Hardware und Netzwerktechnik Schnittstellen und Hardware Hardware und

Hardware und Netzwerktechnik Schnittstellen und Hardware

Hardware und Netzwerktechnik Verbindungswege Busse § Austausch von Daten oder Steuersignalen zwischen den Komponenten des Systems § Datenbus – bidirektional § Adressbus – unidirektional Systembus § Steuerbus - beides

Hardware und Netzwerktechnik Die CPU = Prozessor § Rechenwerk= ALU (Aritmetic Logic Unit) § Steuerwerk: welche Operationen § Taktgenerator: Zeitablauf

Hardware und Netzwerktechnik Das Rechenwerk § Im Rechenwerk werden 2 binäre Operanden logisch (und, nicht) oder arithmetisch (+/-) miteinander verknüpft. Einstellung der Operation erfolgt durch das Steuerwerk Operanden

Hardware und Netzwerktechnik Das Steuerwerk § Im Programmzähler (PC) steht die Adresse des nächsten abzuarbeitenden Befehls. § komplexeren Befehle werden im Steuerwerk für das Rechenwerk zerlegt. Hauptspeicher

Hardware und Netzwerktechnik Der Hauptspeicher Speicherung von Programmbefehlen, Operanden und den Ergebnissen der Operation. Der Hauptspeicher ist in Speicherzellen unterteilt: • Speicheradresse (unidirektional) • Speicherinhalt kann ausgelesen oder neu beschrieben werden (bidirektional)

Hardware und Netzwerktechnik Ein- und Ausgabebaugruppen § Einlesen und Ausgabe von Daten oder Programmen von und zu externen Speichern oder Ein-/Ausgabegeräten

Hardware und Netzwerktechnik Maschinenbefehle § Jeder Prozessor hat einen bestimmten Satz von Maschinenbefehlen § Ein Maschinenbefehl ist eine binär kodierte Informationen, die der Prozessor unmittelbar ausführen kann. § Welche Operation soll ausgeführt werden. § Wo sind die entsprechenden Operanden. § Wo wird das Ergebnis hingeschrieben. § Wie wird nach der Operation die Bearbeitung fortgesetzt.

Hardware und Netzwerktechnik Der Befehlszyklus 6. Ergebnis der Operation wird ins Register A geladen, Start eines neuen Ablaufs. 5. Die Adressen der Operanden sind direkt oder indirekt im Befehl enthalten. Sie werden über den Datenbus ins Register B geladen. 1. Start im PC (Program counter) 2. Adressen werden ausgelesen 3. Inhalt der Speicherzelle wird ins Befehlsregist er geladen 4. Dekodierung und Anweisungen an das Rechenwerk

Hardware und Netzwerktechnik Bussysteme § Busse sind Daten- und Stromautobahnen zwischen Komponenten eines Rechners. § Busse können parallel (mehrere Leitung (duplex)) oder seriell (hintereinander) Daten übertragen werden. § Je höher der Bustakt ist, umso mehr Adressen, Daten und Steuersignale können pro Zeiteinheit z. B pro Sekunde ausgetauscht werden. § Die Busbreite gibt an wie viele Bits parallel pro Zeiteinheit übertragen werden können. ZB 8, 16, 32, 64, 128 Bit (Gesamte Bits z. B 2 Exp 64)

Hardware und Netzwerktechnik Duplex Verfahren Beschreibung Anwendung Simplex oder Richtungsbetrieb (SX) Daten können immer in nur eine Richtung übertragen werden, das heißt die Technik ermöglicht keine Antwort. Radio, Fernsehen Halbduplex oder Wechselbetrieb (Half-duplex), HX Hierbei können auf einem Kanal CB-Funk Daten abwechselnd in beide Richtungen fließen, das heißt ungleichzeitig. Vollduplex oder Gegenbetrieb (Full-duplex) Daten können in beide Richtungen gleichzeitig übertragen werden. DSL, Telefon, Funktechnik 11

Hardware und Netzwerktechnik Master, Slave, Busarbitration § Jede Baugruppe an einem Bus hat eine Adresse § Empfangende Bauteil heißt Slave und kann zu jeder Zeit empfangen. § Ein Master ist Sendeberechtigt und darf nur zu einem bestimmten Zeitpunkt senden. § Wollen mehrere Master gleichzeitig senden kommt es zu einer Auswahl nach bestimmten Prinzipien. (Busarbitration)

Hardware und Netzwerktechnik Bushierarchie § Prozessorbus (schnellster Bus auf dem Rechner) § On-Board-Bus (z. B zwischen CPU und Hauptspeicher, ) § Systembus (verbindet verschiedene Boards) § Peripheriebus (z. B CD-Laufwerk, Festplatte § Nachrichtenbus (in der Regel seriell), Verbindung von Rechnersystemen.

Hardware und Netzwerktechnik Speicherarten in einem Computer Grundsätzlich werden 2 Speicherarten unterschieden § ROM (Read only Memory), ist ein nicht flüchtiger Speicher. Daten auf diesen Bausteinen bleiben auch bei einem Stromausfall erhalten. § Pogrammierbare ROMS: PROM – Programmable ROM § RAM (Random Access Memory), ist ein flüchtiger Speicher, dient zur Speicherung veränderlicher Daten. Der Hauptspeicher eines Computer ist ein RAM.

Hardware und Netzwerktechnik PROMS § Programmable ROM § PROM, einmalige Programmierung § EPROM, Löschung durch UV-Licht möglich Erasable PROM § EEPROM, elektrich programmierbar und löschbar Electrically PROM § EAPROM, bitweises Löschen ist möglich Electrically Alternable PROM

Hardware und Netzwerktechnik Der RAM-Speicher § SRAMS sind statisch – DRAMS sind dynamisch, sie müssen daher ständig aufgefrischt werden, sind langsamer aber kleiner und günstiger - Hauptspeicher § SDRAMS, 64 Bit Datenbus, synchroner Zugriff pro Systemakt ist möglich. § DDR SDRAMS (Double Data Rate), nutzt beide Flanken des Taktsignals für die Datenübertragung. DDR SDRAMS sind heute Standard-Hauptspeicher. § DDR 3 -SDRAMS – 8 Verbindungen (8 Datenbit) zwischen Speicherkern und Ein- Ausgaberegister. Dieses taktet mit der vierfachen Frequenz des Kerns.

Hardware und Netzwerktechnik Speicherebenen Speicherkapazität: Cache < Hauptspeicher < Festplatte (Massenspeicher)

Hardware und Netzwerktechnik Cache-Speicher § Kleine, schnelle Zwischenspeicher (verborgenes Depot) § Von der CPU schnell benötigte Informationen werden zwischengespeichert

Hardware und Netzwerktechnik Die Ein- und Ausgabe § Alle Vorgänge zur Übertragung von Daten zwischen dem Hauptspeicher und der Peripherie des Rechners § Festplatte, Bildschirm, Drucker, … § Es gibt serielle (nacheinander) Übertragung und parallele Übertragung (erfolgt gleichzeitig) Interface dient zur: • Auswahl eines Peripheriegerätes • Synchronisation • Pufferung

Hardware und Netzwerktechnik Vergleich zwischen seriellen und parallelen Schnittstellen Parallel Seriell Datenrate Höhere Datenrate, da immer mehrere Bits gleichzeitig übertragen werden. Geringere Datenrate, da alle Bits nacheinander übertragen werden. Signalpegel Kleinere Signalpegel da enge Leitungen gegenseitig stören. Größere Signalpegel Leitungslänge Kurze Leitungslänge, wegen geringerer Signalpegel. Längere Leitungen wegen größerer Signalpegel Kostenfaktor Teurer wegen des großen Leitungsbündels Günstiger, da nur wenige Leitungen nötig.

Hardware und Netzwerktechnik Schnittstellen USB § Schnittstellen dienen zur Verbindung des Rechners mit Peripheriegeräten. § z. B Universal Serial Bus (USB) dient zur Verbindung eines Rechners mit externen Geräten. • Sternförmige Architektur • Zentraler Hostcontroller (steuert max. 127 Peripheriegeräte) • Hubs dienen als Sternverteiler • Peripheriegeräte als Clients

Hardware und Netzwerktechnik Schnittstellen Die USB-Eigenschaften § Pro Anschluss 5 V Gleichspannung bei 500 m. A § Hot-Plugging ist möglich § Ab USB 3. 0 bis zu 5 Gbit/s, bis 900 m. A

Hardware und Netzwerktechnik Schnittstellen Fire. Wire IEEE 1394 § Hot-Plugging und Direktkommunikation § Seriell zur Übertragung großer Datenmengen § Seit 2008 bis 3, 2 Gbit/s § 8 bis 33 V Gleichspannung bei 1, 5 A, dadurch können auch externe Festplatten über Fire. Wire betrieben werden.

Hardware und Netzwerktechnik Schnittstellen Bluetooth § Datenschnittstelle über Funk mit kurzer Reichweite (max. 20 m) § Aus Skandinavien, ursprünglich zur Verbindung von Handy und Zubehör § Durch Frequenzsprungverfahren relativ störunanfällig § Übertragung im 2, 4 Ghz-Bereich § Ab Version 2. 0 2, 1 Mbit/s Übertragungsgeschwindigkeit § Version 3. 0 24 Mbit/s § Version 4. 0 zwei Bluetooth Geräte und geringer Stromverbrauch bis 100 m

Hardware und Netzwerktechnik ATA – SATA - ESATA § ATA (IDE) (paralleler Anschluss) § Kurze Distanzen § 133 MB/s § SATA (serieller Anschluss) § höhere Datentransferrate § vereinfachte Kabelführung § Hot-Plug § SATA 3. 0 mit 600 MB/s (PATA = 150 MB/s § ESATA (externes SATA) - bis 300 MByte/s

Hardware und Netzwerktechnik Ältere Anschlüsse § Parallel (LPT) § Seriell (COM) § SCSI

Hardware und Netzwerktechnik Zusammenfassung 1. Aus was besteht der Systembus? 2. Was ist das Register? 3. Welche Operanden gibt es? 4. Beschreiben Sie eine Schnittstelle (Interface) und geben sie einige Beispiele dazu!

Hardware und Netzwerktechnik Zusammenfassung - Lösung 1. Systembus: § Datenbus – bidirektional § Adressbus – unidirektional § Steuerbus – beides 2. Register: § Im Rechenwerk für Durchführung von Operationen 3. Operanden: § Logisch und arithmetisch 4. USB: § Universal Serial Bus, verbindet externe Geräte über serielle Leitung

Hardware und Netzwerktechnik Wiederholung Schnittstellen Parallel Seriell § LPT § USB § PCI § S-ATA § AGP § PCIe § PATA § Firewire § SCSI § PS/2 § IDE § DVI § HDMI § Ethernet

Hardware und Netzwerktechnik Hardware und Software* § HW § Peripheriegeräte § Nicht zur Zentraleinheit zugehörig § Dient zur Datenverarbeitung § SW § Dateien § Programme § Programmiersprachen

Hardware und Netzwerktechnik Externe und interne Peripheriegeräte

Hardware und Netzwerktechnik Massenspeicher § Magnetische Speicher (Festplatte, auch Hard-Disk) Durch den Wechsel der Magnetisierungsrichtung werden 0. Bits und 1 -Bits erzeugt SSD Festplatten (elektronisches Speichermedium, keine mechanischen Bauteile, robuster, schneller, geräuscharm)

Hardware und Netzwerktechnik Massenspeicher Festplatte Koordinaten zur Kennzeichnung eines Abschnitts: • Kopfnummer • Zylindernummer • Spurnummer

Hardware und Netzwerktechnik Festplattenmerkmale § Kapazität von GB bis TB § Anschlüsse (USB/esata, Fire. Wire, sata) § Achsen-Drehzahl: 5400 rpm / 7200 rpm (revolutions per minute) § Geräusch § Größe 2, 5“ und 3, 5“ § Lebensdauer § Technik HDD / SDD § Formatieren - Datenvernichtung

Hardware und Netzwerktechnik RAID (Redundant Array of Independant (oder Inexpensive) Disks. ) § Speicherung auf mehrere Festplatten verteilen oder duplizieren § Durch verteilen schnelles speichern möglich § Mind. 2 Festplatten § RAID 0 Striping: § § § mehrere kleine Laufwerke zu einem grossen logischen Laufwerk zusammengeschlossen. § Beim Ausfall nur einer Platte sind alle Daten auf dem logischen Laufwerk verloren. RAID 1 Mirroring (Festplatten-Spiegelung). § Zwei Platten werden zeitgleich mit denselben Daten beschrieben. § Vorteil: Bei Ausfall einer Platte bleiben die Daten weiter online verfügbar. RAID 0+1 Manchmal auch RAID 10 genannt, vereinigt Mirrorring und Striping. § Zwei striped Sets werden gespiegelt wobei sich die hohe Sicherheit von RAID 1 mit der Performance von RAID 0 vereinigt. § Nachteil sind die hohen Kosten, da immer die doppelte Anzahl Platten gebraucht wird. RAID 4 Speicherung auf mindestens 3 gleichgrosse Platten: Platte 1 und 2 enthalten die normalen Daten; 3. Platte die Prüfsummen über den gesamten Datenbestand § 3. Platte ist Flaschenhals, da sämtliche Schreibzugriffe einen Zugriff auf die Paritätsplatte nötig machen. § Beim Ausfall einer der Datendisks kann - mit Hilfe der Restdaten und der Paritäten - der Datenbestand wieder hergestellt werden. RAID 5 Hier werden sowohl die Daten wie auch die Paritäten auf alle Disks verteilt; § Beim Ausfall einer Platte kann diese, so hot pluggable während dem Serverbetrieb, ausgewechselt werden § Die Datenbestände werden online nachgeführt

Hardware und Netzwerktechnik Massenspeicher § Optische Speicherung Ein halbdurchlässiger Spiegel lenkt den Lichtstrahl auf eine Fotodiode, die ein lichtstärkenabhängiges Spannungssignal erzeugt.

Hardware und Netzwerktechnik Massenspeicher § Optische Speicherung Wellenlänge (nm) Strahldurchmesser (µm) CD 780 2, 1 DVD 650 1, 3 Blu-ray Disc 405 0, 6 Typ Strahl

Hardware und Netzwerktechnik Optische Speichermerkmale § CD-R/RW bis 900 MB § DVD-R/RW ab 4, 7 GB § BD-R/RW bis 54 GB

Hardware und Netzwerktechnik Massenspeicher § Flash-Speicherung § Im Gegensatz zu klassischen EEPROMs (Bits und Bytes können einzelnen gelöscht/ beschrieben werden) werden Flash-Speicher in Teilen der Gesamtkapazität gelöscht. § Der Speicher ist nicht flüchtig, Strom wird nur zum Bearbeiten benötigt. § Bits werden über elektrische Ladungen auf Transistoren gespeichert. § USB, PC-Cards, Speicherkarten für Digitalkameras

Hardware und Netzwerktechnik Weitere Speicher § Zip-Laufwerke (100 MB – 750 MB) § JAZ-Laufwerke (500 MB – 2 GB) § MO-Laufwerke § DVD-RAM

Hardware und Netzwerktechnik Magnetbänder § Data Catridge § DDS 2/3 § Bei Großrechner

Hardware und Netzwerktechnik Grafikkarten § Grafikkarten sind Subsysteme, die Daten so aufbereiten, dass sie über den Bildschirm angezeigt werden können. Aufbau: Anschlüsse:

Hardware und Netzwerktechnik Monitore § Wichtige Darstellungsparameter sind: § Auflösung (Pixel/ Breite x Höhe) § Seitenverhältnis z. B 4: 3 § Bildschirmdiagonale z. B 21‘

Hardware und Netzwerktechnik Monitore - Funktionsprinzip Elektronen aus der Kathode werden auf einen mit Phosphor beschichteten Bildschirm gelenkt.

Hardware und Netzwerktechnik Darstellungsparameter von Röhrenmonitoren § Bildwiederholungsfrequenz, z. B 72 Hz als Minimum, 100 Hz oder 120 Hz § Zeilenfrequenz: Anzahl der Zeilen die pro Sekunde geschrieben werden.

Hardware und Netzwerktechnik Weitere Bildschirmmerkmale § Helligkeit § Pixelgeschwindigkeit § Blickwinkel § Pixelfehlerklasse § Strahlung, Ergonomie, Umweltfreundlich § Eigene Grafikkarte mit Prozessor und 3 D § Anschlüsse: VGA / HDMI / DP

Hardware und Netzwerktechnik LCD-Bildschirm § Hintergrundlicht wird unterschiedlich gefiltert § Flüssige Kristalle beeinflussen die Polarisationsrichtung von Licht, wenn eine Spannung angelegt wird Pixel mit Farbfilter:

Hardware und Netzwerktechnik Plasmabildschirme § Pixel leuchten beim Plasmabildschirm selbst § Brauchen mehr Energie als LCD-Bildschirme Gasentladungsstrecke mit grünen, blauen, oder roten Phosphor.

Hardware und Netzwerktechnik Projektoren § Beamer § Elektronenstrahlenröhre strahlt durch Farbfilter § LCD-Projektoren § Funktionieren wie Dia-Projektoren mit Flüssigkristallelementen in 3 Farben § Laser-Projektoren § DLP-Projektoren: Kleine Spiegel können mikromechanisch gekippt werden.

Hardware und Netzwerktechnik Drucker § Bringt Zeichen und Bilder zu Papier § Tintenstrahldrucker § Drop on Demand: Tintentröpfchen werden aus einer Düse ausgestoßen § Nadeldrucker § Laserdrucker, bedruckt Papier seitenweise: 1. Trommel wird aufgeladen 2. Neutralisation durch Laser 3. Geladene Partikel werden von neutralen Stellen angezogen 4. Übertragung auf eine Papierseite 5. Beheizte Walzen fixieren die Partikel

Hardware und Netzwerktechnik Druckermerkmale § Schriftqualität § Druckgeschwindigkeit § Farbe § Multifunktionalität § Anschlussmöglichkeit § e-print

Hardware und Netzwerktechnik Eingabegeräte § Mäuse (Trackball, Funk, Mini, Zusatztasten) § Tastatur (Nummernblock, Funk) § Scanner (Flach, Barcode, Multifunktion) § Webcam §?

Hardware und Netzwerktechnik Ausgabegeräte § Plotter § Beamer §?

Hardware und Netzwerktechnik Weitere Peripheriegeräte § Modem § ext. Speicher § Erweiterungskarten §?

Hardware und Netzwerktechnik Eingabegeräte § Mäuse (Trackball, Funk, Mini, Zusatztasten) § Tastatur (Nummernblock, Funk) § Scanner (Flach, Barcode, Multifunktion) § Webcam § Grafiktablett § Touchpad § Mikrofon § Brailzeile § Kartenleser – Biometrie für Zutritt

Hardware und Netzwerktechnik Ausgabegeräte § Plotter § Beamer § Lautsprecher

Hardware und Netzwerktechnik Weitere Peripheriegeräte § Modem § ext. Speicher § Erweiterungskarten § Router § ISDN-Karte

Hardware und Netzwerktechnik Quellen § http: //www. computerlexikon. com/ § https: //de. wikipedia. org/wiki/ATAPI § http: //www. diffen. com/difference/IDE_vs_SATA