So funktionieren Computer Ein visueller Streifzug durch den Computer & alles, was dazu gehört Ron White Illustrationen: Timothy Edward Downs und Sarah Ishida Alcantara Übersetzung aus dem Amerikanischen: Cordula Lochmann, Karin Drewnitzki, Christian Alkemper Überarbeitet und aktualisiert: Frank Neps Markt+Technik Verlag
14 TEIL 1 DAS BOOTEN K A P I T E L 3 So funktioniert Plug&Play
15 BIS vor kurzem glich es einem Alptraum, wenn Sie eine neue Erweiterung für Ihren PC gekauft hatten und dann versuchen mussten, sie mit den anderen Komponenten Ihres PCs in Einklang zu bringen. Es gab Probleme, weil jede Komponente mit dem Prozessor und anderen Komponenten kommunizieren muss, aber nur einige wenige Kanäle für diese Kommunikation vorhanden sind. Diese Kanäle werden in der Regel als Systemressourcen bezeichnet. Eine Ressource ist ein sogenannter Interrupt (der englische Begriff interrupt bedeutet Unterbrechung ). Eine andere Systemressource ist eine direkte Verbindung zum Speicher, die als DMA bezeichnet wird (DMA steht für Direct Memory Access ). Wieder Name bereits andeutet, bewirkt ein Interrupt die Unterbrechung dessen, was der Prozessor gerade ausführt, damit der Prozessor die Anfrage der Komponente nach Prozessorzeit untersuchen kann. Wenn zwei Komponenten denselben Kanal für ihre Anfragen benutzen, kann der Prozessor nicht feststellen, von welcher Komponente die Anfrage kommt. Wenn zwei Komponenten die gleiche DMA benutzen, kann eine Komponente die Daten der anderen überschreiben, die im Arbeitsspeicher abgelegt sind. Wenn so etwas passiert, ist von einem Konflikt die Rede, und das ist in der Regel ausgesprochen unerfreulich. In der Steinzeit der PCs den achtziger Jahren und der ersten Hälfte der neunziger Jahre gab es zwei Möglichkeiten, um Konflikte zu vermeiden. Die eine Möglichkeit bestand darin, genau Buch zu führen, welche Komponente Ihres PCs welche Systemressourcen benutzt. Natürlich gab es niemanden, der über diese Informationen verfügte. Da half nur Probieren. Es musste einen einfacheren Weg geben. Und es gibt ihn inzwischen. Die meisten Computerfirmen, darunter auch Microsoft und Intel, einigten sich auf einen Standard, den sie optimistisch als Plug and Play (Plug&Play, Einstecken und Benutzen ) bezeichneten. Wenn alle Teile Ihres PCs dem Plug&Play-Standard entsprechen, arbeiten theoretisch das BIOS Ihres PCs, die Systemsoftware und die Komponenten von selbst so zusammen, dass die Systemressourcen nicht mehrfach belegt werden. Aber nicht jede Komponente entspricht dem Plug&Play-Standard. Achten Sie darauf, wenn Sie eine Komponente kaufen. Vor der Zeit von Plug&Play mussten Sie Ihren Rechner ausschalten, bevor Sie eine neue Hardwarekomponente installieren konnten. Mit Plug&Play ist es möglich, Geräte zu verändern, ohne den Rechner herunterzufahren. Dieser Vorgang wird als hot swapping ( heißes Austauschen ) bezeichnet. Es wird sich wohl vor allem für Notebooks und andere Rechner durchsetzen, die PCMCIA-Karten (PC-Karten) benutzen. Die Schwierigkeit daran ist, dass Ihr PC, das BIOS, die Peripheriegeräte und das Betriebssystem alle den Plug&Play-Standard unterstützen müssen. Aufgrund der Laissez-faire-Einstellung vieler PC- und Komponentenhersteller gegenüber Standards ist Plug&Play nicht perfekt. Windows liefert zwar viele Plug&Play-Treiber, die von anderen Firmen verwendet werden können, aber es gibt keine Möglichkeit, die Hersteller von Komponenten dazu zu zwingen, sich nach dem Standard zu richten. Trotzdem ist es ein großer Schritt in Richtung problemlosen Aufrüstens.
16 TEIL 1 DAS BOOTEN Plug&Play Grafikkarte SCSI-Controller Laufwerk-Controller 1 Wenn Sie einen Plug&Play-Computer anschalten, übernimmt als erstes das BIOS (BIOS steht für basic input/output system ), das der Vermittler zwischen Software und Hardware ist, die Kontrolle. Das BIOS sucht nach den Teilen, die es braucht, beispielsweise die Videokarte, die Tastatur und die Festplatte, damit der PC richtig funktioniert. Das BIOS identifiziert die Teile anhand ihrer eindeutigen Identifizierungsmerkmale, die in Form von Code in das ROM (steht für read-only memory ) des entsprechenden Teils gebrannt sind. Das BIOS übergibt danach die Kontrolle an das Betriebssystem. BIOS 2 Das Betriebssystem führt spezielle Treiber(programme) aus, die als Zähler bezeichnet werden Programme, die als Schnittstelle zwischen dem Betriebssystem und den verschiedenen Teilen fungieren. Es gibt Bus-Zähler, Zähler für einen speziellen Bus, der SCSI genannt wird ( SCSI steht für small computer system interface, was im Deutschen Schnittstelle für kleine Computersysteme heißt), Schnittstellenzähler (im Englischen werden sie als port enumerators bezeichnet) und andere. Das Betriebssystem fragt jeden der Zähler, welche Teile er kontrolliert und welche Systemressourcen dafür benötigt werden. Festplatte RESSOURCENVERTEILER Soundkarte KONFIGURATIONSMANAGER Bandsicherungslaufwerk SCSI-BUS-ZÄHLER PORT-ZÄHLER SCSI-Karte Netzwerkkarte Maus Tastatur
KAPITEL 3: SO FUNKTIONIERT PLUG&PLAY 17 3 Das Betriebssystem speichert die Informationen der Zähler im Hardwarebaum, einer Datenbank, die im Arbeitsspeicher gespeichert wird. Das Betriebssystem untersucht dann den Hardwarebaum, um herauszufinden, wie die Ressourcen aufgeteilt werden. Mit anderen Worten: Das Betriebssystem entscheidet, nachdem es die Information in einer Datenbank abgelegt hat, welche Ressourcen, zum Beispiel welche Interrupts (sie werden mit IRQ abgekürzt), welchen Komponenten zugeteilt werden. Das System teilt dann den Zählern mit, welche Ressourcen für welche Komponenten zur Verfügung stehen. Die Zähler speichern die Informationen über die Zuweisung von Ressourcen in den programmierbaren Registern der Geräte. Man kann sich diese als digitale Tafeln vorstellen, die sich auf den Speicherchips befinden. RESSOURCENVERTEILER IRQ #5 ist frei. Der Netzwerkkarte zuweisen. IRQ #5 IRQ #15 IRQ #1 IRQ #10 IRQ #10 Konflikt IRQ none IRQ none IRQ #2 SCSI-Karte Tastatur Soundkarte Netzwerkkarte Festplatte Bandsicherungslaufwerk Maus 4 Zuletzt sucht das Betriebssystem nach dem richtigen Gerätetreiber für jedes Teil. Ein Gerätetreiber besteht aus einigen Zeilen zusätzlichen Programmcodes für das Betriebssystem, der das Betriebssystem über die Hardware des Teils so weit informiert, wie es für die Kommunikation zwischen Betriebssystem und Komponente notwendig ist. Wenn das System keinen Gerätetreiber findet, fordert es Sie auf, ihn zu installieren. Das System lädt dann alle notwendigen Treiber und teilt jedem Treiber mit, welche Ressourcen das entsprechende Teil verwendet. Die Gerätetreiber initialisieren daraufhin ihre Geräte, und der Boot-Vorgang kann abgeschlossen werden. BIOS