Herzlich Willkommen zur Informatik I. Prozessor (CPU) Ziel: Computerwerbung verstehen und kritisch beurteilen können

Transkript

1 Herzlich Willkommen zur Informatik I Ziel: Computerwerbung verstehen und kritisch beurteilen können Themen heute: Elemente der Rechnerarchitektur Hardware Pause Betriebssysteme Processor Display Laufwerk Festplatte Speicher Kapitel 1.6, 1.7 sind Prüfungsstoff. Quelle: Prozessor (CPU) Kernstück des Computers: Verarbeitet Daten. CPU = Central Processing Unit 2 Komponenten: ALU = Arithmetic Logical Unit, Recheneinheit Register zum Zwischenspeichern der Operanden und Resultate CPU bearbeitet Befehle, wie z.b. LOAD, STORE, ADD, SUB, MUL, DIV, NOT, MOVE, etc. -> Assembler- Programmierung CPU mit Ventilator zum Kühlen Die nähere Umgebung der CPU: Motherboard Platine auf welcher alle internen Komponenten untergebracht sind: CPU Speicher-Bausteine Controller Steckplätze (Slots) für Netzwerkkarte etc. Alle Komponenten müssen aufeinander abgestimmt sein. Auf Motherboard passt alles zusammen. Bastler können n, Disks, Laufwerke etc. nach Belieben einbauen. 1

2 Die Komponenten eines Computers Display USBanschluss Motherboard Monitoranschluss Netzwerkkarte Netzwerkanschluss Festplatten- Laufwerk Schnittstellen USB, etc. Controller z.b. PCI Bus CPU (mit ALU und Registern) Cache (schneller Speicherzugriff) Arbeitsspeicher Memory Bildschirm: Grösse wird in Bilddiagonalen in Zoll angegeben, z.b. 17 entspricht 42.5 cm. Bild aus vielen Einzelpunkten erzeugt, den so genannten Pixel (Picture Element) Auflösung: Anzahl Punkte pro Fläche 4-5 Mal grössere Auflösung als Fernseher 3 Transistoren pro Bildpunkt (RGB), TFT-Technik (thin film transistor) bei Flüssigkristallbildschirmen TFT-Bildschirme sind flimmerfrei Laufwerke (optische) kleiner Computer allein für die Aufbereitung der Grafik. Killer-Applikation sind Computerspiele sehr leistungsfähig Leistungsfähigkeit der muss dem Bildschirm entsprechen Bildschirmanschluss CD-ROM (read only memory), erste optische Laufwerke. Kenngrösse: Datenübertragungsrate im Vergleich zum CD-ROM, z.b. 48-fach Konkurrierende DVD-Standards: DVD-R, DVD+R, DVD-RW R: einmal beschreibbar (read) RW: mehrfach beschreibbar (read-write) Oft für Archivierung von Fotos und Daten verwendet. Aber: Meinungen über Haltbarkeit gehen auseinander, 80 Jahre bei optimalen Bedingungen? 25 Jahre unter normalen Umständen? Quelle: 2

3 Festplatte permanenter Speicher extrem leichter Schreib-Lesekopf schwebt auf Luftkissen über der Platte -> luftdichtes Gehäuse mit Edelgas gefüllt. Keine starken Erschütterungen während Betrieb. Sonst Plattencrash. Mechanik zum Steuern der Schreib-Leseköpfe, Controller in Festplatte integriert Speicher (Random Access Memory RAM) Auch Hauptspeicher oder Arbeitsspeicher genannt. Keine permanente Speicherung (volatil) Inhalt ändert sich ständig. Permanentes Auffrischen nötig (alle 15 μs) Speicherchips als Module SIMM/DIMM (single / dual inline memory module) Zwei Arten von Chips: DRAM und SRAM (schnell DRAM, schneller SDRAM, am schnellsten SRAM) Grafik dankend erhalten aus einer Vorlesung von Sandro Bischof, WSL. Speicherhierarchie Speicherhierarchien Arbeitsspeicher (oft DRAM) Kleiner Teil davon in schnellerem Speicher (oft SRAM), dem so genannten Cache. Festplatte sehr gross, langsam, permanent Arbeistsspeicher Cache CPU (Register) klein, sehr klein, schnell, sehr schnell, volatil volatil permanent volatil 1 10 ns Register ns Chche ns Hauptspeicher 10 ms Plattenspeicher Sekunden Minuten Archivspeicher Zugriffslücke 10 5 Folie dankend erhalten aus einer Vorlesung von Sandro Bischof, WSL. 3

4 Akku s (Rückrufaktionen) Dell Rückrufaktion Akku Rückruf von Notebooks Dell Rückrufaktion Akku Rückruf Dell hat seinen Rückruf vom nun erweitert, und ruft fast 4 Millionen Akkus wegen möglicher Überhitzung und Brandgefahr zurück. PAUSE Notebook Akku Rückrufaktion von Sony Sony Corporation wird die freiwilligen Rückrufaktionen unterstützen, die heute von diversen PC-Herstellern angekündigt wurden. Davon betroffen sind weltweit rund Akkus für Notebooks. Quelle: me/notebooks/2006/november/brennender_notebookakku_video/ Hardware und Software Schichten von Software Hardware alles materielle Software alles, was einen sinnvollen Betrieb des Computers möglich macht Betriebssystem: Ansteuerung der Hardware, Datei-, Prozess- und Speicherverwaltung, Werkzeuge. Vieles läuft im Hintergrund. Graphische Benutzeroberfläche: (Windowsystem) Anwendungsprogramme: Textverarbeitung, Datenbanken, Mathematiksoftware, Spiele, etc. Hardware direkt programmieren: Speicherinhalt in Register laden, Rechenoperationen ausführen, etc. Assembler-Programmierung, Performance. Betriebssystem: Verwaltet die Ressourcen, z.b. welches Programm darf wie viel Speicher belegen, Tastatureingaben einlesen, etc. Anwendungsprogramme: Benutzerfreundlichkeit, z.b. Briefe schreiben, Fotos bearbeiten, surfen im Internet, etc. 4

5 Aufgaben des Betriebssystems Prozess-Verwaltung CPU-Rechenzeit verwalten Hauptspeicher und Cache verwalten (was wird gerade benötigt und soll im Cache sein? Lokalitätsprinzip!) Festplatten verwalten. Dateien verwalten (welche Speichersektoren gehören zu einer Datei?) Externe Geräte ansteuern, z.b. Drucker Ein Anwendungsprogramm besteht aus einem oder mehreren Prozessen (sichtbar im Taskmanager unter Windows oder mit ps in Linux) Kein Teilprogramm (Prozess) darf benachteiligt werden. Wichtige Prozesse müsen hohe Priorität haben. Benutzer soll Eindruck bekommen, alle Prozesse laufen gleichzeitig. Hauptspeicherverwaltung Dateiverwaltung Im Hauptspeicher werden jene Daten gehalten, mit denen der Computer gerade arbeitet. Was nicht mehr gebraucht wird, wird auf die Festplatte geschrieben bzw. aus dem Hauptspeicher gelöscht. Lokalitätsprinzip: Es werden nicht nur die gerade angeforderten Daten geladen, sondern auch jene aus der Nähe. Basiert auf der Annahme, dass jene Daten zusammen gebraucht werden, die zusammen gespeichert wurden. Wird eine Datei auf die Festplatte geschrieben, so muss diese physikalisch auf verschiedene Sektoren verteilt werden. Das Verteilen der Datei soll so optimiert werden, dass die Schreib-Leseköpfe sich möglichst wenig bewegen müssen (Zugriffsgeschwindigkeit!). Dateisystem meist hierarchisch: Dateien werden in Ordner zusammengefasst. In Ordnern können Unterordner gebildet werden. Der oberste Knotenpunkt ist der Bezeichner für die ganze Disk, z.b. c:\ 5

6 Externe Geräte: Treiber Wenn neue Hardware angeschlossen (eingebaut) wird, muss das Betriebssystem lernen damit umzugehen. Treiber zur Ansteuerung von Hardware- Komponenten Treiber werden meist mit Hardware mitgeliefert (aktuellere Versionen findet man oft im Internet). Einfachster Zugang zum Betriebssystem: Kommandozeile auch Terminal, Shell, Kommandofenster, Eingabeaufforderung, DOS-Window genannt. Windows: dir cd copy more del Unix: Bedeutung: ls cd cp type rm Inhalte zeigen Ordner wechseln Datei kopieren Datei anzeigen Datei löschen Linux & Unix Entwickelt von Linus Thorvalds Open source, d.h. alle können daran weiterentwickeln. Unix-Betriebssysteme mit vielen Dialekten: BSD-Unix, AIX, Minix, Solaris, HP-UX MacOS MacOS: Betriebsystem für Apple Computers. Vorerst nur für Motorola er Rechner, später auch für Intel-Rechner. Basiert auf UNIX. Rein grafische Benutzeroberfläche (keine Kommandozeilen) Unix System entwickelt 1970 in AT&T Bell Labs von Ken Thompson und Dennis Ritchie für Space Travel etc. Praktisch gleichzeitig, Programmiersprache C entwickelt. Unix ist in C geschrieben! Steven Jobs Gründer von Apple Quelle: Wikipedia 6

7 Microsoft Windows Ausblick Ursprünglich MS-DOS (Microsoft Operating System), erst ab 1985 mit Fenstern (bei Apple abgeschaut). Erster Erfolg mit Windows 3.0 ab Es folgen Windows NT, Windows95, Windows98, Windows2000, Windows XP, Windows Vista. Vor allem clevere Marketingstrategie! Technisch viel von Apple kopiert. Vorbesprechung Übung 2 > in 3-er Gruppen Nächste Woche: Bits and Bytes (Informationsdarstellung) Neue Windows-Versionen immer eng an neue Hardware gebunden! Warum so viele Viren für Windows? Selbsttest Nenne 3 Hardwarekomponenten und deren Aufgabe. Warum braucht es Betriebssysteme? Was muss bei der Prozess-Verwaltung beachtet werden? Ist ein Rechner mit vielen Prozessoren immer schneller als einer mit nur einem Prozessor? 7