6. Busse und Schnittstellen

Kapitel 2 – Hardware
Aufbau von Computersystemen
1
Kapitel 2 – Hardware
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Einleitung
Mikroprozessor
Arbeitsspeicher, RAM
Festwertspeicher, ROM
BIOS
Busse und Schnittstellen
Peripherie
2
1. Einleitung
EVA-Prinzip
Computer arbeiten nach dem EVA-Prinzip
(Eingabe, Verarbeitung und Ausgabe).
• Durch Eingabeeinheiten gelangen
Daten in den Computer
• Die Verarbeitung der Daten
geschieht in der Zentraleinheit
• Die Ausgabe erfolgt über Ausgabegeräte
Das EVA-Prinzip lässt sich durch die gesamte
Geschichte der Computertechnik verfolgen.
3
1. Einleitung
Von-Neumann-Rechnermodell:
John von Neumann beschrieb 1945 das Konzept eines universellen
Rechners, d. h. eines Rechners, dessen Struktur unabhängig vom
bearbeiteten Problem ist. Der Rechner besteht aus 4 Werken, die bis
heute in Computern verwendet werden:
Rechenwerk:
 Führt arithmetrsche und logische Operationen durch.
Steuerwerk:
 Interpretiert Programme und steuert deren Abfolge.
Arbeitsspeicher (auch Hauptspeicher genannt):
 Speichert Programme und Daten, welche für das Rechenund Steuerwerk zugänglich sind.
 Ist in Zellen gleicher Größe geteilt, die durch fortlaufende
Nummern („Adressen“) bezeichnet werden.
Ein/Ausgabewerk:
 Steuert Ein- und Ausgabe von Daten.
 Kommuniziert mit Anwender und Peripheriegeräten.
4
1. Einleitung
Adressbus
CPU
Adresswerk
Speicher
Peripherie
Adresse
Befehl/
Daten
Leitwerk
Rechenwerk
1000
1001
1002
1003
123
22
13
110
.
.
.
99
100
0
Befehlszähler
Register R1
Statusregister
Register R2
Ausführungseinheit
:
Register Rn
65533
65534
65535
Decodierung
Befehlsregister
ALU
Steuerleitungen
Datenbus
5
1. Einleitung
Quelle:
Wikimedia Commons
Autor:
Fir0002/Flagstaffotos
Lizenz:
GNU FDL 1.2
6
Kapitel 2 – Hardware
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Einleitung
Mikroprozessor
Arbeitsspeicher, RAM
Festwertspeicher, ROM
BIOS
Busse und Schnittstellen
Peripherie
7
2. Mikroprozessor
Quelle:
Wikimedia Commons
Autor:
Dyl
Lizenz:
GNU FDL 1.2
8
2. Mikroprozessor
Der Mikroprozessor ist ein integrierter elektronischer
Schaltkreis mit hoher Integrationsdichte.
Komponenten eines Mikroprozessors:
• ALU (Arithmetic Logical Unit): Rechenwerk
• Steuerwerk: Kontrolliert u. a. Ausführung des Programmcodes
• Register: Prozessorinterne Speicherplätze, die binäre Daten
bestimmter Länge (z. B. 32 oder 64 Bit) aufnehmen können;
Typische Prozessoren verfügen über 32 oder mehr Register
• Befehlstabelle (Instruction Table): Decodiert die auszuführenden
Maschinenbefehle eines Programms
• Busse (Adress- und Datenleitungen): Verbindung zu anderen
Komponenten des Rechners
9
2. Mikroprozessor
Adressbus
Innere Struktur
der CPU (Central
Processing Unit)
Datenbus
10
2. Mikroprozessor
Registertypen
• Arbeitsregister: Nur mit Daten in den Arbeitsregistern können direkte
logische Operationen durchgeführt werden. Die Länge des Registers
legt die größte Zahl fest, die der Prozessor in einem einzelnen Schritt
verarbeiten kann. 32-Bit Prozessoren können als größte ganze Zahl
232 = 4.294.967.296 verarbeiten.
• Befehlszähler (Instruction Pointer): Beinhaltet die Adresse des
nächsten auszuführenden Befehls. Die Länge des Registers legt die
max. Größe des adressierbaren Arbeitsspeichers fest. Mit 32 Bit kann
Arbeitsspeicher von 232 = 4GB (Gigabyte) angesprochen werden.
• Befehlsregister: Beinhaltet den aktuellen Maschinenbefehl.
Je kleiner die Registerlänge eines Prozessors ist, um so kostengünstiger
kann er einerseits hergestellt werden, andererseits ist die Leistungsfähigkeit geringer.
11
2. Mikroprozessor
Leistungsmerkmale von Prozessoren
• Registerlänge: Anzahl der Bits in den Registern des Prozessors
(teilweise bei Daten- und Adressregistern unterschiedlich).
• Taktfrequenz (Clock Rate): Bestimmt die Geschwindigkeit des
Prozessors, ist ein Vielfaches des Mainboard-Grundtaktes. Die
Taktfrequenz ist nicht das Maß aller Dinge. Wichtig ist auch Anzahl
der für die Ausführung eines Befehls benötigten Taktzyklen!
• Cache-Speicher (in der Grafik nicht dargestellt!): Sehr schneller
Zwischenspeicher zum Datenaustausch zwischen Prozessor und
Arbeitsspeicher.
Level-1-Cache (16 …128 KB): mit Prozessor auf einem Chip
Level-2-Cache (512 …1024 KB): früher separat, heute mit auf dem Chip
Level-3-Cache (8…16 MB): bei Mehrkernprozessoren mit auf dem Chip
• Benchmarks: Spezielle Software zur Leistungsbewertung. Benchmarks
dienen dazu, reale Anwendungen zu simulieren und vergleichbare
Leistungsangaben zu liefern.
MIPS = Million Instructions per Second
FLOPS = Floating Point Operations per Second
12
2. Mikroprozessor
Mehrkernprozessoren („Multicore-Prozessoren“):
Auf dem CPU-Chip ist mehr als ein Prozessorkern untergebracht, wobei
jeder Kern mit eigenen Komponenten (ALU, Steuerwerk, Registersätze)
ausgestattet ist und unabhängig von den anderen arbeitet.
Dual-Core-Prozessor: Doppelkernprozessor
Triple-Core-Prozessor: Dreikernprozessor
Quad-Core-Prozessor: Vierkernprozessor
Six-Core-Prozessor: Sechskernprozessor
Mit einem Mehrkernprozessor kann theoretisch eine um die Zahl der
Kerne vervielfachte Rechenleistung erzielt werden, was in der Praxis
allerdings nicht der Fall ist.
Die tatsächlich erreichbare Rechenleistung hängt von den ausgeführten
Programmen und auch vom verwendeten Betriebssystem ab.
Linux und MS Windows (ab XP) unterstützen Mehrkernprozessoren.
13
Kapitel 2 – Hardware
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Einleitung
Mikroprozessor
Arbeitsspeicher, RAM
Festwertspeicher, ROM
BIOS
Busse und Schnittstellen
Peripherie
14
3. Arbeitsspeicher, RAM
Quelle: Wikimedia Commons / Autor: Kurtis Bickhaus / Lizenz: Creative Commons Attribution 3.0 Unported
15
3. Arbeitsspeicher, RAM
Arbeitsspeicher, RAM (Random Access Memory) =
Speicher mit wahlfreiem Zugriff
• Der Arbeitsspeicher wird zur Speicherung der aktuell laufenden
Programme verwendet, die gerade ausgeführt werden, und
der von ihnen verwendeten Daten. Der Prozessor hat einen
direkten, adressbezogenen Zugriff auf einzelne Speicherzellen
des Arbeitsspeichers, sowohl um Befehle zu lesen als auch um
Daten zu lesen oder zu verändern bzw. schreiben.
• Jede Speicherzelle im Arbeitsspeicher ist 1 Byte groß ist und
besitzt eine eigene Adresse. Auf jedes einzelne Byte des
Speichers kann direkt zugegriffen werden.
• Der Inhalt des RAM-Speichers ist „flüchtig“. Beim Abschalten
des Rechners gehen alle Daten im Arbeitsspeicher verloren.
16
3. Arbeitsspeicher, RAM
Arten von RAM-Halbleiterbauelementen:
• SRAM (Static RAM): Sehr schnell, vergleichsweise teuer, wird für
Prozessor-Register und Cache-Speicher verwendet.
• DRAM (Dynamic RAM): Langsamer als SRAM aber kostengünstig,
Inhalt muss regelmäßig „aufgefrischt“ werden (Refresh), DRAM wird in
der Regel für Arbeitsspeicher eingesetzt.
Dual Inline Memory Module (DIMM):
• Der Arbeitsspeicher besteht aus kleinen, rechteckigen Platinen mit
mehreren RAM-Chips (zumeist 8 baugleiche DRAMs), die in den auf
dem Mainboard vorhandenen Slot senkrecht eingesteckt werden.
• SD-RAM (Synchronous Dynamic RAM): Schreiben und Lesen von
Speicherzellen mit der Taktfrequenz des Mainboards (Achtung: nicht
mit der internen Taktfrequenz des Prozessors!)
• DDR-, DDR2-, DDR3-SDRAM (Double Data Rate RAM): Höhere
Datenrate im Vergleich zu SD-RAM
Für die Leistungsfähigkeit eines Rechners ist die Größe des
Arbeitsspeichers wichtiger als die Technologie der Speicherbausteine!
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Kapitel 2 – Hardware
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Einleitung
Mikroprozessor
Arbeitsspeicher, RAM
Festwertspeicher, ROM
BIOS
Busse und Schnittstellen
Peripherie
18
4. Festwertspeicher, ROM
Festwertspeicher, ROM (Read Only Memory) =
Speicher, der nur gelesen werden kann
ROM-Speicher dient zur persistenten Speicherung von Informationen („nicht flüchtig“), die nicht auf der Festplatte abgelegt
werden können, z. B. von Programmen, die beim Einschalten des
Rechners abgearbeitet werden (BIOS). ROM benötigt keine permanente Versorgungsspannung:
• ROM: Mit fest eingebrannten, nicht veränderbaren Daten.
• EPROM (Erasable Programmable ROM): Mit Programmiergerät
beschreibbar und mit UV-Licht wieder löschbar.
• Flash-EEPROM (Electrically Erasable Programmable ROM):
Weiterentwicklung des EPROM, bereits programmierte Speicherbereiche lassen sich elektronisch löschen und neu beschreiben
(wird auch in USB-Sticks, Speicherkarten eingesetzt).
19
4. Festwertspeicher, ROM
Quelle:
Wikimedia Commons
Autor:
Nrbelex
Lizenz:
GNU FDL 1.2
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Kapitel 2 – Hardware
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Einleitung
Mikroprozessor
Arbeitsspeicher, RAM
Festwertspeicher, ROM
BIOS
Busse und Schnittstellen
Peripherie
21
5. BIOS
BIOS (Basic Input/Output System)
• Das BIOS ist die Software, die unmittelbar nach dem Einschalten
des Rechners automatisch ausgeführt wird. Das BIOS ist im
ROM des Rechners abgelegt und bleibt daher auch nach dem
Abschalten des Rechners erhalten.
• Das BIOS ist heute oft auf Flash-EEPROM-Bausteinen abgelegt.
Für Konfigurationsdaten („BIOS-Setup“) und Uhrzeit/Datum steht
ein kleiner batteriegepufferter RAM-Baustein zur Verfügung.
Quelle:
Wikimedia Commons
Autor:
Appaloosa
Lizenz:
GNU FDL 1.2
22
5. BIOS
Folgende Programmsequenz wird beim Hochfahren des
Rechners („Booten“) durchlaufen:
• POST (Power-On Self Test): Test der wichtigen Hardwarekomponenten wie Grafikkarte, RAM, Tastatur usw. mit dazugehöriger
Kontrollmeldung.
• Initialisierung verschiedener Hardwarekomponenten: Bestimmte
Hardwarekomponenten wie Grafikcontroller, Plattencontroller,
Netzwerkadapter usw. werden initialisiert.
• Laden des Betriebssystems: Das BIOS stellt fest, wo das eigentliche
Betriebssystem des Rechners abgelegt ist (Festplatte, CD-ROM,
Netzwerk). Das Betriebssystem wird in den Arbeitsspeicher geladen
und gestartet. Damit ist die Arbeit des BIOS beendet.
• BIOS-Setup: Das BIOS kann konfiguriert werden. Es kann festgelegt
werden, von welchem Datenträger das Betriebssystem eingelesen
werden soll. Weitere Einstellungen betreffen die (De-)Aktivierung
verschiedener auf der Hauptplatine vorhandener Komponenten.
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Kapitel 2 – Hardware
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Einleitung
Mikroprozessor
Arbeitsspeicher, RAM
Festwertspeicher, ROM
BIOS
Busse und Schnittstellen
Peripherie
24
6. Busse und Schnittstellen
Adressbus
CPU
Adresswerk
Speicher
Peripherie
Adresse
Befehl/
Daten
Leitwerk
Rechenwerk
1000
1001
1002
1003
123
22
13
110
.
.
.
99
100
0
Befehlszähler
Register R1
Statusregister
Register R2
Ausführungseinheit
:
Register Rn
65533
65534
65535
Decodierung
Befehlsregister
ALU
Steuerleitungen
Datenbus
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6. Busse und Schnittstellen
Busse und Schnittstellen werden sowohl zur Kommunikation
zwischen den einzelnen Bestandteilen des Mainboards als auch
zum Anschluss aller Arten von Peripheriegeräten benötigt.
Busse
Aus Geschwindigkeitsgründen werden auf dem internen Bussystem
mehrere Bits parallel übertragen. Die Anzahl der parallel übertragenen Bits (Busleitungen) korreliert mit der Registerlänge im Prozessor:
• Datenbus: Bidirektionale Übertragung von Daten zwischen den
Einheiten. Breite des Datenbusses entspricht der Größe der
Arbeitsregister im Prozessor.
• Adressbus: Unidirektionale Übermittlung von Adressen zum
Speicher (oder zu Ein/Ausgabeeinheiten).
• Steuerleitungen („Steuerbus“): Koordination der Zugriffe auf
Daten- und Adressbus (Bus reservieren, freigeben usw.)
26
6. Busse und Schnittstellen
Schnittstellen für Steckkarten auf der Hauptplatine
• PCI (Peripheral Component Interface): Standardsteckplatz für
Erweiterungskarten in PCs („PCI-Slots“) mit Taktfrequenz von
33MHz und einer Busbreite von 32 Bit. Die maximale Datenübertragungsrate beträgt 133 MB/s.
• AGP (Accelerated Graphics Port): Spezieller Steckplatz für
Grafikkarten mit einer Datenübertragungsrate bis zu 2GB/s
(AGP 8x).
• PCI-Express (PCIe oder PCI-E): maximale Datenübertragungsrate
je nach Version von 250, 500 oder 985 MByte/s pro Übertragungskanal („Lane“). Bis zu 32 Lanes können gekoppelt werden. PCIe ist
Nachfolger von PCI und AGP (aktuell ist Version 3.0, Stand: 2012).
• ExpressCard: Erweiterungs-Steckplatz bei Notebooks,
beinhaltet PCIe- und USB-Leitungen. Aktuell ist Version 2.0
(mit PCIe 2.0 und USB 3.0, Stand: 2012)
27
6. Busse und Schnittstellen
Anschlüsse für Festplatten, CD-, DVD-Laufwerke
• IDE, EIDE (Enhanced Integrated Device Electronics): Anschluss von
bis zu zwei Laufwerken pro Schnittstelle bei üblicherweise zwei Schnittstellen auf dem Mainboard. Es werden Datenraten bis zu 133 MB/s
erreicht. Die Ablauf der Datenübertragung ist im ATA-Standard definiert
(Advanced Technology Attachment).
• SATA (Serial ATA): Aktueller Schnittstellenstandard zum Anschluss von
Festplatten und anderen Laufwerken.
Die Datenübertragungsrate beträgt bis
zu 600 MB/s (Serial ATA Revision 3.0).
Quelle:
Wikimedia Commons
Autor:
Rudra
Lizenz:
GNU FDL 1.2
28
6. Busse und Schnittstellen
Anschlüsse für externe Peripheriegeräte
USB und FireWire sind serielle Schnittstellen, bei denen keine
aufwendige Konfiguration notwendig ist. Die Schnittstellen unterstützen
das sog. „Hot-Plugging“, mit dem es möglich ist, Geräte im laufenden
Betrieb anzuschließen und wieder zu entfernen.
•USB (Universal Serial Bus): Serielle Datenübertragung
 Datenübertragung mit 1,5 Mbit/s, 12 Mbit/s oder mit 480 Mbit/s;
USB-3.0-Standard hat SuperSpeed-Modus mit 4000 Mbit/s
 An die USB-Anschlüsse eines Rechners können insgesamt
127 Geräte angeschlossen werden (mittels „USB-Hub“).
 Über den USB-Anschluss können angeschlossene Geräte mit
Energie versorgt werden (Spannung 5V, Strom bis 500 mA).
•IEEE-1394-Schnittstelle (FireWire): Serielle Datenübertragung




Datenübertragungsrate bis zu 100 MB/s (FireWire 800).
Aktuell: Einführung von S3200 mit 3,2 Gbit/s über S800-Kabel
Bis zu 63 Geräte pro FireWire-Anschluss.
Einsatz z. B. bei Bildverarbeitung (Videokameras usw.)
29
6. Busse und Schnittstellen
Serielle und parallele Datenübertragung
Bei den unterschiedlichen Schnittstellen und Anschlusssystemen ist
grundsätzlich zwischen paralleler und serieller Datenübertragung zu
unterscheiden.
• Bei der parallelen Datenübertragung werden mehrere Datenbits
gleichzeitig auf nebeneinander liegenden Leitungen übertragen,
zum Beispiel 8, 16, 32 oder 64 Bits.
• Bei der seriellen Datenübertragung werden alle Datenbits
nacheinander übertragen
Da eine serielle Datenübertragung einfacher aufzubauen und bei
größeren Entfernungen auch weniger störanfällig als die parallele
Datenübertragung ist (Frage: Warum...?), gewinnt die serielle
Datenübertragung immer mehr Oberhand gegenüber der parallelen.
30
6. Busse und Schnittstellen
Drahtlose Schnittstellen
Um „Kabelsalat“ bei den vielen an einen Rechner angeschlossenen
Peripheriegeräten zu vermeiden, werden zunehmend drahtlose
Schnittstellen eingesetzt. Die Übertragung der Daten erfolgt mittels
elektromagnetischer Wellen.
• Infrarot-Anschlüsse: Infrarotlicht (Wellenlänge 850 bis 900 nm)
 Sender und Empfänger müssen aufeinander ausgerichtet sein.
 Es dürfen keine optischen Hindernisse auf dem Weg zum
Empfänger vorhanden sein.
 Max. Distanz ca. 1 Meter bei IrDA (Infrared Data Association)
 Übertragungsrate: bis zu 0,5 MB/s (IrDA/FIR).
• Funk-Anschlüsse (Bluetooth): Kurzstreckenfunkstandard
 Senden im lizenzfreien Frequenzbereich von 2,4GHz
 Max. Übertragungsdistanz ca. 10 Meter
 Übertragungsrate: 0,2 MB/s bei Bluetooth 2.0 + EDR
 Aktuell: Einführung von BT 3.0 + HS, ca. 10-fache Übertr.-Rate
 Preiswerte, energiesparende Funkverbindung für kurze Distanzen
31
Kapitel 2 – Hardware
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Einleitung
Mikroprozessor
Arbeitsspeicher, RAM
Festwertspeicher, ROM
BIOS
Busse und Schnittstellen
Peripherie
32
7. Peripherie
Zur Peripherie zählen die am Rechner angeschlossenen Geräte:
• Eingabe-, Ausgabe- oder gleichzeitig Ein- und Ausgabegeräte
• Geräte, die zur Speicherung von Daten dienen, werden auch als
Massenspeicher bezeichnet.
33
Peripherie
7.1. Massenspeicher
7.2. Eingabegeräte
7.3. Ausgabegeräte
34
7.1. Massenspeicher
Massenspeicher sind Geräte zur Speicherung großer
Datenmengen. Man unterscheidet magnetische und
optische Massenspeicher sowie Massenspeicher auf
Basis von Halbleiterbauelementen
Magnetische Massenspeicher:
•Einzelne Bits werden durch magnetische Bereiche gegensätzlicher
magnetischer Polarität dargestellt. Hierzu gehören: Festplatten,
Diskettenlaufwerk, ZIP-Laufwerk, Streamer (Bandlaufwerk).
•Festplatten (auch HDD, „Hard Disk Drive“) bestehen aus rotierenden runden Scheiben mit beweglichen Schreib-/Leseköpfen.
Laufwerk und Datenträger stellen eine untrennbare Einheit dar.
Die Größe heutiger Festplatten liegt bei mehreren Terrabyte.
35
7.1. Massenspeicher
Geöffnete Festplatte mit Schreib-/Leseköpfen
Quelle:
Wikimedia Commons
Autor:
Matthew Field
Lizenz:
GNU FDL 1.2
36
7.1. Massenspeicher
Optische Massenspeicher:
Hier werden Daten auf einer reflektierenden Metallfläche gespeichert,
die von einem Laserstrahl abgetastet wird. Die Bits werden durch kleine
Vertiefungen in der Reflexionsschicht des Speichermediums („Pits“) und
unveränderte Stellen („Land“) dargestellt, deren Wert durch das unterschiedliche Reflexionsverhalten erkannt wird.
Hierzu gehören CDs und DVDs, die jeweils in nur lesbarer, einmal
beschreibbarer und mehrfach beschreibbarer Form erhältlich sind.
Compact Disc (CD):
• Sie wird zur Speicherung von
Programmen und Daten aller Art
eingesetzt.
• Speicherkapazität 650…800 MB
(je nach Typ des Rohlings)
Quelle: Wikipedia
37
7.1. Massenspeicher
Digital Versatile Disc (DVD):
• Speicherkapazität 4,7 GB (8,5 GB
bei Double/Dual Layer DVD)
• DVD-Laufwerke können auch CDs
abspielen
• DVD-ROMs ersetzen beim Verkauf
von Software zunehmend CD-ROMs
Blu-ray (25 GB, single-layer)
Quelle: Wikipedia
Massenspeicher auf Basis von Halbleiterbauelementen:
• Flash-EEPROMs werden zunehmend nicht nur als ROM-Speicher (zum
Beispiel für das BIOS) eingesetzt, sondern auch als Massenspeicher.
• USB-Sticks haben in kürzester Zeit die „klassischen“ Disketten ersetzt.
Heutige PCs besitzen gar kein Diskettenlaufwerk mehr.
• Inzwischen sind die ersten PCs mit „Festplatten“ auf Basis von FlashEEPROMs auf dem Markt erhältlich.
• Nachteil der Flash-Technik: Die Speicherzellen „altern“; die max. Zahl
der Schreibvorgänge liegt bei ca. 10.000 - 1 Million.
38
7.1. Massenspeicher
39
Peripherie
7.1. Massenspeicher
7.2. Eingabegeräte
7.3. Ausgabegeräte
40
7.2. Eingabegeräte
Geräte zur Eingabe von Daten
(Massenspeicher können gleichzeitig Eingabe- und Ausgabegeräte sein!)
•
Tastatur und Maus: Wichtigste, allgemein bekannte Eingabegeräte
•
Scanner: Ein Scanner tastet Bild- und Textvorlagen ab und wandelt
sie in digitale Daten um.
 Flachbettscanner: Scannen erfolgt zeilenweise, Auflösung bis 2400
Bildpunkte pro Zoll (dpi = dots per inch).
 Trommelscanner: Auflösung bis zu 12000 dpi, sehr teure Geräte
 Handscanner: manuelle Scanbewegung, sehr ungenau
 Dokumentenscanner: schnelle Digitalisierung großer
Dokumentenmengen, 25 bis 500 DIN-A4-Seiten pro Minute.
•
Digitalkamera: Kamera, die statt eines Films einen CCD-Sensor
(Charge Coupled Device) und eine Speicherkarte besitzt.
 Die Bildauflösung wird in Megapixeln angegeben
 Man unterscheidet Kompaktkameras mit fest eingebautem Objektiv
und Spiegelreflexkameras (DSLR, Digital Single Lens Reflex) mit
Wechselobjektiven.
41
7.2. Eingabegeräte
Trommelscanner (Landesvermessungsamt Rheinland Pfalz)
Quelle:
Wikimedia Commons
Autor:
Stefan Kühn
Lizenz:
GNU FDL 1.2
42
Peripherie
7.1. Massenspeicher
7.2. Eingabegeräte
7.3. Ausgabegeräte
43
7.3. Ausgabegeräte
Typische Ausgabegeräte sind Grafikkarten/Monitore,
Drucker aber zum Beispiel auch Roboter
Grafikkarte:
• Aufgabe der Grafikkarte ist es, das Bild zu erzeugen, das auf dem
Bildschirm ausgegeben wird. Dazu besitzt die Grafikkarte einen
eigenen Mikroprozessor zur Berechnung und einen eigenen
Arbeitsspeicher (RAM) zur Speicherung des Bildschirmbilds.
• VGA: 1987 auf den Markt gebracht, Vorgänger aller modernen PCGrafikkarten, 256 KB RAM, 640 x 480 Bildpunkte bei 16 Farben.
• Heute: Grafikkarten mit 1 bis 2 GB RAM (nicht nur für Bilddaten
sondern – vor allem – zur schnellen Berechnung aufwendiger 3DDarstellungen), Auflösungen von mindestens 2560 x 1440 Punkten bei
einer Farbtiefe von 24 – 32 Bit (224 = 16.777.216 darstellbare Farben).
• Grafikkarten belegen üblicherweise einen PCI-, AGP- oder PCIExpress-Steckplatz auf dem Mainboard oder sie sind Bestandteil des
Mainboards (Onboard-Grafikprozessor, teilweise ohne eigenes RAM).
44
7.3. Ausgabegeräte
Monitor:
• Es sind zwei Grundtypen zu unterscheiden,
Röhrenmonitore (CRT, Cathode Ray Tube)
und Flüssigkristallmonitore (LCD, Liquid
Crystal Display).
• Vorteile der LCD-Technik:
 Geringer Platzbedarf.
Quelle:
Wikipedia
 Geringe Strahlenbelastung, keine Röntgenstrahlung.
 Kein Flimmern: Jeder Bildpunkt leuchtet so lange gleichmäßig in
seiner Farbe, bis er geändert wird.
Beamer:
• LCD-Projektoren funktionieren wie Diaprojektoren. Anstelle des Dias
werden 3 Flüssigkristallelemente durchleuchtet – für jede Farbe eines.
Statt herkömmlicher Lampen sind inzwischen auch LEDs möglich.
• DLP-Projektoren (Digital Light Processing) verwenden winzige
bewegliche Spiegel – für jeden Bildpunkt ein eigener Spiegel.
45
7.3. Ausgabegeräte
Drucker:
Die heute verwendeten Drucker arbeiten ohne Farbband. Man bezeichnet sie allgemein auch als Matrixdrucker, da die gedruckten Buchstaben
und Bilder aus einer „Matrix“ vieler einzelner Bildpunkten aufgebaut sind.
• Tintenstrahldrucker (Inkjet): Durch eine Matrix von feinen Düsen
werden winzige Tintentropfen je nach zu druckendem Zeichen auf das
Papier gespritzt. Die Drucker sind zumeist mit einer Tintenkartusche für
Schwarz und einer für die drei anderen Druckfarben Cyan, Magenta
und Gelb ausgestattet.
• Laserdrucker: Eine rotierende Bildtrommel wird an ihrer Oberfläche
elektrisch aufgeladen und mit einem Laserstrahl belichtet. An den
belichteten Positionen verliert die Trommel ihre el. Ladung. An diesen
Stellen wird Tonerpulver aufgetragen und anschließend auf das zu
bedruckende Papier übertragen. (Bei einem Farblaserdrucker
geschieht dies nacheinander mit schwarzem, gelben, magenta- und
cyanfarbigem Toner.) Bei hoher Temperatur wird das Bild fixiert.
46
7.3. Ausgabegeräte
Roboter (sind streng genommen keine reinen Ausgabegeräte…)
Quelle:
Wikimedia Commons
Autor:
Manfred Werner
Lizenz:
GNU FDL 1.2
Quelle: Wikipedia
47