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IT für Führungskräfte

Zentraleinheiten

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CPU – DAS TEAM

• CPU heißt Central Processing Unit!

• Björn Heppner (Folien 1-4, 15-20, Rollenspielpräsentation 1-4)

• Harald Grabner (Folien 5-14)

• Christoph Supper (Folien 21-36)

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Einführung - Die Zentraleinheit

• Zentrale Bedeutung!• Auf Hauptplatine (Motherboard)• Komponenten:

- Zentralspeicher- Zentralprozessor- Verbindungseinrichtungen (Busse)- Ein/Ausgabe-Steuerung- Stromversorgung, Kühlung etc.

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Motherboard - Komponenten

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Speicher Eingabewerk Ausgabewerk

RechenwerkALU

RechenwerkALU

LeitwerkCU

LeitwerkCU

Struktur der von Neumann Architektur

CPU

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Alternative Architekturprinzipien

Vier Kategorien nach Flynn

• Single-Instruction-Single-Data-Rechner (SISD)

• Single-Instruction-Multiple-Data-Rechner (SIMD)

• Multiple-Instruction-Single-Data-Rechner (MISD)

• Multiple-Instruction-Multiple-Data-Rechner (MIMD)- Eng gekoppelte Mehrprozessorensysteme- Lose gekoppelte Mehrprozessorensysteme

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Eng gekoppelte Mehrprozessorensysteme

Zentral-prozessor

Zentral-prozessor

Zentral-prozessor

Zentral-prozessor

Gemeinsamer Arbeitsspeicher

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Lose gekoppelte Mehrprozessorensysteme

Arbeits-speicher

Arbeits-speicher

Arbeits-speicher

Arbeits-speicher

Zentral-prozessor

Zentral-prozessor

Zentral-prozessor

Zentral-prozessor

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Arbeitsspeicher

• Aufgaben• Fassungsvermögen• Entwicklung der letzten Jahre• RAM (Random Access Memory)• ROM (Read Only Memory)• BIOS (Basic Input Output System)

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Pufferspeicher

• Definition• Anwendungsbereiche• Cache • Virtuelle Speicheradressierung

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Registerspeicher

• Definition• Arten

- Einzweckregister- Mehrzweckregister- Schieberegister- Zählregister

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Mikroprogrammspeicher

• Definition• Einsatzbereiche

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Aufbau

• Funktionseinheit der Zentraleinheit• Umfasst Leitwerk und Rechenwerk• Bei Arbeitsplatzrechner meist ein Chip• Beispiel: Pentium 4

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Leitwerk

• Koordinationsfunktion für gesamten Rechner• Steuert Ablauf des Befehls- und Datenflusses• Besteht aus logischen Schaltungen und

Registern• Steuert Programmablaufgeschwindigkeit

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Rechenwerk

• Verknüpft die vom Leitwerk bezeichneten Daten

• Führt arithmetische und logische Operationen durch

• Aufgebaut aus Registern und binären Schaltnetzwerken

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Busse

• Interne Verbindungseinrichtungen• Bestandteile• CPU – Busse• Peripherie – Busse

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Ein-/Ausgabesteuerung

• Ein-/Ausgabesystem• Ein-/Ausgabe-Register• Ein-/Ausgabe-Unterbrechungen• Ein-/Ausgabe Speicher• DMA (Direct Memory Access)

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Speicherbausteine

• Unterscheiden sich nach Speichertechnologie- DRAM, EDORAM, SDRAM, RDRAM

• Und nach Bauform- SIMM, DIMM, RIMM

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SDRAM

• Synchronous Dynamic RAM• Am weitesten verbreitet• Besteht aus sich entladenden Kondensatoren• Speicherzugriff synchron zu Systembus• Zwei Speicherbänke• Zugriffszeiten: 8-12ns

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DDR-SDRAM

• Double Data Rate-SDRAM• Weiterentwicklung von SDRAM• Es werden beide Flanken des

Systembustaktes genutzt ‚Doppelte Datenrate‘

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RDRAM

• Rambus Dynamic RAM• 16 Bit breiter Bus, mit 400 MHz getaktet• Nicht kompatibel mit SDRAM• Bis zu drei Mal schneller

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Bauformen

• Die Art der ‚Verpackung‘ der Speicherchips

• Heute üblich:DIMM (dual in-line memory module)- 168 Anschlüsse (Pins)- Zwei bis sechzehn SDRAM-Chips pro Modul

• Vorgänger:SIMM (single in-line memory module)

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Markt und Zukunft

• Produktion 2000 weltweit:Fast vier Milliarden SDRAM-Speicherchips

• Biotechnik• Quantenchips• Beides erst in einigen Jahren marktreif

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Mikroprozessoren

• Integrierte Steuerungen in Geräten aller Art• Zentral-, Hilfs- und Zusatzprozessoren in

Computern• Unterscheidung:

CISC- und RISC-Prozessoren

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CISC-Prozessoren

• Complex Instruction Set Computer• Bei PCs üblich• Wenige, komplexe Befehle• Beispiele:

- Intel Pentium 4- AMD Athlon

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SysMark2000 (Windows2000)

0 100 200 300

SysMarks

Pentium 4 vs. AMD Athlon

• Intel führt derzeit bei Taktfrequenz

• Benchmarktest

• Zukünftige Entwicklungen- Strukturbreite der

Transistoren- Gedehntes Silikon

Athlon 1,33 GHz

Athlon 1,53 GHz

Pentium4 1,7 GHz

Pentium4 2,1 GHz

288

245

270

255

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RISC-Prozessoren

• Hohe Leistung durch:- Einfache, schnelle Befehle- Ausgeprägte Pipeline-Architektur- Große Zahl von Registern

• Haupteinsatzgebiete:- Workstations- Server- Beschränkt bei PCs (POWER-Architektur)

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Personalcomputer

• Absatz 2000 weltweit:- 130 Mio. PCs- Wert: € 140 Mrd.

• ca.15% Zuwachs gegenüber 1999• Aufteilung:

- Schreibtisch-PCs: 75%- Notebooks: 20%- PCs, die als Server verwendet werden: 5%

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Wearables

• ‚Tragbare‘ Computer• Kleiner Markt mit großem Potential• Marktführer: Xybernaut

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Workstations

• Einsatzgebiet• Traditionelle Workstations: RISC-Architektur• Daneben zunehmend Standardkomponenten

aus PC-Welt Unterschiede zu PCs verschwinden

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Server und Superrechner

• Jeder Rechner kann als Server dienen• Herstellerumsatz 2000 weltweit: € 65 Mrd.• Marktwachstum 2000 weltweit: 17%• Marktführer:

- IBM- Sun Microsystems- Hewlett-Packard