IT für Führungskräfte. Zentraleinheiten Gruppe 2 - CPU 1

Transkript

1 IT für Führungskräfte Zentraleinheiten Gruppe 2 - CPU 1

2 CPU DAS TEAM CPU heißt Central Processing Unit! Björn Heppner (Folien 1-4, 15-20, Rollenspielpräsentation 1-4) Harald Grabner (Folien 5-14) Christoph Supper (Folien 21-36) Gruppe 2 - CPU 2

3 Einführung - Die Zentraleinheit Zentrale Bedeutung! Auf Hauptplatine (Motherboard) Komponenten: - Zentralspeicher - Zentralprozessor - Verbindungseinrichtungen (Busse) - Ein/Ausgabe-Steuerung - Stromversorgung, Kühlung etc Gruppe 2 - CPU 3

4 Motherboard - Komponenten Gruppe 2 - CPU 4

5 Zentraleinheiten Architektur - Prinzip der von-neumann-architektur - Alternative Architekturprinzipien Zentralspeicher - Arbeitsspeicher - Pufferspeicher - Registerspeicher - Mikroprogrammspeicher Gruppe 2 - CPU 5

6 Struktur der von Neumann Architektur CPU Rechenwerk ALU Leitwerk CU CU Speicher Eingabewerk Ausgabewerk Gruppe 2 - CPU 6

7 Alternative Architekturprinzipien Vier Kategorien nach Flynn Single-Instruction-Single-Data-Rechner (SISD) Single-Instruction-Multiple-Data-Rechner (SIMD) Multiple-Instruction-Single-Data-Rechner (MISD) Multiple-Instruction-Multiple-Data-Rechner (MIMD) - Eng gekoppelte Mehrprozessorensysteme - Lose gekoppelte Mehrprozessorensysteme Gruppe 2 - CPU 7

8 Eng gekoppelte Mehrprozessorensysteme Zentralprozessor Zentralprozessor Zentralprozessor Zentralprozessor Gemeinsamer Arbeitsspeicher Gruppe 2 - CPU 8

9 Lose gekoppelte Mehrprozessorensysteme Arbeitsspeicher Arbeitsspeicher Arbeitsspeicher Arbeitsspeicher Zentralprozessor Zentralprozessor Zentralprozessor Zentralprozessor Gruppe 2 - CPU 9

10 Zentralspeicher Arbeitsspeicher Pufferspeicher Registerspeicher Mikroprogrammspeicher Gruppe 2 - CPU 10

11 Arbeitsspeicher Aufgaben Fassungsvermögen Entwicklung der letzten Jahre RAM (Random Access Memory) ROM (Read Only Memory) BIOS (Basic Input Output System) Gruppe 2 - CPU 11

12 Pufferspeicher Definition Anwendungsbereiche Cache Virtuelle Speicheradressierung Gruppe 2 - CPU 12

13 Registerspeicher Definition Arten - Einzweckregister - Mehrzweckregister - Schieberegister - Zählregister Gruppe 2 - CPU 13

14 Mikroprogrammspeicher Definition Einsatzbereiche Gruppe 2 - CPU 14

15 Zentralprozessoren 1. Aufbau 2. Leitwerk 3. Rechenwerk 4. Busse Gruppe 2 - CPU 15

16 Aufbau Funktionseinheit der Zentraleinheit Umfasst Leitwerk und Rechenwerk Bei Arbeitsplatzrechner meist ein Chip Beispiel: Pentium Gruppe 2 - CPU 16

17 Leitwerk Koordinationsfunktion für gesamten Rechner Steuert Ablauf des Befehls- und Datenflusses Besteht aus logischen Schaltungen und Registern Steuert Programmablaufgeschwindigkeit Gruppe 2 - CPU 17

18 Rechenwerk Verknüpft die vom Leitwerk bezeichneten Daten Führt arithmetische und logische Operationen durch Aufgebaut aus Registern und binären Schaltnetzwerken Gruppe 2 - CPU 18

19 Busse Interne Verbindungseinrichtungen Bestandteile CPU Busse Peripherie Busse Gruppe 2 - CPU 19

20 Ein-/Ausgabesteuerung Ein-/Ausgabesystem Ein-/Ausgabe-Register Ein-/Ausgabe-Unterbrechungen Ein-/Ausgabe Speicher DMA (Direct Memory Access) Gruppe 2 - CPU 20

21 Marktsituation/Entwicklungstendenzen Speicherbausteine Mikroprozessoren Rechnerfamilien Gruppe 2 - CPU 21

22 Speicherbausteine Unterscheiden sich nach Speichertechnologie - DRAM, EDORAM, SDRAM, RDRAM Und nach Bauform - SIMM, DIMM, RIMM Gruppe 2 - CPU 22

23 SDRAM Synchronous Dynamic RAM Am weitesten verbreitet Besteht aus sich entladenden Kondensatoren Speicherzugriff synchron zu Systembus Zwei Speicherbänke Zugriffszeiten: 8-12ns Gruppe 2 - CPU 23

24 DDR-SDRAM Double Data Rate-SDRAM Weiterentwicklung von SDRAM Es werden beide Flanken des Systembustaktes genutzt Doppelte Datenrate Gruppe 2 - CPU 24

25 RDRAM Rambus Dynamic RAM 16 Bit breiter Bus, mit 400 MHz getaktet Nicht kompatibel mit SDRAM Bis zu drei Mal schneller Gruppe 2 - CPU 25

26 Bauformen Die Art der Verpackung der Speicherchips Heute üblich: DIMM (dual in-line memory module) Anschlüsse (Pins) - Zwei bis sechzehn SDRAM-Chips pro Modul Vorgänger: SIMM (single in-line memory module) Gruppe 2 - CPU 26

27 Markt und Zukunft Produktion 2000 weltweit: Fast vier Milliarden SDRAM-Speicherchips Biotechnik Quantenchips Beides erst in einigen Jahren marktreif Gruppe 2 - CPU 27

28 Mikroprozessoren Integrierte Steuerungen in Geräten aller Art Zentral-, Hilfs- und Zusatzprozessoren in Computern Unterscheidung: CISC- und RISC-Prozessoren Gruppe 2 - CPU 28

29 CISC-Prozessoren Complex Instruction Set Computer Bei PCs üblich Wenige, komplexe Befehle Beispiele: - Intel Pentium 4 - AMD Athlon Gruppe 2 - CPU 29

30 Pentium 4 vs. AMD Athlon Intel führt derzeit bei Taktfrequenz SysMark2000 (Windows2000) Pentium4 2,1 GHz 270 Benchmarktest Zukünftige Entwicklungen - Strukturbreite der Transistoren - Gedehntes Silikon Pentium4 1,7 GHz Athlon 1,53 GHz Athlon 1,33 GHz SysMarks Gruppe 2 - CPU 30

31 RISC-Prozessoren Hohe Leistung durch: - Einfache, schnelle Befehle - Ausgeprägte Pipeline-Architektur - Große Zahl von Registern Haupteinsatzgebiete: - Workstations - Server - Beschränkt bei PCs (POWER-Architektur) Gruppe 2 - CPU 31

32 Rechnerfamilien Personalcomputer Wearables Workstations Server und Superrechner Gruppe 2 - CPU 32

33 Personalcomputer Absatz 2000 weltweit: Mio. PCs - Wert: 140 Mrd. ca.15% Zuwachs gegenüber 1999 Aufteilung: - Schreibtisch-PCs: 75% - Notebooks: 20% - PCs, die als Server verwendet werden: 5% Gruppe 2 - CPU 33

34 Wearables Tragbare Computer Kleiner Markt mit großem Potential Marktführer: Xybernaut Gruppe 2 - CPU 34

35 Workstations Einsatzgebiet Traditionelle Workstations: RISC-Architektur Daneben zunehmend Standardkomponenten aus PC-Welt Unterschiede zu PCs verschwinden Gruppe 2 - CPU 35

36 Server und Superrechner Jeder Rechner kann als Server dienen Herstellerumsatz 2000 weltweit: 65 Mrd. Marktwachstum 2000 weltweit: 17% Marktführer: - IBM - Sun Microsystems - Hewlett-Packard Gruppe 2 - CPU 36