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11.04.2002 Gruppe 2 - CPU 1
IT für Führungskräfte
Zentraleinheiten
11.04.2002 Gruppe 2 - CPU 2
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%
11.04.2002 Gruppe 2 - CPU 34
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
11.04.2002 Gruppe 2 - CPU 36
Server und Superrechner
• Jeder Rechner kann als Server dienen• Herstellerumsatz 2000 weltweit: € 65 Mrd.• Marktwachstum 2000 weltweit: 17%• Marktführer:
- IBM- Sun Microsystems- Hewlett-Packard