Grundlagen der Informatik. Vorlesungsmitschrift

INFORMATIONS- UND KOMMUNIKATIONSTECHNOLOGIEN

Grundlagen der Informatik
Historische Meilensteine
Einteilung
Ursprungsdisziplinen

Geschichte
Generationenmodell von Tanenbaum
1: Technologie der Vakuumröhren
2: Hin zu Transistoren
3: Vereinigung von Tr. auf einem Chip
4: Viele Transistoren
5: Unsichtbare PCs?

Vielfalt der Computer

Begriffswelt der Informatik

Zahlensysteme
Additionssysteme
Stellenwertsysteme
Bedeutung für Informatik

Bits und Bytes

Logik
Verknüpfung von Aussagen
Boolsche Algebra
Digitale Schaltungen
Schaltwerttabellen

Hardware
Komponentenüberblick
Gliederung
7 Prinzipien von Neumann
RISC und CISC Architektur
Software für Hardware

Prozessoren/CPU
Aufbau
Spezielle Register
Holen/Dekodieren des Befehls ist zu langsam – Erhöhung der Geschwindigkeit
CPU kennt zwei Modi
Designprinzipien

Speicher
Funktionsweise
Fehlerkorrekturcodes
Speichertechnologien
Hauptspeicher
Festplatte/Magnetspeicherplatte
IDE Integrated Drive Electronics
SCSI: Small Computer System Interface
RAID
Optische Medien
Magnetbänder
Digitaler Speicher

E/A-Komponenten
Bussysteme und –klassen
Peripheriegeräte

Computernetzwerke
CN besteht aus
Bedeutung - Dimensionen
Modelle
Netz-Hardware
Lokales Netzwerk LAN
WAN Fernnetz
Konkrete Netzwerke
Netz-Software
Design von Schichten
Dienste
Dienstprimitive
Beziehung Dienst/Protokoll
Referenzmodelle: ISO/OSI-Referenzmodell
Bitübertragungsschicht
Glasfaserleiter/-kabel
Sicherungsschicht
Vermittlungsschicht
Transportschicht
Sitzungsschicht
Darstellungsschicht
Anwendungsschicht

Referenzmodelle – TCP/IP

Computernetze – das Internet
Internet Protocol IP – Protokoll der Vermittlungsschicht
TCP und UDP
Protokolle auf der Anwendungsschicht

Computernetze – Bluetooth

Verteilte Systeme
Faktoren bei Erstellung und beim Betrieb eines VS

Computernetze – WWW

Software
Systemsoftware
Anwendungssoftware
Standardsoftware
Individualsoftware

Programmierung
Grundelemente von SW: Daten und Befehle
Algorithmen
Variable
Anweisungen
a) Wertzuweisung oder Frequenz
b) Sequenz
c) Verzweigung
d) Schleife
Programmiersprache

Objektorientierte Programmierung
Skriptsprachen
Prozedurale Programmierung
Skriptsprache PHP

Datenbanken
Überlegungen zur Planung und Strukturierung
Datenbankverwaltungssystem
Eigenschaften von Daten in der Datenbank
Kriterien für eine gute Datenbank

Datenbankmodelle
Das hierarchische Datenbankmodell
Das relationale Datenbankmodell
Das objektorientierte Datenbankmodell

Datenbanken, Datensprachen und SQL
Befehle, Schlüsselwörter und Operatoren
SQL – Beispielsszenario – siehe Skript

Auszeichnungssprachen – HTML
Zusammenhang HTML und http
HTML – Hypertext Markup Language

XML

Betriebssysteme/Operating Systems
Die Abstraktion der Hardware für die Software
Die Koordination der Software für die Hardware
Arten von Betriebssystemen

Dateisysteme
Dateien (Kern eines Dateisystems)

Anwendungssoftware
ERP-Systeme
CRM und SCM

Grundlagen der Informatik

Begriff: aus Information und Automatik geformt; sowohl in der Wiss. als auch in der Praxis (Unis) eingesetzt (D).

In E wird genau differenziert: W=computer science, P=IT; „informatics“ für Zusammensetzungen (business informatics =Wirtschaftsinformatik)

Definition: W. vom Computer und seinem Anwendungsraum

Informatik hat keinen Selbstzweck. Zwei wichtige Disziplinen: Mathematik und Physik; innerhalb sehr viele Teildisziplinen (diskrete M., Logik, Nachrichtentechnik, Elektrotechnik, Halbleiter).

Historische Meilensteine

- Essentiell für die Entstehung ist die Entwicklung des Binärsystems (1,0) im 17. und 18. Jhd. (Pascal)
- Entwicklung der Boolschen Algebra durch Boom: Verbindung der Logik und Zahlensysteme mit der Informatik = Grundstein für logische Schaltung
- Entwicklung des analytical engine: wie ein Rechner theoretisch funktionieren könnte
- 20. Jahrhundert: erster Dualrechner, der auf dem Binärsystem beruht
- Entwicklung von Transistorrechnern (speziell in Amerika, TU)
- Entwicklung von Maschinensprachen (Chomsky)

Einteilung

1. Technische: für Hardware zuständig (Entwurf, Architekturen, Schaltwerke, Netze) à alle physisch greifbaren Bereiche

2. Theoretische: naturwissensch. Grundlagen, alles nicht bewusst Wahrnehmbare (Logik, Automatentheorie, Methoden der Entscheid-/Berechenbarkeit)

3. Praktische: Software, für den Menschen wahrnehmbar (Anwendungss. wie SAP, Büros. wie MS Office)

4. Angewandte: Anwendung der Ergebnisse aus 1-3 à Multimedia, Simulation, Computergrafik, Brücke zu Anwendungsinformatik

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Ursprungsdisziplinen

Mathematik: Grundlage für techn., prakt., angew., Informatik

maßgeblicher Schritt: Veröffentlichung der Principia Mathematica (Ziel: M. aus wenigen Axiomen herzuleiten)

Schaffung der Metamathematik: beruht auf Vollständigkeit, Widerspruchsfreiheit und Entscheidbarkeit

Brücke von M zu I: Beschreibung eines Maschinenmodells (Turing Maschine), die dem Funktionsprinzip von PCs nahekommt.

Geschichte

Geld für Forschung: aus Wirtschaft und Kriegsindustrie, Mathematiker haben erste Rechenmaschinen beschrieben und realisiert

Generationenmodell von Tanenbaum

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

0: Mechanik, Relais

a) 1642, Blaise Pascal: erste Rechenmaschine, + und –, rein mechanisch

b) 1672: Leibniz: +-*/ Urahn des Taschenrechners

c) 19. Jahrhundert: Babbage und Lovelace:

Analytical (Eingabeeinheit, Speicher, Rechenwerk, Ausgabeeinheit): universell, Befehle holen Zahlen aus Speicher ins Rechenwerk, befördern, verarbeiten, Ergebnisse zum Speicher (Lochkarten) und Wiederverwendung à Begriff Programmierung (Lovelace als erste P.in) à erster digitaler Computer (Mechanik konnte nicht lange fehlerfrei arbeiten) und Differential Engine (nur +, aber Ausgabe: Kupferplatte mit Prägestempel – Drucker) 1936: Zuse: Z1 – Schritt in die Elektronik – weg von Mechanik – Rechner beruhend auf elektromagnetischen Relais, viele bei Luftangriffen zerstört Stipits: Kondensatoren als Speicher (nur solange Strom angelegt ist) Aiken: setzte A.E. mit Relais um (1930er)

1: Technologie der Vakuumröhren

WW II: Enigma: Rotor-Schlüsselmaschine zum Ver- und Entschlüsseln von Funksprüchen (Verschiebung von zwei Alphabeten)

Allierte: Turing-Bombe: konnte diese entschlüsseln

Erster Versuch der Entschlüsselung aber: Colossus: nahe dem Rechner (Antwort auf Enigma) – erster elektronischer PC

ENIAC (Electronial Numerical Integrator and Computer): Anspruch eines PCs (Neumann, 1946, Amerika)

Archichtektur: Eingabe, Ausgabe, Speicher, Steuereinheit, Analytical Logical Unit

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

1951: Whirlwind am MIT: erster Echtzeitpc, 16 Bit à Parallelentwicklung der magnetischen Speicher = Grundstein für Festplatte

UNIVAC, 701: Weiterentwicklungen

Zemanek, Wiener auch einen entwickelt: Mailüfterl

1952: IAS (Neumann): Architektur bis heute

2: Hin zu Transistoren

a) 1948: Bardeen, Brattain, Shockley: Transistor: elektronischer Bauteil, der ohne Mechanik elektrische Signale darstellt; wirkt wie bei Spannung wie ein Widerstrand, bis die Sp. einen Wert übersteigt und er leitet

aus Transfer und Resistor

MIT: TX-0 und TX-2 – daraus entstand ein Unternehmen, DEC

IBM baut 7090: erster IBM-Rechner mit Transistoren, nicht für Markt

1960: PDP-1: erster Minipc war schon super, Startschuss der PC-Industrie

b) Meilenstein: 1965 Bussystem der PDP-8 (erster Minipc für Massenmarkt), Hauptkomponenten auf einer durchgängigen Leitung (Bus) Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

IBM reagierte mit 7094, Speicherung auf Magnetbändern

Pendant 1401 (keine feste Wortlänge, aber Speicher von 4000 Bytes zu 8 Bit)

PDP-11: in Unternehmen

Intell: 8080 Prozessor – erster P. auf einem Chip

32-Bit PC: VAX

6600 von CBC: Seymour Cray, schnell und günstiger Rechner, wegen Parallelisierung, SUPERCOMPUTER

3: Vereinigung von Tr. auf einem Chip

integrierter Schaltkreis von Robert Noyce: elektronische Schaltungen aus mehreren el. Bauteilen auf einem Siliziumchip à ermöglicht Vereinigung von vielen Transistoren auf Halbleitersubstrat

IBM: Problem, weil sie auf zwei Rechner setzte (7094 Binär und 1401 Dezimal)

Binär sinnvoller als Dezimal, weil für Dezimal werden 4 Bits gebraucht (16 Zustände), in der Binärwelt reicht 1 Bit

Wichtigster Vertreter trotzdem vom IBM: 360 – Kombi aus beiden Systemen, konnte alte Programme emulieren, kommerzieller Erfolg, limitiert auf 16 bit

4: Viele Transistoren

VLSI: Very Large Scale Integration: Millionen von Tr. auf einem Chip, platzsparend à erster Minicomputer, grafische Benutzerschnittstellen (Apple Lisa)

Intel 8080 und Apple 2

IBM: sah Konkurrenz, beschloss neue Wege: Estridge – von Fremdherstellern beliefert, Offenlegung Schaltpläne (jedes Unternehmen konnte Geräte für IBM-PC entwickeln)

Meilensteine: Benutzeroberfläche in Macintosh, Osborne (tragbar), Compaq, Microsoft, 8080, CISC, RISC, superskalare CPUs, Alpha

5: Unsichtbare PCs?

Paradigmenwechsel, noch keine unsichtbaren PCs, pervasive compting (durchdringend, intelligenter Kühlschrank)

Vielfalt der Computer

Wegwerfcomputer

Technologie RFID (Radio Frequency Identification) ermöglicht Identifikation und Lokalisierung von Objekten, beseht aus Transponder (am Objekt) und Lesegerät

passiver TP: vom LG aktiviert und mit Energie versorgt = von Signal zum Leben erweckt, etwa Barcode (hat passiven RFID Chip)

aktiver TP: seperate Energiequelle

MÖGLICHE RFID Chips: Medikamentenkennzeichnungen, Geldscheine, Fluggepäck – ACHTUNG Datenschutz

Beispiel: Glückwünschkarte mit Melodie

Mikrocontroller

Halbleiterchip, der in sich einen eingebetteten PC darstellt (z. B. ein Prozessor mit Funktionen, die als Peripheriegerät Aufgaben erfüllen)

modernes Fahrzeug: Radio, ABS, Kurvenlicht

à ist ein kleiner aber vollständiger PC und besteht konkret aus Prozessor, Speicher, Ein- und Ausgabeeinrichtung

Software ist im Chip als ROM verankert, er arbeitet in Echtzeit

Beispiel: Waschmaschine mit Display, Backrohr, Mobiltelefon, Fax, Drucker mit Display (Tintenstand errechnen), Modem, MP3-Player, Bildverarbeitung, Herzmonitor, Blutzuckermessgerät, Waffen,

Spielkonsolen

PC, der für Zweck optimiert wurde, vorgesehen für Anschluss an TV, 90er mit CD als Medium, heute Möglichkeit der Vernetzung, viele Dienste

hohe Grafik- und Soundleistung, niedrige Softwareleistung, proprietäre Hardware (HW und SF aufeinander abgestimmt, stammen vom Produzenten der Konsole selbst), leistungsschwächer als PC

Personalcomputer

Ausstattung: Prozessor, Hauptspeicher, Grafikkarte, Festplatte, E/A-Komponenten, Schnittstellen

Unterklasse: PDAs

Tablets gehören hier ev. dazu bzw. bilden eine eigene Kategorie

Übrige Kategorien

Server (aufgerüsteter PC mit vielen Prozessoren, schnelle Schnittstellen, spezielle Betriebssysteme), Verbund von Workstations und Mainframes (Kombi aus vielen günstigen Rechnern – Cluster, COTS-Prinzip, hohe Skalierbarkeit)

Oberes Ende der Leistungsfähigkeit: Mainframe – Großrechner, Geschwindigkeit, Speichermengen, alte SW-Varianten, Supercomputer, super CPU

Begriffswelt der Informatik

eigene Begrifflichkeit, Schnelllebigkeit je nach Moden (kurz) und Trends (länger), ein Teil ist dauerhaft

Zeichen: Element aus bestimmter Menge, z. B. Buchstabe „A“

Alphabet: geordneter Zeichenvorrat – unser ABC

Satz/Wort: grammatikalisch definierte Spracheinheit

Grammatik: das Regelwerk dafür

Beispiel: tomorrow – korrektes Wort, 2morrow – kein korrektes Wort

natürliche Sprachen: D,E,FR (gegliedert in Zeichen zusammengef. in Wörtern, bildet Vokabular und Grammatik)

künstliche: Programmiersprache: Zeichen in Zeichenketten, eindeutige Grammatik und Syntax

Semiotik: Wissenschaft, die Syntax, Semantik und Pragmatik begründet

Syntax: Menge aller formal korrekten Sätze innerhalb eines Alphabets unter einer bestimmten Grammatik (syntaktische Ebene)

korrekte Zahl in Zahlensystem: 23,23 inkorrekte: 2,2,2

Semantik: Assoziation einer Zeichenkette mit einer Bedeutung = inhaltlicher Bedeutungsgrad einer Aussage

Beispiel: Begriff „gift“ – im D anders als E

Pragmatik: zweckgerichteter Nutzen von Aussagen

Auslöser und Aktion, die darauffolgt: 23,23 als Eurobetrag – Kontext : für einen Zahnstocher zu teuer, für Zahnstocher von Star ok

Zahlensysteme

Additionssysteme

n-Zeichen stehen für die Anzahl n – 7 Striche entsprechen der Zahl 7

Stellenwertsysteme

aus Ziffern, Basis B und Stellenwerten

zählt man nach oben und ist bei höchster Ziffer, kommt dort die niedrigste Ziffer hin – die Stelle links wird um 1 erhöht

à Jede Stelle B-mal soviel wert wie die rechts davon

Anzahl der Ziffern = Basis, größte Ziffer ist um 1 kleiner als Basis

Ziffer:Zahl = Buchstabe:Wort

Daraus leitet sich eine allgemeine Definition ab:

- Die Stellenwerte einer Zahl sind Potenzen der Basis des jeweiligen Zahlensystems.

- Zwischen den Stellen einer Zahl und den zugehörigen Stellenwerten besteht ein einfacher Zusammenhang. Die erste Stelle hat den Stellenwert B0, die zweite den Stellenwert B1 usw.

Dezimal: Basis 10, 10 Ziffern beliebige Anzahl an Stellenwerten, Möglichkeiten des Kommas, jede Zahl auch als Bruch darstellbar

Dual: Basis 2, 2 Ziffern

2 setzt sich zusammen aus 2 Ziffern – 1 und 0 – man sagt eins-null

2 im Dezimalsystem ist eins-null im Dual

Oktal: Basis 8, 8 Ziffern

Hexadezimal: Aus Buchstaben und Zahlen, Bitfolgen lassen sich leicht in 0 und 1 abbilden.

Jede beliebige Zahl möglich – Dual ist elementar für Informatik

Bedeutung für Informatik

Dual: kann mehr als 2 Zustände konsistent darstellen – als einziges, jede Info/Daten/Signal durch Bitfolge übertragen werden (Sequ. aus 1 und 0)

Bits und Bytes

Bit: Binary digit, kleinste Darstellungseinheit für Binärdaten (0 oder 1)

Entsprechung: Schalter, der ein oder aus ist (Relais) oder ein Transistor

Skalierung: über Potenzierung 10 hoch 3 – 1 KB = 10 hoch 3 Bits

n Bits können 2 hoch n Zustände darstellen

1 Bit = 2 Zustände – 0 oder 1

Begriff zuerst von Tukey verwendet

Datenmengen in Bits

Zusammenfassung von Bits zur Darstellung und Speicherung von Zeichen innerhalb der Rechnerstruktur

8 Bit = 1 Byte (Angabe von Speichergrößen)

heißt eigentlich Oktett

ermöglicht die Darstellung von 256 Zuständen (2 hoch 8), reicht für alle Alphabete

1 Byte ist also ein Zeichen in einem Alphabet

Früher: auch Vierergruppen gebildet

Speicher in Bytes

Sie werden hochskaliert und als Vielfache dargestellt: Unterschied zwischen Dezimal- und Binärpräfixen (Speicherplatz auf Festplatte – 500 GB vs. 465 sichtbare)

Es gibt keinen Bauteil, der mehr als zwei Zustände darstellen kann.

Oktalsystem: Für eine solche Zahl reichen 3 Bits. Problem: Man braucht vier Bits für eine Abbildung manchmal. = 16 Zustände, aber 6 werden nicht gebraucht.

Welches Byte welches Zeichen repräsentiert, regeln Zuordnungsvorschriften – Codes

Relevant: ASCII Code, American Standard Code for Information Interchange

Logik

Logik: von logos à Lehre von formalen Gesetzen des richtigen Denkens, die unabhängig von den Gegenständen, auf die sich das Denken bezieht, gilt.

Es geht um das korrekte Denken und das Abbilden dieses Denkens in Mustern, die sich unabhängig vom Kontext wahr/falsch darstellen lassen.

Gängig: Mathematisch/klassische Logik. Werte letztenendens berechenbar.

Aussage: sprachliches Konstrukt mit Zielsetzung Wahr/Falsch

Wahr/Falsch: Wahrheitswert einer Aussage (können nur w oder f bzw. 1,0 sein! – in der Mathematik „Aussagevariablen“, die die Werte annehmen)

Verneinte Aussage: Negation (wandelt w.A. in eine falsche)

Junktoren: Verbinder von Aussagen

Dargestellt werden Aussagen in Wahrheitstafeln.

Aussagenlogik: Beschreibung von Schaltkreisen, Schaltalgebra

Logik ist Basis für Hardwaresteuerung, für Verknüpfungen, Programmieren, künstliche Intelligenz.

Verknüpfung von Aussagen

Konjunktion (UND): x,y müssen beide wahr sein

Disjunktion (ODER): x,y wahr oder beide wahr

ausschl. Oder (XOR): x oder y wahr (nicht beide)

verneint. Und (NAND): x,y falsch oder beide falsch

verneint. Oder (NOR): x und y falsch

à Dann ist die Aussage immer wahr

Boolsche Algebra

George Bool: englischer Mathematiker/Logiker, Begründer der mathematischen Logik, Aussagenlogik

De Morgan: Gesetzte: Jede Konjunktion in der Logik ist auch durch eine Disjunktion darstellbar.

B.A. = Formalisierung der Aussagenlogik, kennt nur Elemente 0 (f), 1 (w).

Operatoren:

- Negation (NICHT) – negiert 0,1
- Konjunktion (UND) – dort 1, wo beide 1 sind
- Disjunktion (ODER)

Hilfsoperatoren:

- Negierte Konjunktion (NAND)
- Negierte Disjunktion (NOR)
- Ausschließende Disjunktion (XOR)

Die wichtigsten Gesetze

- Kommutativgesetz: a ∧ b = b ∧ a
- Assoziativgesetz: (a ∧ b) ∧ c = a ∧ (b ∧ c)
- Distributivgesetz: a ∧ (b ∨ c) = (a ∧ b) ∨ (a ∧ c)
- Idempotenzgesetz: a ∧ a = a
- Gesetze von De Morgan
- ¬ (a ∧ b) = ¬ a ∨ ¬ b
- ¬ (a ∨ b) = ¬ a ∧ ¬ b
- a ∧ b = ¬ (¬ a ∨ ¬ b)
- a ∨ b = ¬ (¬ a ∧ ¬ b)

Bedeutung beim Bau von digitalen Schaltungen, konkrete Verwendung bei Suchmaschinen (Veranstaltung UND Datum)

Boolsche Algebra braucht man, um Schaltungen zu beschreiben à Schaltalgebra.

Digitale Schaltungen

...alle auf wenige elementare Funktionen zurückzuführen

Elemente werden miteinander verknüpft.

Digitale Schaltung: kann logische 1 und 0 annehmen.

Wert zwischen 0 und 1 Volt ist 0 und 2-5 ist 1.

Gatter: Bausteine, die verschiedene Funktionen dieser beiden Signale realisieren.

= HW-Basis, die Digitalrechner ermöglichen.

Transistor als schneller, binärer Schalter betreibbar, hat also Verbindungen nach außen: Kollektor, Basis, Emitter.

Grafisch:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Wenn U1 auf LOW (niedriger Spannungswert liegt), liegt U2 auf HIGH – und umgekehrt.

Somit wird aus 1 0 und aus 0 1.

Inverter: einfachste Variante auf Basis eines Transistors

Verneintes UND: serielle Schaltung von 2 Transistoren

Verneintes ODER: parallele Schaltung von 2 Transistoren

Verknüpfungen für neue Schaltungen.

Schaltwerttabellen

NOT (Inverter): Eingang A und Ausgang X, mit NICHT-Operator verknüpft

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthaltenAbbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

NAND (vern. UND): 2 oder + Eingänge A,B, Ausgang X – Verknüpfung NICHT UND

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

NOR (vern. ODER): 2+ Eingänge A,B, Ausgang X – Verknüpfung NICHT ODER

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

AND (UND): 2+ Eingänge A,B, Ausgang X. X=1, wenn alle Eingänge 1 sind

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

OR (ODER): mindestens 2 Eingänge A,B, ein Ausgang X. X=1, wenn mind. ein Eingang 1 hat.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Hardware

Komponentenüberblick

Begriff: alle physischen Bestandteile eines Computers

Konkret: Komponenten, die für Rechnernetzwerke notwendig sind

für Forschung und Entwicklung der physischen Teile: technische I.

Gliederung

1. Prozessor (CPU)

2. Cache und Hauptspeicher (Primärsp.)

3. externer Speicher (Sekundärsp.)

4. Datenein- und ausgabegerät (E/A Komponenten, auch Externer Speicher gehört dazu)

7 Prinzipien von Neumann

1. Rechner besteht aus: Hauptspeicher, Leitwerk, Rechenwerk und Ein- und Ausgabewerk

2. seine Struktur unabhängig von der Aufgabe (dem Problem, das bearbeitet wird)

3. Programme und zu verarbeitende Daten in demselben Speicher (im Hauptspeicher) und werden durch den Rechner manipuliert

4. Der zentrale Speicher (Hauptspeicher) in Elemente unterteilt, die dieselbe Größe haben und fortlaufend nummeriert sind (Adressen)

5. Ein Programm: aus einzelnen Befehlen, Schritt für Schritt (in einer Sequenz) abgearbeitet

6. sequenzielle Abarbeitung der Befehle: durch eine besondere Art von Befehl (Sprungbefehl) verhindert

7. Rechner basiert auf dem Dualsystem, benutzt also Folgen von Binärzahlen

Weiterführende Beschreibungen: etwa Harvard-Architektur (Befehls- und Datenspeicher = Hauptspeicher)

Architektur der wichtigsten HW-Komponenten = Typischer Computer: Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

RISC und CISC Architektur

differenzieren sich in der Prozessorarchitektur und im Befehlssatz, der Menge und Komplexität von Maschinenbefehlen regelt

CISC: Complex Instruction Set Computer: Sammelbegriff für Prozessoren mit großem Befehlssatz, Abarbeitung benötigt oft viele Zyklen

RISC: Reduced Instruction Set Computer: wenige Befehle, wenige Zyklen

Aktuell: Hybridansatz – Kombi aus beiden, für einfache RISC, für komplexe CISC

Chipsatz: physisches Bindeglied zwischen PC-Komponenten, setzt sich aus Menge an Computerchips zusammen, die auf der Hauptplatine (Main-/Motherboard) sind

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Hauptplatine: aus 2 Chips, unterteilen sie in nördlichen und südl. Teil

Nördl.: über Northbridge zugänglich – die verbindet Prozessor und Arbeitsspeicher mit schnellen Bussystemen (dienen als Schnittstelle für Grafikkarte)

Südl.: über Soutbridge – steuert langsame Bussysteme (USB, PCI, ISA)

Software für Hardware

1. BIOS: Basic Input Output System: enthält elementarste E/A-Software – Programme, die Komm. mit Tastator, A auf dem Bildschirm und Koordination des Sekundärspeichers übernehmen

Ort: BIOS auf einem nicht flüchtigen RAM, kann vom Betriebssystem beschrieben werden (Fehlerkorrektur oder für neue Versionen)

Aufgaben: wird aktiv bei Starten des PCs, prüft Größe des Primärspeichers und ob wichtige HW-Komponenten installiert sind und antworten, bestimmt Sekundärspeicher, von dem Betriebssystem geladen werden soll

2. Betriebssystem: verbindet und koordiniert alle unabhängigen Komponenten – Ziel: Interaktion mit PC einfach gestalten Aufgaben: Verwaltung der HW-K, Adminstration von Benutzeraufträgen, Bereitstellen von Werkzeug zur Daten-/Dateiverwaltung, Angebot einer grafischen oder textbasierten Benutzerschnittstelle

3. Treiber: Software, die als Übersetzer zwischen Kommunikationsvorschriften (Protokollen) einzelner HW-K arbeitet (Drucker)

Prozessoren/CPU

= Gehirn des Computers

Kernaufgabe: Befehle aus dem Speicher ausführen

Aufbau

Steuer-/Leitwerk (Control Unit): steuert Rechenwerk auf Basis von Maschinenbefehlen

Rechenwerk (ALU): einfache Operationen (-+)

Register: schnelle, physisch nahegelegene Speicher (Befehlszähler/-register)

Funktionsweise

Daten über Eingabegerät eingegeben, verarbeitet, mit Ausgabegerät zugänglich gemacht = EVA Prinzip (Eingabe, Verarbeitung, Ausgabe)

Gliederung in Prozessor und Hauptspeicher: John von Neumann

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten=Prozessor

Prozessor über Bus mit Hauptspeicher, ggf. Cache-Sp. und E/A-K verbunden

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