Grundlagen der Computerarchitektur: Chipsatz, CPU, DMA und E/A-Ports

1. Was versteht man unter einem Chipsatz?

Der Chipsatz ist eine Gruppe von Chips, die für die Steuerung bestimmter Funktionen des Computers verantwortlich sind, wie zum Beispiel Caching oder die Kontrolle der Schnittstellen (Ports).

Komponenten des Chipsatzes

Der Chipsatz besteht in der Regel aus zwei Chips, der Northbridge und der Southbridge, die gemeinsam den Datenverkehr auf dem Motherboard steuern.

2. Die Zentraleinheit (CPU)

CPU steht für Central Processing Unit (Zentraleinheit).

Wichtige Merkmale einer CPU

• Geschwindigkeit
• Speicher (Cache)
• Stromverbrauch
• Datenbusbreite
• Parallelität
• Taktfrequenz

3. Rolle des Bus-Controllers

Der Bus-Controller (oder Bus-Treiber) übernimmt folgende Aufgaben:

• Er fungiert als Mittler zwischen Bus-Transfers.
• Er ist zuständig für die Zuteilung der Zeit auf dem Bus.
• Er dient als Brücke zwischen verschiedenen Bus-Adaptern.
• Er ist verantwortlich für die Nutzung des Busses durch die miteinander verbundenen Geräte.

4. E/A-Ports und Interrupts

Definition der E/A-Ports (Input/Output Ports)

E/A-Ports sind Speicheradressen, die der Prozessor für die direkte Kommunikation mit einem Gerät verwendet, nachdem dieses ein Interrupt-Signal an den Prozessor gesendet hat. Sie sind externe oder interne Register.

Eigenschaften von E/A-Ports

Zuverlässigkeit, Haltbarkeit, Dichte, Wiederverwendung, Art des Zugriffs und Portabilität.

Funktion des Interrupt-Handlers

Der Interrupt-Handler ist eine Hardware-Komponente für das Management von Unterbrechungen (Interrupts). Er kann Interrupt-Leitungen aktivieren oder deaktivieren und die Priorisierung der verschiedenen aktivierten Interrupts steuern.

Häufigste Interrupt-Art

Die häufigste Art von Unterbrechungen sind Hardware-Interrupts.

5. Der DMA-Controller

Der DMA-Controller (Direct Memory Access Controller) ermöglicht den direkten Speicherzugriff. Er gibt die Richtung der zu übertragenden Daten und die Anzahl der noch zu übertragenden Speicherplätze an.

6. Timing- und Steuerschaltungen

Diese Schaltungen bilden ein sequenzielles Netzwerk, das den definierten Code ausführt und dann eine Abfolge von Zuständen durchläuft, wodurch eine entsprechende Sequenz von Steuersignalen erzeugt wird.

7. Funktion des Video-Treibers

Die Grundfunktion des Video-Treibers besteht darin, die vom Computer verarbeiteten Informationen in ein Signal umzuwandeln, das ein Monitor interpretieren und anzeigen kann.

8. Anwendung der E/A-Ports

E/A-Ports dienen dem Austausch von Befehlen und Daten zwischen dem Prozessor und einem adressierten Gerät.

9. Datenspeicherung und Speichermedien

Die Datenspeicherung erfolgt über verschiedene Speichermedien wie:

• Magnetbänder
• CDs
• Disketten
• Festplatten
• USB-Speicher
• etc.

10. Funktion des Netzteils

Ein Netzteil wandelt die elektrische Energie aus dem Versorgungsnetz in eine für die Computerkomponenten geeignete Art von Leistung um.

11. Anwendungsbereiche von EDV-Systemen

Betriebssystem-Umgebungen und Service-Rechner

Computersysteme werden hauptsächlich in folgenden Bereichen eingesetzt:

• Business (Geschäftswelt)
• Industrie
• Handel (E-Commerce)

Anwendungsbeispiele für EDV-Systeme

Anwendung im Business-Bereich

Ein Beispiel sind Geldtransaktionen, die von Unternehmen an Banken über Computersysteme durchgeführt werden.

Anwendung in der Industrie

Zum Beispiel bei Montagelinien in einer Autofabrik: Die Bewegung der Autos und die Montage mechanischer Teile werden durch EDV-Systeme gesteuert.

Anwendung im elektronischen Geschäftsverkehr (E-Commerce)

In einem Einkaufszentrum wird der Preis der Produkte auf dem Computerbildschirm angezeigt, wenn die Barcodes der Artikel über ein Lesegerät erfasst werden.

Anwendung im Technologiebereich (GPS und Robotik)

Ein Beispiel ist die GPS-Technologie in Mobiltelefonen oder Autos, um den aktuellen Standort zu bestimmen oder den Weg zu einem Ziel zu finden. Auch Bots, die Aufgaben übernehmen, die Menschen nicht erledigen können, fallen in diesen Bereich.