Hardware Crash Course - Print · – Zentraleinheit (CPU) – Speicher – Ein-/Ausgabeeinheit • Kommunikation via Bus – „Clock“ gibt Kommunikationstakt CPU Bus RAM Ein-

Marc Langheinrich

Frauenförderung D-INFK ETH Zürich

Hardware Crash Course

Der erste PC (IBM, 1981)

• Intel 8088, 4.77MHz• 16kB Hauptspeicher

(erweiterbar bis 64kB)• 360kB 5¼“ Floppy

(optional)• MDA Grafikkarte

(monochrom 80x25 Text)• DOS 1.0• ISA Bus• US$ 3‘005,- (Monitor,

Floppy, 64kB)

PC‘s Heute (z.B. von Dell)• Intel® Pentium® 4 Prozessor 2,4 GHz

mit 512 KB Cache und 533 MHz FSB (Intel 850 Chipset)

• 512 MB PC 1066 Dual-Channel RDRAM, 533 MHz

• 1.44MB 3.5" Diskettenlaufwerk• 4x DVD+R/+RW Laufwerk• 120 GB Ultra ATA-100 mit 2MB Cache, 7200 UpM• ATi Radeon 9700 Pro 128MB (TV Out/DVI, 4x AGP, 16 Mio Farben) • Intel Pro 10/100 Ethernet Onboard• CreativeLabs SoundBlaster Live! 1024• Windows XP Home• PCI Bus

• CHF 3'399.08 (inkl. LCD-Monitor)

Motivation und Ziele

• Fachbegriffe verstehen– Um mitreden zu können

– Um eigenen PC kaufen zu können

• Selbst Hand anlegen können– Um alten PC aufzurüsten

• Grafikkarte, Netzwerk/Modem, Speicher, CPU…

– Um eigenen Neu-PC zusammenzubauen

Logische PC Architektur

• Von Neumann Design Prinzip (1945)– Zentraleinheit (CPU)– Speicher– Ein-/Ausgabeeinheit

• Kommunikation via Bus– „Clock“ gibt

Kommunikationstakt

CPU

Bus

RAM

Ein-/Ausgabe

Tastatur/Maus Drucker

DiskController

Floppy Festplatte CD-ROM

VideoController

Monitor

Cache

CPURAM

Festplatte CD-ROM

VideoController

Mainboard

Moderne PC Architektur

CPU

VideoController

Monitor

Cache

RAM

Ein-/Ausgabe


DiskController

Floppy Festplatte(n) CD-ROM

ISA/PCI Bus

Erw

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rung

skar

te 1

Erw

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skar

te 3

DVD CD-Brenner ZIP-Laufwerk

Flaschenhals

Netzteil

Mainboard

MainboardChipsatz

Heutige PC Architektur

CPU

VideoController

Monitor

Cache

RAM

Northbridge

Southbridge

USB

Ein-/Ausgabe


DiskController


PCI Bus

PC

I Erw

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skar

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PC

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rung

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te 2

PC

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rung

skar

te 3

32-bit, 66MHz, 266MB/sbis 2133MB/s (8x)

Bis 133MB/s (ATA133)

AGP Bus Memory Bus

System Bus (Front Side Bus, FSB)

32-bit 400/533MHz quad-pumped, 4.2GB/s

Takt Vielfaches des FSB,z.B. 2.4/2.53/3.0GHz


„Back Side Bus“ (im Chip integriert)

32-bit, 33MHz, 133MB/s

Netzteil

64-bit, 200/266/333MHz (DDR), bis 2,7GB/s2* 16-bit, 400/533MHz *2 (Rambus), bis 4.2GB/s

Ein PC von Innen

Mainboard

Netzteil

Erweiterungskarten

CD-ROM

Jede Menge Kabel

Festplatten

Grafikkarte

Das Mainboard

• CPU & „Chipsatz“

• Hauptspeicher (RAM)• Festplatten-Controller

• Erweiterungs-Steckplätze• Optional

– Sound– Netzwerk (Ethernet Onboard)

• Batterie (Uhrzeit, BIOS Konfiguration)• Achtung: Verschiedene Typen (ATX, AT)

Modernes Pentium 4 MainboardHauptspeicher-Slots (RAM)

Stromversorgung

Floppy-Anschluss

Festplatten-Anschlüsse

CPU Sockel

Grafikkarten-Slot

Erweiterungskarten (PCI-Slots)

„Per

iphe

rie“

Ans

chlü

sse

(Mau

s, T

asta

tur,

Dru

cker

, …)

Batterie (hält praktisch ewig)

Prozessor (CPU)

• Oft (zu Unrecht?) wichtigstes Kaufargument• Immer höhere Taktraten

– Über 3 GHz (2003)

• Bauformen– Slots oder Sockel

• Hersteller: AMD und Intel– 3DNow, MMX, SSE, Hyperthreading

• Cache– Bis 512kB auf CPU

• Prozessorlüfter!

CPU Bauformen früher

3.1/3.3V387Pentium ProSockel 8

2.5-3.3V321Pent. 75-200/MMX, K5/6Sockel 7

3.3V235Pentium Overdrive, 486DX4Sockel 6

3.3V320Pentium 75-133Sockel 5

5V273Pentium 60-66Sockel 4

5V/3.3V237586, Pentium Overdrive, 486Sockel 3

5V238Pentium OD, 486Sockel 2

5V169486SX, DX, DX2Sockel 1

SpannungPinsModellName

Moderne CPU Bauformen

478Intel Pentium 4 (neue Modelle)Sockel 478

423Intel Pentium 4 (erste Modelle)Sockel 423

320Intel Pentium III/Celeron (Neu)Sockel 370

462AMD Athlon/Duron (neue Modelle)Sockel A

-AMD Athlon (bis 800MHz)Slot A

-Pentium II/III/Celeron (600MHz)Slot 1

321Pent. 75-200/MMX, K5/6Sockel 7

PinsModellName

Sockel 7 (Pentium/K6/5x86)

Slot 1 (Intel Pentium II/III)

Slot A (AMD Athlon bis 800MHz)

Sockel A/462 (AMD Athlon/Duron)

Sockel 370 (Pentium III/Celeron)

Sockel 423 (erste Pentium 4)

Pentium 4 und Lüfter

Pentium 4, Sockel 423

Sockel 478 (neue Pentium 4)

Grössenvergleich: Sockel 478 und 423

CPU: Fachchinesisch

• AMD Athlon XP/MP Prozessoren – Bei vergleichbarer Leistung niedriger getaktet als Intel P4, deshalb

„Gefühlte“ Geschwindigkeit als Typangabe– Athlon XP2400+ (2,13GHz) soll 2,4GHz Pentium 4 entsprechen

• Spezielle Beschleunigungs-Technologien– MMX/SSE (Intel), 3DNow (AMD): Multimedia Befehlssatz – Pipelining: Während ein Befehl bearbeitet wird, nächsten lesen– Hyperthreading (Intel): Paralleler Betrieb interner CPU Teile

• CPU Cache– Extrem schneller Speicher (teuer!)– Direkt im oder „neben“ Prozessor, für häufig benötigte Daten– Arrangiert in verschiedenen Stufen (Level1, Level2)

• Pentium 4: 20kB L1 (8kB Daten, 12kB Befehle), 512kB L2

Mainboard (FSB) und CPU Clock

• Taktfrequenz unterschiedlich– Mainboard (FSB/„Core“) langsamer als CPU– CPU führt mehrere „interne“ Schritte pro Mainboard Takt durch

• „Double-pumped“ und „Quad-pumped“– Datenübertragung von 2 bzw. 4 Bit pro Takt

• 266MHz FSB = Double-Pumped 133MHz (AMD Athlon XP)• 333MHz FSB = Double-Pumped 166MHz (AMD Athlon XP)• 400MHz FSB = Quad-Pumped 100MHz (Intel Pentium 4)• 533MHz FSB = Quad-Pumped 133MHz (Intel Pentium 4)

– Technik auch bei Hauptspeicher (DDR, Rambus) in Verwendung• „Multiplyer“ übersetzt zur CPU Clock

– Pentium III 500MHz, FSB 100Mhz, Multiplyer 5x– Pentium4 2.40MHz, FSB 400MHz, Multiplyer 24x– Pentium4 3.06MHz, FSB 533MHz, Multiplyer 23x

CPU: Kauftipps

• AMD oder Intel?– AMD oft günstiger, aber etwas leistungsschwächer– Crusoe als Alternative für Mobile Geräte (Laptops)

• Nicht das neuste (schnellste) Modell kaufen!– Zu teuer!– Komponenten (Mainboard, Speicher) oft noch nicht

ausgereift

• CPU Taktrate nicht sooo wichtig– Nur für Spieler, Grafiker, Hobby-Filmer (Video)– Schnelle CPU braucht schnellen Speicher,

Festplatten, Grafikkarte!

CPU Einbau: Sockel

• ZIF-Sockel– Zero-Impact-Force– Hebel arretiert bzw. drückt

CPU heraus– Alle modernen Boards– CPU senkrecht einsetzen, fällt

von selbst hinein

• LIF-Sockel (alte CPUs)– Low-Impact-Force– CPU muss manuell eingesetzt

bzw. ausgelöst werden– CPU senkrecht eindrücken– Mit Hebel rauslösen– Achtung! Pins nicht

verbiegen!!

http://www.waterwheel.com/Guides/how_to/cpu/CPU.htm

1. Statik ableiten (Erden)2. Alte CPU auslösen3. Neue CPU ausrichten

und einsetzen4. ZIF: Sockel schliessen5. Lüfter anbringen

Markierungfür Ausrichtung

CPU Einbau: ZIF-Sockel

http://www.waterwheel.com/Guides/how_to/cpu/CPU.htm

• ZIF-Sockel– Zero-Impact-Force– Hebel arretiert bzw. drückt

CPU heraus– Alle modernen Boards– CPU senkrecht einsetzen, fällt

von selbst hinein

• LIF-Sockel (alte CPUs)– Low-Impact-Force– CPU muss manuell eingesetzt

bzw. ausgelöst werden– CPU senkrecht eindrücken– Mit Hebel rauslösen– Achtung! Pins nicht

verbiegen!!

CPU Einbau: Slot

• Analog zu Erweiterungskarte– Ausrichtung anhand der Stecker-Kerbe

• Evtl. existierende Slot-CPU lösen• Mit sanftem Druck neue CPU einsetzen• Lüfterkabel an Mainboard anschliessen

Mainboard Chipsatz

• Regelt Datenverkehr zwischen CPU und– Speicher– PCI-Bus (Erweiterungskarten)– AGP-Bus (Grafikkarte)– Festplatten

• Hersteller: Intel, Via, nVidia, SIS• Zwei Bausteine:

– Northbridge: Schneller Zugriff auf Grafik, Speicher (gekühlt)

– Southbridge: Zugriff auf PCI-Bus, Festplatte, Maus, …

P4 und i845 Chipsatz

Mainboard

Moderne PC Architektur

CPU

AGP VideoController

Monitor

Cache

RAM

Northbridge

Southbridge

USB

Ein-/Ausgabe


DiskController


PCI Bus

PC

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PC

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PC

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AGP Bus Memory Bus



MainboardChipset







32-bit 400/533MHz quad-pumped, 4.2GB/s200/266/333MHz dual-pumped (AMD)

Mainboard

Neueste PC Architektur

CPU

AGP VideoController

Monitor

Cache

RAM

Northbridge(MCH)

Southbridge(ICH)

USB

Ein-/Ausgabe


DiskController


PCI Bus

PC

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te 1

PC

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skar

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PC

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AGP Bus Memory Bus



MainboardChipset

V-Link, bis zu 533MB/s




32-bit 400/533MHz quad-pumped, 4.2GB/s200/266/333MHz dual-pumped (AMD)




MCH: Memory Controller HubICH: I/O Controller Hub

Modernes Pentium 4 MainboardHauptspeicher-Slots (RAM)

Stromversorgung

Floppy-Anschluss


CPU Sockel

Grafikkarten-Slot


„Per

iphe

rie“

Ans

chlü

sse

(Mau

s, T

asta

tur,

Dru

cker

, …)


Northbridge (unter Kühlkörper)

Southbridge

Älteres Pentium II/III MainboardHauptspeicher-Slots (RAM)

Stromversorgung

Floppy-Anschluss


CPU Slot

Grafikkarten-Slot


„Per

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Ans

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(Mau

s, T

asta

tur,

Dru

cker

, …)


Northbridge (unter Kühlkörper)

Southbridge

Erweiterungskarten (ISA-Slots)

Chipset: Kauftipps

• Chipsätze nicht einzeln erhältlich– Fest auf Mainboard gelötet– Entscheidung für CPU & Chipsatz

Kombination ergibt Mainboard & Speichertyp• Beliebte Chipsätze

– Intel BX440 für Pentium III– Via KT133A für AMD Athlon– nVidia nForce für AMD Athlon– Intel i850/845 für Pentium 4

VIA KT266A

Hauptspeicher (RAM)

• Speichert Daten (wie Festplatte, CD-Rom)– Verliert Daten ohne Strom– Vorteil: Schnellerer Datenzugriff als Festplatte

• Kenndaten: – Grösse: in Megabytes (oft verwechselt mit Festplatte)– Zugriffszeit: Megahertz (höher ist besser, z.B. 133MHz)

• früher Nanosekunden (weniger ist besser, z.B. 60ns)– Datenrate: in Megabytes pro Sekunde

(bei neuen Modellen)• Verschiedene Typen und

Bauformen

RAM Bauformen:RIMM, DIMM und SIMM

Hauptspeicher: Typen

• DRAM (Dynamic Random Access Memory)– Alte Systeme (Pentium II und früher)

• SDRAM (Synchronous DRAM)– Für „ältere“ Systeme (Pentium III bis 800MHz)

• DDR SDRAM (Double Data Rate SDRAM)– Hohe Leistung (bis 2,7GB/s), relativ günstig (Pentium

III, Pentium 4 und Athlon/Duron)

• RDRAM (Rambus DRAM)– Höchste Leistung (bis 4GB/s),

sehr teuer (nur Pentium 4)– Aber: Auch höhere Verzögerung

Rambus Module (mit geöffneten Heatsink)

Hauptspeicher: Bauformen

• SIMM (DRAM)– Single Inline Memory Module– 72 pins– Ältere Rechner (Pentium II und davor)

• DIMM (SDRAM, DDR-SDRAM)– Dual Inline Memory Module– 168 pins– Fast alle modernen Rechner (Pentium III/4, Athlon)– Achtung DDR: gleiche Bauform mit SDRAM <> austauschbar!!

• RIMM (RDRAM)– Rambus Inline Memory Module– 184 pins– Nur Pentium 4 (einige Modelle)

Speicher: Fachchinesisch

• Single-/Dual-Channel– Neuere Mainboards/Chipsets unterstützen Zugriff auf Speicher

mit zwei Kanälen (= doppelte Bandbreite)– Zuerst nur für Rambus verfügbar, gibt es inzwischen auch erste

Chipsätze, die DDR mit „dual-channel“ ansteuern können!

• Marketing-Codes– DDR SDRAM 266-PC2100 / 333-PC2700

• 266/333 MHz „Zugriffszeit“ (auf 133/166MHz „double-pumped“ Bus)• Bei 64Bit „Datenbreite“ sind das ca. 2.1/2.7GB/s

– Rambus PC800/PC1066• 800/1066 MHz „Zugriffszeit“ (auf 400/533MHz „dual-pumped“Bus)• Bei 2*16Bit Datenbreite („dual-channel“) sind das ca. 3.2/4.2GB/s

Hauptspeicher: Kauftipps

• Stark abhängig vom Mainboard– Erlaubt nur einen Typ (z.B. DDR-SDRAM), aber evtl.

in verschiedene Geschwindigkeiten (z.B. 100MHz und 133MHz)

– Schneller meist nur unwesentlich teurer!– Erlaubte Typen/Bauformen in Mainboard-Anleitung

• No-Name Module oftmals fehleranfällig– Fehler nur schwer zu lokalisieren, System stürzt

scheinbar wahllos ab, hängt sich auf– Tipp: Speichertest durchführen, z.B. von

www.memtest86.com

Hauptspeicher Ein-/Ausbau

• SIMM Vor dem Anfassen von Hauptspeicher IMMERErden (z.B. an die Heizung fassen)!


• DIMM


• RIMM– Müssen paarweise

installiert werden (also 2 oder 4 Stück)

– Leere Slots müssen mit „Continuity-RIMM“ (C-RIMM) aufgefüllt werden (zum „Durchschleifen“ der Leitung)

Ein PC von Innen

Mainboard

Netzteil

Erweiterungskarten

CD-ROM

Jede Menge Kabel

Festplatten

Grafikkarte

Festplatten

• Speichert Daten (Programme, OS)– Viel langsamer als Hauptspeicher– Viel schneller als DVD, CD-ROM, Floppy

• Kenndaten:– Kapazität: in Gigabytes

• Achtung: Multiple von 1000 statt 1024!• „60GB“ Platte hat z.B. effektiv nur 57GB

– Transferprotokoll: Transferrate in Megabytes • EIDE: ATA33, ATA66, ATA100, ATA133• SCSI: Ultra-SCSI, Wide-SCSI (teuer, inzwischen langsam, zu klein)

– Umdrehungszahl: Umdrehungen pro Minute (z.B. 5400, 7200)– Zugriffszeit (mittlere): in Millisekunden (z.B. 8-10ms)– Cache: in Megabytes (z.B. 2-8MB)

ATA: AT-attached, vom „IBM Advanced Technology PC“ (AT)

IBM 120GB Deskstar

IDE: Integrated Drive Electronics

Festplatten: Kauftipps

• Mittelgrosse Platten oft am günstigsten– Heute: 40-80GB EIDE (ATA/100) für SFr. 130,-– SCSI Festplatten sehr teuer (aber „robust“)

• Passend zu Datentransferrate des Mainboards– ATA100 Festplatte an ATA33 „ausgebremst“

• Höhere Umdrehungszahl = Schnellerer Zugriff– Aber lauter (evtl. Flüstermodus vorhanden)

• Achtung bei alten Rechnern:– BIOS unterstützt evtl. nicht mehr als 20GB!

• Zukunftskompatibilität?– Grundlagen von EIDE, SCSI mehr als 15 Jahre alt– Nächste Generation: Serial-ATA (150-600MB/s)

Parallel ATA vs. Serial-ATA

Serial-ATAKabel

Festplatten: Einbau (EIDE)

• Datenkabel (40-adrig) mit roter Kante (2 Anschlüsse)– Rote Kante an Pin 1/2 am Mainboard– An Festplatte/CD-ROM rote Kante zum Stromkabel hin zeigend– Achtung: ATA66+ benötigt spezielles (80-adriges) Kabel!

• Bis zu 2 Festplatten/CD-ROM/DVDs an einem Kabel– Ein Gerät muss als „Master“ konfiguriert werden („Jumper“), das

andere als „Slave“ (siehe Aufkleber auf Laufwerk)– Schnelleres Gerät als Master am Kabelende, langsames (CD-

ROM) als Slave in die Mitte

Unkaputtbar: Stromkabel passt nur in eine Richtung

Ein PC von Innen

Mainboard

Netzteil

Erweiterungskarten

CD-ROM

Jede Menge Kabel

Festplatten

Grafikkarte

Grafikkarte

• Grafikprozessor (GPU) übernimmt komplexe Grafikberechnungen (2D&3D)– Spiele, Grafikanwendungen (Photo, Video)– Grafisches Betriebssystem (Windows)

• Kenndaten:– GPU: nVidia, 3dfx, ATI, Matrox– Speicher: 32-128MB– Bus: PCI, AGP (2x, 4x, 8x) – Auflösung/Bildwiederholfreq.: z.B. 1280x1024, 100Hz– Anschlüsse: VGA, DVI, Video-In

Matrox G550

Grafikkarte: Kauftipps

• Fast alle Karten bieten 3D Unterstützung– AGP Standard, PCI nur für sehr alte Rechner– nVidia-basierte am verbreitesten

• Wie immer: Mittelfeld oft am günstigsten– Heute: Geforce2, 64MB, SFr. 89,-

• Passend zu AGP-Port des Mainboards– 8x und 4x AGP nicht kompatibel zu 2x und 1x

• High-End Modelle mit Lüfter– Leistungsfähiger aber lauter– Oft digitaler Ausgang (DVI)

oder Video-Eingang

nVidia GeForce4 MX, 64Mb

Grafikkarte: Einbau

• Problemlos– Statische Aufladung ableiten

– Slotblech-Schraube lösen– Evtl. Slot entriegeln (neuere Mainboards)

– Karte einsetzen und sanft eindrücken

Gehäuse

• Hält alles zusammen ☺• Kenndaten:

– Grösse: Tower, Midi-Tower, Mini-Tower (Platz für Festplatten, CD-ROMs, DVDs, Brenner…).

– Standard-Bauform ATX (früher: AT). Muss zum Mainboard passen!

• Geräuschdämmung mit Fleeceod. Kork– Mindert Lüftergeräusche

ATX-Netzteil

Netzteil

• Versorgt alle PC Komponenten mit Strom

• Je mehr Komponenten, desto stärkeres Netzteil nötig (z.B. 300W)!

• Lärmquelle (Lüfter)!• Bauformen:

– ATX– AT (alt, z.B. 486er)

Mainboard Stromanschluss

Festplatten, CD-Rom, Floppy

Netzteil: Einbau

• Unterschiedliches Netzteil für ATX und AT!– Netzteil passend zum Mainboard/Gehäuse kaufen– Bei Anschluss AT-Netzteilen Verwechslungsgefahr!

http://www.tjslab.co.za/Basket/upgradeinfo.asp

AT ATXMaus, Tastatur,Drucker, Seriell,auf Mainboard!

NarrensichererStromanschluss

Nur Tastatur aufMainboard, allesandere braucht Erweiterungskarte

Verwechslungs-gefahr beim Strom!

„Schwarz liebt sich“

Keine Zeit für…

• Maus, Tastatur– Standard, kann man (fast) nix falsch machen– PS2 oder USB Anschluss (am PC vorhanden?)– Toll: optische Mäuse werden nicht dreckig!

• CD-ROM, DVD, CD-RW, DVD-RW– Lese- und Schreibgeschwindigkeit– Wie „gut“ können (geschützte) CD‘s kopiert werden?– Inkompatible DVD-Schreibstandards!

• BIOS (Basic I/O-System des Mainboards)• Drucker, Netzwerkkarte, Modem, Monitor, …

Bottom Line

• PC Reparatur, Upgrade, Neubau– Leichter als oft befürchtet– Die meisten (neueren) Komponenten passen nur auf

eine Art (die richtige)– Anspruchsvoller bei älteren Systemen

• Fachchinesisch braucht Zeit– Viele Komponenten haben ähnliche Parameter (MHz,

GHz, GB, MB, …)– Abkürzungen, Abkürzungen, Abkürzungen: Experten

wissen selbst oft auch nicht, wofür diese stehen!

Bottom Line

• Schnelles System ist nicht nur CPU– Bremsen: Zu langsame Festplatte, zu wenig

Hauptspeicher, alte Grafikkarte

• Goldene Regeln der PC Reparatur – Statische Aufladung vermeiden!

– Keine Gewalt (sanfter Druck erlaubt) ☺– Im Zweifelsfall fragen od. nachlesen!!

Lesetipp

• Gute Übersicht

• Viele Details zu– CPU, Mainboard,

Speicher, Festplatten, Grafikkarte, Sound, Maus, Tastatur, …

• Tipps zum– Neukauf– Upgrade– Fehlersuche

Mehr Infos

• Allgemeine (und spezielle) PC Ratgeber– http://www.pcguide.com– http://www.pctechguide.com/– http://www.ahinc.com/hhmemory.htm

• Vergleichstest, Neuigkeiten– http://www.tomshardware.de/index.html

• Geräuschdämmende Gehäuse, Lüfter– http://www.noisecontrol.de

• EIDE? RIMM? MCH? QDR? Häh?– http://www.acronyms.ch/– http://www.whatis.com/– http://www.geocities.com/ikind_babel/babel/babel.html

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Hardware Crash Course - Print · – Zentraleinheit (CPU) – Speicher – Ein-/Ausgabeeinheit • Kommunikation via Bus – „Clock“ gibt Kommunikationstakt CPU Bus RAM Ein-