EDV. Grundlagen einer PC-Anlage. Der Computer CPU. Allgemein

Transkript

1 EDV Grundlagen einer PC-Anlage 1 Der Computer CPU 2 Allgemein Zentrale Recheneinheit / Central Processing Unit Herz eines Computers er steuert, regelt und reguliert alle Arbeitsprozesse er steht in ständigem Austausch mit allen anderen Komponenten im Rechner 3

2 Verarbeitungseinheit Verarbeitungseinheit / Execution Unit (EU) Kommunikation via Codes, für die je ein Befehl oder Verweis hinterlegt ist umso häufiger ein Verweis, destso kürzer die Kombination EU ist Zuständig für Ausführung und Decodierung der Maschienenbefehle 4 Busverbindungseinheit Bus Interface Unit (BIU) Bussystem ist ein Steckverbindungssystem, welches die einzelnen Einheiten am PC miteinander verbindet also ist das Bussystem für den Datentransport zuständig Hauptaufgabe der BIU ist das Ausführen sämtlicher Busoperationen für die EU 5 Steuereinheit Control Unit (CU) geordnete Zusammenarbeit mit den anderen Komponenten des Prozessors Lesen der Daten aus dem RAM Speichern der Daten im RAM Bereitstellung, Decodierung und Ausführung von Befehlen 6

3 Bus Adressbus Auswahl einer Adresse einer Speicherzelle im Hauptspeicher Datenbus Datenübertragung zum Arbeitsspeicher und in die Peripherie zuständig auf jeder Leitung kann ein Signal anliegen Steuerbus ist die Schaltzentrale erteilt den Einzeleinheiten des Prozessors zu gegebener Zeit»das Wort«Befehle an Speicher oder Peripherie, Daten zu senden oder zu empfangen 7 Rechenwerk (Kern) ist für das Rechnen in der CPU zuständig mathematische Berechnungen und logische Vergleiche dadurch ist Hauptprozessor in der Lage, Prüfungen auf Gleichheit, Ungleichheit und Größe vorzunehmen 8 Ausführungseinheit führt die vom Befehlsdecoder empfangenen Befehle aus für Berechnungen wird der Befehl an das Rechenwerk übergeben und das Ergebnis an die Ausführungseinheit zurückgeführt 9

4 Register sind Speicherplätze, auf die besonders schnell zugegriffen werden kann Grundvoraussetzung für reibungslose Ausführung wichtiger Daten 10 Coprozessor steigert die Leistungsfähigkeit bei komplexen Rechenaufgaben diese Aufgaben übernimmt der Coprozessor, damit der Hauptprozessor sich auf die Steuerfunktion beschränkt 11 Der Computer Interne Speicher 12

5 Aufgaben sind Speicher, die Daten der gerade ausgeführten Programme zwischenspeichern, um einen schnellen Zugriff zu gewährleisten diese Daten gehen nach Stromunterbrechung verloren vor allem dessen Größe beeinflusst Leistungsfähigkeit des gesamten Systems meist kommen sog. DRAM-Speicher (Dynamic Random Access Memory) zum Einsatz diese werden immer mehr weiterentwickelt, um dessen Größe und Leistungsfähigkeit zu verbessern 13 Der Computer Externe Speicher 14 Magnetische Speicher Daten werden mittels eines Lese-Schreib-Kopfes auf rotierende magnetisierte Scheiben gespeichert und gelesen Beispiele: Festplatte (fest installiertes Speichermedium im Computer) externe Festplatte (wird über Schnittstelle mit Computer verbunden) Diskette (aufgrund von geringer Größe, veraltetes Speichermedium) 15

6 Optische Speicher Laser schreibt und liest Daten auf aluminiumbeschichteter Kunststoffplatte Reflexions -und Beugungseigenschaften spiralförmig nach außen verlaufende Spur Gruben und Flächen Reflexion deutliche Farberscheinungen Länge und Abstand bilden sog. seriellen digitalen Code repräsentiert die gespeicherte Information 0,3 und 3 µm Speicherkapazität bei Schichtung 16 Beispiele Optische Speicher Compact Disk Grubendurchmesser ca. 2 µm Kapazität max. 0,9 Gigabyte Digital Versatile Disk Grubendurchmesser ca. 1 µm Kapazität double Layer max. 8,5 Gigabyte Kapazität double Layer beidseitig max. 13 Gigabyte (selten) Blu ray Disk Grubendurchmesser ca. 0,3 µm Kapazität 4 Layer max. 128 Gigabyte Kapazität 20 Layer max. 500 Gigabyte (sehr selten) 17 Formate Optische Speicher DA Audio ROM (Read Only Memory) Daten V Video Image Bilder R (recordable) beschreibbar RW (rewritable) wiederbeschreibbar DL (double layer) doppelschichtig 18

7 Elektronische Speicher Speicherchips, die Informationen als elektrische Ladungen in Speicherzellen speichern Flash-Speicher bezeichnet Beispiele Flash-Karte (Speicherkarte) USB-Massenspeicher-Stick 19 Der Computer Soundkarte 20 Aufgaben ist ein Teil der Hardware, der die Aufnahme, Mischung, Bearbeitung und Wiedergabe von Tonsignalen ermöglicht die Soundkarte liegt hauptsächlich im PC-inneren die Ein -und Ausgänge zeigen nach außen Anschlüsse für die Peripherie Mikrofoneingang Line-Eingang Line-Ausgang 5.1 Chinch Firewire 21

8 Der Computer Grafikkarte 22 Aufgaben steuert die Bildschirmanzeige Umwandlung von gafischen Daten, so dass diese auf TFT dargestellt werden können meist sind sog. On-Board-Grafikkarten auf jedem Motherbord vorhanden diese können aber um leistungsfähigere Karten auf einem separaten Steckplatz erweitert werden Grafikkarte ist wie ein zusätzlicher kleiner Computer, denn sie besitzt ähnliche Komponenten wie der Computer selbst 23 Komponenten Grafikprozessor Grafikspeicher RAMDAC (Random Access Memory Digital Analog Converter) Schnittstellen 24

9 Der Computer Weitere Komponenten 25 Netzwerkkarte Computer in lokales Netzwerk einbinden Datenaustausch mit anderen PC über ein Modem kann eine Kommunikation zwischen zwei oder mehreren Computern erfolgen 26 Mainboard die größte Leiterplatte im Computer sie verbindet alle Teile mit dem Prozessor sie hat damit einen wesentlichen Einfluss auf die Funktionsweise des Systems 27

10 Schnittstellen I PCI-Bus»Peripheral Component Interconnect«Grafik, Sound, Netzwerk SCSI»Small Computer System Interface«Festplatten USB»Universal Serial Bus«Verbindung mit externen Endgeräten FireWire serielles Hochgeschwindigkeits-Bussystem zur Verbindung mit Multimedia-Endgeräten 28 Schnittstellen II D-Sub-Steckverbindungen verschiedenen Größen /unterschiedliche Anzahl Pins Druckern, Joysticks, Monitoren (VGA), etc. LAN»Local Area Network«Netzwerk HDMI»High Definition Multimedia Interface«volldigitale Übertragung Multimedia-Endgerät 29 Die Peripherie 30

11 Optomechanische Maus Rollkugel Walzen Lochscheiben Lichtschranke Berechnung (Treiber) Zeigerbewegung Kombination Richtung Geschwindigkeit Problem Verschmutzung 31 Optische Maus Lichtquelle Abtasten Oberfläche unterschiedliche Reflexionen Berechnung Richtung und Geschwindigkeit der Zeigerbewegung durch Microprozessor Problem: glatte Oberflächen 32 Tastatur Tastaturbefehl wird in Microprozessor in der Tastatur als sog. Tastencode encodiert und an den Computer geschickt dessen Hauptprozessor decodiert den Code und bringt ihn zur Darstellung 33

12 Drucker Tintenstrahldrucker Laserdrucker Nadeldrucker Thermodrucker Komunikation serielle Schnittstelle D-Sub, LAN, USB drahtlos / funkgesteuert W-LAN, WiFi 34 Weitere Peripheriegeräte externe Festplatten USB-Speichersticks Scanner Speicherkarten Digital-Kameras Camcorder 35 Darstellung von Daten 36

13 Erläuterung Zugsamensetzung von Zeichen und Funktionen Informationen zum Zweck der Verarbeitung und dessen Ergebnis Datengruppen / Datenbanken vs. Datei Datei: Aneinanderreihung von Bits und Bytes Interpretation als Anwendung oder Information Bit : Binärziffer Dualsystem 2 Zustände; richtig/falsch, 1/0 Verschlüsselung siehe Beispiel 37 5-Bit-System (5 Zustände) Information Einunddreißig dreizehn zwei 38 Mengen je komplexer die Information, desto größer die Datei 8-Bit-Blöcke = 1 Byte 1 KB = Byte 1MB = KB und Byte 1GB = MB und KB und Byte 1TB = GB und MB KB und Byte Bit 39

14 Formate I BMP (Bitmap) AVI (Audio / Video Interleaves) DOC (Word-Document) XLS (Excel-Datei) PPT (PowerPoint-Datei) EXE (executeable) GIF (Graphics Interchange Format) JPEG (Joint Photographics Experts Group) MP3 (Moving Picture Experts Group Audio Layer III) MP4 40 Formate II PDF (Portable Document Format) PNG (Portable Network Graphics) RAR (Roshal Archive) TXT (Text) TIFF (Tagged Image File Format) WAV (Waveform-Audiodatei) ZIP (Zipper = Reißverschluss) 41 Das Betriebssystem 42

15 Software Grundlage Betriebssystem ist Software, die gemeinsam mit der Hardware die Basis für den Betrieb des Gerätes bildet Es steuert und überwacht die Abarbeitung von Programmen Außerdem bietet es die Möglichkeit, dass die Rechneranlage von mehreren Anwendern mit spezifischen Benutzeroberflächen und Berechtigungen benutzt und verwaltet werden kann 43 Zusammensetzung Verwaltung von Programmen Systemressourcen besteht aus Systemkern (Hardwareverwaltung) versch. Prpgrammen, die bei Start und Beenden unterschiedl. Aufgaben übernehmen 44 Aufgaben I Speicherverwaltung Verwaltung Hauptspeicher Protokollierung dessen Nutzung Reservierung und Freigabe Prozessverwaltung Überwachung Speicherzugriffe Erstellung neuer Prozesse Rechteverwaltung Verschiedene Benutzerrechte zuweisen keine Kollision untereinander 45

16 Aufgaben II Geräte- und Dateiverwaltung Zuweisung von Ein- und Ausgabegeräten Konfliktvermeidung Überwachung, Initiierung, Ausführung, Terminierung von Ein- und Ausgabevorgängen Dateiverwaltung Abstraktion Verbergen der Komplexität der Rechenanlage vor Anwender 46 Beispiele Solaris von Oracle Linux (Freeware von verschiedenen Programmierern) Mac OS X von Apple DOS (BIOS) von IBM (MS DOS von Microsoft) MS Windows von Microsoft Android von Google 47