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LF 2 Hardware Hardware Mainboard.....................................................................................................................................3 Aufbau..............................................................................................................................

LF 2 Hardware Hardware Mainboard.....................................................................................................................................3 Aufbau..................................................................................................................................... 3 Jumper.....................................................................................................................................4 Formfaktoren........................................................................................................................... 5 Connectoren............................................................................................................................ 6 Interne Anschlüsse Mainboard................................................................................................ 6 Aufbau Mini-ITX....................................................................................................................... 7 Fragen..................................................................................................................................... 8 ACPI (Advanced Configuration Power Interface).................................................................... 9 ACPI Betriebsmodi................................................................................................................ 10 Chipsatz......................................................................................................................................12 CPU-Verbindungsarten..........................................................................................................15 Aufgaben............................................................................................................................... 17 CPU - Hauptprozessor...............................................................................................................19 Parallelisierung...................................................................................................................... 20 Übertaktung........................................................................................................................... 20 Multimedia-Erweiterung......................................................................................................... 20 Thermal Design Power.......................................................................................................... 21 Architekturen..........................................................................................................................21 RISC / CISC - Anwendungsgebiete.......................................................................................23 RISC / CISC Unterschiede.................................................................................................... 24 Flüchtiger / Nicht flüchtiger Speicher..................................................................................... 25 Stufen des ROM.................................................................................................................... 26 RAM.............................................................................................................................................27 DIMM / SO-DIMM.................................................................................................................. 28 DDR, DDR3, DDR5, DD5, DRAM..........................................................................................29 SRAM / SDRAM / DRAM.......................................................................................................31 Unterschiede der einzelnen RAM-Varianten..........................................................................33 Registered / Unregistered......................................................................................................34 RAM-Kennzahlen...................................................................................................................34 Dual-Channel-RAM................................................................................................................35 ECC (Error Correcting Code)...........................................................................................35 UDIMM / RDIMM................................................................................................................... 35 Das Netzteil................................................................................................................................ 36 Funktionsweise...................................................................................................................... 36 Wirkungsgrad.........................................................................................................................38 Label (80 Plus).......................................................................................................................39 Features.................................................................................................................................40 1 LF 2 Hardware Aufgaben............................................................................................................................... 41 Fazit....................................................................................................................................... 43 Nützliche Links.......................................................................................................................43 Netzteilstecker........................................................................................................................... 44 Welche gibt es?..................................................................................................................... 44 Anschlussarten...................................................................................................................... 45 Farbzuordnung Kabelspannung............................................................................................ 46 HDD/SSD.....................................................................................................................................47 HDD Aufbau...........................................................................................................................47 SSD....................................................................................................................................... 47 SSD-Aufbau..................................................................................................................... 47 Daten-Storage-Lösungen.................................................................................................48 Unterschiede HDD/SSD........................................................................................................ 49 Maus............................................................................................................................................51 Aufgaben:.............................................................................................................................. 51 Optomechanische Maus........................................................................................................ 52 Links zu Mäuse......................................................................................................................52 Tastatur.......................................................................................................................................53 Aufgabe:................................................................................................................................ 53 Unterschiede zu Tastaturarten...............................................................................................55 Links zu Tastaturen und NKRO............................................................................................. 55 Drucker....................................................................................................................................... 56 1. Tintenstrahldrucker Q&A....................................................................................................56 2. Laserstrahldrucker............................................................................................................. 58 3. LED Drucker...................................................................................................................... 60 4. Thermodrucker.................................................................................................................. 60 5. Nadeldrucker (Matrixdrucker)............................................................................................ 60 6. 3D-Drucker........................................................................................................................ 61 7. Plotter................................................................................................................................ 61 Optische Datenträger................................................................................................................ 62 Funktionsweise optisches Laufwerk allgemein......................................................................62 ADIP / ATIP............................................................................................................................64 CD..........................................................................................................................................65 DVD....................................................................................................................................... 65 BD - Blu-ray Disc................................................................................................................... 66 ODD Optical Disk Drive......................................................................................................... 66 2 LF 2 Hardware Mainboard - Hauptplatine oder auch Motherboard genannt. - Verbindet alle Komponenten auf dem Motherboard. - BIOS -> Basic Input Output System ist für den Startvorgang zuständig - Basisbetriebssystem vom BIOS im EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory -> nichtflüchtig) - IC (integrated circuit) für das UEFI (Flash-EEPROM) - Jumper und Pfostenstecker (square connector) - Bestandteil des Mainboards ist der Chipsatz; der zur Kommunikation und Leistung der Hardware-Komponenten dient. - Batterie (Bei Abschaltung 230-V-Netz, energieversorgung der Systemuhr) - Systemuhrzeit ist wichtig, da sie quasi als “Kontrolle” zur Korrektheit des System beiträgt. - Formformat (Größe) ATX-Format und ITX-Format - Mainboard Kompatibilität Chipsatz, CPU und Sockel (Socket) - Beinhaltet Anschlüsse für Peripheriegeräte (I/O-Anschlüsse) - Integrierter Cache-Speicher (L1, L2 und L3) - Der Chipsatz-Input/Output-Controller dient zur Versorgung der Peripheriegeräte. - GPU-Onboard, Prozessor der die CPU bei der Bildverarbeitung unterstützt. - Externe Grafikkarten werden per PCIe-Steckplätze verbunden. - PCIe-, SATA- und M.2-Anschlüsse sind interne Anschlüsse für Peripheriegeräte. - Netzteil versorgt alle Komponenten mit Strom. - Gehäuse zur Montage und Schutz der Komponenten. Aufbau - Trägerplatte aus Kunstharz, auf dieser werden die Komponenten während der Produktion platziert. - Trägerplatte aus mehreren Schichten (Layer) mit leitfähigen Bahnen, über die die Bauelemente verbunden sind und elektrischen Strom fließen lässt. - Platinen werden auch gedruckte Leiterplatte PCB (Printed Circuit Board) genannt. - Leiterbahnen bestehen in der Regel aus Kupfer und Silber und sind sehr dünn. 3 LF 2 Hardware Jumper Jumper sind kleine Brücken auch Kurzschlussstecker genannt, mit denen man auf der Hauptplatine Verbindungen (elektrische Kontakte) realisieren kann. Sie dienen dazu bestimmte Voreinstellungen oder Kennzeichnungen wie zum Beispiel eine SCSI-ID (Small Computer System Interface) oder einen Ein-/Aus-Zustand festzulegen. Dies geschieht, indem die PINs, auf die der Jumper gesteckt wird, elektrisch verbunden werden. (Man spricht auch von „gebrückt“ werden) 4 LF 2 Hardware Formfaktoren Maße der Trägerplatine werden insbesondere bei portablen Geräten an die Größe des Produktes angepasst und dimensioniert. Dies gilt nicht für Desktop-Gehäuse! Diese unterliegen in ihrer Größe und dem Aufbau einer herstellerübergreifenden Normung. - Weitverbreiteter Formfaktor ist der ATX (Advanced Technology eXtended) für Desktop- und Tower-PCs. - Mini-ITX-Formfaktor (integrated technology extended), wird meist Netbooks und teilweise aber auch in ATX-Gehäuse verbaut werden; haben 20 polige Stecker! 5 LF 2 Hardware Connectoren 1. ATX Power Connector (24-PIN EATXPWR; 8-PIN EATX12V) 2. LGA1151 CPU Socket (Sockel) 3. FAN und PUMP Connector (4-PIN CPU_FAN; 4-PIN CPU_OPT; 5-PIN EXT_FAN; 4-PIN W_PUMP+; 4-PIN AIO_PUMP; 4-PIN CHA_FAN1-2; 4-PIN M.2_FAN) 4. AURA RGB Header (4-PIN RGB_HEADERS1-2) 5. DDR4 DIMM Slots 6. Power-ON-Button (PWR_SW) 7. MemOK! II Switch (MemOK!_ II) 8. USB 3.1 Gen 1 Type-C Front-Panel-Connector (U31G1_C5) 9. Intel® Z390 Serial ATA 6Gb/s Connector (7-PIN SATA6G_12; SATA6G_34; SATA6G_56) 10. Thermal Sensor Connector (2-PIN T_SENSOR) 11. Thunderbolt Header (5-PIN TB_HEADER) 12. System Panel Connector (20-3 PIN Panel) 13. Clear RTC RAM Jumper (2-PIN CLRTC) 14. USB 2.0 Connector (10-1 PIN USB_E12; USB_E34; USB_1112) 15. USB 3.1 Gen 1 Connector (20-1 PIN U31G1_78) 16. TPM Connector (14-1 PIN TPM) 17. Node Connector (12-1 PIN NODE) 18. Serial Port Connector (10-1 PIN COM) 19. Front Panel Audio Connector (10-1 PIN AAFP) 20. M.2 Socket (M.2_1 (Socket 3): M2._2 (Socket 3)) 21. LED Connector (8-PIN LED1_CON) 22. CPU Over Voltage Jumper (3-PIN CPU_OV) Interne Anschlüsse Mainboard 6 LF 2 Hardware Aufbau Mini-ITX - Mini-ITX-Formfaktor: - ITX (Integrated Technology eXtended), wird meist in Notebooks verbaut. - Können aber im ATX-Gehäuse verbaut werden. - Strom Anschluss: 20-poliger Stecker! - Kompakte Boards - Ideal für mobile Geräte - Leistung entsprechend geringer - Anzahl Komponenten begrenzt 7 LF 2 Hardware Fragen 1. Der Formfaktor für Computer bezieht sich auf die genormte Größe, Form und die physikalischen Spezifikationen von Hardware oder Hardwarekomponenten. 2. Desktop-PCs: ATX, Netbooks: mini-ITX oder microITX. 3. ATX = Advanced Technology eXtended Merkmal: 24-Pin Stecker 4. Es hat die Abmessungen 244x244 mm. 5. Input/Output-Anschlüsse, PCIe-Anschlüsse, CPU-Sockel mit IC, SATA-Anschlüsse, RAM-Slots (DIMM), Soundkarte, M.2-Steckplatz, Batterie, Chipsatz, BIOS, GPU. 6. Statisch Entladung, Mainboard steht nicht unter Spannung beim Einbau 7. ACPI steht für Advanced Configuration Power Interface. Das Advanced Configuration and Power Interface ist ein offener Industriestandard für Energieverwaltung in Desktop-Computern, Notebooks und Servern und ist im BIOS integriert. 8 LF 2 Hardware ACPI (Advanced Configuration Power Interface) - Spezifikation zu direkten Betriebssystemeingriffes - Konfiguration Powermanagement - ACPI-Bus auf dem Mainboard - Separate Leitungen zur Überwachung Komponenten - Schutz vor thermischer Überlastung - Steuerung Energiemodi - Zustand zum schnelleren Boot (Startvorgang / Arbeitszustand) - Voraussetzung: ACPI-fähiges Betriebssystem (unterstützt UEFI) - ACPI-Spezifikation hat 3 Zustände-Betriebssystem - S-State (Gesamtsystem) - C-State (CPU) - P-States (Performance) - Komponentenabstimmung zur Benutzung notwendig (ACPI-konformes Netzteil) - UEFI muss ACPI unterstützen - Betriebssystem muss im ACPI-Modus installiert sein (i. d. R. Standard) - ACPI-konforme Gerätetreiber nötig - Sleep Modi / Stromsparoption / individuelle UEFI Power-Einstellungen - Hibernate-Modus (PC-Zustandsspeicherung) 9 LF 2 Hardware ACPI Betriebsmodi 10 LF 2 Hardware 11 LF 2 Hardware Chipsatz - früher in der Regel aus 2 Chips (daher der Name “Satz”) - Verwaltung Datenübertragungssysteme (PCIe, USB) - Verwaltung Schnittstellen (SATA, eSATA, Firewire, LAN) - Steuerung Datenfluss zu den Komponenten - Abstimmung BUS-Takte - Abstimmung der Übertragungsrate - Controller -> Bridges und Hubs (Herstellerabhängige Bezeichnung) 12 LF 2 Hardware 13 LF 2 Hardware Northbridge: Versorgung der Leistungskomponenten (Datenfluss und Informationsfluss), Steuerung; Speichercontroller => Vorteil: Nah an Leistungskomponenten, gewährleistet schnelle Versorgung d. Komponenten, Flexibilität -> Kompatibilität der Komponenten Southbridge: I/O-Controller übernimmt die Steuerung der Peripheriegeräte, Leistungsaufnahme niedriger Geräte. Verwaltung von Peripheriegeräte und der physischen Schnittstelle (SATA; IDE). Energieverwaltung: Unterstützt das Power-Management. Vorteile Southbride: - Kompatibilität der unterschiedlichen Geräte. - Integration/Aufteilung der Aufgaben. Nachteile Southbride: - Leistungsgrenze -> da nicht Leistungskomponente und eine höhere Anzahl kann Last auf ihre Grenze stoßen. 14 LF 2 Hardware CPU-Verbindungsarten 15 LF 2 Hardware 16 LF 2 Hardware Aufgaben 1. - Verwaltung von Kommunikation zw. CPU und anderen Komponenten, - Unterstützung der Speicherverwaltung, - Energieverwaltung -> ACPI -> Betriebsmodis, - Kommunikation zw. CPU-Chipsätze (Befehle), - Steuerung der Peripheriegeräte, - Eigenschaft: - Erweiterungsoption - Kompatibilitätsoption 2. 1. Northbridge = zuständig für die schnelle Kommunikation CPU/RAM/GPU (gemeint PCIe 16x und AGP Anschluss) 2. Southbridge = zuständig für Kommunikation der Peripheriegeräte (PCH/FCH) 3. - Kostensenkung der Herstellungskosten - Energieeffizienter - platzsparend aufgrund kompakter Bauweise - Minimierung der Komplexität - schnellere Datenübertragung 4. - FSB = Front Side Bus, ältere Technologie (Verbindung) -> Eigenschaften: - Hauptverbindung CPU - Chipsatz - Zugriff auf RAM/GPU/Laufwerke - Verbindung zur Northbridge Bsp: ~ 200 MHz ~ 800 MT/s - HT = Hyper Transport, löste FSB ab -> Eigenschaften: - von parallelen zur seriellen Datenübertragung gewechselt - Skalierbarkeit der Verbindungsbreite (entweder 8/16 oder 32 Datenleitungen nutzbar und skalierbare Frequenz!) 17 LF 2 Hardware - Point-to-Point-Topologie - Auswirkung auf die Datenrate und damit niedrige Latenz. - QPI = QuickPath Interconnection -> Eigenschaften: - Point-to-Point-Topologie - Verwendet mehrere Kanäle - Vollduplex-Kommunikation (Bi-Direktional) - gleichzeitiges Senden und Empfangen von Daten auf separaten Pfaden - DMI = Direct Media Interface -> Eigenschaften: - Verbindung zw. North- und Southbridge - Schnittstelle zwischen CPU - Chipsatz - “Datenautobahn” -> DMI hohe Datentransfer und Verbindung entsprechender Komponenten (direkte Kommunikation) - Bidirektional: Daten senden und Empfangen möglich, aber nicht unbedingt gleichzeitig. 5. Nein, da der Chipsatz fest im Motherboard verlötet ist. 18 LF 2 Hardware CPU - Hauptprozessor - CPU -> Gehirn oder Herzstück des Rechners, zentrale Verarbeitungseinheit - Leistung abhängig vom Chipsatz des Mainboards (Übertaktungsoptionen) - CPU = Central Processing Unit - Rechenwerk (ALU = Arithmetic Logic Unit) - Steuereinheit (CU = Control Unit) - Speichermanagement (MMU = Memory Management Unit) - Zwischenspeicher (CPU-Cache) - Sequentielle Verarbeitung der Daten - Steuerung und Kontrolle des Systems - Cache: Zwischenspeicher -> schnell, direkt mit CPU verbunden, für wartende Prozesse, entlastet Prozessor - Kann auch Hilfsprozessoren zur Videobearbeitung beinhalten (z.B. integrierte CPU) - Unterscheiden sich anhand der Architekturen (x86 oder ARM/RISC = Reduced Instruction Set Computer) - Strukturgrößen aktuell 5 - 7 nm (1 nm etwa 500 mal dünner als ein Haar) - Prozessorleistung -> Anzahl Transistoren pro Kern und Zugriffszeit verkürzen - Physikalische Grenzen erreicht: Leistungssteigerung durch stärkere Komponenten und zusätzliche Chips - Leistungssteigerung -> Erhöhung der Taktfrequenz - Vorteil: Übertaktung erhöht die Gesamtleistung des Systems - Nachteil: Energieverbrauch, Wärmeentwicklung und Lautstärke 19 LF 2 Hardware Parallelisierung = Leistungssteigerung nicht nur durch Übertaktung möglich! Multi-Threading - Programmabläufe (Threads) und Funktionen parallel verarbeiten - Abwechselnde Zuschaltung von bis zu 32 Zuständen - SMT (Simultanes Multithreading).> Threads werden simuliert - HT (Hyper-Threading) -> stellt Funktionen weiterer Prozessorkerne bereit Pipelining - Befehlsausführung parallel in Stufen und Phasen Coprozessor - spezieller Prozessor - erweitert den Hauptprozessor um Funktionen - Rechenoperationen bspw. Multiprozessor - Mehrere Prozessor für leistungsstarke System - Für Großrechner, Supercomputer und Server Multi-Core- - Prozessor aus mehreren zusammen geschalteten Kernen (Cores) Prozessor - Betriebssystem verwaltet mehrere Kerne - Many-Core-CPUs -> Aktuelle Technologie (256 bis 1024 Rechenkernen) - Intel-XEON (Server und Workstation) Übertaktung Zur schnelleren Bearbeitung von Programmen und Abläufen. - Positiver Effekt: - Energieeinsparung - Wärmeoptimierung - Overdrive: Super-Turbo außerhalb der TDP-Grenze (Thermal Design Point) - Kerne werden nur dann zugeschaltet, wenn die Leistung nicht ausreicht oder zu heiß wird! - Anwendungen werden beschleunigt durch höhere Taktung und Wartezustand Kerne. -> Intel = Turbo Boost -> AMD = Precision Boost Multimedia-Erweiterung Erfüllung der Anforderungen im Bereich Multimedia und Spielesoftware (32-64-128 Bit). - MMX = Multimedia Extension (32-Bit Befehle) - XMM = Extended Memory Manager (128-Bit Mediaregister) - SIMD = Single Instruction Multiple Data (Intel®SEE) => Befehlserweiterungssätze sind zusätzliche Anweisungen, die die Leistung steigern, wenn Vorgänge auf mehrere Datenobjekte ausgeführt werden. 20 LF 2 Hardware Thermal Design Power TDP = Thermal Design Power: - Parameter zur abgegebenen Wärmeleistung - Kernspannung und Temperatur - Unterhalb der maximalen elektrischen Leistungsaufnahme - TDP-Parameter werden berechnet Kühler: schützen CPU vor Überhitzung und Ausfall. Kühler sollten eine höhere TDP-Grenze haben als CPU. => CLC (Closed Loop Cooler) -Kühler sind Kühler, mit geschlossenem Kreislauf (Effizient) GPU: GPGPU (General Purpose Computation on Graphics Processing Unit) ist eine Programmierschnittstelle mit der Möglichkeit, allgemeine Berechnungen vom Grafikprozessor (GPU) auf der Grafikkarte ausführen zu lassen. GPGPU wird bei Hochleistungscomputern mit sehr leistungsstarken Grafikprozessoren genutzt. Grafikkarten sind hier auf GPGPU-Eigenschaft zu prüfen. (Berechnungen der grafischen Darstellung) Architekturen CISC (Complex Instruction Set Computing) und RISC (Reduced Instruction Set Computing sind unterschiedliche Konzepte für Computer oder Prozessoren. - CISC steht für einen Prozessor, der einen umfangreichen Befehlssatz hat. Einzelne Befehlssätze werden als “sehr mächtig" betrachtet. Die Ausführung und Verarbeitung eines Befehls erfolgt in der Regel in mehreren Taktzyklen. - RISC steht für einen Prozessor, der einen reduzierten Befehlssatz hat. Kleinere, aber effizientere Befehlssätze verarbeiten. Die Befehle werden optimiert, um eine schnelle Ausführung zu realisieren - meist in einem Taktzyklus! Komplexe Befehle werden in kleine Teile zerlegt und anschließend verarbeitet. Die Zerlegung hat aber auch Nachteile: zusätzlicher Zwischenspeicher ist erforderlich! CISC-Befehle werden in der Dekoder-Einheit in Microcodes gewandelt und an den Nanoprozessor geschickt, der diese Anweisung nacheinander ausführt (eine Anweisung komplett, dann die nächste, usw.). CISC-Befehle benötigen i. d. R. vier bis zehn Takte, bis ein Befehl komplett ausgeführt ist. 21 LF 2 Hardware Bild: RISC, CISC, SISD, SIMD RISC arbeitet quasi mit SISD und CISC arbeitet mit SIMD Arbeitsweise mit Programmiersprache Programme und deren Befehle werden über den Compiler in maschinelle Sprache übersetzt. Der Compiler wird auf dem Betriebssystem installiert und erkennt aufgrund der Eigenschaften der CPU, welche Art und Weise er bei der Verarbeitung anwenden soll. RISC Zeilenweise, verarbeitet in kleineren Blöcken in einem Taktzyklus. CISC Verarbeitung mehrere Datensätze in einem Taktzyklus. 22 LF 2 Hardware RISC / CISC - Anwendungsgebiete Bild: Bei der x86 / x64 sollte es heißen: x86 - x64 Google ARM = Das R steht für RISC, heißt, alle Google und Android Geräte arbeiten quasi mit RISC. Mobile Hardware, die weniger Rechenleistung hat als Desktop-PCs laufen mit RISC. 23 LF 2 Hardware RISC / CISC Unterschiede Typ RISC CISC Definition - Reduced Instruction Set - Complex Instruction Set Computing Computing - reduzierter Befehlsumfang, - großer Befehlsumfang und der nur wenige elementare komplexe Befehle enthält. Adressierungsmöglichkeiten. Funktion > Die meisten Befehle können > Jeder Befehl hat einen eigenen innerhalb weniger Taktzyklen Microcode im ROM-Speicher des ausgeführt werden. CISC-Prozessors. => wenige und einfache Befehle > Bei jedem Befehlsaufruf wird von der haben einen einfacheren Dekoder-Einheit der Befehl in den Prozessoraufbau zur Folge, in dem Maschinenbefehl, die Adressierungsart, sich einfache digitale Schaltungen die Adressen und die Register aufgeteilt. befinden und Befehle (im > Dann werden aus kleineren Steuerwerk) fest verdrahtet sind. Anweisungen, der Microcode, an den > Man setzt dabei auf unabhängige Nanoprozessor (“Prozessor im Verarbeitungseinheiten, mehrere Prozessor”, führt Microcode in seinen getrennte interne Bussysteme und komplexen Schaltkreisen aus) geschickt. Parallelverarbeitung der Befehle. > Microcode wird der Reihe nach > Alle RISC-Befehle haben ausgeführt, alle anderen weiteren gleiches Format und es gibt nur Anweisungen müssen warten eine Möglichkeit sie zu laden oder > interner Bus bremst zugleich CPU beim zu speichern. Speicherzugriff aus. > Weil nicht erst in Microcode > Deshalb ist Vorgehensweise langsam dekodiert werden muss, sind => Microprozessor benötigt mehrere RISC-Befehle viel schneller Arbeitsschritte, das benötigt viel Zeit. geladen als CISC-Befehle. Anwendun gsgebiete Kurz RISC bietet nur solche Befehle an, CISC bietet hierbei dem Programmierer erklärt: die in einem Zyklus abgearbeitet mächtigere und komfortablere Befehle, werden können die vom Prozessor in der Regel aber nicht in einem Zyklus bearbeitet werden können. 24 LF 2 Hardware Flüchtiger / Nicht flüchtiger Speicher Flüchtiger Speicher: - RAM (Arbeitsspeicher) - Cache - Register Nicht flüchtiger Speicher: - HDD/SSD (Datenträger) - Optischer Speicher - Flash-Speicher (USB-Sticks, Karten) - SSD - HDD - Magnetisches Speichermedium - ROM ROM (Read-Only-Memory): - “nur” ein Lesespeicher - nichtflüchtiger Speicher - sehr robust / langlebigkeit - sehr effizient / geringere Kapazität als z.B. RAM - günstig in der Herstellung - Zugriffszeit (Milli-Nanosekunden) flüchtiger Speicher nicht flüchtiger Speicher - volatile Memory - Non-Volatile-Memory - temporärer Speicher - “dauerhafter” Speicher - Speicher solange Strom da! - Daten bleiben auch nach - Bei Stromunterbrechung wird Stromunterbrechung erhalten Speicher gelöscht - Langsamer als Volatile-Speicher - schnell - Lese- und Schreiboperationen - effizient - nicht effizient aufgrund der Geschw. - höhere Herstellungskosten - Kostengünstiger - Lese- und Schreiboperationen - In der Regel größer (Kapazität) - kleiner (Kapazität) 25 LF 2 Hardware Stufen des ROM 1. ROM Read Only Memory a. einmalige Programmierung bei der Herstellung 2. PROM Programmable ROM a. Programmierung bei der Herstellung oder einmal durch den Benutzer (“leerer ROM”) 3. EPROM Erasable PROM a. kann gelöscht und programmiert werden i. Löschung durch spezielles Verfahren (“UV-Licht”) 4. EEPROM Electrically EPROM a. kann gelöscht und programmiert werden i. Löschungsverfahren: elektrisches Verfahren 5. Flash-ROM a. Weiterentwicklung EEPROM i. Bestand USB und Flash-Speicher 26 LF 2 Hardware RAM = Random Access Memory, ist der Arbeitsspeicher der Hardware. - Arbeitsspeicher - flüchtig (Löschung beim Herunterfahren) - CPU-> RAM -> HDD/SSD - schneller/ effizienter temporärer Speicher - Anwendung/Programme werden von der Festplatte in den Arbeitsspeicher geladen. CPU kann direkt darauf zugreifen. - Speicherkapazität: - Einheit: Megabyte; Gigabyte; Terabyte - Bandbreite: Datenrate (MT/s) y Busbreite (in Bytes) ⇒ - Taktfrequenz (RAM-Geschwindigkeit): - Einheit: Megahertz oder Gigahertz - Anzahl der Taktzyklen; je höher, desto schneller - CAS Latency (CL) - Zeit zwischen Anfrage und Bereitstellung der Daten (Verzögerungszeit) -> Reaktionszeit - Je niedriger die Zahl der Zeit, desto schneller - Datenbusbreite: - Einheit: Bits - Zahl gibt an, wie viele Datenbits gleichzeitig übertragen werden können. - Standard: 32-Bit- 64-Bit - 128-Bit - Voltzahl: - Beschreibt Betriebsspannung in der Regel 1,2V; 1,35V - niedrige Voltzahl = geringere Wärmeentwicklung und geringerer Energieverbrauch 27 LF 2 Hardware DIMM / SO-DIMM Typ DIMM SO-DIMM = Dual Inline Memory Module = Small Outline Dimm Anwendungs- - Desktop-PC - Laptop/Notebook bereich - Server/Großrechner Maße - Standard-Größe - ~67mm - Kerbe unterscheide sich je nach - halb so lang wie DIMM Generation (DDR2, DDR4) PIN 184, 240, 288 (Gen.) 144, 200, 260 (Gen.) Steckplatz DIMM-Slot Mainboard SO-DIMM-Slots Eigenschaften - Leistungsstark - Kompakt (Größe) - Kapazität - Energieeffizienz 28 LF 2 Hardware DDR, DDR3, DDR5, DD5, DRAM DRAM 29 LF 2 Hardware SDRAM: DRAM und SDRAM 30 LF 2 Hardware SRAM / SDRAM / DRAM SRAM (Static Random Access Memory) - stabiler Arbeitsspeicher SRAM Eigenschaften: - Kein Refresh notwendig - SRAM speicher Daten in Flip-Flop-Schaltung - Transistorenpaare, bleiben stabil, solange Stromzufuhr besteht. - schneller als DRAM / SDRAM aufgrund der nicht vorhandenen Refresh-Zyklen - Effizienz: - Aufgrund Geschwindigkeit und fehlender Refresh-Zyklen (Stromsparend) - Kapazität: - geringer, da pro Speicherzelle weniger Transistoren vorhanden sind. - Transistorenpaare (Flip-Flop-Schaltung) - Kapazität: Speicherdichte - Kosten: - teuer! 31 LF 2 Hardware DRAM (Dynamic RAM) - Speichertechnologie: - Daten werden in sogenannten Kondensatoren gespeichert. - Nachteil: - Kondensatoren verlieren die Ladung -> Refresh - Refresh heißt nicht, dass die Daten verloren gehen! - Daten müssen ständig aktualisiert werden - Zugriff auf Daten erfolgt asynchron zu dem Takt der CPU (Taktsignals) => Start-Stop-Übertragung - Eigenschaften: - Asynchroner Betrieb zur CPU - Kostengünstig - langsamer als ein SDRAM (Übertragungsrate) - Energieeffizienz: - verbraucht mehr - Anwendung: - Bei PCs und sonstigen Rechnern SDRAM (Synchronous Dynamic RAM) - Speichertechnologie: synchroner Speicherzugriff - mit dem Takt der CPU - Daten können dadurch präziser verarbeitet werden - Eigenschaften: - synchrone Verarbeitung: - steigert die Effizienz - schneller als DRAM - kein “refresh” der Daten notwendig -> Effizienter - Modus zur Adressierung, erhöht die Geschwindigkeit - Burst-Modus - Effizienz: - Refresh erfolgt in Zyklen! 32 LF 2 Hardware Unterschiede der einzelnen RAM-Varianten Typ Unterschiede SRAM - Flip-Flop-Schaltung (Transistorenpaare) - kein Refresh - schnell - teuer - Stromverbrauch gering - Anwendung: Cache, Puffer DRAM - Kondensatoren + Transistoren -> einzeln - ständiger Refresh (SDRAM-> Refresh-Zyklen) - langsamer - günstiger - Stromverbrauch hoch - Anwendung: PC, Laptop, Server Typ Unterschiede SDRAM - Synchron - schneller - komplexe Struktur - Kondensatoren: Refresh-Zyklen - niedriger Stromverbrauch - Synchron zum CPU-Takt DRAM - Asynchron - langsamer - einfache Struktur - Kondensatoren: ständer refresh - hoher Stromverbrauch - unabhängig von CPU-Takt 33 LF 2 Hardware Registered / Unregistered Unterschied Registered / Unregistered Registered Unregistered - gepuffert - ungepuffert - hat einen Puffer - hat keinen zusätzlichen - Register-Chip Puffer/Zwischenspeicher - Zwischenspeicher - Datenaustausch direkt zwischen - Entlastung Controller Speichercontroller und RAM-Chip - Stabilitätsteigerung durch Nutzung - schneller mehrerer Module - geringere Stabilität (keine ECC) - Register-Chip -> erhöht die Latenzzeit - kann auch “überlaufen” - teurer - günstiger - Server (wegen ECC = Error - PC-Laptop Correcting Code) RAM-Kennzahlen 1. Taktfrequenz (Clock): a. Datenzyklus pro Sekunde b. Einheit: Hertz -> MHz / GHz c. DDR5 - 4.800MHz -> 4.800 Takte pro Sekunde d. hohe Taktfrequenz -> Geschwindigkeit beim Lesen und Schreiben 2. Bandbreite: a. Datenmenge, die pro Sekunde übertragen wird! b. Einheit: MBit, oder GBit pro Sek. i. Berechnung Bsp.: Bandbreite = (Taktfrequenz x Busbreite) / 8 = 38,4 GBit/s = (4,8 GHz * 64 Bits) / 8 ii. Je höher, desto schneller 3. Latenz: a. CL-Wert beschreibt die Verzögerung bei der Zugriffszeit auf die Speicherzelle CL = CASL => Column Address Strobe Latency ->Je höher, desto mehr Taktzyklen werden für die Verarbeitung benötigt. 34 LF 2 Hardware Dual-Channel-RAM - RAM-Speichertechnologie - erhöht/verdoppelt die Bandbreite durch Parallelität - Übertragung durch 2-Kanäle gleichzeitig! - Effizienzsteigerung - Voraussetzung: - RAM-Riegel am besten exakt die gleichen - Frequenz, Hersteller, eventuell auch Charge, Geschwindigkeit, Größe) ECC (Error Correcting Code) - Sicherheitsmaßnahme - RAM prüft auf Fehler und kann kleine Fehler korrigieren. - Fehlerkorrektur hat Auswirkung auf Preis und Leistung. - ECC: 1. Single-Bit-Error (fehler in einem Bit) -> Fehler wird erkannt und automatisch korrigiert 2. Multi-Bit-Error (Fehler in mehreren Bits) -> Fehler werden erkannt, kann aber nicht immer vollständig korrigiert werden. UDIMM / RDIMM UDIMM RDIMM - unregistered DIMM - registered DIMM - ungepuffert - gepuffert - Keinen zus. Puffer bzw. - Zwischenspeicher entlastet 35 LF 2 Hardware Zwischenspeicher den Controller - Datenaustausch direkt zw. Controller - Stabilitätssteigerung durch Nutzung und RAM-Chip mehrere Speichermodule - schneller - Register-Chip erhöht aber die - günstiger Latenzzeit (Zwischenspeicher) - geringere Stabilität - teurer/langsamer - Speicher kann “überlaufen” - Hat eine ECC - Keine ECC vorhanden Anwendungsgebiet: Anwendungsgebiet: - Desktop - Server Das Netzteil Funktionsweise 1. Gleichrichtung der Netzspannung Die Diode ist für die Gleichrichtung das entscheidende elektronische Bauelement. Sie ist nur in einer Richtung durchlässig, die andere Richtung wird gesperrt. Wie ein Rückschlagventil. Da mit nur einer Diode, wie in Bild links, nur eine Halbwelle erzeugt und dadurch viel "verschenkt" wird, optimiert man dies durch die Gleichrichtermethode Zweipulsgleichrichter (Bild rechts). 2. Spannungsglättung durch Netzfilter Die Spannung ist nun allerdings noch nicht dauerhaft vorhanden; sie fällt auch auf 0V ab. Das ständige Ein- und Ausschalten würde eine angeschlossene elektronische Schaltung stark belasten. Um diese "Spannungslöcher" aufzufüllen, bzw. zu puffern, wird in diesem Beispiel ein passiver Tiefpass 2. Ordnung eingesetzt. (Bild 2) Der Kondensator C speichert die Spannung bzw. wird geladen und gibt sie dann wieder ab, wenn unsere Versorgungsspannung abnimmt. 36 LF 2 Hardware 3. DC-Eingangsspannung wandeln Nun muss die gleichgerichtete, geglättete Netzspannung (ca. 325V) noch auf den gewünschten Ausgangsspannungswert gewandelt werden. Es findet also eine DC/DC-Wandlung statt. In diesem Beispiel (Bild 3) wird die Schaltungstopologie des Eintaktflusswandlers (Forward Converter) gewählt. Es sind aber noch weitere Topologien möglich. Der Schalter S entspricht einem Schalttransistor, welcher mit Schaltfrequenzen von einigen 10 kHz bis zu einigen 100 kHz und lastabhängigen Pulsweiten durch eine nicht dargestellte Steuereinheit angesteuert wird. Der Transformator Tr stellt die galvanische Trennung dar und setzt dem Windungszahlverhältnis entsprechend die Eingangsspannung auf eine sekundärseitige Spannung um. Im Leitzustand fließt bei geschlossenem Schalter S ein Strom durch die Primärwicklung des Transformators Tr und ein mit dem Windungszahlverhältnis übersetzter Strom durch die ausgangsseitige Diode D1 und die Speicherdrossel L. Die Diode D2 sperrt in diesem Zustand. Durch den Aufbau eines Magnetfeldes in der Speicherdrossel steigt der Strom linear. Der Kondensator C wird auf die Ausgangsspannung aufgeladen. Der Energiefluss findet in der Leitphase statt. Im Sperrzustand ist der Schalter S geöffnet und D1 sperrt, da die Sekundärspannung sich umpolt. Die Speicherdrossel L ermöglicht einen stetigen Strom, der in der Sperrphase über die dann leitende D2 fließt. Zusammen mit dem Kondensator C wird so die Ausgangsspannung UA, bis auf einen kleinen Rippel, konstant gehalten. Die Ausgangsspannung ist belastungsabhängig und muss über eine, im Bild 3 nicht gezeigte, Rückkopplung und Steuerung der Schalttransistoren geregelt werden. 37 LF 2 Hardware Zusammenfassend: Wirkungsgrad Berechnung: Beispielrechnung: Netzteil hat max. Leistung 850W und Spannungsauslastung von 450W. Berechne die Auslastung in % Auslastung / Netzteilspannung * 100 = Auslastung in % 450/850 *100 = 57 % Diese 57 % können dann in der Tabelle der 80-Plus-Zertifizierung nachgesehen werden, um den Wirkungsgrad zu erhalten. => Bei einem Platinum Netzteil wäre dies ein Wirkungsgrad von 94 % 38 LF 2 Hardware Label (80 Plus) 39 LF 2 Hardware Features Kenngrößen: - Nennleistung auf Schienen des Netzteils: - 3,5-, 5- und 12-V-Schienen - 5VSB = 5 Volt Standbybetrieb (USB-Ports, die im ausgeschalteten Zustand Geräte mit bis zu 5V laden können) - Power-Taster, - WOL (Wake-on-LAN reaktiviert einen Computer aus einem Energiesparzustand, wenn ein Netzwerkadapter ein WOL-Ereignis erkennt) - externe Peripheriegeräte (Tastatur, Maus) - Max. Belastbarkeit der zu Verbrauchern führenden Spannungsschienen - Qualitätsmerkmal: - Geräuschpegel - Wirkungsgrad (80 Plus Zertifizierungen) - Ausfall- & schwankungsarme Stromversorgung Vorschriften: - Kurzschlussschutz: - Schaltet bei Kurzschluss ab, bevor Schäden entstehen können. - Überspannungsschutz (OVP): - Schutz vor zu hohen elektrischen Spannungen. - Überstromschutz (OCP): - zu lange, zu hoher Strom -> Abschalten! - Leistungsfaktorkorrektur (PFC): - Alle Geräte über 75W müssen PFC haben (EU) - Wirkungsgrad wird erhöht - Die zweite, teurere Lösung ist ein aktiver Filter, der zudem eine bessere Wirkung aufweist. Die 80-Plus Zertifizierung schreibt einen Leistungsfaktor über 0,9 vor, der mit einer passiven PFC nur schwer erreichbar ist, sodass de facto sämtliche 80-Plus-Netzteile einen aktiven Filter besitzen. In der Praxis bewegen sich aktive PFCs zwischen 0.95 und 1. - Lebensdauer: - MTTF (Mean Time To Failure) - Lüfter: 20.000 - 50.000 Stunden - Elektrolytkondensatoren: 1.000 - 6.000 Stunden - Spulen: Vibration ⇒ hörbare Geräusche - Weitere Einflüsse auf Lebensdauer: - ausgefallen MOSFETS - Wärmeleitpaste verharzt - Schlechter Airflow durch Schmutz 40 LF 2 Hardware Aufgaben Aufgabe 1: Komponenten Verbrauch CPU 120W Grafikkarte 200W Mainboard 50W RAM 10W SSD 5W Lüfter 10W Peripherie 5W +20% Puffer 80W Gesamt 480W - Was für ein Netzteil bietet sich an und warum? - Aufgrund des Puffers und des Gesamtverbrauchs von 480 Watt würde ich hier ein Netzteil von 800 Watt empfehlen, vermutlich mit dem Gold Standard. Damit könnte man kurzfristig kleinere Upgrades der Komponenten ausreichend mit Leistung versorgen, ohne das Netzteil voll zu beanspruchen. Vorschläge: 41 LF 2 Hardware Berechnungen: 550W Gold 80 Plus = 480/0,89 = 539,3258W (Hier sind wir schon bei knapp 540W 600W Gold = 480/0,92 = 521,7391W 700W Gold = 480/0,92 = 521,7391W 800W Titanium = 480/0,96 = 500,0000W Auslastung in Prozent: 550W Gold 80 Plus = 480/550*100 = 87% 600W Gold = 480/600*100 = 80% 700W Gold = 480/700*100 = 69% 800W Titanium = 480/800*100 = 60% - Auf welche Features/Faktoren haben Sie besonders geachtet? - 42 LF 2 Hardware Aufgaben 2: Komponenten Verbrauch CPU 100W Grafikkarte 50W Mainboard 50W RAM 10W SSD 5W Lüfter 10W Peripherie 25W +20% Puffer 50W Gesamt 300W a) Ein geeigneter Puffer wäre 20% (30% geht auch). b) Die Gesamtlast beträgt 300 Watt c) 300W/600W*100 = 50% Auslastung für eine optimale Effizienz => also ein Silber oder Gold Netzteil wählen. Wenn Geld keine Rolle spielt, dann Platinum oder Titanium, bestenfalls passiver Betrieb (passive Kühlung, nicht so leistungsstark). Fazit Nützliche Links - Wie funktioniert ein Schaltnetzteil? | AC/DC Netzteile | Stromversorgung Wissen | Neumüller Elektronik - Distributor für elektronische Bauelemente - https://www.leifiphysik.de/mechanik/arbeit-energie-und-leistung/grundwissen/wirkungsgr ad - https://de.wikipedia.org/wiki/80_PLUS - https://www.clearesult.com/80plus/program-details#program-details-table - 43 LF 2 Hardware Netzteilstecker Welche gibt es? Stecker Verwendung 24-Pin ATX Hauptstromversorgung für Mainboard 4+4 Pin EPS12V Stromversorgung der CPU 6-Pin und 8-Pin PCIe Stromversorgung der GPU SATA Stromversorgung für Festplatte/SSDs Molex Stromversorgung für ältere Geräte 4-Pin Floppy Stromversorgung für Diskettenlaufwerke Proprietär Spezielle Anwendungen 44 LF 2 Hardware Anschlussarten 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 1. 20 Pin ATX-Stromstecker 6. 6-Pin PCI Express Stromstecker 2. 24-Pin ATX-Stromstecker 7. 8-Pin EPS Stromstecker 3. 4-Pin IDE-Stromstecker (Molex) 8. 6-Pin AUX Stromstecker 4. 4-Pin Floppy-Stromstecker (Molex) 9. 4-Pin Stromstecker 5. 15-Pin SATA-Stromstecker 45 LF 2 Hardware Farbzuordnung Kabelspannung 46 LF 2 Hardware HDD/SSD HDD Aufbau SSD SSD oder auch Solid-State-Drive ist eine Festplatte, die mit Strom betrieben wird. Besitzt keine mechanischen Bauteile. Flash-Halbleiterspeicher. -> Geräuschlos, geringe Zugriffszeiten, energieeffizient, ohne Strom speichern -> MLC, TLC, … (Speicherzellen) SSD-Aufbau Solid State Drives nutzen Flash-Memory-Chips, um Informationen zu speichern. Eine SSD besteht aus mehreren Speicherchips, die auf einer Leiterplatine installiert sind. Wear-Leveling - erhöht die Lebensdauer durch gleichmäßige Abnutzung Statisch Dynamisch Wählt den Zielblock mit der allgemein Fasst gelöschte Blöcke zusammen und niedrigsten Löschrate aus und löscht den selektiert den Block mit der niedrigsten Block bei Bedarf. Löschrate für den nächsten Schreibprozess. 47 LF 2 Hardware Daten-Storage-Lösungen SLC = Single-Level-Cell MLC = Multi-Level-Cell TLC = Triple-Level-Cell QLC = Quad-Level-Cell SLC MLC TLC QLC 1 Bit 2 Bit 3 Bit 4 Bit Kapazität normal Etwas größer noch größer noch größer Zugriffszeiten langsamer langsamer schneller Geringe Datendichte schneller Abnutzung -> zuverlässiger Hohe Lebensdauer Wie TLC Teuer, z.B. für Server Günstiger, z.B. günstiger, z.B. Große Speicher mit Spielrechner Standardrechner weniger Zugriffen Bad Block Management TRIM Garbage Collection Defekte Zellen werden Sorgt dafür, dass die SSD Veraltete Daten, ungültige automatisch “verschoben” immer aufgeräumt ist Blöcke kontrollieren 2 Arten von BB: Daten werden als nicht mehr -> und löschen - Früher Bad Block verwendet gekennzeichnet über -> Laufwerk kann Daten Herstellungsprozess entfernen (1 % reserviert) - Späte Bad Blocks durch Verschleiß (7 % reserviert) TBW = Total Bytes Written Haltbarkeit der SSD, vom Hersteller minimal garantierte Schreiblast. DPWP = Drive Writes Per Day Wie oft kann man innerhalb eines Zeitraumes die SSD neu beschreiben? WAF = Write Amplification Factor Gibt das Verhältnis der Datenmenge an, die auf der SSD physisch geschrieben wird/Datenmenge, die vom Host auf die SSD gesendet werden soll. Je höher, desto schneller verschleißt die SSD 48 LF 2 Hardware IOPS = Input/Output per Second Anzahl an Operationen, die eine SSD in der Sekunde ausführen kann. MTBF = Mean Time Between Failures Betriebsdauer zwischen zwei aufeinanderfolgenden Ausfällen. Angabe in Stunden; je höher, desto zuverlässiger Unterschiede HDD/SSD Typ HDD SSD Aufbau Rotierende magnetische Platte. NAND-Flash Speicher (keine Beweglicher Lese-/Schreibkopf auf beweglichen Teile) Aktuatorarm, mechanisch. Geschwindig- langsam schnell keit Lese- und Schreibköpfe müssen keine beweglichen Teile (elektrisch) mechanisch an die Stelle bewegt werden. Lebensdauer abhängig von mechanischer TBW-Wert. Haltbarkeit Beanspruchung. Begrenzte Schreibzyklen pro Anfällig für Stöße/Erschütterungen. Speicherzelle (5-10 Jahre ca.) Theoretisch unbegrenzte Schreibzyklen. Nach 3-5 Jahren wechseln. Formfaktoren Die gängigsten HDD-Formfaktoren in Der Standardformfaktor für eine SSD Unternehmenssystemen sind 2,5 Zoll ist 2,5 Zoll, was in den (auch als kleiner Formfaktor Laufwerksschacht der meisten bezeichnet) und 3,5 Zoll (auch als Laptops oder Desktop-Computer großer Formfaktor bezeichnet). passt. Werden mit SATA angeschlossen Angeschlossen mit NVMe (Nonvolatile Memory Express) ist ein neues Storage-Zugriffs- und Transportprotokoll für Flash und Solid State Drives (SSDs). M.2 Energiever- Typischerweise verbraucht eine SSDs sind Festkörpergeräte ohne brauch größere 3,5-Zoll-Festplatte je nach bewegliche Teile und verbrauchen Leistungszustand, Drehzahl und deutlich weniger Strom als ihre anderen Faktoren etwa 5-15 Watt HDD-Gegenstücke. Strom Ca. 2-5 Watt Lautstärke Betriebsgeräusche (Rotation der geräuschlos Magnetplatte) hörbar 49 LF 2 Hardware Typ HDD SSD Anwendungs- Bei Datensicherungen, große Bei Arbeiten, die eine hohe Lese- und bereiche Datenarchiven oder Schreibgeschwindigkeit benötigen. durchsatzintensiven Workloads, Medien Betriebssysteme, Programme, Videobearbeitung Sicherheits-/ Datenverlust durch physische Schäden. Datenverlust durch Inaktivität. Datenrisiken Mechanische Ausfälle. -> 2 - 5 Jahre ohne Strom. Stoß-/Vibrationsschutz Intensive Schreiblasten führen zu Backups starkem Verschleiß. TRIM-Befehle, Wear-Leveling Es gibt auch noch eine Mischform von SSD und HDD Festplatte: Vorteile Nachteile HDD - Speicherkapazität - niedrigere Geschwindigkeit beim - nicht flüchtig Schreiben und Lesen von Daten als SSD - geringere Kosten pro GB - Betriebsgeräusche - einfache Verfügbarkeit - anfälliger für mechanische Schäden SSD - längere Lebensdauer als HDDs (wenn - höhere Kosten pro GB Schreib-Lesezugriffe gering) - begrenzte Schreib-Lese Zyklen (kann - schnellere Startgeschwindigkeit Lebensdauer beeinträchtigen) - schneller im Lese- und Schreibprozess - aktuell nur in kleineren Speichergrößen - niedriger Stromverbrauch bis 4 TB erhältlich - Verfügbarkeit 50 LF 2 Hardware Maus Aufgaben: 1. Was für Mäuse gibt es? - Optomechanische Maus, bspw. 2. Was für Features? 3. Was für Einstellungsmöglichkeiten gibt es? 4. Anschlüsse/Einsatzgebiete 1. Was für Mäuse gibt es? a. Funkmäuse b. Bluetooth Mäuse c. ergonomische Mäuse d. Trackball-Mäuse e. Gaming Maus f. Mini Maus g. optische Mäuse (mit LED) h. Optomechanische Maus = Maus mit Kugel 2. Was für Features gibt es? - Scrollfunktion (Wheel) - Seitentasten (Funktionstasten) - Tasten - Links-Klick (primäre Taste) - Rechts-Klick (sekundäre Taste) - Zoomfunktion über Mausrad und Strg Taste 3. Was für Einstellungsmöglichkeiten gibt es? a. schnellere Mauszeigergeschwindigkeit b. Maus DPI Einstellungen i. Polling Rate => wie oft sendet die Maus die Position an das Gerät c. Gewichte d. Spuren der Maus e. RGB-Beleuchtung f. Mausbeschleunigung 4. Anschlüsse/Einsatzgebiete 1. Kabelgebunden (USB || PS/2) 2. kabellos (Funk || Bluetooth) 51 LF 2 Hardware Optomechanische Maus Maus mit einer Kugel. Kugel bewegt sich. Übertragung auf zwei Achsen mit Lochscheibe Nachteil: verschmutzt schnell => wird ungenau Links zu Mäuse https://www.elektronik-kompendium.de/sites/com/0808141.htm#:~:text=Im%20Innern%20der%20Ma us%20befinden,Bewegungen%20von%20oben%20oder%20unten. 52 LF 2 Hardware Tastatur Aufgabe: 1. Was für Tastaturen gibt es? a. optomechanische Tastatur 2. Wie funktionieren sie? 3. Welche Tasten/Funktionen… 4. Was für Features gibt es? 5. Was für Einstellungsmöglichkeiten gibt es für Tastaturen? 6. Abschlüsse und Einsatzgebiete? Antworten: 1. Was für Tastaturen gibt es? a. Funktastaturen b. Kabelgebundene Tastaturen c. kabellose Tastaturen d. Arten i. virtuell, integriert, extern, kabelgebunden oder per Funk e. externe Tastaturen f. Mechanische Tastaturen i. lineare mechanische Tastatur: durchgehend gleiches Druckgefühl ii. taktile mechanische Tastatur: definierter Schaltpunkt, spürbares Klickgeräusch. g. Bluetooth-Tastatur h. Signatur Keyboard i. Klappbare Tastaturen j. Rubberdome/Membrantastatur k. Scissors-Switch-Tastatur i. Membrantechnologie + Scissor-Switches 2. Wie funktionieren sie? a. Funk/Bluetooth i. Sie haben kein Kabel und können in flexibler Entfernung (ca. 10 – 15 m) zum Signalnehmer oder Smart-TV aufgestellt werden. Sie werden per USB-Stick oder USB-Adapter angeschlossen, bei Bluetooth wird kein USB-Slot am Rechner besetzt. Bei Batterien muss regelmäßig erneuert bzw. für Akkuaufladung gesorgt werden. 3. Welche Tasten/Funktionen gibt es? a. Funktionstasten F1-12 b. Navigationstasten (Pfeiltasten) c. Sonderzeichen 53 LF 2 Hardware d. Nummernblock e. Multimedia-Tasten 4. Welche Features gibt es? a. Hintergrundbeleuchtung b. Makro-Tasten c. RGB-Beleuchtung d. Handballenauflagen e. Hotkeys 5. Welche Einstellungsmöglichkeiten gibt es? a. Tastenbelegung programmierbar/Mapping i. Makros b. Beleuchtung i. Farben/Effekte c. Schalter austauschen d. Druckpunkt kalibrieren e. Tastenwiederholrate f. Sprache und Layout g. Ergonomie h. verschiedene Profile 6. Anschlüsse und Einsatzgebiete a. USB b. PS/2 c. Bluetooth d. Funk (RF) 54 LF 2 Hardware Unterschiede zu Tastaturarten optomechanische Tastatur Mechanische Tastatur Lichtschranke wird durch Mechanische Schalter unter jeder Taste. Tastendruck unterbrochen Varianten: - lineare Schalter - leichtgängiges Tippen - keine taktile Rückmeldung - taktile Schalter - spürbaren Druckpunkt - gute Rückmeldung - Clicky Schalter - taktile Rückmeldung - mit hörbarem Klick Vorteile: Vorteile: - präziser - präzises Tippgefühl - geringe Verzögerung - hohe Lebensdauer (50-100 Mio Anschläge Nachteile: Nachteile: - teurer - laut - kürzere Lebensdauer (5-10 - höhere Verzögerung (~ 2ms) Mio Anschläge) Links zu Tastaturen und NKRO https://www.elektronik-kompendium.de/sites/com/0808142.htm https://www.mechanical-keyboard.org/de/n-key-rollover-erklaerung-und-test/#technischer-hintergrun d-warum-nicht-jede-tastatur-n-key-rollover-unterstuetzt 55 LF 2 Hardware Drucker 1. Tintenstrahldrucker Q&A 1. Was gibt es für Druckverfahren (CIJ, DOD (Drop on Demand), thermisches Verfahren, Piezoelektrisches Verfahren) 2. Wartungsarbeiten am Drucker selbst? 3. Einsatzgebiete? 4. Tinte/Farbe 5. Vor- und Nachteile 1. Was gibt es für - Bubble-Jet-Technik: Für den Druck werden Tintenblasen durch Erhitzung Druckverfahren: erzeugt. Beim Bubble-Jet-Verfahren wird der Druckkopf jeweils mit der Tintenpatrone ausgetauscht. - Piezo-Verfahren: Tinte wird durch einen feinen Piezokanal beschleunigt. Verformung durch angelegte Spannung - DOD Drop on Demand: Einzelne Tröpfchen nach Bedarf - Thermisches Verfahren: ist das Bubble-Jet-Verfahren - CIJ Continuous Ink Jet: kontinuierlicher Tintenstrahl wird erzeugt, aber nur die benötigten Tropfen erreichen das Papier. Alle anderen Tropfen werden in einem Auffangbehälter aufgefangen. Einsatzgebiet oftmals in der Industrie. 2. Regelmäßige Wartung spielt eine entscheidende Rolle bei der Aufrechterhaltung Wartungsarbeiten und Verbesserung der Leistung eines Tintenstrahldruckers: am Drucker - Überprüfen des Tintenfüllstände vor dem Drucken (1x die Woche), selbst? - Papierfach überprüfen (richtige Papiergröße, Papier steckt fest?), - Walzen überprüfen und ggf. reinigen, - Firm- und Software-Updates aktuell halten, - regelmäßiger Gebrauch, - im Standby-Modus halten, damit Reinigung automatisch geschieht. - Kalibrierung -> Drucken, Scannen => Software überprüft Übereinstimmung (z.B.: HP Smart) - bei älteren Druckern: Druckkopf/Patronen ausrichten 3. Einsatzgebiete Tintenstrahldrucker werden zu privaten und gewerblichen Zwecken genutzt und sind deshalb in unterschiedlichen Größen und Varianten erhältlich. - hochauflösende Fotos/Ausdrucke - professioneller lebendiger Druck 4. Tinte/Farbe: - Farbstofftinten: nicht wasserfest, nicht lichtecht. - Pigmenttinte: wasserfest, lichtecht - Spezialtinte: UV gehärtet, wetterfest für Werbung - Lösungsmittelbasierte Tinte: aus verschiedenen Medien (Glas, Metall, Kunststoff) 56 LF 2 Hardware 5. Vorteile - Günstige Anschaffung durch preiswerte Technik - Farbdruck auf Spezialpapier möglich - bessere Qualität und Darstellung von Zwischentönen, Mischfarben und Farbverläufen Nachteile - Tinte trocknet ein, wenn selten verwendet -> führt zu erhöhten Tintenverbrauch durch Reinigungsvorgänge; - Standardtinte nicht archivfest (wasserlöslich, nicht lichtecht); - Bei hohem Druckvolumen sind die Verbrauchskosten häufig hoch. - je nach Farbdeckung dauert der Ausdruck länger und kann bei hoher Deckung das Papier wellen - Farbe ist kratzempfindlich - Schmieren auf den ausgedruckten Papieren Entsorgung: Tintenpatronen sind Sondermüll. Drucker ist Elektromüll. https://www.youtube.com/watch?v=MBbUwcau9U0 Bubble-Jet- und Piezo-Verfahren: 57 LF 2 Hardware 2. Laserstrahldrucker 1. Was gibt es für Druckverfahren: elektrofotografisches Verfahren 2. Wartungsarbeiten am Drucker selbst? 3. Einsatzgebiete? 4. Tinte/Farbe 5. Vor- und Nachteile 1. Was gibt es für - elektrofotografisches Verfahren: Druckverfahren: Mithilfe eines rotierenden Umlenkspiegels bringt ein Laserstrahl ein unsichtbares Abbild des zu druckenden Bildes auf eine beschichtete und negativ aufgeladene Bildtrommel und entlädt diese Stellen. Im nächsten Schritt presst die Bildtrommel das Tonerbild aus das elektrostatische aufgeladene Papier. Zuletzt wird das Blatt mit dem Toner über die Fixierwalzen geführt und der Toner mittels sehr hoher Hitze fixiert. 2. - Werden keine Kopien erstellt, wird die Bildtrommel durch Reinigungsarbeiten Wartungsarbeiten entladen und überschüssiger Toner entfernt. am Drucker selbst? - Toner wechseln - Papier auffüllen - Bildtrommel tauschen/reinigen - generelle Reinigung von Tonerresten im Drucker - Firmwareupdates - Fixiereinheit evtl. tauschen/prüfen 3. Einsatzgebiete - Für privat und gewerblichen Gebrauch geeignet - effizient für Textdokumente - großformatige Dokumente - Broschüren, Flyer… 4. Tinte/Farbe - Feines Pulver - schmilzt beim Fixieren und verbindet sich mit Papier - Pigmente und Kunststoffe, um elektrostatische Eigenschaften zu verstärken Monochrom: Schwarz-Weiß-Druck (kostengünstig) Farbe: CYMK (Cyan, Yellow, Magenta, Key (Black)) 5. Vorteile - hohe Druckgeschwindigkeit; über 100 Seiten/Minute - schnell insbesondere auch bei Seiten mit hohem Farbanteil - relativ leiser Ausdruck - sehr gutes Schrift- und Abbild - preiswerter Druck, insbesondere bei großen Druckvolumen - Schrift wisch- und kratzfest - keine Probleme mit eingetrockneter Tinte, da Toner im Einsatz - gute bis sehr gute Farbqualität - Anschaffungskosten (auch Farblaserdrucker) günstig, aber teurer als Tintenstrahldrucker - wegen großer Tonerkartuschen muss nicht so oft Farbstoff nachgefüllt werden 58 LF 2 Hardware - robuste, wartungsarme Technik Nachteile − Aufwärmzeit durch die Heizelemente notwendig (schnell < 20 Sekunden) − Ozon-Produktion bei der Fixierung des Toners, i. d. R. in ungefährlichen Mengen; auch ozonfreie Geräte erhältlich − Ultrafeinstaub-Emissionen durch Toner möglich, i. d. R. in ungefährlichen Mengen; auch Feinstaubfilter erhältlich - weniger geeignet für detailreiche Farbfotos - hohe Anschaffungskosten Bild - Elektrofotografisches Verfahren: - Bildtrommel wird von Laser belichtet und dadurch entstehen positive Bereiche. - Daran kann der negativ geladene Toner haften. - Bildtrommel rotiert weiter. - Negativ geladener Toner bleibt auf positiv geladenem Papier haften. - Fixiereinheit, festigt Toner (Hitze + Druck) - Bildtrommel wird auf Ausgangssituation zurückgesetzt. 59 LF 2 Hardware 3. LED Drucker - Ähnlich wie Laserdrucker, aber einfachere Funktionsweise - führt zu Langlebigkeit und Zuverlässigkeit - Vorteile: - geringere Wartungskosten - kompakter und günstiger - Nachteile: - Fotoqualität geringer - begrenzte Farbtiefe 4. Thermodrucker - erhitzen spezielle Thermopapierstellen oder übertragen Farbwachsschichten (Thermosublimationsdruck). - häufig in Kassensystem - Vorteile: - schnell - geräuscharm - keine Tinte, kein Toner - Nachteile: - spezielles Papier notwendig 5. Nadeldrucker (Matrixdrucker) - Reihe von Nadeln, die Farbbänder gegen das Papier schlagen, um Buchstaben oder Bilder zu erstellen. - Formular-/Belegdruck - Vorteile: - robust - langlebig - können Endlospapier und Durchschlagpapier bedrucken - Nachteil: - laut - langsam - schlechtere Druckqualität 60 LF 2 Hardware 6. 3D-Drucker - druckt dreidimensionale Objekte, indem Material wie Kunststoff, Metall, Harz usw. schichtweise aufgetragen werden. - Digitales 3D-Modell - Vorteile: - kann komplexe Formen und Prototypen erstellen - breites Materialangebot - Nachteile: - langsam - teuer - hoher Materialverbrauch - viel Einarbeitungszeit 7. Plotter - großformatige Drucke (architektonische Zeichnungen, Pläne) - Tintenstrahl-/Lasertechnologie, aber auf großformatige Medien Erweiterte Funktionen: - Plotter sind unter anderem digitale Schneidemaschinen für DIY-Projekte. - Hochmoderne Plotter schneiden filigrane Motive sehr präzise und erleichtern das Schneiden. Doch der Plotter kann nicht nur filigran schneiden, sondern je nach Modell auch prägen, zeichnen, prickeln, kratzen oder scannen. - Vorteile: - präzise bei großformatigen Drucken - flexibel in der Medienauswahl - Nachteile: - teuer - groß - eingeschränkte Anwendungsbereiche 61 LF 2 Hardware Optische Datenträger CD, DVD, BD (Blu-ray Disk) Optische Datenspeicher speichern Daten und Informationen in optisch veränderter Form. Bei der optischen Speicherung nutzt man die Reflexions- und Beugungseigenschaften des Speichermediums aus. Zum Lesen und Schreiben der Daten auf den Datenträger wird ein Laserstrahl verwendet. Die Speicherform ist ausschließlich digital. Eine weitere Variante: magneto-optische Datenspeicher, bei deren Datenspeicherung man die Eigenschaft einiger Materialien ausnutzt, die oberhalb einer bestimmten Temperatur (Curie-Punkt) magnetisch beschreibbar sind. Gleichzeitig ist unterhalb dieser Temperatur ein solches Material nicht veränderbar. Allerdings kann der Speicherzustand optisch mit einem Laserstrahl ausgelesen werden. Funktionsweise optisches Laufwerk allgemein 62 LF 2 Hardware CD besteht aus Polycarbonat, CD wird gedreht. Unterhalb der CD ist ein Laser, der nach innen und nach außen fahren kann. Neben dem Laser ist die Diode, die den abgesendeten Laser misst. Die Schicht wird erhitzt und dadurch verformt sich das Material zu Pits und Lands. Das lässt das reflektierte Licht unterschiedlich reflektieren (Höhen und Tiefen). CLV Constant Linear Velocity CAV Constant Angular Velocity => konstanter Datentransferrate. Hier drehen sich die CD-ROMs wie => Drehgeschw. variiert. Festplatten gleichmäßig schnell. Egal ob am inneren oder äußeren Rand gelesen wird. Das bedeutet, die Drehgeschwindigkeit wird Wartezeiten durch Bremsen der langsamer, je weiter der Laserstrahl sich dem Drehgeschwindigkeit entfallen. äußeren Bereich einer CD-ROM nähert. => Drehgeschw. konstant. Begrenzt auf 16x Drehgeschw. Typ CD DVD Digital Versatile Disc BD (Blur-ray Disc) Einführungsjahr 1982 1997 2006 Speicherkapazität 700 MB 4,7 GByte (sl) 25 GB (single Layer) 70 Minuten 8,5 GByte (dual layer) 50 GB (dual layer) (Audio) Wellenlänge 780nm 635/650nm 405nm Laser (Farbe) (infrarot) (roter Laserstrahl) (blaues Licht) Spurbreite 1,6 µm 0,74 µm 0,32 µm Min. Pit-Länge 0,83 µm 0,4 µm 0,15 µm RPM 200-500 570-1600 2000-5000 Datentransferrate 1,4 Mbit/s 11 Mbit/s 288 Mbit/s 36Mbps (1x) 72Mbps (2x) 54Mbps (video BD-ROM) Fehlertoleranz niedrig höher als bei CD sehr hoch Kompression keine MPEG-2 MPEG-2, MPEG-4, AVC VC-1 Einsatzgebiete Musik, Daten Video, Film, Software, Spiele HD-Filme, 4K-Inhalte, Spiele Gefahren alle CDs haben das Risiko der mechanischen Beschädigungen, die sie unbrauchbar machen (Kratzer, Bruch) 63 LF 2 Hardware ADIP / ATIP ADIP = Address in Pre-Recorded Media - ist die Bezeichnung für die Adressierung von Daten auf einer vorab aufgenommenen CD oder DVD. Es handelt sich um die Information, die es dem Lesegerät ermöglicht, eine spezifische Stelle auf der Disc zu finden. - Verwendung: ADIP-Adressen befinden sich in der Struktur von CDs und DVDs und werden von der Hardware verwendet, um auf die richtigen Daten zuzugreifen. ATIP = Absolute Time in Pre-Recorded Media: - ist eine spezielle Zeitangabe, die auf der Innenseite von CD-Rs und CD-RWs verwendet wird. Diese Informationen helfen dabei, die genaue Position und Struktur der Daten auf der Disc zu identifizieren. - Verwendung: ATIP wird insbesondere bei CD-R- und CD-RW-Discs genutzt, um während des Brennvorgangs die Position der Daten zu verfolgen. Es ermöglicht die Synchronisation und Verwaltung der Aufzeichnung. Zusammengefasst sind ADIP und ATIP Mechanismen zur Verwaltung und Adressierung von Daten auf optischen Medien, die für die Lesbarkeit und Aufzeichnung von Informationen erforderlich sind. 64 LF 2 Hardware CD CD oder Compact Disc ist ein rotierender optischer Datenspeicher. Es gibt: - Audio-CDs - CD-Rom - CD-R / CD-RW - SVCD / VCD / MVCD Unterschied zwischen CD-R/CD-RW und CD+R/CD+RW? Nur seitens der Hersteller. Audio-CD Variante einer CD-R bzw. Standard CD CD-Rom Die CD-ROM ist ein Massenspeicher mit 650 bis 879 MByte Speicherkapazität (74 Minuten Spielzeit) - durchmesser ca 12 cm - aus Polycarbonat mit 1.2 mm Dicke CD-R / - CD-Rohling, einmal beschreibbare CD. CD-RW - wird von CD- oder DVD-Laufwerk beschrieben. - Um CD-R zu beschreiben, muss CD-Laufwerk brennfähig sein. - besteht aus 4 Schichten (UV-Schutz-, Reflektions-, Aufzeichnungsschicht und Polycarbonat (Trägerschicht). - SVCD / VCD / MVCD DVD Die DVD ist ein Massenspeicher, ähnlich wie die CD-ROM. Mit einer Speicherkapazität von 4,7 GByte (Single Layer) bzw. 8,5 GByte (Dual Layer) konnten viel mehr Daten gespeichert werden, als auf einer CD-ROM. Parallel dazu wurden beschreibbare und wiederbeschreibbare DVD-Varianten entwickelt. 65 LF 2 Hardware BD - Blu-ray Disc ODD Optical Disk Drive Optisches Laufwerk (Abspielgerät für CDs, DVDs, BDs). => Multireadfähiges Laufwerk (i. d. R. abwärtskompatibel), kann verschiedene Technologien lesen. CD-/DVD-/BD-Recorder sind Brenner, die optische Medien beschreiben. Eine ODD erhält Informationen über ein optisches Datenspeichermedium, durch das Medium selbst, so kann es nachvollziehen, ob es sich um eine CD, DVD oder BD handelt. 66 LF 2 Hardware Schreiben/Brennen - üblicherweise in einem Durchgang (Single Session) oder Disc at Once (DAO) - Lead-In-Bereich = Startbereich des Datenträgers - Lead-Out-Bereich = Endbereich des Datenträgers - Multisession = mehrere Bereiche werden Lead-In- & Lead-Out-Bereiche beschrieben und miteinander verbunden (es entsteht der Eindruck eines Verzeichnisses). 67 LF 2 Hardware 68