1 Aufgaben zu ``Wie funktioniert ein Computer?
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71 1 Aufgaben zu ‘‘Wie funktioniert ein Computer?’’ Netzteil a) Welche Spannungen werden von PC-Netzteilen bereitgestellt? 3.3 V, 5 V, 12 V, -5 V, -12 V. b) Warum können PC-Netzteile hohe Leistungen liefern, obwohl die eingebauten Transformatoren nur relativ klein sind? PC-Netzteile werden in der Regel als Schaltnetzteile gebaut, die mit einigen kHz betrieben werden. Da bei Transformatoren die übertragbare Leistung nicht nur von der Anzahl der Windungen abhängt, sondern auch von der Frequenz, kann bei einre Erhöhung der Frequenz auch eine höhere Leistung übertragen werden. c) Wie sind Schaltnetzteile aufgebaut? Skizzieren Sie ein Blockschaltbild! ° 230 V ~ ° Gleichrichter ° • ~ °• ° • • ° SchaltGlied HF Trafo Gleichrichter • = ° ° ° ° ° ° ° ~ Galvanische Trennung ° ° ° ° °• ° Tiefpass ° ° • ° ° • ° • • Regelkreis = ° = • ° 5V= ° 72 1 Aufgaben zu ‘‘Wie funktioniert ein Computer?’’ Grafikkarten a) Was sind die Hauptaufgaben einer Grafikkarte? • Schnittstelle PC $ Display • Hardware-Bescheunigung von Grafik-Berechnungen: 3D-Berechnungen, schnelles Zeichnen von Grafik-Primitiven, rendern b) Was ist ein ‘‘Back-Buffer’’, was ist ein ‘‘Front-Buffer’’? Der ‘‘Front-Buffer’’ wird gerade am Bildschirm dargestellt, während der ‘‘BackBuffer’’ im Rahmen des Renderings verändert wird. Optische Laufwerke a) Was sind Pits und Land? Land ist die Oberfläche des optischen Mediums. Pits sind kleine Vertiefungen auf dem Land. b) Was reflektiert Licht: Pits, Land oder beides? Beides c) Welche Tiefe müssen die Pits haben, damit man die mit Pits und Land gespeicherte Information sinnvoll auslesen kann? Warum? Die Pits müssen eine Tiefe von /4 haben, wobei die Wellenlänge des Lasers ist, der zum Auslesen verwendet wird. Das Licht, das von einem Pit reflektiert wird ist dann gegenüber dem vom Land reflektierten Licht um /2 phasenverschoben ( /4 (Land ! Pit) + /4 (Pit ! Land) = /2). 73 Festplatte a) Was ist eine Festplatten-Spur? Kreis den die Schreib-/Leseköpfe auf der Platte abfahren, wenn sich bei rotierender Platte die Position des Schreib-/Lesekopfs nicht ändert. b) Was ist ein Festplatten-Zylinder? Ein Festplatten-Zylinder ist die Menge der Spuren, die gleichzeitig gelesen/geschrieben werden. (Bei einer Festplatte werden in der Regel immer mehrere Platten auf einer Achse verbaut. Diese Platten werden gleichzeitig beschrieben/ausgelesen.) c) Was ist ein Festplatten-Sektor? Ein Sektor ist kleinste adressierbare Einheit bei einer Festplatte. Die auf einer Festplatte abzuspeichernden Daten werden in Sektoren abgespeichert. d) Was sind typische Sektor-Größen? 512 Byte, 4 kByte e) Was für Informationen werden in Sektoren neben den Nutzdaten noch zusätzlich abgespeichert? Verwaltungs-Information, z.B. Zylinder-ID, Sektor Start- und Ende-Markierungen, ... 74 f) 1 Aufgaben zu ‘‘Wie funktioniert ein Computer?’’ Skizzieren Sie grob einen Regelkreis der zur Positionierung des Festplatten-Arms verwendet werden kann. Soll-Position + Fehler Aktuelle Position Regelung Sensor • Spulenstrom 75 Prozessor a) Aus welchen logischen Grundeinheiten besteht ein Prozessor? • Rechenwerk/ALU • Registerblock • Steuerwerk/Leitwerk • Befehlsregister • Befehlszähler • Flags • Bus-Treiber-Logik • Cache • Einheit zur Adress-Übersetzung/Virtueller Speicher b) Welche Schritte führt ein Prozessor aus, wenn er den nächsten Befehl aus dem Speicher lädt? • Den Wert des Befehlszählers als Adresse auf den Adress-Bus legen • Vom Datenbus das adressierte Datum einlesen • Den eingelesenen Wert im Befehls-Register ablegen. c) Wo können die Operanden eines Befehls generell abgelegt sein? • Direkt im Befehlswort (Direktoperand/immediate operand) • In den Registern • Im Speicher 76 1 Aufgaben zu ‘‘Wie funktioniert ein Computer?’’ Bussystem a) In welche drei Busse lässt sich ein Bussystem oft aufgliedern? • Adressbus • Datenbus • Steuerungsbus b) Was ist die Funktion dieser drei Busse? • Adressbus: Dient zur adressierung einer Speicheradresse oder eines Geräts • Datenbus: Auf dem Datenbus werden die Daten übertragen; sowohl im Fall Lesen als auch im Fall Schreiben • Steuerungsbus: Teilt mit, ob gelesen oder geschrieben werden soll bzw. wann gültige Daten auf dem Bus liegen c) Welche dieser Busse sind unidirektional, welche bidirektional? • Unidirektional: Adress- und Steuerbus; wird vom Prozessor gesteuert (ausser DMA) • Bidirektional: Datenbus (lesen und schreiben) 77 Rechner-Architekturen a) Was ist der Haupt-Unterschied zwischen einer Harvard- und einer von NeumannArchitektur? • Von Neumann: Daten und Befehle liegen im selben Speicher • Harvard-Architektur: Daten und Befehle liegen in unterschiedlichen Speichern. b) Wie kann man die Aussage verstehen, dass heutige Rechnersysteme oft sowohl eine Harvard- als auch eine von Neumann-Architektur haben? Bei heutigen Rechner-Systemen werden häufig für Befehle und Daten verschiedene L1-Caches verwendet. Ab dem L2-Cache wird dann oft nicht mehr zwischen Befehlen und Daten unterschieden, d.h. es gibt dann nur noch einen L2-Cache in dem dann sowohl Befehle als auch Daten abgespeichert sind. 78 1 Aufgaben zu ‘‘Wie funktioniert ein Computer?’’
