IT-Grundlagen. CPU-nahe Datenspeicher, BIOS, Betriebssysteme. Grundlagen IT: BKB CPU-nahe Speicher, BIOS, Betriebssysteme

Transkript

1 IT-Grundlagen CPU-nahe Datenspeicher, BIOS, Betriebssysteme /1

2 CPU-nahe Datenspeicher /2

3 CPU-nahe Datenspeicher FSB + anderer Bus CPU - Double Core L3-Cache RAM L2-Cache L1-Cache L2-Cache L1-Cache Betriebssysteme, Bits & Bytes, Codes /3

4 Der Cache (-Speicher) Schneller Zwischenspeicher in der CPU zur Ablage oft benutzter Daten, so dass der Prozessor nicht immer auf die Daten aus dem RAM warten muss. Der First-Level-Cache befindet sich direkt auf der CPU bzw. im Kern und wird mit voller Prozessortaktfrequenz angesprochen. Der Second-Level-Cache (L2 Cache) befand sich früher auf dem Motherboard, ist bei Intel und AMD längst in die CPU bzw. in den Kern integriert, wird mit viertel, halbem oder vollem CPU-Takt betrieben (dadurch schneller!). Der Third-Level-Cache (L3-Cache) ist der Zwischenspeicher für Datenübertragungen zwischen den Kernen bei Mehrkernprozessoren /4

5 Was ist ein Bus? In der Computerwelt ist ein Bus eine feste elektronische Verbindung zwischen Funktionsbauteilen wie CPU, RAM, Festplatte etc., die durch Drähte oder Leiterplattenbahnen hergestellt wird. Die Daten werden stets getaktet übertragen, hohe Taktraten sind im Kern des Computers besonders wichtig. Busse übertragen Daten zusätzlich gemäß festgelegten Übertragungsprotokollen /5

6 Bus, am Chipsatz gezeigt Betriebssysteme, Bits & Bytes, Codes /6

7 FSB Front Side Bus FSB (Front Side Bus): Der FSB ist eine Schnittstelle zwischen dem Hauptprozessor (CPU) und der Northbridge. Die Northbridge verbindet über andere Busse weitere Komponenten, zum Beispiel Controller für Laufwerke, PCI- Bus, Accelerated Graphics Port (AGP), die Southbridge und den RAM. PCI-Express (bis 2004) Betriebssysteme, Bits & Bytes, Codes /7

8 Bis 2009 in CPUs MCH - Memory Controller Hub (Northbridge) ICH - I/O Controller Hub (Southbridge) DMI-Bus - Direct Media Interface PCIe - Peripheral Component Interconnect Express GPU - Graphics Processing Unit Betriebssysteme, Bits & Bytes, Codes /8

9 Ab Intel i5 und i7 ( ) PCH - Platform Controller Hub = MCH+ICH Betriebssysteme, Bits & Bytes, Codes /9

10 FSB Taktrate Es gibt die reale Taktrate des FSB und mitunter die für den Kunden angegebene Marketing- Taktrate. Wie viele Übertragungsvorgänge gibt es je Takt? Derzeit: AMD = 2, Intel = 4. Marketing-Taktrate = Taktrate Faktor AMD, Sockel A: 100 MHz = FSB 200 / 133 MHz = FSB 266 / 166 MHz = FSB 333 / 200 MHz = FSB 400 /... Intel, Sockel 478, 479, 775: 100 MHz = FSB 400 / 133 MHz = FSB 533 / 166 MHz = FSB 667 / 200 MHz = FSB 800 / 266 MHz = FSB 1066 / 333 MHz = FSB 1333 / 400 MHz = FSB 1600 /... Betriebssysteme, Bits & Bytes, Codes /10

11 Der Chipsatz Der Chipsatz besteht meist aus zwei separaten Chips - der Northbridge ( u.l.) und der Southbridge ( u.r.). Sie werden meist durch einen PCI-Express-Bus (DMI beruht darauf) verbunden. Produzenten: z.b. Intel, VIA, Ali /11

12 Motherboard - schematisch [Wikipedia] Betriebssysteme, Bits & Bytes, Codes /12

13 Datenspeicher Interne Speicher ( memory ) RAM ROM Externe Speicher ( storage ) Festplatten (eingebaut od. extern) Solid-State-Drives (SSD) CDs und DVDs unterschiedlicher Arten Memory Sticks, Flash Speicher andere Speichermedien zur Langzeitarchivierung von Daten /13

14 Arbeitsspeicher (RAM) RAM (random access memory) Kurzzeitgedächtnis des PC, flüchtiger Speicher zum Zwischenspeichern von Teilen des Betriebssystems Teilen des Anwendungsprogramms den zu verarbeitenden Daten Ablage der Daten unter bestimmten Adressen Die Leistungsfähigkeit wird in Gigabyte gemessen (z.zt. 2-8 GB) /14

15 RAM-Speicherbausteine DDR-RAM (double data rate RAM): Basiert auf SD-RAM, Übertragung der Daten bei aufund absteigendem Taktsignal Keine besonderen Produktionsstätten -> billiger Keine Lizenzgebühren an Intel wegen RAM-Bus Entwicklung unterschiedlicher RAM-Bautypen, wie RIMM, SIMM, DIMM etc., erkennbar an der Steckleiste auf der Hauptplatine Es gibt inzwischen DDRII, QDR und QDRII, ODR als RAMs höherer Datenraten (z.b. 4, 8) /16

16 RAM: Aussehen RRZN (Hg.): PC-Technik für Systembetreuer. Hannover /17

17 Engpass RAM Der RAM wird bei älteren Rechnern oft zum Engpass, von seiner Kapazität her. Der Ausweg der Nutzer besteht im Aufrüsten des Computers mit weiteren RAM-Bausteinen. RAM sollte von der Taktfrequenz des Zugriffs her immer mit dem FSB-/PCIe-Takt der CPU synchron sein. Windows Vista braucht mindestens 2 GB RAM, für die Aero-Oberfläche sollten es 4 GB sein. Windows 7 und 8 brauchen 4 GB RAM /18

18 Besser bei Windows 7 und 8 Betriebssysteme, Bits & Bytes, Codes /19

19 Besser bei Windows 7 und 8 Betriebssysteme, Bits & Bytes, Codes /20

20 RAM: Aussehen Einbau in dieser Weise, einsetzen und nach rechts einrasten, bei ausgeschaltetem Gerät /21

21 DDR und QDR RAM /22

22 Festspeicher ROM (read only memory) Permanentspeicher auf der Hauptplatine, enthält Basisprogramme (BIOS) zum Booten kann ge-updated werden (EE-PROM oder flash memory) CMOS-RAM Chip mit Datum, Zeit, Typ der Festplatte, oft mit eigenem Akku oder eigener Batterie zur permanenten Stromversorgung speichert Grundeinstellungen des BIOS /23

23 Das grundlegendste Betriebssystem des Computers /24

24 Hierarchie Anwendungssoftware Betriebssystem BIOS H a r d w a r e /25

25 Das BIOS BIOS heißt Basic Input/Output System. Es ist eine Software auf der untersten Stufe des Betriebssystems, die die Interaktion der Hardwarekomponenten zur Betriebszeit des Computers sicherstellt. Sie gehört zur Hardware des Computers und ist unabhängig vom später installierten Betriebssystem (engl.: Operational System OS) des Computers /26

26 Was passiert beim Booten? Das BIOS wird gestartet, meist vom ROM. Die Hardwarekomponenten werden getestet und initialisiert. Die Daten über den Rechner werden aus dem CMOS-RAM in den Arbeitsspeicher geladen. Von der Festplatte wird das Betriebssystem gestartet. (Aus praktischen Gründen wird zuvor oft noch das DVD-/CD-Laufwerk auf eine evtl. vorhandene Boot-DVD/-CD untersucht.) /27

27 Meldungen... Beim Booten kommt mitunter vom BIOS die Meldung... Es befindet sich ein Datenträger im Laufwerk. Bitte drücken Sie eine Taste. In diesem Fall nehmen Sie zuerst die DVD/CD, die im Laufwerk steckt, heraus. Es ist eben keine Boot-DVD/-CD gewesen. Dasselbe müssen Sie mitunter mit USB-Sticks tun /28

28 Informatikerlebenslauf Betriebssysteme, Bits & Bytes, Codes /29

29 Übergeordnete Betriebssysteme von Computern /30

30 Grundlagen IT: BK, BV Betriebssysteme, Bits & Bytes, Codes /31

31 Das Betriebssystem Das eigentliche Betriebssystem eines Computers setzt auf der Hardware mit seinen Bus-Systemen und auf dem BIOS auf. Es ist ein spezielles Programm des Computersystems, das alle Komponenten dieses Computersystems verwaltet und steuert, sowie die Ausführung von Aufträgen und Anwendungsprogrammen veranlasst. Moderne Betriebssysteme liefern eine grafische Benutzeroberfläche (GUI). Ohne Betriebssystem und BIOS geht nichts /32

32 Betriebssysteme Man benennt die höheren Betriebssysteme von Computern derzeit nach Markenname und Hersteller. Beides ist mitunter wichtig. Es gibt folgende Klassen als Marktführer: Microsoft Windows (95/98/ME, NT/2000/XP, Vista, Windows 7, Windows 8) Linux (SuSE Linux, Debian GNU/Linux, Fedora Core, Red Hat Linux, Mandrake, Knoppix, andere / GUI KDE, Gnome) UNIX (von Sun Microsystems, IBM, Silicon Graphics, Hewlett-Packard (HP), anderen) MacOS (von Apple, z.zt. Mac OS X 10.9, und ios) BeOS, Zeta, Google Chrome, andere /33

33 Betriebssysteme Android (für Smartphones und Tablet-PCs) Microsoft Windows Phone 8 (für Smartphones und Tablet-PCs) Bada (für Smartphones) BlackBerry OS (für Smartphones) Betriebssysteme, Bits & Bytes, Codes /34

34 MS Windows Das Betriebssystem MS Windows hat die höchste Verbreitung im PC-Markt gefunden. Aktuell werden nur noch die Versionen Windows Vista und Windows 7+8 von Microsoft unterstützt (engl.: supported). Es gibt verschiedene Editions mit unterschiedlichem Funktionsumfang und Servicepacks (online) dazu. Grundlagen IT: BK, BV /35

35 Windows 8 Neues Design des Startbildschirms. Betriebssysteme, Bits & Bytes, Codes /36

36 MS Windows Historisch sind noch die Betriebssysteme Windows 95, Windows 98, Windows ME ++, Windows NT/2000/XP/Vista anzutreffen. Moderne Computerprogramme laufen auf Windows XP meistens noch, dieses Betriebssystem wird aber mit der Zeit aussterben, da Microsoft die Pflege der Software 2008 eingestellt hat und 2014 die Updates gegen Viren beenden will. Die Höchstzahl der Kerne der CPU, die Windows 7 unterstützt, ist 32 für 32-bit und 256 für 64-bit /37

37 Wie viel RAM maximal? Physikalische Obergrenzen für RAM-Größen unter Windows 7: Version Grenze in 32-Bit- Windows Grenze in 64-bit- Windows Windows 7 Ultimate 4 GB 192 GB Windows 7 Enterprise 4 GB 192 GB Windows 7 Professional 4 GB 192 GB Windows 7 Home 4 GB 16 GB Windows 7 Home Basic 4 GB 8 GB Windows 7 Starter 2 GB Betriebssysteme, Bits & Bytes, Codes /38

38 UNIX Unix ist heute der Oberbegriff für alle Betriebssysteme, die auf dem ursprünglichen, von AT&T entwickelten Unix-Entwurf (1969 / ) basieren. Unix ist Grundlage der am weitesten verbreiteten kommerziellen Server- und Workstation- Betriebssysteme, unter anderen Solaris (Sun Microsystems), AIX (IBM), IRIX (Silicon Graphics), HP-UX (Hewlett-Packard). Jedes dieser UNIX- Derivate implementiert außer dem UNIX-Standard auch eigene, und damit teilweise nicht portable Funktionalität /39 Grundlagen IT: BK, BV Betriebssysteme, Bits & Bytes, Codes

39 Linux-Distributionen Linux bezeichnet im engeren Sinne den freien, GPL-lizenzierten Linux-Kernel, wird aber allgemein verwendet, um darauf aufbauende freie Betriebssysteme zu bezeichnen. Die Bezeichnung Linux wird zunehmend sogar für ganze Installationen oder Linux-Distributionen verwendet, in denen umfangreiche, meist freie Software zusammengestellt ist. Sie enthalten den Linux-Kernel, die GNU-Software und viele darüber hinausgehende Programme wie freie X11-Grafikserver, Arbeitsoberflächen (z. B. GNOME oder KDE), Bürosoftware (z. B. OpenOffice.org), Bildbearbeitung (z. B. Gimp) oder Webserver (z.b. Grundlagen IT: BK, BV /40 Apache). Betriebssysteme, Linus Bits & Bytes, Torvald, Codes Tux

40 MacOS X Der als Mac bezeichnete MacIntosh der Firma Apple war der erste PC mit grafischer Benutzeroberfläche, der in größeren Stückzahlen produziert wurde (1984). Das Betriebssystem des MacIntosh nennt sich Mac OS (MacIntosh Operating System) Classic / X. Es war von Beginn an auf die Bedienung mit der Maus zugeschnitten und enthielt bereits 1984 revolutionäre Konzepte, wie beispielsweise den Papierkorb, den Desktop, Drag & Drop, das Markieren von Text zwecks Änderung der Attribute und das Navigieren im Dateisystem mit Hilfe von Symbolen (Icons). Grundlagen IT: BK, BV Betriebssysteme, Bits & Bytes, Codes /41

41 MacOS System 7.0 (1991) /42

42 BeOS BeOS ist ein eigenständiges und neuartiges Betriebssystem der Firma Be Inc., auch Media OS genannt. Es wurde vertrieben, dann wurde die Be Inc. insolvent. Es gibt Versuche, das Betriebssystem als Open Source oder kommerziell zu reaktivieren. Bsp.: Zeta, Mac OS X. Noch im Gebrauch. Grundlagen IT: BK, BV /43

43 Google Chrome OS 2009 angekündigtes, Linux-basiertes Betriebssystem, für Ende 2010 als Betriebssystem auf PCs im Laden avisiert. Auch 2013 gibt es das OS nur auf Importgeräten aus den USA in Europa zu kaufen. [ Betriebssysteme, Bits & Bytes, Codes /44

44 iverführung Betriebssysteme, Bits & Bytes, Codes /45

45 Spielzeug Betriebssysteme, Bits & Bytes, Codes /46

46 Wie es andere sehen /47

47 Wie es andere sehen... Grundlagen IT: BK, BV Betriebssysteme, Bits & Bytes, Codes /48

48 Windows Vista... Betriebssysteme, Bits & Bytes, Codes /49

49 Ernste Frage! Betriebssysteme, Bits & Bytes, Codes /50

50 Hierarchie Anwendungssoftware Betriebssystem BIOS H a r d w a r e /51

51 Quellen Andreas Holzinger, Basiswissen IT / Informatik, Bände 1: Informationstechnik (IT), Vogel Buchverlag, Würzburg, Herdt-Verlag, Nackenheim Grafik aus radio fernsehen elektronik, Nr. 4, R. Scheffel, Vorlesung Grundlagen IT, , HTWK Leipzig, Fb BuM CPUs: Geschichte der Betriebssysteme: Vieles über MS Windows: Vieles über UNIX: Vieles über Linux: Vieles über MacIntosh Computer: Simulation von MacOS System 7.0 von 1991: Grundlagen IT: BK, BV Betriebssysteme, Bits & Bytes, Codes /52

52 Quellen Alles über Fonts, ein Tutorial - ANSI bzw. Windows Code Page WS/CP1252.TXT - Übersetzung von ANSI (= Windows Code Page 1252) in Unicode - Homepage von Unicode - Unicode-Fonts für Windows, Mac und Unix - Profunde Anleitung zur Selbsthilfe rund um den PC, mit Bauanleitungen, technischen Beschreibungen, Hilfestellungen etc. sehr empfohlen Betriebssysteme, Bits & Bytes, Codes /53

53 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit bis demnächst. Betriebssysteme, Bits & Bytes, Codes /54