Technische Informatik 3

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1 Wolfram Schiffmann Helmut Bähring Udo Honig Technische Informatik 3 Grundlagen der PC-Technologie ^y Springer

2 Inhaltsverzeichnis Aufbau und Funktion eines Personal Computers Einführung Aktuelle Computersysteme Arten von Computern Entwicklungstrends Komponenten eines Personal Computers Hauptplatine und ihre Komponenten Hauptplatine North Bridge South Bridge Prozessoren für Personal Computer Prozessoren der Firma AMD Prozessoren der Firma Intel Hauptspeicher Speichermodule Spezifikationen 55 Hauptspeicher und Prozessverwaltung Virtuelle Speicherverwaltung Grundlagen : Segmentierungs- und Seitenwechselverfahren Probleme der virtuellen Speicherverwaltung Segmentorientierte Speicherverwaltung Adressierung durch Segmentregister Adressierungsmodi Segment-Deskriptoren Deskriptor-Tabellen Seitenorientierte Speicherverwaltung Berechnung physikalischer aus linearen Adressen Adressraum-Erweiterung der 32-bit-Architektur Seitenverwaltung der 64-bit-Architektur 107

3 XII Inhaltsverzeichnis Beschleunigung der Adressberechnung Behandlung von Seitenfehlern Schutzmechanismen Schutzebenen und Zugriffsrechte Schutzmaßnahmen bei Segmentverwaltung Schutzmaßnahmen bei Seitenverwaltung Kontrolltransfer Prozessverwaltung Das Task State Segment im 32-bit-Modus Der TSS-Deskriptor im 32-bit-Modus Prozessverwaltung im 64-bit-Modus Kommunikation zwischen Prozessen Kommunikation beim Segmentierungsverfahren Kommunikation beim Seitenwechselverfahren Ausnahmebehandlung im 32-bit-Modus Interrupt-Deskriptor-Tabelle Prozessorientierte Ausnahmebehandlung Prozedurorientierte Ausnahmebehandlung Trap-Behandlung Deskriptor-Tabellen im Überblick Massenspeichermedien Funktionsprinzipien magnetomotorischer Speichermedien Speicherprinzip Schreibvorgang Lesevorgang Abtasttakt Ältere Codierungs- und Aufzeichnungsverfahren Neuere Codierungs- und Aufzeichnungsverfahren Festplatten Geschichte Mechanischer Aufbau von Festplatten Kenndaten von Festplatten Halbleiter-Festplatten Aufbau und Funktion einer Halbleiter-Festplatte Aufbau und Funktion eines Flash-Bausteins Formatierung einer Festplatte Softsektorierung Fehlererkennung mittels CRC-Prüfung Festplatten-Adressierung Zonenaufzeichung LBA-Adressierung (Linear Block Addressing) Festplatten-Controller und Schnittstellenstandards ATA/SATA-Schnittstelle SCSI-Schnittstelle 197

4 Inhaltsverzeichnis XIII RAID (Redundant Array of Independent Discs) Partitionierung Dateisysteme Typen von Dateisystemen DOS-Dateisystem Linux-Dateisystem CD-ROM Aufbau und Speicherprinzip Lesen Laufwerksgeschwindigkeiten Datencodierung Datenorganisation in Sessions Dateisysteme für CDs CD-R (CD Recordable) CD-RW (CD Rewritable) DVD (Digital Versatile Disc) Monitore und Sound Systeme Monitore Monitore mit Kathodenstrahl-Röhren Flüssigkristall-Monitore Passiv- und Aktivmatrix-Anzeigen Kenndaten von Flüssigkristall-Anzeigen Monitor-Schnittstellen Graphikadapter Allgemeine Grundlagen Anforderungen an Graphikadapter Software-Schicht Graphikkarten Sound-Systeme Funktionsprinzipien Audio-Standards Verarbeitung von Klängen Schnittstellen Soundkarten Peripheriegeräte Anschluss der Geräte an den PC Ein-/Ausgabe-Schnittstellen Gerätetreiber Standard-Eingabegeräte Tastatur Maus Alternativen zur Maus Weitere Eingabegeräte 290

5 XIV Inhaltsverzeichnis Scanner Kameras Joystick Weitere Ausgabegeräte Drucker Projektoren Multifunktionsgeräte PC im Netzwerk Einführung Grundlagen Grundbegriffe Modellierung eines Kommunikationsprozesses Protokollfamilien und Protokoll-Stacks Adressierung Spezielle Netzwerkkomponenten Kontrollstrukturen Lokale Netzwerke Ethernet Wireless LAN Lokale Hochleistungsnetze Lokale Netzwerke auf Basis der Ring-Topologie Weitverkehrsnetze Verbindung zu analogen Netzen über Modems Integrated Services Digital Network (ISDN) Digital Subscriber Line (DSL) Mobile Systeme Grundlagen Anforderungen und Eigenschaften Vor- und Nachteile gegenüber Desktop-Systemen Geräteklassen Hardware Gehäuse Energieversorgung Hauptplatine Prozessor Hauptspeicher Laufwerke Bildschirm Tastatur Zeigegeräte Netzwerk Schnittstellen Erweiterungen 426

6 Inhaltsverzeichnis XV 8 Systemsoftware Befehlssatzarchitektur Programmierwerkzeuge Programmiersprachen Compiler Assembler Betriebssysteme Ziele von Betriebssystemen Prozessverwaltung Speicher- und Dateiverwaltung Gerätetreiber Bibliotheken und Systemaufrufe Application Binary Interface (ABI) Application Programming Interface (API) Arten von Betriebssystemen Prozesse Systemprozesse Benutzerprozesse Client- und Server-Prozesse Beispiele für Betriebssysteme MS-Windows Unix/Linux Systemsoftware für Mobile Systeme Basic Input/Output System Betriebssysteme Gerätetreiber Virtuelle Maschinen (VM) Prozess-VM System-VM Para-Virtualisierung Co-Designed VM Virtualisierungslösungen und Anwendungen 468 Literaturverzeichnis 471 Sachverzeichnis 473