01 - Grundlagen eines Computers

Was ist die Definition eines Computers?

Gerät, welches Daten verarbeitet, basierend auf gespeicherten Anweisungen

Abakus

1 - Rechenhilfsmittel: erstes mechniasches Gerät zur Durchführung von Rechnungen mithilfe Kugeln auf Stäben/Fäden

Rechenmaschine von Blaise Pascal

2 - mechanische Rechenmaschine, die Zahlen von 0 bis 9 darstellen und addieren (mit mod subtrahieren, multiplizieren und dividieren) kann

Babbages Analytical Engine

3 - mechanischer, programmierbarer Computer mit Lochkarten bestehend aus “store” (Speicher) und “mill” (CPU)

ENIAC

4 - erster elektronischer Universalrechner mit Lochkarten als I/O, welcher Röhren und Relais verwendet

Transistor

5 - elektronischer Schalter und Signalverstärker, ersetzt Vakuumröhren

System/360

6 - einheitliche Hardware- und Betriebsplatform mit verschiedenen Anwendungen

Altair 8000

7 - massenmarktfähiger Mikrocomputer, der die Ära der Personalcomputer/Heimcomputer startete

Obwohl es verschiedene Computerausprägungen gibt, was bleibt immer gleich?

Grundhardwarekomponenten

Was für mögliche Optimierungsziele gibt es für Computer?

• Stromverbrauch

• Leistung

• Ausfallsicherheit

• Wärmeentwicklung

• Anschlüsse

• Grösse/Gewicht

• Lebensdauer

• Wartbarkeit

• Anpassungsfähigkeit (Skalierbarkeit, Modularität)

• Benutzerfreundlichkeit

• Kosten

Was sind die Grundkomponten von Computer?

• CPU

• RAM

• GPU

• Mainboard/Motherboard

• Speicher (SSD/HDD)

• PSU

Was macht eine CPU?

verarbeitet Daten auf Anweisungen des Computerprogramms

Was sind die vier Hauptkomponenten einer CPU?

• ALU

• Steuereinheit

• Register

• Clock

Was macht die ALU einer CPU?

führt arithmetische und logische Operationen aus

Was macht die Steuereinheit einer CPU?

koordiniert Abläufe innerhalb der CPU und stellt korrekten Ablauf von Befehlen sicher

Was macht der Register einer CPU?

schnelle Speichereinheit in CPU, welche für Arbeitsvariablen verwendet wird

Was bringen mehrere Kerne in einer CPU?

mehrere Aufgaben gleichzeitig ausführen können

Was bringt mehr Leistung pro Kern in einer CPU?

schneller Aufgaben ausführen können

Was ist die Taktfrequenz einer CPU?

Befehlszyklen pro Sekunde in GHz

Was sind die Vor/Nachteile einer höheren Taktfrequenz einer CPU?

• mehr Leistung

• mehr Energieverbrauch

• mehr Wärmeentwicklung

Von was hängt die Leistung einer CPU ab?

• Taktfrequenz

• Anzahl Kerne

• Befehlsarchitektur

Was ist RAM?

temporär Datenspeicher damit CPU schneller auf Daten zugreifen kann

Was für RAM Typen gibt es?

• SRAM

• DRAM

• DDR

Was sind die Merkmale von SRAM?

• schnell

• teuer

• wird als Cache in CPU verwendet

Was sind die Merkmale von DRAM?

• langsamer

• billiger

Was sind die Merkmale von DDR?

• Art von DRAM

• Daten werden bei clock cycles übertragen

Was ist das Ziel einer GPU?

schnelle Verarbeitung von Bildern und Videos

Wo werden heutzutage GPUs oft verwendet?

• KI-Modellen

• Deep Learning

• wissenschaftlichen Simulationen

Warum sind GPUs ideal für ihr Anwendungsbereich?

viele Kerne, hohe Taktfrequenz → ideal für parallele Verarbeitungsaufgaben

Was sind die Funktionen einer Motherboard?

• verbindet mehrere Komponente

• Regler für Stromverbrauch

• enthält BIOS-Chip

Was macht der BIOS-Chip einer Motherboard?

• initialisiert Hardware während startup

• lädt OS

Was sind die Merkmale von Massenspeicher?

• permanente Datenspeicherung

• fest in Gerät/Computer verbaut

• zB HDD, SSD

Was sind die Merkmale von Wechselspeicher?

• Transport und Austausch von Daten

• leicht engesteckt/entfernt

• zB USD, CD, SD

Was ist eine HDD?

nicht-flüchtiges Speichermedium, welche Daten auf eine drehende Scheibe magnetisch speichert (SATA, SAS in Servern)

Was besagt die Leistung einer HDD aus?

• RPM

• Grösse des Caches

• Schnittstellengeschwindigkeit

Was ist eine SSD?

nicht-flüchtiger Flasch Speicher, welcher Daten ohne Stromzufuhr speichert (SATA, M.2, NVMe)

Was sind die Vorteile von SSD gegenüber HDD?

• schneller

• zuverlässiger

Was macht eine PSU?

wandelt Wechselspannung in Gleichspannung um

Was sind die drei Hauptfunktionen einer PSU?

• Spannungsregulierung

• Kurzschlussschutz

• Überlastungsschutz

Was sind die wichtigen Konzepte für I/O?

• Buffering

• Caching

• Driver

Was ist Buffering in Kontext von I/O?

temporäres Speichern von Daten, um die Geschwindigkeit von I/O und CPU auszugleichen

Was ist Caching in Kontext von I/O?

speichern von oft verwendeten Daten in schnellen Speicher

Was sind Drivers in Kontext von I/O?

Software, welche Kommunikation zwischen OS und I/O-Geräten erlaubt

Was ist PCI?

Computerbus

Was ist das Vorteil von PCIe im Vergleich zu PCI?

schnellere Datenübertragung wegen mehr Lanes

Was sind die Merkmale von parallele Datenübertragung?

• mehrere Leitungen (nicht mit Lanes zu verwechseln)

• höhere Datendurchsatzrate

• höhere Störungschance (durch elektromagnetische Interferenz oder Signalverzögerung)

• zB PCI

Was sind die Merkmale von serielle Datenübertragung?

• nacheinander via einzelnen Leitungen (nicht mit Lanes zu verwechseln)

• zB PCIe, SATA, USB, Ethernet