Grundlagen Informatik - HW

Was sind die Vorteile einer SSD?

hohe Übertragungsraten Weitgend unempfindlich gegen Erschütterungen. - Keine mechanischen Komponenten. • Unempfindlich gegen Höhenunterschiede. • Geringerer Strombedarf. • Keine Lärmemissionen.

Welche Eigenschaften besitzen ROMs

Die Daten die auf ROMs abgelegt werden, sind im Gegensatz zu der Speicherung mittels RAMs nicht flüchtig. Je nach Bauform sind die Daten von ROMs unterschiedlich zu beschreiben resp. zu löschen.

Was ist die Aufgabe der Busse imd Schnittstellen?

Diese dienen dem Datenaustausch zwischen CPU und RAM sowie der verschiedenen Ein- und Ausgabegeräten.

Compiler

Wandelt Programmcode einer höheren Programmiersprache in Maschinensprache um. 2. Schritte nötig: -Analyse: Zerlegung des Quellprogramms und Erstellung einer Zwischendarstellung (parse tree) -Synthese Aus dem parse tree wird das gewünschte Zielprogramm konstruiert.

Welches sind die Leistungsmerkmale eines Prozessors?

Wortbreite eines Prozessors? Taktfrequenz Anzahl Kerne

Wozu dient der Assembler

für die jeweiligen Prozessoren werde automatische Übersetz-Programme, auch Assembler genannt, zur Verfügung gestellt, die aus den symbolischen Maschinenbefehlen eines Assembler-Programms die entsprechenden binären Maschinenbefehle erzeugen, die der Prozessor dann „verstehen" kann.

Was macht das ALU ?

Die ALU (Arithmetic Logical Unit), Rechenwerk, führt mathe- matische Operationen und logische Verknüpfungen durch.

Nennen Sie einige charakteristische Eigenschaften und Merkmale vom Arbeitsspeicher.

Für den Ablauf von Programmen benötigt der Prozessor einen direkten Zugriff auf Daten (Memory). o Die CPU kann beispielsweise nicht direkt auf Disk zugreifen (z.B. über IP). RAMs sind byteorientiert (Jedes Byte weist eine Adresse auf). o Auf jedes Byte kann direkt zugegriffen werden. o Mit einem Befehl können auch mehrere Bytes direkt angesprochen werden (üblich, z.B. 4 Byte für den Zugriff auf einen Integer). Heutiger Arbeitsspeicher besteht primär aus RAM (Random Access Memory). o In der Regel wird heute DDR3-SDRAM (Double Data Rate Synchronous Dynamic Random Access Memory) gemäss dem DIMM Standard (Double Data Rate Double Inline Memory Modules) verbaut. o Die Daten sind volatil (Daten gehen ohne Stromversorgung verloren). o Die Daten müssen daher periodisch aufgefrischt werden.

Was versteht man unter Cache-SPeicher?

Schneller (statischer) Zwischenspeicher zwischen CPU und Arbeitsspeicher. Unterteilung mittels sogenannter Levels (L1 bis L3). L1 ist im Kern der CPU realisiert. Die weiteren Levels (L2, L3; ev. auch nicht vorhanden) können auch (vor allem L3) ausserhalb des Kernes resp. der CPU realisiert werden und sind vergleichsweise langsamer aber grösser als der L1 Cache.

Welche Kategorien von Befehlen gibt es?

- Arithmetische Befehle (ADD,INC..) - Logische Befehle (AND, SHR..) - Sprungbefehle (JMP, JG, CALL, ...) - Transportbefehle (MOV,...) - Prozessorkontrollbefehle (CLI, ...)

Wozu dienen Register?

- sind prozessorinterne Speicherplätze, die jeweils ein (bi- näres) Datum bestimmter Länge (z.B. 32-Bit) aufnehmen können. - besitzen zu anderen Prozessorkomponenten, wie Ablauf- steuerung und Verknüpfungslogik, sehr enge Verbindun- gen. Nur mit den Daten in den Arbeitsregistern können direkte logische Operationen durchgeführt werden. - Die Arbeitsregister werden in Befehlen durch Namen wie z.B. D1...D7 oder EAX...EDX angesprochen. Sie können Daten (Datenregister) und je nach Prozessortyp auch Adressen (Adressregister) aufnehmen.

Aufbau Double

1 Bit Vorzeichen 11 Bit Biased Exponent 52 Bit Mantisse

Aufbau Float

1 Bit Vorzeichen 8 Bit Biased Exponent 23 Bit Mantisse

Der Lader (und locator)

Als Ergebnis des Linkers steht ein verschiebbares Programm zur Verfügung welches in den Hauptspeicher geladen werden kann. Wenn der Code an der Adresse 3000 (Offset) geladen werden soll, dann muss das Program lociert, bzw. relociert werden indem zu allen Adressen im Code 3000 addiert wird. Das ist die Aufgabe des Laders. Lader wird mit separatem Programm in den Hauptspeicher geladen.

Wo befinden sich die Grundeinheiten des Rechners ?

Auf dem Mainboard / Motherboard

Die Funktionsweise des von-Neumann-Rechners beruht auf welchem Prinzip?

Auf den Inhalt der in einem Programmbefehl angegebenen Speicherzelle (Adresse einer Variablen mit Datum im Arbeitsspeicher oder Register) wird die im Befehl angegebene Operation angewendet

Was ist die Aufgabe der CPU (Zentraleinheit) ?

Ausführung der Programme und Steuerung und Verwaltung der Hardware

Was sind HW-Interrupts (IRQ)

Bei Anfragen von der Hardware (wie z.B. Festplatte oder Soundkarte) unterbricht der Prozessor in der Regel die Abar- beitung der Befehlssequenz des laufenden Prozesses und führt zunächst die angeforderte Kommunikation mit der Hard- ware durch, bevor er an der unterbrochenen Stelle wieder fortsetzt.

Unterschied zwischen serieller und paralleler Datenübertragung?

Bei der seriellen Datenübertragung werden die einzelnen Bits nacheinander, • bei der parallelen Übertragung werden die Bits dagegen gleichzeitig auf mehreren nebeneinander liegenden Leitungen übertragen (z.B. 8, 16, 32 oder 64 Bits). Seriell benötigt weniger Strom und Distanz weniger Problem, darum poulärer.

Unterschied zwischen statischem und dynamischem Linken?

Beim statischen Linken werden benötigte Funktionen, vor allen Dingen die aus den Bibliotheken, fest zu einem Programm gelinkt. Beim dynamischen Linken werden nicht alle benötigten Funktionen dazu gelinkt, erst zur Laufzeit werden diese dazu gelinkt. (DLLs)

Welche Aufgabe nimmt ein BIOS wahr?

Beinhaltet Firmware die als Basissteuerlogik für den Start des Rechners zuständig ist. Konfigurationsparameter sowie Systemzeit werden in einem Akkugepuffertem RAM-Baustein gespeichert. Aufgaben der Firmware sind: POST (Power on Selftest) Einfache Kommunikation zur HW Übergabe der Kontrolle an den Datenträger: Nach dem POST wird die Kontrolle an den Datenträger übergeben, von dem das System gestartet werden soll (MBR (Master Boot Record) des Laufwerkes, beinhaltet einen Boot-Loader für die Auswahl eines bestimmten Betriebssystems).

Was sind typische Ausgabegeräte?

Bildschirme Beamer Drucker Plotter Lautsprecher

Grundkomponenten des Rechners

CPU (Rechen und Steuerwerk) Arbeitsspeicher Bussystem Ein / Ausgabeeinheit

Was sind symbolische Maschinenbefehle?

Da binäre Maschinenbefehle wie vom Prozessor verarbeitet vom Menschen praktisch unlesbar sind, wurde die symbolische Schreibweise der Befehle eingeführt, diese werden Assembler-Befehle genannt.

Wozu dient das Befehlszählerregister

Das Befehlszählerregister beinhaltet immer die Adresse des nächsten auszuführenden Befehls (häufiger Name ist Instruction Pointer, IP oder Program Counter, PC).

Was ist die Aufgabe des Steuerwerks?

Das Steuerwerk übernimmt mittels zweier spezieller Register (Befehlszählerregister (IP, PC) und Befehlsregister (IR)) die Kontrolle über die Ausführung des Programmcodes und ini- tiiert andere Steuerungsfunktionen. Ein weiteres Register, das vom Steuerwerk verwaltet wird, ist der Stack-Zeiger (SP).

Welche Busse sind notwendig? Und was sind deren Funktionen

Datenbus: Bidirektionale Übertragung von Daten zwischen HW-Einheiten. Adressbus: Unidirektionale Übermittlung von Adressen. Ermöglicht das Lesen oder Schreiben eines Datums über den Datenbus. Steuerbus: Koordiniert den Zugriff auf den Daten- und Adressbus (Bus reservieren, freigeben).

Für was ist der ROM-Speicher?

Der ROM-Speicher (ROM, Read-only-Memory) enthält meist ein Programm (BIOS bei IBM-PCs), das beim Einschalten die wich- tigsten Hardwarekomponenten überprüft und dann das Booten des Betriebssystems von einem Speichermedium wie einer Fest- platte oder einer CD veranlasst.

Welche Datenträger werden nach wie vor in der Regel als Massenspeicher eingesetzt? Wie funktionieren sie grundsätzlich? Welche Vorteile, Nachteile weisen sie auf?

Disks Sie bestehen aus rotierenden Scheiben deren magnetisierbaren Oberflächen die permanent zu speichernden Daten repräsentieren. Die Daten können mittels Schreib- resp. Leseköpfen beschrieben resp. gelesen werden. Vorteile: Billig, Speicherung grosser Datenmengen möglich. Nachteile: Vergleichsweise hohe Zugriffszeiten, mechanisch anfällig (Stösse, Nutzungsdauer), relativ grosser Energieverbrauch, relativ laut; werden immer mehr durch SSDs substituiert.

Welche Möglichkeiten gibt es Kommunikationsdaten der Schnittstellen zu übertragen?

E/A-Port- bzw. Basisadressen legen den Beginn eines vereinbarten Adressblocks fest, der für den Austausch der Daten zwischen dem Prozessor und dem jeweiligen Gerät verwendet wird. • Memory Mapped I/O Prozessoren besitzen nicht immer spezielle Adressbereiche für Ein-/Ausgabegeräte. Adressen für E/A-Geräte können prinzipiell auch im Adressbereich des Arbeitsspeichers liegen. • DMA-Kanäle (Direct Memory Access) und Bus Mastering sind spezielle Verfahren zur direkten Übertragung von Gerä- tedaten in den Arbeitsspeicher und umgekehrt, ohne dass die Daten den Prozessor passieren müssen.

Über welche Schnittstellen werden Laufwerke angeschlossen?

EIDE (Enhanced Integrated Device Electronics) wurde von SATA abgelöst. SATA (Serial Advanced Technology Attachment) für den Anschluss von Disks, SSDs und CD-Laufwerken. SCSI (Small Computer System Interface) für den Anschluss von Disks vor allem bei Servern und Storage-Systemen.

Erläutern sie das EVA-Prinzip

Eingabe: Über ein Eingabegerät werden Daten an den Computer übermittelt. Verarbeitung: Diese findet dann in der Zentraleinheit statt. Ausgabe: der verarbeiteten Daten erfolgt dann über ein geeignetes Ausgabegerät.

Was ist die Aufgabe des RAM-Speichers?

Enthält die momentan Ausgeführten Programme und auch deren Daten.

Was ist der Chipsatz?

Fest auf dem Mainboard untergebrachte Schalkreise, welche die Steuerung für die Anschlüsse auf dem Mainboard übernehmen.

Beispiele von Geräten welche Ein- und Ausgabe sind

Festplatten CD-Rom Netzwerkkarten

Was bedeutet der Begriff Swapping / Paging ?

Inhalte aus dem RAM werden vor allem bei RAM-Mangel oder wenn sie nicht (mehr) benötigt werden, auf die Festplatte ausgelagert (Betriebssystem).

Benchmarking, welche Masse gibt es?

MIPS: Milion Instructions per Second, misst wieviel Befehle der Prozessor in einer Sekunde ausführen kann. FLOPS: Floating Point Operations per Second Anzahl Gleitpunktoperationen in einer Sekunde.

Wozu dient die Befehlstabelle? (Instruction Table)

Mittels der Befehlstabelle (Instruction Table) werden die verschiedenen Maschinenbefehle aufgenommen und dekodiert.

Was versteht man unter einer Grafikkarte?

Mittels der Grafikkarte wird die Bildschirmanzeige realisiert. Je nach Anforderungen (Games, „Standard") gibt es eine Vielzahl von verschiedenen Karten die beispielsweise über PCI Express angeschlossen werden. Nehmen die grafischen Berechnungen vor, so dass diese nicht durch die CPU realisiert werden müssen

Wie ist ein Binärer Maschinenbefehl Aufgebaut

Operationscode, Adressierungsart, Operandenteil

Welche Anschlüsse für Erweiterungskarten sind bei PCs und Laptops üblich?

PCI (Peripheral Component Interface) für die Integration weiterer Schnittstellen (Legacy Devices) , PCI Express für den Anschluss von Graphikkarten. AGP (Accelerated Graphics Port) für den Anschluss von Graphikkarten (wurde ca. ab 2006 durch PCI Express abgelöst). PC-Card, abgelöst durch die Express Card für den Anschluss von Devices wie Flash Memory, Modems, LAN usw.

Wie kann Grundsätzlich mit Peripheriegeräten kommuniziert werden?

Polling: Die Geräte werden periodisch abgefragt, ob Daten anstehen. Interrupts: Ein kommunikationswilliges Gerät kann die CPU mit einem elektrischen Signal (IRQ, Interrupt Request) zu einer Kommunikation auffordern. Durch verschiedene IRQs kann differenziert werden, welches Gerät einen Interrupt ausgelöst hat.

Entwicklungsstufen eines Programms

Problemanalyse / Systemanalyse Systementwurf Programmentwurf Implementierung und Testen Betrieb & Wartung

Einsatzbereiche für Prozessoren

Prozessoren für PCs (Rechner) Proprietären Prozessoren Prozessoren in Embedded Systemen

Arten von ROM-Speicher

ROM (Fest verdrahtete Funktionalität die nicht mehr geändert werden kann) PROM (Programmable ROM, Kann nur einmal speziell mit Brenner programmiert werden) EPROM (Erasable PROM, kann mit spez. Brenner beschrieben werden aber auch mit UV-Licht durch spez. Quartzfenster gelöscht werden) Flash-EPROM (Ohne Brenner mit spezieller Software erneut beschreibbar)

Komponenten eines Mikroprozessors

Rechenwerk (ALU, Arithmetic Logical Unit) Register Steuerwerk Befehlstabelle (Instruction Table) Busse

Welche Datenträger werden immer mehr als Massenspeicher anstelle von Disks eingesetzt? Wie ist der grundsätzliche Aufbau? Welche Vorteile, Nachteile weisen sie auf?

SSDs (Solid State Disk) resp. Flash-HDD. Sie bestehen aus Halbleiterelementen (keine beweglichen Teile) für die Speicherung nichtflüchtiger Daten die zur Zeit aus Kompatibilitätsgründen mittels gleicher Schnittstellen wie die Disks (SATA) angeschlossen werden können. Vorteile: Kurze Zugriffszeiten, mechanisch robust, tiefer Energieverbrauch, geräuschfrei; substituieren zur Zeit primär im Laptop-Bereich die traditionellen Disks. Nachteile: „Hoher" Preis, noch vergleichsweise „kleine" Datenmengen; noch grosses Entwicklungspotential, sehr heterogenes Angebot (Qualität, Leistung).

Was sind Beispiele von Eingabegeräten?

Tastatur Maus Joystick Scanner Mikrofon Datenhandschuh Stift / Tablet

Welche weiteren Anschlüsse bei PCs und Laptops sind üblich?

USB (Universal Serial Bus) für den Anschluss von verschiedensten Devices wie Maus, Tastatur, Kameras, usw. Aktuell: USB 3.0 (bis ca. 4.8 Gbit/s; USB 2.0 bis ca. 480 Mbit/s). IEEE1394 (Firewire) vor allem für den Anschluss von Camcorders (vor allem Mac). Aktuell: IEEE 1394-2008, bis 3.2 Gbit/s).

Linker

Vom Compiler wird aus dem Programm ein Objektmodul erstellt. Dieses wird dann mit den anderen Objektmodulen und benötigten Bibliotheken verlinkt. Linker ist separates Programm unabhängig vom Compiler.

Erkläre die Funktionsweise eines Prozessors

kurz: Fetch Decode Execute Der Maschinenbefehl gemäss Instruction Pointer wird durch das Steuerwerk aus dem Arbeitsspeicher über den Datenbus in das Instruction Register übertragen. Ausführung des Befehls. Der Status der jeweiligen Operation wird im Statusregister (Flagregister) abgelegt. Erhöhung des Instruction Register um 1, ev. setzen auf neue Adresse bei einem Sprung.

Wie beeinflusst die grösse der verschiedenen Register dessen Leistung?

• Arbeitsregister: max. Grösse einer zu verarbeitenden Zahl in einem Befehl (grössere Zahlen, mehrere Befehle) • Befehlszählregister (IP, PC): max. Grösse des adressier- baren Memorys (z.B. 32 Bit → max. 4 GiB RAM) • Befehlsregister (IR): Anzahl und Komplexität der möglichen Maschinenbefehle

Welche Arten von RAM können unterschieden werden?

• DRAM (Dynamic RAM) - langsamer und kostengünstiger Speicherbaustein für Arbeitsspeicher (Spannungsgepuffert) • SRAM (Static RAM) - schneller und teurer Speicherbaustein für Register und Cache-Speicher