Herzlich Willkommen zur Informatik I Prozessor (CPU)

Herzlich Willkommen
zur Informatik I
Ziel: Computerwerbung verstehen und
kritisch beurteilen können
Processor
Display
Grafikkarte
Laufwerk
Festplatte
Speicher
Themen heute:
Elemente der
Rechnerarchitektur
Hardware
Pause
Betriebssysteme
Kapitel 1.6, 1.7 sind
Prüfungsstoff.
Quelle: http://www.notebookinfo.de/
Informatik I (D-BAUG) , Lehrauftrag über D-INFK, [email protected]
Prozessor (CPU)
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Die nähere Umgebung der CPU:
Motherboard
• Kernstück des Computers: Verarbeitet Daten.
CPU = Central Processing Unit
• 2 Komponenten:
ALU = Arithmetic Logical Unit, Recheneinheit
Register zum Zwischenspeichern der Operanden und Resultate
• CPU bearbeitet Befehle, wie z.B.
LOAD, STORE, ADD, SUB, MUL,
DIV, NOT, MOVE, etc.
-> AssemblerProgrammierung
CPU mit
Ventilator zum
Kühlen
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• Platine auf welcher alle „internen“ Komponenten
untergebracht sind:
CPU
Speicher-Bausteine
Controller
Steckplätze (Slots) für Grafikkarte Netzwerkkarte
etc.
• Alle Komponenten müssen aufeinander abgestimmt sein.
Auf Motherboard passt alles zusammen. Bastler können
Grafikkarten, Disks, Laufwerke etc. nach Belieben
einbauen.
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1
Die Komponenten eines Computers
Motherboard
Monitoranschluss
Netzwerkanschluss
CPU
(mit ALU
und Registern)
Grafikkarte
Netzwerkkarte
Controller
z.B. PCI
Cache
(schneller
Speicherzugriff)
FestplattenLaufwerk
USBanschluss
Schnittstellen
USB, etc.
Display
• Bildschirm: Grösse wird in Bilddiagonalen in Zoll angegeben, z.B.
17‘‘ entspricht 42.5 cm.
• Bild aus vielen Einzelpunkten erzeugt, den so genannten Pixel
(Picture Element)
• Auflösung: Anzahl Punkte pro Fläche
4-5 Mal grössere Auflösung als Fernseher
• 3 Transistoren pro Bildpunkt (RGB), TFT-Technik (thin film
transistor) bei Flüssigkristallbildschirmen
Arbeitsspeicher
Memory
• TFT-Bildschirme sind flimmerfrei
Bus
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Grafikkarte
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Laufwerke (optische)
• „kleiner Computer“ allein für die Aufbereitung der Grafik.
• Killer-Applikation sind Computerspiele
• sehr leistungsfähig
• Leistungsfähigkeit der Grafikkarte muss dem Bildschirm
entsprechen
Grafikkarte
Bildschirmanschluss
• CD-ROM (read only memory), erste optische Laufwerke.
• Kenngrösse: Datenübertragungsrate im Vergleich zum CD-ROM,
z.B. 48-fach
• Konkurrierende DVD-Standards: DVD-R, DVD+R, DVD-RW
R: einmal beschreibbar (read)
RW: mehrfach beschreibbar (read-write)
• Oft für Archivierung von Fotos und Daten verwendet.
Aber: Meinungen über Haltbarkeit gehen auseinander, 80 Jahre
bei optimalen Bedingungen? 25 Jahre unter „normalen“
Umständen?
Quelle: http://www.fl-electronic.de/cd-recording/cd-haltbarkeit.html
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2
Speicher
(Random Access Memory RAM)
Festplatte
• permanenter Speicher
• extrem leichter Schreib-Lesekopf schwebt auf Luftkissen über der
Platte -> luftdichtes Gehäuse mit Edelgas gefüllt.
• Keine starken Erschütterungen während Betrieb. Sonst
Plattencrash.
• Mechanik zum Steuern der Schreib-Leseköpfe, Controller in
Festplatte integriert
• Auch Hauptspeicher oder Arbeitsspeicher
genannt.
• Keine permanente Speicherung (volatil)
• Inhalt ändert sich ständig. Permanentes
Auffrischen nötig (alle 15 μs)
• Speicherchips als Module SIMM/DIMM (single /
dual inline memory module)
• Zwei Arten von Chips: DRAM und SRAM
(schnell DRAM, schneller SDRAM, am schnellsten
SRAM)
Grafik dankend erhalten aus einer Vorlesung von Sandro Bischof, WSL.
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Speicherhierarchie
Speicherhierarchien
• Arbeitsspeicher (oft DRAM)
• Kleiner Teil davon in schnellerem Speicher (oft SRAM),
dem so genannten Cache.
Festplatte
sehr gross,
langsam,
permanent
Arbeistsspeicher
klein,
schnell,
volatil
Cache
CPU
(Register)
sehr klein,
sehr schnell,
volatil
permanent
volatil
1 – 10 ns
Register
10 – 100 ns
Chche
100 – 1000 ns
Hauptspeicher
Zugriffslücke
105
10 ms
Plattenspeicher
Sekunden – Minuten
Archivspeicher
Folie dankend erhalten aus einer Vorlesung von Sandro Bischof, WSL.
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3
Akku‘s (Rückrufaktionen)
PAUSE
Dell Rückrufaktion Akku Rückruf von
Notebooks
Dell Rückrufaktion Akku Rückruf
Dell hat seinen Rückruf vom 16.12.2005 nun erweitert, und
ruft fast 4 Millionen Akkus wegen möglicher Überhitzung und
Brandgefahr zurück.
Notebook Akku Rückrufaktion von Sony
Sony Corporation wird die freiwilligen Rückrufaktionen unterstützen,
die heute von diversen PC-Herstellern angekündigt wurden. Davon
betroffen sind weltweit rund 100.000 Akkus für Notebooks.
Quelle: http://www.maexchen1.de/
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Hardware und Software
• Hardware „alles materielle“
• Software „alles, was einen sinnvollen Betrieb des
Computers möglich macht“
– Betriebssystem: Ansteuerung der Hardware, Datei-,
Prozess- und Speicherverwaltung, Werkzeuge. Vieles
läuft im Hintergrund.
– Graphische Benutzeroberfläche: (Windowsystem)
– Anwendungsprogramme: Textverarbeitung,
Datenbanken, Mathematiksoftware, Spiele, etc.
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http://www.computerbase.de/news/hardware/komplettsyste
me/notebooks/2006/november/brennender_notebookakku_video/
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Schichten von Software
• Hardware direkt programmieren: Speicherinhalt in
Register laden, Rechenoperationen ausführen, etc.
Assembler-Programmierung, Performance.
• Betriebssystem: Verwaltet die Ressourcen, z.B. welches
Programm darf wie viel Speicher belegen,
Tastatureingaben einlesen, etc.
• Anwendungsprogramme: Benutzerfreundlichkeit, z.B.
Briefe schreiben, Fotos bearbeiten, surfen im Internet,
etc.
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4
Aufgaben des Betriebssystems
• CPU-Rechenzeit verwalten
• Hauptspeicher und Cache verwalten (was wird gerade
benötigt und soll im Cache sein? Lokalitätsprinzip!)
• Festplatten verwalten. Dateien verwalten (welche
Speichersektoren gehören zu einer Datei?)
• Externe Geräte ansteuern, z.B. Drucker
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Prozess-Verwaltung
• Ein Anwendungsprogramm besteht aus
einem oder mehreren Prozessen (sichtbar
im Taskmanager unter Windows oder mit
ps in Linux)
• Kein Teilprogramm (Prozess) darf
benachteiligt werden. Wichtige Prozesse
müsen hohe Priorität haben.
• Benutzer soll Eindruck bekommen, alle
Prozesse laufen gleichzeitig.
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Hauptspeicherverwaltung
Dateiverwaltung
• Im Hauptspeicher werden jene Daten gehalten,
mit denen der Computer gerade arbeitet. Was
nicht mehr gebraucht wird, wird auf die
Festplatte geschrieben bzw. aus dem
Hauptspeicher gelöscht.
• Lokalitätsprinzip: Es werden nicht nur die gerade
angeforderten Daten geladen, sondern auch
jene aus der „Nähe“. Basiert auf der Annahme,
dass jene Daten zusammen gebraucht werden,
die zusammen gespeichert wurden.
• Wird eine Datei auf die Festplatte geschrieben,
so muss diese physikalisch auf verschiedene
Sektoren verteilt werden.
• Das Verteilen der Datei soll so optimiert werden,
dass die Schreib-Leseköpfe sich möglichst wenig
bewegen müssen (Zugriffsgeschwindigkeit!).
• Dateisystem meist hierarchisch: Dateien werden
in Ordner zusammengefasst. In Ordnern können
Unterordner gebildet werden. Der oberste
Knotenpunkt ist der Bezeichner für die ganze
Disk, z.B. c:\
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5
Externe Geräte: Treiber
• Wenn neue Hardware angeschlossen
(eingebaut) wird, muss das
Betriebssystem lernen damit umzugehen.
• Treiber zur Ansteuerung von HardwareKomponenten
• Treiber werden meist mit Hardware
mitgeliefert (aktuellere Versionen findet
man oft im Internet).
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Einfachster Zugang zum
Betriebssystem: Kommandozeile
• auch Terminal, Shell, Kommandofenster ,
Eingabeaufforderung, DOS-Window genannt.
Windows:
dir
cd
copy
more
del
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Linux & Unix
Entwickelt von Linus Thorvalds
Open source, d.h. alle können daran weiterentwickeln.
Unix:Bedeutung:
Inhalte zeigen
ls
cd Ordner wechseln
cp Datei kopieren
type Datei anzeigen
rm Datei löschen
MacOS
MacOS: Betriebsystem für Apple Computers.
Vorerst nur für Motorola 68000-er Rechner, später auch für Intel-Rechner.
Basiert auf UNIX.
Rein grafische Benutzeroberfläche (keine Kommandozeilen)
Unix-Betriebssysteme mit vielen Dialekten:
BSD-Unix, AIX, Minix, Solaris, HP-UX
Unix System entwickelt 1970 in AT&T Bell Labs von
Ken Thompson und Dennis Ritchie für „Space Travel“ etc.
Praktisch gleichzeitig, Programmiersprache C entwickelt.
Unix ist in C geschrieben!
Steven Jobs
Gründer von Apple
Quelle: Wikipedia
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6
Microsoft Windows
Ursprünglich MS-DOS (Microsoft Operating System), erst ab
1985 mit „Fenstern“ (bei Apple abgeschaut).
Erster Erfolg mit Windows 3.0 ab 1990. Es folgen Windows NT,
Windows95, Windows98, Windows2000, Windows XP,
Windows Vista.
Vor allem clevere Marketingstrategie!
Technisch viel von Apple kopiert.
Ausblick
• Vorbesprechung Übung 2
– > in 3-er Gruppen
• Nächste Woche:
– Bits and Bytes (Informationsdarstellung)
Neue Windows-Versionen immer eng an neue Hardware
gebunden!
Warum so viele Viren für Windows?
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Selbsttest
Nenne 3 Hardwarekomponenten und deren Aufgabe.
Warum braucht es Betriebssysteme?
Was muss bei der Prozess-Verwaltung beachtet werden?
Ist ein Rechner mit vielen Prozessoren immer schneller als
einer mit nur einem Prozessor?
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