Computer Hardware: Festplatten, Grafikkarten, Netzwerkkarten & mehr

Festplatten: Transfermodi und Leistung

Festplatten sind essenzielle Speichermedien in Computersystemen. Ihre Leistung wird maßgeblich durch Transfermodi und physikalische Eigenschaften bestimmt.

PIO-Modus (Programmed Input/Output)

Im PIO-Modus fungiert der Mikroprozessor als Vermittler für den Datenaustausch zwischen System und Festplatte. Dies kann die CPU belasten.

• PIO-Modus 1: 5,2 MB/s
• PIO-Modus 2: 8,3 MB/s
• PIO-Modus 3: 11,1 MB/s
• PIO-Modus 4: 16,6 MB/s

DMA-Modus (Direct Memory Access)

DMA ermöglicht die direkte Datenübertragung zwischen Arbeitsspeicher und Festplatte, ohne dass der Mikroprozessor diese Aufgabe adressieren muss. Dies entlastet die CPU erheblich. Derzeit wird hauptsächlich das Ultra DMA-System verwendet.

• DMA 16: 16,6 MB/s
• DMA 33: 33,3 MB/s
• UDMA 66: 66,6 MB/s
• UDMA 100: 100 MB/s
• UDMA 133: 133 MB/s

Leistungsparameter von Festplatten

Zugriffszeit

Die Zeit, die benötigt wird, um Daten auf einem Sektor zu lesen oder zu schreiben, der auf der Festplatte registriert ist.

Suchzeit (Seek Time)

Die Zeit, die das Laufwerk benötigt, um den Lesekopf von einer Spur zur nächsten zu bewegen.

Drehzahl (Rotation Speed)

Die Drehzahl der Festplatte. Typische Werte liegen zwischen 5.400 U/min und 7.200 U/min für Laptop- und Desktop-Festplatten. Bei SCSI-Schnittstellen können die Geschwindigkeiten über 10.000 U/min oder sogar 15.000 U/min liegen, was jedoch zu einer höheren Geräuschentwicklung führen kann.

Latenz (Latency)

Die Wartezeit, bis der gewünschte Sektor unter dem Lesekopf vorbeigeht, nachdem der Kopf die richtige Zylinderspur erreicht hat.

SATA-Festplatten (Serial ATA)

SATA hat sich als neuer Standard für den Anschluss von Festplatten etabliert. SATA-Festplatten verwenden andere Anschlüsse als IDE-Laufwerke und benötigen keine Jumper zur Konfiguration, wie es bei IDE-Festplatten der Fall war, um beispielsweise die Geschwindigkeit anzupassen.

Optische Speichermedien und Flash-Karten

Optische Speichermedien wie CDs und DVDs waren lange Zeit die gängigsten Mittel zur Datenspeicherung und -verteilung. Flash-Speicherkarten sind heute für mobile Geräte unverzichtbar.

CD-ROM und ihre Formate

Die CD-ROM war lange Zeit ein gängiges Medium zur Datenspeicherung.

Wichtige CD-Formate

• CD-DA (Compact Disc Digital Audio): Audio-Format.
• CD-ROM (Compact Disc Read-Only Memory): Für die Speicherung von Daten.
• CD-I (Compact Disc Interactive): Definiert das Format für interaktive CDs.
• CD-ROM XA (eXtended Architecture): Eine Erweiterung von CD-ROM und CD-R, entwickelt zur Verbesserung der Audio- und Videofunktionen.
• CD-R Multisession: Ermöglicht das Beschreiben von Multisession-Discs.
• CD-RW Multisession: Ermöglicht das Wiederbeschreiben von Multisession-Discs.
• Video-CD (VCD): Das ursprüngliche Videoformat, das Videoaufnahmen mit MPEG-1 ermöglicht.
• Super Video CD (SVCD): Eine verbesserte Version der VCD, die MPEG-2 anstelle von MPEG-1 verwendet.

DVD-Formate (Digital Versatile Disc)

Übersicht der DVD-Formate

• DVD-ROM: Nur lesbar, wird zur digitalen Datenspeicherung verwendet.
• DVD-Video: Dient zur Speicherung von digitalem Video.
• DVD-Audio: Dient zur Speicherung von digitalem Audio.
• DVD-R (Recordable): Eine WORM-Disk (Write Once, Read Many) mit einer Kapazität von bis zu 4,7 GB.
• DVD-R DL (Dual Layer): Eine beschreibbare Dual-Layer-DVD, bei der jede Schicht eine Kapazität von 4,7 GB bietet.
• DVD-RW (Rewritable): Eine wiederbeschreibbare DVD.
• DVD+R (Recordable): Kann nur einmal beschrieben werden.
• DVD+RW (Rewritable): Eine wiederbeschreibbare Version der DVD+R.
• DVD+R DL (Dual Layer): Eine Double-Layer-DVD mit einer Kapazität von jeweils 4,7 GB pro Schicht.

Blu-ray Disc-Formate

Blu-ray ist ein optisches Disc-Format zur Speicherung von hochauflösendem Video und großen Datenmengen.

Wichtige Blu-ray-Formate

• BD-ROM (Read-Only Memory): Nur lesbar, wird für Filme und Videospiele verwendet.
• BD-R (Recordable): Einmal beschreibbar.
• BD-RE (Rewritable): Wiederbeschreibbar.

Flash-Speicherkarten und ihre Formate

Gängige Flash-Kartenformate

• CompactFlash (CF)
• SmartMedia-Karte: Typische Kapazität von 128 MB.
• Memory Stick und Memory Stick PRO: Kapazitäten von 128 MB bis 16 GB.
• Secure Digital (SD): Ursprünglich bis 1 GB.
• Secure Digital High Capacity (SDHC): Kapazitäten zwischen 2 GB und 32 GB.
• Multimedia Card (MMC): Typische Kapazität von 4 GB.
• xD-Picture Card (xD)

Grafikkarten: Aufbau, Anschlüsse und Technologien

Grafikkarten sind entscheidende Komponenten, die für die Darstellung von Bildern und Text auf dem Bildschirm verantwortlich sind. Aktuelle Grafikkarten sind hauptsächlich für PCI-Express x16 ausgelegt; ältere PCI- und AGP-Karten sind nahezu ausgestorben.

Hauptkomponenten einer Grafikkarte

• GPU (Graphics Processing Unit): Ein spezieller Prozessor, der für die Grafikverarbeitung zuständig ist und die Arbeitslast der zentralen CPU reduziert.
• RAMDAC (Random Access Memory Digital-to-Analog Converter): Wird zur Umwandlung digitaler Signale verwendet. Er liest Daten aus dem Videospeicher, wandelt sie in analoge Signale um und sendet diese über das Kabel an den Monitor zur Anzeige.

Ausgänge und Anschlüsse von Grafikkarten

• SVGA (Super Video Graphics Array): Eine Gruppe von Grafikstandards, die in den 1990er Jahren für CRT-Monitore entwickelt wurden.
• DVI (Digital Visual Interface): Entwickelt, um SVGA zu ersetzen und die maximale Bildqualität auf digitalen Displays wie LCDs oder Projektoren zu gewährleisten.
• S-Video (Separate Video): Auch bekannt als Y/C, trennt die Helligkeits- und Farbinformationen des Videosignals.
• HDMI (High-Definition Multimedia Interface): Eine Schnittstelle zur Übertragung von Video- und Audiosignalen. Die Spezifikationen dieses Anschlusses ermöglichen eine Bandbreite von bis zu 340 MHz.

Parallele Grafikverarbeitung

SLI (Scalable Link Interface) / CrossFire: Dies ist ein Verfahren zur Verbindung von zwei oder mehr PCI-Express-Grafikkarten, um die Rechenleistung für Grafikanwendungen zu erhöhen. Bekannte Implementierungen sind NVIDIA SLI und AMD CrossFire.

Netzwerkkarten und TV-Tuner

Netzwerkkarten ermöglichen die Kommunikation zwischen Computern, während TV-Tuner den Empfang von Fernsehsignalen am PC ermöglichen.

Netzwerkkarten (NICs)

Netzwerkkarten werden verwendet, um Computer miteinander zu verbinden und Ressourcen gemeinsam zu nutzen.

LAN-Karten (Local Area Network)

In kleinen Netzwerken, sogenannten Local Area Networks (LANs), erfolgt die Kommunikation über Kabel und spezielle Hardware-Komponenten. Für die Verbindung der Computer werden heute hauptsächlich RJ45-Stecker verwendet, während früher BNC-Stecker gebräuchlich waren.

MAC-Adresse (Media Access Control)

Eine MAC-Adresse ist ein eindeutiger 48-Bit-Code, der einer Netzwerkkarte zugewiesen ist. Sie wird hexadezimal kodiert und dient der eindeutigen Identifizierung im Netzwerk.

Netzwerkgeschwindigkeiten

• Ethernet: 10 Mbit/s
• Fast Ethernet: 100 Mbit/s
• Gigabit Ethernet: 1000 Mbit/s (1 Gbit/s)

TV-Karten (TV-Tuner)

TV-Karten ermöglichen es Computern, Fernsehsignale zu empfangen und anzuzeigen.

Typen von TV-Karten

• Analog
• Digital
• Satellit
• Hybrid (Kombination mehrerer Typen)