Grundlagen zu Computer-Bussen und Mikroprozessoren

Busse und Anschlüsse

Ein Bus dient der Kommunikation zwischen internen Komponenten und externen Geräten. Man unterscheidet drei Haupttypen:

• Datenbus: Überträgt die zu lesenden oder schreibenden Daten.
• Adressbus: Übermittelt die Speicheradressen für Lese- oder Schreibvorgänge.
• Steuerbus: Überträgt Synchronisationssignale und Befehle.

Eigenschaften der Datenübertragung

Busse können seriell oder parallel arbeiten. Die Busbreite definiert die Anzahl der Bits, die pro Taktzyklus übertragen werden können. Die Busfrequenz gibt die Anzahl der Schwingungen pro Sekunde an, während die Bandbreite die gesamte Datenmenge pro Sekunde beschreibt.

Interne und externe Schnittstellen

• IDE/ATA: Klassische Schnittstelle für Laufwerke mit Master/Slave-Konfiguration.
• SATA (Serial ATA): Moderner Standard mit 7-poligen Anschlüssen, der Hot-Swapping unterstützt und keine Jumper-Konfiguration erfordert.
• SCSI & SAS: Hochleistungsschnittstellen für professionelle Anwendungen, die den Anschluss mehrerer Geräte an einem Controller ermöglichen.
• PCI & PCI-Express: Standards für Erweiterungskarten. PCI-Express bietet deutlich höhere Geschwindigkeiten durch serielle Punkt-zu-Punkt-Verbindungen.
• AGP: Ein dedizierter Port für Grafikkarten, der heute weitgehend durch PCIe ersetzt wurde.

Peripherieanschlüsse

Computer nutzen verschiedene Ports für die Kommunikation:

• Serielle Schnittstellen (RS-232C): Früher für Mäuse und Modems genutzt.
• Parallelport: Überträgt 8 Bit gleichzeitig, primär für Drucker.
• USB: Der universelle Standard für externe Geräte mit Hot-Plug-Unterstützung.
• Audio & Video: Mini-Jack für Audio, VGA für Monitore.

Mikroprozessoren

Ein Mikroprozessor ist das Herzstück des Computers, das auf einem integrierten Schaltkreis (IC) mathematische und logische Operationen ausführt.

Wesentliche Merkmale

• Wortbreite: Anzahl der Bits, die der Prozessor in einem Befehl verarbeiten kann (z. B. 32 oder 64 Bit).
• Taktrate: Die Arbeitsgeschwindigkeit in MHz oder GHz.
• Pipeline: Technik zur parallelen Abarbeitung von Befehlsschritten.
• Cache (L1/L2): Hochgeschwindigkeits-SRAM, der häufig benötigte Daten zwischenspeichert, um Zugriffe auf den langsameren RAM zu minimieren.

Architekturen

• CISC: Komplexe Befehlssätze, die eine effiziente Programmierung ermöglichen, aber schwerer zu optimieren sind.
• RISC: Reduzierte Befehlssätze für schnellere Taktzyklen und effizientere Ausführung.

Leistungskennzahlen

Die Leistung wird in MIPS (Millionen Instruktionen pro Sekunde) oder FLOPS (Gleitkommaoperationen pro Sekunde) gemessen. Der FSB (Front Side Bus) verbindet den Prozessor mit dem RAM, wobei der Multiplikator die interne Taktfrequenz aus dem externen Bustakt generiert.