOS / CMO... 8 Mainboard-Layouts... 9 AT-Format... 9 ATX-Format... 9 BTX-Format... 9 Schnittstellen und Anschlüsse Sockel und Slots AMD-spezifische Sockel Übertakten ( Overclocking ) BIOS-Aktualisierung ( Flashing ) Was ist ein Mainboard? Das Mainboard, oder auch Motherboard oder Hauptplatine genannt, ist die Basis eines jeden Computers. Alle weiteren Komponenten wie Speicher, Prozessor, Grafikkarte, Erweiterungskarten und Laufwerke sind auf verschiedene Weise mit dem Mainboard verbunden. Ein Mainboard verfügt über einen Chipsatz, der viele grundlegende Funktionen eines Mainboards wie Bereitstellung von Schnittstellen und Speicherverwaltung übernimmt und meistens aus zwei Chips besteht (Northbridge / Southbridge). Die Art des Prozessorsockels oder -slots auf einem Mainboard entscheidet darüber, welcher Prozessor eingesetzt werden kann. Manche Mainboards unterstützen auch bis zu 2 oder 4 Prozessoren. Bei Arbeitsspeicher ist ebenfalls auf die jeweils passenden Slots zu achten. Auf vielen Mainboards werden zusätzlich Funktionen integriert, die auch als Erweiterungskarten erhältlich sind. Dies sind zum Beispiel Netzwerk, Audio, FireWire, SCSI-Controller oder IDE/ATA-RAID-Controller. Ein Computersystem mit einem dieser so genannten hoch-integrierten Mainboards ist zwar preiswerter als ein System aufgebaut aus einzelnen Komponenten, aber nicht mehr so flexibel bezüglich Änderungen oder Aufrüstungen. Mainboards gibt es in verschiedenen Layouts (Baby-AT, ATX, Micro-ATX, etc.) und in verschiedenen Größen. BIOS / CMO BIOS bedeutet Basic Input Output System. Es ist die grundlegende Steuersoftware des Mainboards, die noch unterhalb der Ebene des Betriebssystems grundsätzliche Abläufe im Computer steuert. Es überprüft zum Beispiel nach dem Einschalten des Computers den Arbeitsspeicher auf Fehler und fragt die Betriebsbereitschaft jeder angeschlossenen Komponente ab. Es sorgt außerdem für den Start des Betriebssystems. In einem BIOS können per Menü Einstellungen vorgenommen werden, um zum Beispiel die Performance des Computers zu verbessern oder bestimmte Schnittstellen ein- oder auszuschalten. Ein modernes BIOS kann bei Bedarf durch Softwareaktualisierung auf den neuesten Stand gebracht werden ( Flashing ). PC-Komponenten 8

9 CMOS steht für Complementary Metal Oxide Semiconductor und hier werden die einstellbaren Werte des BIOS abgespeichert. Das CMOS wird von einer eigenen Batterie versorgt. Daher bleiben die gespeicherten Werte auch nach dem Ausschalten des Computers erhalten. Um das CMOS zu löschen, kann ein passender CMOS-Reset-Jumper verwendet werden oder die Batterie eine Weile entfernt werden (bei abgeschaltetem Rechner). Mainboard-Layouts (Baby-)AT bzw. ATX sind Bezeichnungen für das Layout eines Mainboards. Mit Layout werden die Abmessungen und die Positionen der einzelnen Baugruppen auf dem Mainboard bezeichnet. AT steht dabei ursprünglich für Advanced Technology, das X für Extended. AT-Format Das AT-Format hat seinen Ursprung in den IBM PC AT Computern der 80er Jahre. Als Nachfolger des recht großen AT-Formates wurde das Baby-AT -Format eingeführt, welches nun auch kleinere Gehäuse ermöglichte. Als Prozessoren immer leistungsfähiger und damit immer wärmer wurden, entwickelte man ein völlig neues Boardlayout. ATX-Format Dieses ATX ( AT Extended ) bietet gegenüber (Baby-)AT einige Vorteile: Peripherie- Anschlüsse, wie serielle und parallele Schnittstellen, Gameport oder Audiobuchsen befinden sich nun direkt auf dem Board. Es entfällt der Anschluss über Flachbandkabel und ein Slotblech. Der Prozessor sitzt näher zum Netzteil und kann durch dessen Lüfter mitgekühlt werden. Serienmäßig ist bei ATX ein PS/2-Keyboard und PS/2-Mausanschluß vorhanden. Bei den (Baby-)AT-Mainboards wurden diese noch mit großen 5-poligen DIN-Steckern angeschlossen. Der ATX-Standard wurde im Laufe der Zeit mit immer kleineren Versionen von Layouts erweitert (Micro-ATX, Flex-ATX, Mini-ITX), um noch kompaktere Computer zu ermöglichen. Diese speziellen ATX-Formate verfügen über weniger Fläche und dementsprechend weniger Steckplätze oder andere Features. Dafür passen sie aber in sehr kleine und kompakte Gehäuse. Durch das verschiedene Layout benötigen (Baby-)AT- und ATX-Boards unterschiedliche, jeweils passende Gehäuse. Auch passt nicht jede Variante von ATX in jedes ATX-Gehäuse. (Baby-)AT-Mainboards und entsprechende Gehäuse sind heute am Markt nicht mehr üblich, sie wurden zu Beginn der Slot-Ära durch ATX abgelöst. Moderne Prozessorsockel finden sich heute nur noch auf den verschiedensten ATX-Varianten, für welche eine sehr große Anzahl passender Gehäuse in allen Größen angeboten werden. Auch für Server sind die meisten Mainboards in passenden Formaten wie W-ATX oder E-ATX verfügbar. Im Laufe der Evolution von Mainboards wurde auch die Stromzufuhr vom Netzteil mehrfach überarbeitet. Netzteile müssen somit wahlweise für (Baby-)AT oder ATX ausgelegt sein. Moderne ATX-Netzteile bieten zudem zusätzliche Stromanschlüsse für Pentium 4 (ATX 2.03) an. Es gibt auch Netzteile für den Servereinsatz mit entsprechenden W-ATX-Steckern. BTX-Format Ein weiteres Layout wurde von Intel speziell für die Bedürfnisse von Pentium 4 Prozessoren vorgestellt: BTX ( Balanced Technology Extended ). Hierbei sind die Komponenten so auf dem Board angeordnet, das sie mit Hilfe des passenden BTX-Gehäuses und einem Netzteil optimal gekühlt werden. Es wurden drei Größen definiert, die sich in der Anzahl der möglichen Steckplätze unterscheiden: picobtx, mikrobtx und BTX. Bisher ist das BTX- Format allerdings noch sehr am Anfang und praktisch noch kaum verbreitet. Da es zudem für bestimmte Prozessoren von AMD nicht geeignet ist, ist über die Zukunft von BTX noch keine genaue Aussage möglich. PC-Komponenten 9

10 Schnittstellen und Anschlüsse Zum Anschluss von Geräten und zum Erweitern mit Karten ist jedes Mainboard mit einer Vielzahl von Schnittstellen ausgestattet. Diese unterscheiden sich grob in zwei Kategorien, Schnittstellen für Erweiterungskarten und Schnittstellen für Laufwerke oder andere Geräte wie Drucker oder Scanner. Zum Nachrüsten von älteren Mainboards mit aktuellen Schnittstellen gibt es auch verschiedenste passende Erweiterungskarten. Der Prozessor ist mit dem Mainboard wahlweise über einen Slot oder einen ZIF-Sockel ( Zero Insertion Force ) verbunden. Verschiedene Prozessoren benötigen einen jeweils passenden Slot oder Sockel. Die meisten heute üblichen Prozessoren werden sehr einfach über den ZIF-Sockel installiert. Dabei wird der Prozessor auf den Sockel gelegt und mit Hilfe eines Hebels in die endgültige Position gebracht, ohne auf den Prozessor selbst drücken zu müssen. Ein Lüfter wird anschließend am Sockel oder direkt auf dem Mainboard angebracht, um die zum Teil erhebliche Abwärme des Prozessors abzuführen. Ein Prozessor darf nicht ohne passenden Lüfter betrieben werden. Der Arbeitsspeicher ist im Allgemeinen als Speichermodul ausgelegt und wird in passende Slots auf dem Mainboard installiert. Mainboards bieten zwischen 2 bis 4 Slots und ermöglichen so unterschiedliche Gesamtkapazitäten. Server-Mainboards können auch mehr Slots aufweisen. Manche ältere Boards unterstützen auch unterschiedliche Speichermodule und verfügen über dementsprechende Slots. In den Anfängen des PCs wurden Speicherchips sogar direkt auf Sockel aufgesteckt. Mit den heutigen Größen des Arbeitsspeichers ist dies aber nicht mehr praktikabel und es werden Module verwendet. Auf manchen Mainboards und bei manchen Speichertypen müssen die Module jeweils paarweise installiert werden. Je nach Mainboardtyp und Version des BIOS werden unterschiedliche Speichermodule und verschiedene Kombinationen unterstützt. Die onboard Controller eines Mainboards ermöglichen den Anschluss von Laufwerken wie Festplatten und CD/DVD-Laufwerken. IDE/ATA ( Integrated Drive Electronics / AT Attachment ) und der Floppy-Anschluss sind die am weitesten verbreiteten Schnittstellen- Controller auf einem Mainboard. Server-Mainboards sind meistens zusätzlich noch mit einem PC-Komponenten 10

11 onboard SCSI-Controller ( Small Computer Systems Interface ) ausgestattet. Eine Weiterentwicklung der IDE/ATA-Schnittstelle ist Serial-ATA zum Anschluss von Festplatten. Manche Controller auf einem Mainboard sind zusätzlich noch mit einer RAID- Funktionalität ausgestattet. AGP steht für Accelerated Graphics Port und ist ein auf Grafikkarten optimierter Slot- Steckplatz. Er bietet bisher vier maximale Geschwindigkeiten von 1x (266 MB/s), 2x (533 MB/s), 4x (1 GB/s) und 8x (2,1 GB/s) und ist mit 66 MHz getaktet. Es gibt zwei Slot-Arten (AGP und AGP Pro) und verschiedene, teilweise inkompatible Spannungsversorgungen. Beim Erwerb einer AGP-Karte muss daher darauf geachtet werden, ob sie auf dem gewünschten Mainboard auch einsetzbar ist. PCI steht für Peripheral Component Interconnect und ist ein 32-Bit-Bussystem für Erweiterungskarten. PCI bietet eine Datentransferrate von 133 MB/s und der Bus ist mit 33 MHz getaktet. Eine Vielzahl von Erweiterungskarten (Grafik, Audio, Controller, Videoschnitt, Modem, ISDN, Netzwerk) sind verfügbar. Da beim Einsatz von Karten mit hohem Datendurchsatz, z.b. RAID-Controllern, die 133 MB/s Bandbreite von PCI schnell erreicht sind, wurde eine 64-Bit-Version von PCI entwickelt. Diese ist hauptsächlich auf Server-Mainboards zu finden und bietet eine Bandbreite von 266 MB/s bei 33 MHz und 532 MB/s bei 66 MHz Takt. Besonders Gigabit-LAN-Karten und Ultra160-SCSI-Controller werden hierfür angeboten. Da die Bandbreite von herkömmlichem PCI noch immer nicht für bestimmte Anwendungen ausreicht, wurde PCI-X ( PCI Extended ) als kompatible Weiterentwicklung mit 66, 100 oder 133 MHz Bustakt und maximal 1066 MB/s Datentransferrate geschaffen. Dabei wird ein Slot mit 133 MHz und alle weiteren mit 66 MHz betrieben. Zur Unterscheidung sind die Slots meistens auch unterschiedlich farbig gekennzeichnet. PCI-X ist aber recht variabel in der Art und Weise, wie es auf einem Mainboard verwendet wird. Die Anzahl der Slots kann variiert oder mehrere unabhängige Busse können implementiert werden. Die Revision 2.0 von PCI-X sieht 266 und 533 MHz als Bustakt bei einer maximalen Bandbreite von 4,3 GB/s vor. Moderne Ultra320-SCSI, 10-Gigabit-LAN- und Fibre-Channel- Karten werden für PCI-X angeboten und in hochwertigen Servern eingesetzt. Zudem PC-Komponenten 11

12 unterstützt PCI-X verbessertes Hot-plugging, auf passenden Mainboards mit dem passenden Betriebssystem können PCI-X-Karten während des Betriebs getauscht werden. Im Unterschied zu den bisherigen PCI-Bussen ist PCIe (PCI Express) eine Neuentwicklung mit anderen Slot-Steckern und einer seriellen Übertragung. PCI Express ist aber vollständig softwarekompatibel zu den bisherigen PCI-Varianten und benötigt keine speziellen Treiber. Aufgebaut ist PCI Express aus einzeln Lanes, mit welchen sich die Gesamtbandbreite je nach Integration auf dem Mainboard von 1fach (1x) bis auf 32fach (32x) steigern lässt. Dabei besteht jede Lane aus zwei seriellen Datenleitungen, die jeweils mit 2,5 GHz getaktet sind und somit etwa 250 MB/s in jeder Richtung übertragen können. Dadurch ergeben sich je nach Ausbaustufe auf dem Mainboard bis zu 8 GB/s an Bandbreite in einer Richtung. Am Markt angeboten wird PCI Express bisher mit 1x für Erweiterungskarten und 16x speziell für Grafikkarten ( PEG - PCI Express for Graphics ). Intel positioniert PCI Express auch als Ablösung von AGP, da PCI Express 16x eine höhere Bandbreite als AGP 8x bietet. Im Gegensatz zu bei Servern gängigem PCI-X, ist PCI Express auch für Desktop-PCs gedacht. Es soll irgendwann schließlich PCI-X bei Servern ablösen. Die verschiedenen PCI- Varianten werden allerdings noch eine ganze Weile parallel existieren. ISA steht für Industry Standard Architecture und ist ein ziemlich alter 16-Bit-Bus für Erweiterungskarten. Getaktet mit 8 MHz ist er für moderne Rechner zu langsam und daher auf den meisten Mainboards nicht mehr zu finden, trotzdem aber noch nicht vollständig ausgestorben. Die folgenden Slot-Steckplätze für spezielle Erweiterungskarten sind nicht auf allen Mainboards verfügbar. Sie wurden von verschiedenen Mainboard-Herstellern zu verschiedenen Zwecken entworfen, meistens für Modems oder spezielle Ein- oder Ausgänge, PC-Komponenten 12

13 und sind nur zum Teil standardisiert. Generell können die Erweiterungskarten nicht untereinander ausgetauscht werden, eine AMR-Karte passt so auch nur in einen AMR-Slot. AMR ( Audio Modem Riser ) wurde von Intel als Schnittstelle zu einer kleinen Erweiterungskarte für analogen Sound und Modems entwickelt. Je nach Design der Karte sind passende Anschlüsse für Sound und Modem sowie einmal USB möglich. Durch Integration dieser Funktionen auf einer einzelnen Karte werden sie zum einen besser vor Störstrahlung des Mainboards geschützt, zum anderen ermöglichen sie preiswertere Mainboards mit einfacher Erweiterbarkeit. Bei CNR ( Communication Networking Riser ) wurde der AMR-Standard noch um Netzwerkfähigkeit (LAN) und einen SMBus erweitert. ACR ( Advanced Communication Riser ) wurde nicht von Intel, sondern von anderen Herstellern (VIA, 3Com, AMD, nvidia u. a.) entwickelt. Er basiert auf PCI und bietet Sound, Modem, LAN und zusätzlich Anschlüsse für DSL und drahtlose Netzwerke. Durch Nutzung der im Vergleich zu AMR höheren PCI-Bandbreite können mehrere Geräte gleichzeitig auf einer Karte integriert und auch genutzt werden. Ein Mainboard bietet verschiedene Stromanschlüsse für Prozessorlüfter und Gehäuselüfter. Diese sind teilweise mit Tacho-Funktion ausgestattet, die Drehzahl des Lüfters kann somit im BIOS angezeigt werden. Eine Überwachung der Lüfter ist so möglich und ein Lüfterausfall wird sofort bemerkt. Dies ist zum Schutz des Prozessors eine sehr nützliche Funktion. Auf dem Mainboard findet sich zudem die Stromzufuhr vom Netzteil, hierbei gibt es bei Baby-AT und ATX unterschiedliche, nicht kompatible Stecker. Moderne ATX-Mainboards haben noch weitere Stromzuführungen für Pentium 4, Server oder Grafikkarten, da der Strombedarf von bestimmten modernen Erweiterungskarten oder Prozessoren sehr hoch ist. Externe Schnittstellen wie seriell, parallel und Gameport gibt es seit Anbeginn des PC. Sie sind zum Teil von moderneren Schnittstellen ersetzt worden und werden nicht mehr auf jedem Mainboard verbaut, sind aber trotzdem noch recht verbreitet. An serielle Schnittstellen können Modems und ISDN-Geräte angeschlossen werden, an die parallele Schnittstelle Drucker und ältere Scanner. Der Gameport ist teilweise als MIDI-Schnittstelle für den Anschluss von Musikinstrumenten nutzbar oder zum Anschluss eines Joysticks gedacht. Moderne Zusatzhardware für Spiele wird heute aber häufiger an USB angeschlossen. Zum Anschluss einer Tastatur und Maus sind auf einem ATX-Mainboard so genannte PS/2- Anschlüsse vorhanden. Der Name stammt von der gleichnamigen Rechnerserie Personal System/2 (PS/2) von IBM aus den späten 80er Jahren. Es sind zwei je 5-polige, runde Anschlüsse und es können nur Mäuse und Tastaturen angeschlossen werden. Ausgewählte Geräte können über den Tastatur-PS/2-Anschluß ihren Betriebsstrom beziehen und werden somit vom Rechner mit ein- und ausgeschaltet. PC-Komponenten 13

14 Viele moderne Mainboards sind mit einem onboard Soundchip oder einem passenden Chipsatz mit Soundfunktionen ausgestattet, daher finden sich auch passende Audio- Ausgänge und -eingänge. Diese sind mindestens analog ausgelegt, es gibt mittlerweile aber auch optische oder koaxiale digitale Ausgänge, teilweise auf einem zusätzlichen Slotblech untergebracht. PCI-Soundkarten bieten meistens trotzdem noch mehr Anschlussoptionen und ein umfangreicheres Softwarepaket, als eine onboard Soundlösung. USB steht für Universal Serial Bus und ist in zwei Varianten erhältlich: USB 1.1 (oder auch USB 2.0 Full Speed genannt) und USB 2.0 (auch USB 2.0 High Speed genannt). Es ist ein serielles, plug&play-fähiges Bussystem zum Anschluss von Druckern, Scannern, Mäusen und externen Laufwerken. In den meisten Fällen können USB-Geräte während des Betriebes angeschlossen werden, ohne den Rechner neu starten zu müssen. Auch das Entfernen des Gerätes ist ohne Neustart möglich. USB 1.1 konnte maximal 12 MBit/s übertragen, USB 2.0 kann bis 480 MBit/s Daten übertragen. Moderne Mainboards sind mit mindestens zwei USB-Anschlüssen ausgestattet, wobei viele Hersteller über Slot- Blenden weitere Anschlüsse ermöglichen. Es werden beide USB-Standards unterstützt, ältere Mainboards verfügen nur über USB 1.1 onboard. FireWire (auch als ilink oder IEEE1394 bezeichnet) ist wie USB ein plug&play-fähiges, serielles Bussystem mit maximal 400 MBit/s. Es ist primär für den Anschluss von externen Massenspeichern und digitalen Videokameras oder Fotokameras ausgelegt. Videos können schnell auf einen Rechner übertragen, bearbeitet und wieder über FireWire ausgegeben werden. Die beiden Steckerarten bieten wahlweise Stromversorgung für angeschlossene Geräte (6-polig) oder nicht (4-polig). Manche Mainboards bieten ein oder mehrere RJ-45-Anschlüsse mit 100 MBit oder 1000 MBit zur schnellen Verbindung mit einem Netzwerk. Sockel und Slots In einem Computer ist der Prozessor wahlweise über einem Sockel oder einen Slot mit dem Mainboard verbunden. In bestimmten Fällen, besonders bei sehr kompakten und hochintegrierten Mainboards, findet sich auch ein fest montierter Prozessor. Die große Mehrzahl der Mainboards wird heute mit einem bestimmten Sockel angeboten. Slots waren eine eher kurzlebige Erscheinung zu einer bestimmten Zeit der CPU-Entwicklung und spielen heute im PC-Bereich eigentlich keine Rolle mehr. Hier eine Aufstellung der meisten in PCs verwendeten Sockel- und Slottypen: PC-Komponenten 14

15 Die Sockel 1 bis 4 und der Sockel 6 waren für den Intel 80486, Pentium OverDrive und die frühen Pentium Prozessoren gedacht. Sie sind heute veraltet und werden nicht mehr produziert. Sockel 5 (320 pins) : Intel Pentium 75 MHz MHz, sowie AMD K5 und andere. Dieser Sockel ist veraltet und wird nicht mehr hergestellt. PC-Komponenten 15

16 Sockel 7 (Super Sockel 7) (321 pins): Intel Pentium 75 MHz MHz, Pentium MMX 133 MHz MHz, AMD K6, AMD K6-2, AMD K6-III, Cyrix M2, Cyrix/IBM 6x86MX, IDT C6 / C2A und weitere. Dieser recht lange am Markt vorhandene Sockel bot die größte Auswahl an Prozessoren verschiedener Hersteller. Die nachfolgenden Prozessoren brachten dann meist auch ihren eigenen neuen Sockel oder Slot mit sich. Der Sockel 7 ist heute veraltet und wird nicht mehr produziert, dürfte aber noch in einigen Computern zu finden sein. Sockel 8 (387 pins): Intel Pentium Pro 150 MHz MHz; Dieser Sockel wurde von Intel speziell für den Pentium Pro Prozessor entwickelt und hauptsächlich in Servern verwendet. Der Prozessor war ein echter 32-bit Prozessor mit integriertem Cachespeicher von bis zu 512 KB und bot für die damalige Zeit eine hervorragende Rechenleistung. Da der Pentium Pro zudem multiprozessorfähig war, gab es auch Mainboards mit bis zu vier Sockel 8. Bis heute wird der Pentium Pro noch in manchen Servern oder auch Großrechnern eingesetzt. Alle Mainboards unterstützen 66 MHz Bustakt und bis zu 64 GB an RAM. Der Sockel 8 ist heute veraltet und wird nicht mehr hergestellt. Der Slot 1 oder 242-contact slot connector wurde von Intel für den Pentium II Prozessor entwickelt. Auf einer Karte wurden der Prozessorkern und Cachespeicherchips untergebracht und in einem Gehäuse verpackt. Dies war kostengünstiger in der Herstellung als beim Pentium Pro Prozessor. Auch einige Intel Pentium III wurden für den Slot 1 gefertigt. Der Anschluss zum Slot 1 hat 242 pins in zwei Reihen übereinander und eine Kerbe in der Anschlussleiste, um korrektes PC-Komponenten 16

17 Einstecken in den Slot zu gewährleisten. Der Slot 1 ist veraltet und wird nicht mehr produziert. Der Slot 2 oder 330-contact slot connector ist eine Erweiterung des Slot 1 und ist speziell für den Serverprozessor Pentium II/III Xeon ausgelegt. Der Slot 2 hat 330 pins in drei Reihen übereinander und zwei Kerben, um Verwechslungen mit Slot 1 Prozessoren zu vermeiden. Der Slot 2 ist eigentlich veraltet, findet sich aber noch in Servern. Der Sockel 370 wurde von Intel ursprünglich für die Sockel- Version (PPGA) des Celeron Prozessors entwickelt. Er sieht aus wie ein Sockel 7, ist jedoch nicht dazu kompatibel. Sockel 370 Boards sind für MHz Bustakt ausgelegt. Es können Celeron und C3 Prozessoren in PPGA-Bauform (auf allen Boards), sowie Pentium III und Celeron Prozessoren in FCPGA-Bauform (auf bestimmten Boards) eingesetzt werden. Auf den neueren Sockel 370-Boards können die Pentium III und Celeron Prozessoren mit Tualatin-Kern (FCPGA2) eingesetzt werden. Damit gehört der Sockel 370 im PC- Bereich mit zu den langlebigsten Sockeln und ist daher auch noch gut verbreitet. Die erste Generation des Pentium 4 (FCPGA) lief im Sockel 423, der nach kaum einem halben Jahr vom Sockel 478 abgelöst wurde. PC-Komponenten 17

18 Den Sockel 478 verwenden die aktuellen Pentium 4 (mpga) und Celeron (mpga) Prozessoren mit Prescott und Northwood- Kern. Der Serverprozessor Intel Xeon verwendet den Sockel 603, entsprechende Mainboards unterstützen 100 und 133 MHz Bustakt. Die HyperThreading-Version des Xeon verwendet den Sockel 604. Die 64-Bit Prozessor von Intel, Itanium und Itanium 2, werden in einer speziellen Cartridge verbaut und über den so genannten Slot M angeschlossen. PC-Komponenten 18

19 Der Sockel 775 stellt eine verbesserte Weiterentwicklung des Sockel 478 dar und ist für höhere Taktfrequenzen ausgelegt. Die Anschlussart hat sich gegenüber allen anderen Sockel geändert. Der Prozessor verfügt nicht mehr über pins, sondern über Kontakte, die im Sockel ihre Entsprechung finden. Das Einsetzen des Prozessors und seine Halterung im Sockel wurden überarbeitet. Für den Sockel 775 ist die neueste Generation von Pentium 4 (LGA) verfügbar. AMD-spezifische Sockel Bis zum Athlon-Prozessor waren alle Prozessoren von AMD auf Intel-kompatiblen Sockeln zu Hause. Intel führte als Nachfolger des Sockel 7 und 8 schließlich den Slot 1 ein. AMD entschied sich für ein ähnliches Design, den Slot A. Um die verwendeten Chipsätze allerdings besser auf den Athlon optimieren zu können, wurde ein nicht mehr Intel-kompatibles Design gewählt. Umgekehrt unterstützen fortan auch die Mainboards für Intel-Prozessoren keine AMD-Prozessoren mehr. Der Slot A wurde für den AMD Athlon Prozessor entwickelt und sieht aus wie ein umgekehrter Slot 1. Er ist jedoch nicht dazu kompatibel und es können nur Athlon Prozessoren eingesetzt werden. Es gibt auch Adapterkarten, die den Einsatz eines Sockel-A- Prozessors auf einem Slot-A-Mainboard ermöglichen. Mainboards mit Slot A werden nicht mehr produziert. PC-Komponenten 19

20 Bestimmte Generation des Athlon Prozessors im CPGA/OPGA Gehäuse benötigen einen anderen Sockel, den 462 Pins zählenden Sockel A. Er wird für die AMD Prozessoren Duron, Athlon, Athlon XP und Athlon MP verwendet. Sockel A Mainboards der ersten Generation unterstützen nur 100 MHz Bustakt (mit Double Data Rate) und können daher keine Athlon XP oder Athlon MP Prozessoren verwenden. Neuere Generationen von Mainboards unterstützen bis zu 200 MHz Bustakt (mit DDR) und den Sempron Prozessor. Es gibt auch Mainboards für Dual-Sockel A, hier können Athlon MP eingesetzt werden. Der Sockel 754 wurde als Nachfolger des Sockel A entwickelt und ist für den Sempron und Athlon 64 gedacht. Dieser Sockel bietet gegenüber dem Sockel A eine optimierte Schnittstelle zum Speicher, da der Speichercontroller bereits im Prozessor integriert ist. Der Sockel 940 wurde ursprünglich für den Server-Prozessor Opteron entwickelt, es gibt somit Mainboards mit Dual- und Vierfach-Sockel 940. Im Unterschied zum Sockel 754 bietet PC-Komponenten 20

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