###### tags: `Otto` # 1. Lehrjahr ## Bestandteile eines Computers ### Mainboard - ==Schaltzentrale== eines Computers - vernetzt Bauteile miteinander ![](https://i.imgur.com/i8De66m.png) - **1: Prozessorsockel** - ==Steckvorrichtung== für die CPU - **2/3: Chipsatz** - Bindeglied; sorgt für die ==Kommunikation== zwischen den Bauteilen - **4: RAM-Plätze** - ==Steckplätze== für den Arbeitsspeicher - **5: PCI-Steckplätze** - PCI (Periphal Component Interconnect) ist ein Busstandard zur ==Verbindung von Peripheriegeräten mit dem Chipsatz== eines Prozessors - **6: PCIe-Steckplätze** - Nachfolger von PCI, bietet eine ==höhere Datenübertragungsrate== pro PIN - **7: BIOS - Firmware**; ==überprüft== alle Komponenten - **8: Frontblende** - Anschlüsse, um ==Mainboard und Frontblende des Gehäuses== miteinander zu verbinden - **9/10: ATX Connector** - ==Hauptstromversorgung== - **11: externe Anschlüsse** - Anschlüsse für ==Peripheriegeräte== - **12: interner USB** - Anschluss für die vorderen ==USB-Anschlüsse== - **13: Soundanschluss** - Verbindung für ==vordere AUX-Anschlüsse== - **14/15: SATA/DIE-Anschlüsse** - Anschluss von ==Festplatten oder Laufwerken== --- ### CPU - =="Herzstück"== - treibt ==Prozesse== voran und steuert die anderen Komponenten - Taktfrequenz/Leistung in ==Hertz== - einkernig/mehrkernig ![](https://i.imgur.com/j5zvOhP.png) **Steuerwerk/CPU** ("central processing unit") - **Befehlsregister:** ==empfängt== Daten und ==speichert== diese zwischen - **Befehlszähler:** enthält ==Speicheradresse des nächsten== auszuführenden Befehls - **Statusregister/Zustandsregister:** speichert ==Statusbits== der aktuellen Operation - **Befehlsdecoder:** ==Laden und Interpretieren== von Befehlen **Rechenwerk/ALU** ("arithmetic logic unit") ![](https://i.imgur.com/6RCe7T2.png) - Daten und Befehle werden vom Steuerwerk ==gesendet== - Befehl enthält arithmetische ==Verknüpfungen und Vergleichsbefehle== - ==Zwischenergebnis (Akkumulator)== aus vorherigen Funktionen kann ebenfalls verrechnet werden - ==Status== wird zurück ans Steuerwerk gesendet **Speichermanager/MMU** ("memory management unit") - vereinfacht den ==Datenaustausch zwischen Steuerwerk & RAM== (RAM ist wesentlich langsamer als die CPU) **Caches** - ==Zwischenspeicher==, die die Daten vom RAM temporär abspeichern - Lv 1: klein, läuft mit Prozessortakt im Kern - Lv 2: größer, läuft langsamer nah am Kern / im Kern - Lv 3: groß, gleicht Kerne von Mehrkernprozessoren ab, vereinfacht und beschleunigt den Datenaustausch der Kerne untereinander **Kommunikationsbus** - System zum ==Datenaustausch== innerhalb der CPU #### Weitere Funktionen: **Hyper-Threading:** ein Prozessorkern teilt sich in ==zwei virtuelle Kerne== auf, um den Prozessor besser auszulasten **Turbo-Boost-Technologie:** automatische ==Übertaktung== eines Kerns und ==Entlastung== der anderen Kerne --- ### Grafikkarte (GPU) - Grafikkarten steuern die ==Grafikausgabe== - mithilfe PCI-Anschluss Die wichtigsten Komponenten: - **GPU (Grafic Proccessing Unit):** ein auf die ==Berechnung von Grafiken spezialisierter Prozessor==, gibt berechnete Grafiken an ein Display weiter - **Video-RAM:** ein ==wiederbeschreibbarer Speicher==, der für die Auffrischung von Bildinhalten zuständig ist - **RAMDAC:** Chip, der für die ==Umwandlung von digitalen in analoge Bildsignale== verantwortlich ist - **Video-Out-Controller** - **Speichercontroller** ![](https://i.imgur.com/dkxAWSp.png) Grafikpipeline beschreibt, welche Schritte ein Grafiksystem zur Darstellung eines Bildes durchführen muss ![](https://i.imgur.com/9aYqKIX.png) --- ### RAM - RAM ("Random Access Memory") - ==Zwischenspeicher== der von der CPU erzeugten Daten Man unterscheidet bei VRAM-Speichern ==(volatil/flüchtig; nur mit Stromzufuhr)== zwischen dem statischen RAM und dem dynamischen RAM. ###### SRAM - Static Random Access Memory: - ###### statischer Halbleiter - ###### mithilfe von Flip-Flops (Logik-Bausteine), Datenspeicherung - ###### teuer, sehr schnell, keine Refreshs möglich, hoher Stromverbrauch #### DRAM - Dynamic Random Access Memory: - bestehend aus ==Transistor und Kondensator== - daraus entsteht eine ==Speicherzelle==, die einen Bit durch verschiedene ==Ladungen== darstellt - durch das ==Messen von Spannung== kann man diese =="lesen"== und durch ein anschließendes Aufladen wieder =="beschreiben"== - langsam, Speichererhaltung durch Refresh der Speicherzellen, geringer Stromverbrauch ![](https://i.imgur.com/bx1SdNE.png) #### Der Aufbau eines Arbeitsspeichers: Um einen Arbeitsspeicher zu erstellen, schließt man ==mehrere dieser DRAM-Speicherzellen in eine Reihe, um eine Speicherzeile zu erhalten.== ![](https://i.imgur.com/NGprEL0.png) Mehrere Speicherzeilen zusammen ergeben schließlich ein ==Speicherfeld== ![](https://i.imgur.com/bzxIxj9.png) Pro Speicherzeile sind 4096 Bausteine verbaut bei 1024 Speicherspalten. Daraus resultiert ein 4 MBit großes Speicherfeld (4096Bit x 1024Bit = 4MBit) Eine ==Speicherbank== entsteht durch mehrere Speicherfelder. Ein ==Speicherchip== besteht aus mehreren Speicherbänken. Ein ==RAM== besteht aus mehreren Speicherchips. ##### Latenzen (Pausen) **Wegen der komplexen Lese- und Schreibvorgänge müssen Latenzen/Pausen eingehalten werden, die immer in vier Zahlen angegeben werden.** - ###### **CL:** Taktzyklen, die vergehen müssen, bis ==Daten vollständig ausgelesen== sind - ###### **tRCD:** wie viel Zeit zwischen dem ==Aktivieren einer Zeile und einer Spalte== vergeht - ###### **tRP:** Anzahl der Taktzyklen bis der ==geforderte Ladungszustand== erreicht wurde - ###### **TRAS:** Zeit bis ==Neuzugriff== --- ### Massenspeicher - ermöglicht ==Speichern und Abrufen von Daten==, durch z.B. Festplatten, SSDs, USB-Sticks, CDs, DVDs, BlueRays - Prozessor kann so darauf zugreifen - ==nichtflüchtige Speicher== (Daten bleiben auch dann gespeichert, wenn kein Strom zugeführt wird) #### SSD: Solid State Drive (keine mechanisch beweglichen Teile) ![](https://i.imgur.com/AJhJs8k.png) Speichermethode basiert auf Flash-Speicherchips - bestehen aus ==speziellen Floating-Gate-Transistoren==, die beim Schreiben elektronisch in zwei verschiedene Zustände gebracht werden können, 0 und 1 - beim Lesen von Daten wird ==Zustand der jeweiligen Transistoren elektronisch überprüft== - ein Transistor speichert ==1 Bit Information== - Vorteile: geräuschlos, benötigt wenig Energie, kaum Kühlung nötig, sehr kurze Zugriffszeiten - Nachteile: Abnutzung der Flash-Zellen führt zu einer geringeren Lebensdauer #### Aufbau einer SSD ![](https://i.imgur.com/f80lCfi.png) - **Speicherzellen:** enthalten ==Floating-Gate-Transistoren== - **Speichercontroller:** - ==verwaltet== Schreiben und Lesen von Daten - ==Überblick== auf Haltbarkeit der Speicherzellen - kennt die genauen ==Speicheradressen== der Daten - organisiert die ==Aufteilung der Daten auf den Speicherzellen== - sorgt für die ==gleichmäßige Nutzung der Speicherzellen== - **DRAM:** dient als ==Zwischenspeicher beim Beschreiben== - mögliche **Schnittstellen** zum Mainboard: SATA, PCIe, USB, SAS --- ### Netzteil ![](https://i.imgur.com/rDXD3H3.png) 1. Netzspannung ==gefiltert==: Überspannungen, Oberwellen, andere Netzstörungen werden gekürzt 2. Gleichrichtung und Siebung: ==Wechselspannung 230V in Gleichspannung 350V umgewandelt== 3. Mit einer Transistorschaltstufe wird aus der ==Gleichspannung eine Wechselspannung zwischen 35 und 500kHz== erzeugt. Mit dieser hohen Frequenz können kleine Transformatoren ==hohe Leistungen== übertragen. 4. Diese Transformatoren haben mehrere Sekundärwicklungen. So können unterschiedliche Spannungen erzeugt werden. Dieser geschlossene Regelkreis sorgt auch dafür, dass das Netzteil immer die geforderten Ströme liefern kann, diese können unterschiedlich groß sein. Denn ein ==Computer zieht nicht immer gleich viel Strom==. Die ==Regelungsschaltung== ist darauf eingerichtet. Hinweis: Damit die Regelung funktioniert, muss sie mit einer Grundlast arbeiten. Das ist auch der Grund, warum Schalnetzteile mit einem Verbraucher belastet werden müssen. Ist die Last nicht vorhanden, kommt es zu Spannungsüberschlägen. Das Netzteil wird dadurch zerstört. Deshalb darf ein Schaltnetzteil nie ohne Verbraucher eingeschaltet werden. --- ## Schnittstellen-Anschlüsse ![](https://i.imgur.com/ZOqaaYg.png) ## Datenübertragung Bei der **synchronen Datenübertragung** herrscht zwischen Sender und Empfänger der ==gleiche Takt==. Deswegen muss eine permanente Synchronisation erfolgen, es werden immer Synchronworte gesendet. Dadurch gibt es ein festgelegtes Zeitfenster zum Senden und Empfangen. Dieses Verfahren ist technisch aufwendiger. Bei der **asynchronen Datenübertragung** gibt es ==keinen festen Takt==. Sender und Empfänger können unabhängig voneinander agieren. Bei der **seriellen Datenübertragung** werden Informationen ==bitweise hintereinander übermittelt==. Hierbei entstehen keinerlei Verzögerungen und dadurch eine höhere Taktrate. Bei der **parallelen Datenübertragung** werden Informationen über ==mehrere Leitungen gleichzeitig== übertragen. - Synchronisation: Datenstau, ggf. unterschiedliche Geschwindigkeiten - Übersprechen/crosstalk: EMV-unfreundlich, Magnetfelder stören sich gegenseitig - Anzahl der Pins in einem Verbindungselement: gehen leichter kaputt Über ein Handshake-Verfahren soll sichergestellt werden, dass keine Daten dadurch verloren gehen können, dass z.B. der Empfänger nicht empfangsbereit ist. ### Bit- und Baudrate Die **Bitrate** ist die Anzahl der ==Daten-Bits, also Nullen und Einsen,== die in einer Sekunde übertragen werden. Die **Baudrate** ist per Definition die Angabe, wie oft ein ====Signal in einem Kommunikations-Kanal den Zustand==== ändert. ###### Zum Beispiel bedeutet eine Baudrate von 2400, dass der Kanal seinen Signalzustand bis zu 2400 Mal pro Sekunde ändern kann. Mit Änderung des Signalzustands ist gemeint, dass der Kanal bis zu 2400 Mal von Null zu Eins oder Eins zu Null wechseln kann. ###### Ob Sie nun 2400 Nullen und Einsen pro Sekunde (Bitrate) übertragen, oder den Zustand des digitalen Signals bis zu 2400 Mal pro Sekunde (Baudrate) ändern können, ist hier eigentlich die gleiche Sache. Somit können wir schlussfolgern, dass in diesem speziellen Beispiel die Bitrate mit der Baudrate identisch ist. Oder anders ausgedrückt: Bitrate = Baudrate. ###### Allerdings könnten die Kanäle beispielsweise vier Bits pro Baud (Symbol) senden. Das bedeutet, dass es für vier Bits nur eine Zustandsänderung des Signals gibt. In diesem Fall beträgt die Baudrate also ein Viertel der Bitrate. ## D-Sub 9 ![](https://i.imgur.com/eBjn9wo.png) **1** Data Carrier Detect: Verbindung hergestellt **2** Receive Data: Empfangsdaten **3** Trasmit Data: Sendedaten **4** Data Terminal Ready: Computer verfügbar **5** Signal Ground: gemeinsame Masseleitung **6** Data Set Ready: Pheripheriegerät bereit **7** Request To Send: Computer möchte senden **8** Clear To Send: Pheripheriegerät möchte Daten entgegennehmen **9** Ring Indicator: Peripherie ankommender Anruf ![](https://i.imgur.com/hA3SaAs.png) <center> D-Sub 9 Kommunikation </center>