banner

 

Erklärung

Auf dem Mainboard bzw. Motherboard (engl. Hauptplatine) werden alle Bauteile des Computers angebracht(z.B. CPU, RAM, Grafikkarte,...).
Das Motherboard verbindet alle Komponenten mit einander und verfügt auch über wichtige Elemente die zur vollen Funktion eines
PCs notwendig sind(z.B. BIOS, CMOS,...). Alle Motherboards enthalten in etwa die selben Bauelemente ( z.B. PCI Slots finden wir auf
jedem neueren Motherboard, die Anzahl kann allerdings variieren).
 
Beim Aufbau(d.h. die Verteilung der Komponenten auf der Platine) gibt es mehrere Standards. Der älteste und nicht mehr verwendete
Standart nennt sich AT. Die heutigen Boards haben meistens den Nachfolger Standart ATX und der neue Standart wird wohl BTX.
 
 
 
 

ATX Mainboard

Mainboard mit Beschreibung

Quellen:
Bild "http://www.dbode.de"
Informationen "http://www.informationsarchiv.net"

Nach oben

 

Aufbau(Formfaktor)

Unter Formfaktor versteht man den Standart der Größe des Boards, aber auch Lochabstände, Stromversorgung und die Lage der
Bauteile. Die Folgenden drei Arten(AT, ATX, BTX) sind die wohl bekannstesten.
 
 
 
 

AT
(Advanced
Technology)

Der AT-Formfaktor wurde von IBM entwickelt und ist der Vorgänger des heute meistens benutzten ATX Formats und der Nachfolger des XT-Formats(extendend technology). Zu dem normalen AT-Format entwickelte sich später auch noch das BAT(Baby AT-Format). Dies war zwar kompakter passte aber in das gleiche Gehäuse. Bekannt wurde der AT-Faktor durch die Intel CPUs 286, 386, 486 so wie dem Intel Pentium 1. Aber auch durch die 16-Bit-Erwiterungsslots die deswegen auch oft AT-Bus genannt wurden. Der Anschalter war noch direkt mit dem Netzteil verbunden. Womit es kein Standby gab wie beim heutigen ATX-Format.

 AT-Format

ATX
(Advanced
Technology
Extended)

Das ATX-Format ist das meist genutzte Format. Es wurde 1995 von Intel eingeführt. Auch beim ATX gab es mehrere Variationen, wie Micro ATX (244x244mm), Flex ATX (229x191mm), Mini ITX (170x170mm) und Nano ITX (120x120mm). Der Vorteil am ATX-Format war der neu Aufbau, d. h. der Prozessor und die Speicherbänke befinden sich neben den Bussteckplätzen statt dahinter. Wo mit gewährleistet war das lange Karten nicht mehr mit Kühlern bzw. Lüftern zusammen stießen. Auch wurden die I/O-Anschlüsse mit der Hauptplatine verbunden, was einen Standby Modus gewährleistete. Auch der Netzteilanschluss für das Motherboard war nun verpolungssicher. Und es entwickelte sich eine art Kühlkreislauf.

 ATX-Format

BTX
(Balanced
Technology
Extended)

Das BTX-Format ist der Nachfolger des ATX-Formates und wurde erstmalig auf dem IDF(Intel Developer Forum) 2003 vorgestellt. Das neuartige daran ist das das Gehäuse in Zonen aufgeteilt wird, in denen sich nur bestimmte Bauteile befinden dürfen. Auch hier existieren noch Formfaktoren für kleiner Gehäuse, einmal MicroBTX und das noch kleinere Form PicoBTX. Der Grund für den Neuartigen Aufbau liegt an der effizienteren Kühlung für die CPU und GPU die mit zunehmender Entwicklung immer heißer werden. Auch die Lautstärke lässt sich durch Verringerung der Lüfteranzahl senken. Das Mainboard ist dann, von vorne aus gesehen, auf der linken Seite. Die GPU wird um 180° gedreht, so das der Grafikchip Nach oben zeigt und befindet sich dann auch in einem Luftstrom. Die Luft wird aus dem vorderen Gehäuseteil angesaugt. PCI-Express wird als Standart einbezogen. Zur besseren Stromversorgung der CPU wird der 4-polige 12V Stecker Pflicht

 BTX-Format

Quellen:
Bild "www.elektronik-kompendium.de"
Informationen "http://www.lexikon-definition.de"

Nach oben

 

Schnittstellen

Für den Anschluss eines externen Gerätes ist eine definierte Schnittstelle erforderlich. Eine Schnittstelle definiert die Festlegung für die physikalischen Eigenschaften der Schnittstellenleitungen.
Die Spezifikation einer Schnittstelle enthält Informationen über Übertragungsgeschwindigkeiten, Übertragungsverfahren, zu den Schnittstellenleitungen, dem Stecker, der Buchse oder Steckerleiste und deren Belegung. Sinn und Zweck einer Spezifikation oder einer Normierung ist, dass unterschiedliche Geräte unterschiedlicher Hersteller miteinander verbunden werden können.
Ein Computersystem hat interne Schnittstellen, die sich im Computergehäuse befinden und externe Schnittstellen, die aus dem Computergehäuse herausgeführt sind.

Beispiele für externe Schnittstellen

Beispiele für externe Schnittstellen

Quellen:
Bild "http://www.elektronik-kompendium.de"
Informationen "http://www.elektronik-kompendium.de"


Nach oben

 

Chipsatz


Welcher Faktor bestimmt im wesentlichen die Leistungsfähigkeit eines Computer? Eine wichtige Frage, die sich nicht mit Prozessortakt, Arbeitsspeicher oder Festplattengröße beantworten lässt. Wenn man ein Computersystem auf seine einzelnen Komponenten herunter bricht, dann kommt man sehr schnell auf einen Baustein an den man im ersten Moment nicht denkt: das Motherboard, Mainboard oder auch Hauptplatine genannt. Es ist die Platine, auf der ausnahmslos alles angeschlossen ist, was sich in einem Computer-Gehäuse oder auch außerhalb befindet.


Chipsatz

Zentrales Bauelement auf dem Motherboard ist der Chipsatz (Chipset), der sich im Laufe der Zeit von vielen einzelnen Bauteilen in einige wenige hoch integrierte Schaltungen entwickelt hat. Der Chipsatz ist das Bindeglied zwischen den einzelnen Komponenten eines Computers. Egal was in einem Computer passiert, der Chipsatz hat immer damit zu tun. Er sorgt dafür das alle Komponenten über ihre eigenen Schnittstellen miteinander kommunizieren können. Dabei werden unterschiedliche Spannungspegel, Taktfrequenzen und Protokolle berücksichtigt und untereinander umgewandelt. Der Chipsatz hat großen Einfluss auf die gesamte Rechnerleistung. Er steuert das Zusammenspiel und den Datenfluss zwischen dem Prozessor, dem Arbeitsspeicher, Bussystem(PCI, ISA), sowie den Schnittstellen(EIDE, AGP, USB). Haben der Chipsatz- oder Motherboard-Hersteller bei der Entwicklung geschlampt, kann das zu deutlichen Leistungseinbusen des gesamten Computersystems führen. Da spielt der Prozessortakt und der achso schnelle Speicher keine Rolle mehr. Was der Chipsatz nicht leistet, das können andere Komponenten nur schwer wieder an Leistung beisteuern. Der Chipsatz wird über die Einstellungen im BIOS konfiguriert. In Abhängigkeit von Chipsatz, Arbeitsspeicher, und Prozessor können hier unterschiedliche Einstellungen deutliche Leistungsunterschiede auslösen. Generell können die Chipsätze der unterschiedlichen Hersteller Leistungsunterschiede von bis zu 10% haben. Zudem legt der Chipsatz fest, welche Komponenten im Computersystem verwendet werden können. Welche Komponenten der Chipsatz unterstützt ist herstellerabhänig. Bausteine, die im Chipsatz fehlen, kann der Motherboard-Hersteller zusätzlich auf der Platine einbauen. Wenn das nicht ausreicht lässt sich ein System durch Erweiterungskarten mit Schnittstellen aufrüsten. Auf dem Foto sehen Sie links den Prozessor Pentium 4 von Intel abgebildet. Zum Vergleich sehen Sie unten den MCH und oben den ICH2 aus der Chipsatz-Serie i8xx von Intel. Durch den Größenvergleich kann man ungefähr abschätzen, was der Chipsatz leisten muss.


Chipsatz-Architektur: North-Bridge und South-Bridge


Chipsatz

Die klassische Chipsatz-Architektur besteht ganz grob gesehen aus zwei Bausteinen: die North-Bridge und die South-Bridge. Die Bezeichnung ergibt sich aus der Anordnung innerhalb der Prinzipschaltung. Sieht man diese Schaltung als Landkarte, so befindet sich die North-Bridge im Norden und die South-Bridge im Süden. Die Bezeichnungen stammen ursprünglich von Intel. Die North-Bridge ist die zentrale Komponente, die den Datenfluss zwischen Prozessor (CPU), Arbeitsspeicher und Peripherie steuert. Der Prozessor ist über den Front-Side-Bus (FSB) an die North-Bridge angebunden. Der AGP-Port ist die Schnittstelle für eine Grafikkarte. Ursprünglich war die Grafikkarte in einem PCI-Steckplatz eingesteckt. Um den Datenfluss auf dem PCI-Bus zu entlasten wurde Grafikkarte in AGP-Variante und mit eigener Schnittstelle fest mit der North-Bridge verbunden. Der Arbeitsspeicher ist ebenfalls an die North-Bridge angebunden. Im Optimalfall arbeitet die Anbindung von Prozessor und Arbeitsspeicher mit der selben Geschwindigkeit. Das entlastet die North-Bridge vor der aufwendigen Konvertierung von Datenworten und führt nicht zu Verzögerungen beim Datentransfer. Zweiter Teil des Chipsatztes ist die South-Bridge, die mit der North-Bridge über den PCI-Bus verbunden ist. Am PCI-Bus befinden sich noch weitere Slots, über die sich Erweiterungskarten einstecken lassen. Obwohl die South-Bridge hauptsächlich für die Steuerung der Peripherie-Schnittstellen zuständig ist hat sie trotzdem Verbindung über Interrupt-Leitungen zum Prozessor und über den SMB zum Arbeitsspeicher. Um auch alte ISA-Steckkarten zu unterstützen hat die South-Bridge eine integrierte ISA-Bridge über die die ISA-Slots angesprochen werden. Für die Peripherie-Schnittstellen übernimmt die South-Bridge die Wandlung von Spannungspegel, Datenformate, Protokolle und Taktfrequenzen. Auch das System-BIOS mit seinem Flash-ROM ist hier angeordnet (über ISA).


Chipsatz-Architektur: Hub-Architektur


Chipsatz

Mit den Chipsätzen der Baureihe i8xx führte Intel eine neue Struktur, die Hub-Architektur zur Verknüpfung der einzelnen Chipsatz-Komponenten ein. Intel war in dieser Richtung schon sehr früh innovativ. Andere Chipsatz-Hersteller sind kurze Zeit darauf mit Eigenentwicklungen nachgezogen und haben ähnliche Strukturen eingeführt. Der Grund war, das die alte Bridge-Architektur mit dem PCI-Bus als Verbindung zwischen North- und South-Bridge sich als Nadelöhr entwickelt hat. Die immer schneller werdenden Prozessoren, Arbeitsspeicher und Festplatten wurden durch den internen PCI-Bus ausgebremst. Die Daten konnten nicht schnell genug an den Ort eines Computersystems übertragen werden, wie es theoretisch notwendig gewesen wäre. Da nicht alle Hub-Architekturen aller Hersteller berücksichtigt werden können, wird hier exemplarisch der Intel-Chipsatz (i8xx-Serie) beschrieben. Die Chipsätze andere Hersteller sind jedoch ähnlich aufgebaut. Vergleicht man die Hub-Architektur mit der Bridge-Architektur, dann übernimmt der Memory Controller Hub (MCH) die Funktion der North-Bridge. Hier läuft das Interface des Prozessors (FSB), des Arbeitsspeichers und des AGPs zusammen. Statt des MCH gibt es auch einen Graphics Memory Controller Hub (GMCH). Dieser hat keine Unterstützung für den AGP. Dafür aber einen eingebauten Grafikchip, der die Grafikkarte ersetzt. Als interne Verbindung gibt es nicht mehr den PCI-Bus, sondern Hub Interface. Über diese Schnittstelle lassen sich weitere Controller Hubs untereinander verbinden. Z. B. lässt sich ein PCI64-Hub an den MCH anbinden, der Slots für 33 MHz- oder 66 MHz-PCI zu Verfügung stellt. Über ein weiteres Hub Interface wird er I/O Controller Hub (ICH) an den MCH angeschaltet. Der ICH übernimmt die Aufgaben der South-Bridge, stellt aber nur die Schnittstellen zu Verfügung, die Intel in das moderne PC-Konzept passt. Dinge, wie Floppy, serielle und parallele Schnittstelle werden nur über einen weiteren Super-I/O-Baustein möglich. Diese "alten" Schnittstellen sondern in den "Legacy Port Controller" (LPC). Sie sind die letzten Verbindungen in die alte PC-Welt. Der PCI-Bus und die EIDE/ATA-Schnittstellen werden direkt aus dem ICH herausgeführt. ISA-Steckplätze müssen über einen zusätzlichen Chip (PCI-to-ISA-Bridge) angebastelt werden. Weil der ISA-Bus nur noch über diesen Zusatzbaustein unterstützt wird, muss das BIOS in eine separate Funktionseinheit. Diese nennt sich Firmware Hub (FWH) und hängt am ICH dran. Obwohl die Hub-Architektur technisch modern und modular aufgebaut ist, sind ICH und Arbeitsspeicher über den SMB verbunden. Auch der Prozessor hat noch seine Interrupt-Leitungen zum I/O Controller Hub (ICH).
 
Die Verbindung zwischen North-Bridge und South-Bridge bestimmt die Geschwindigkeit mit der die Daten von Peripherie-Geräten zum Prozessor und in den Arbeitsspeicher kommen. Die ursprüngliche PCI-Verbindung wurde von den Chipsatz-Herstellern durch schnellere Verbindungen abgelöst:


Hersteller Bezeichnung Geschwindigkeit
Intel Hub-Link 266 MByte/sek.
Via V-Link 266 MByte/sek.
SiS MuTIOL > 500 MByte/sek.
ServerWorks ServerWorks > 1000 MByte/sek.
Diverse PCI 133 MByte/sek.

Quellen:
Bild "http://www.elektronik-kompendium.de"
Informationen "http://www.elektronik-kompendium.de"


Nach oben

 

Ram Slot - Random Access Memory


In einen Ram Slot passen nur bestimmte RAM-Typen, da der RAM vom Chipsatz auf dem Motherboard gesteuert wird und man für diesen einen bestimmten Typ braucht. Außerdem gibt es Ram-Chips in verschiedenen Größen, so das man den passenden Slot braucht.

PS/ 2 SIMM - Single Inline Memory Modul

ps/2 SIMMs haben 72 Kontakte die einseitig oder doppelseitig verschaltet sein können. PS/2 beschreibt die Form und den Anschluss der Speichermodule. Es gab mehrere Speicherarten von PS/2, die bekanntesten waren FPM(Fastpage-Memory-Module) und EDO(Extendend Data Output). Allerdings wurden die FPM Module mit Einführung der Pentium Prozessoren durch EDO-Speicher verdrängt, da dieser etwa 10 bis 30% schneller war.
PS/2 SIMM Speichermodule waren die Nachfolger der SIMM Speichermodule und lösten diese 1993 ab.
Allerdings wurde auch PS/2 SIMM 1998 von den SDRAM-DIMM Modulen abgelöst.

DIMM - Dual In-Line Memory Module

Im Gegensatz zu den SIMMs haben DIMMs 2 getrennte Reihen von Kontaktpinns. Eine auf der Vorder- und eine auf der Rückseite.
Die Häufigsten DIMMs haben 168 Kontakte und zwei Kerben in der Kontaktleiste. Sie sind meistens mit SDRAM bestückt und verfügen über einen 64 Bit breiten Datenbus. Die Kerben dienen zur Erkennung der jeweiligen Spannungsversorgung für das Modul.
DIMMs mit einer Kerbe und 184 Kontakten sind mit DDR-SDRAM bestückt.
Im Gegensatz zu den SIMM Modulen werden die DIMM Module senkrecht in das Motherboard eingesteckt.

Ram Slot

Quellen:
Bild "http://www.dbode.de"
Informationen "http://th03acc0158.swisswebaward.ch / http://www.elektronik-kompendium.de"


Nach oben

 

AGP - Accelerated Graphics Port
AGP Port

3D-Grafik ist aus keinem Anwendungsbereich mehr weg zu denken. Ob Forschung, Unterhaltung oder Multimedia, alles setzt auf 3D-Visualisierung. 3D-Grafik benötigt jedoch hohe Datenströme um sich anspruchsvoll und bewegt darstellen zu lassen. Mit der Zeit hat sich der PCI-Bus als Engpass für die Grafikausgabe herausgestellt. Vor allem deshalb, weil der PCI ein Bus ist, den sich mehrere Erweiterungskarten und evt. die South-Bridge mit ihren vielen Schnittstellen teilen muss. Anordnung der Steckplätze auf dem Mainboard Mitte des Jahres 1996 begann ein Konsortium von Mainboard- und Grafikchipherstellern unter der Führerschaft von Intel mit der Entwicklung des AGP. Der Accelerated Graphics Port ist weder ein Ersatz für den PCI-Bus noch eine Erweiterung. Er ist nur ein zusätzlicher, unabhängiger Steckplatz (siehe Bild, AGP oben, PCI unten), für eine einzelne Punkt-zu-Punkt-Verbindung zwischen Grafikkarte und Chipsatz (North-Bridge).
 

Blockschaltbild
 

Blockschaltbild Chipsatz
 

Der AGP ist ein spezielles Interface für die Kopplung von Prozessor, Hauptspeicher und der Grafikkarte. Merkmal des AGP ist ein schneller Datenaustausch zwischen AGP-Port und Hauptspeicher. Der AGP hat eine Busbreite von 32 Bit und einen Bustakt von 66 MHz und somit eine Bandbreite von 266 MByte/s. Im 2x-Modus(Nutzung beider Flanken des Taktsignals) werden 533 MByte/s ereicht. Im 4x-Modus und 8x-Modus wurden die Übertragungsraten nochmals gesteigert. So wie die Bezeichnung hat sich die Übertragungsrate jedes Mal verdoppelt.
 

Übersicht der AGP-Spezifikationen und deren mögliche Leistungsfähigkeit
 

AGP-
Modus		 Bustakt Signalspannung max. Transferrate Bemerkung
X1 66 MHz 3,3 V 266 MByte/s Übertragung nur bei steigenden Signalflanken
X2 66 MHz 1,5 V / 3,3 V 532 MByte/s Übertragung bei steigenden und fallenden Signalflanken
X4 66 MHz 1,5 V 1,06 Gbyte/s Übertragung von 4 Datenwörter pro Takt
X8 66 MHz 0,8 V 2,1 GByte/s Übertragung von 8 Datenwörter pro Takt

Quellen:
Bild "http://www.dbode.de / http://www.elektronik-kompendium.de"
Informationen "http://www.elektronik-kompendium.de"

Nach oben

 

PCI, PCI-X und PCI-Express
PCI Port

PCI
Peripheral Component Interconnect

Der PCI-Bus ist Industriestandard und fester Bestandteil von IBM-kompatiblen PCs, Apple Macintoshs und Alpha-Workstations von Digital. Das von Intel im Jahr 1993 entwickelte Bus-System ist bis ins Detail normiert, so dass andere Computerhersteller den PCI-Bus nachbauen können. Im Gegensatz zu anderen Bus-Systemen ist der PCI-Bus anpassungsfähig bei steigenden Anforderungen. Das PCI-BIOS erkennt jede Erweiterungskarte und konfiguriert sie selbständig (Plug and Play). Der PCI-Bus sollte den 16 Bit-ISA-Bus und den Vesa-Local-Bus(VLB) ersetzen. Dies ist nur beim VLB gelungen. Obwohl der PCI-Bus sich schon lange durchgesetzt hat, befindet sich aus Kompatibilitätsgründen der ISA-Bus immer noch auf einigen Motherboards.
 

Multiplex-Prinzip

Theoretisch hat der PCI-Bus 64 Leitungen. Jeweils 32 für die Daten- und Adressleitungen. Durch einen Multiplex-Betrieb werden 32 Leitungen eingespart, da mit einem Takt zuerst die Adresse und in einem zweiten Takt das Datenwort gesendet wird.
 

Interrupt-Sharing

Der PCI-Bus erlaubt es, dass mehrere Erweiterungskarten sich einen Interrupt teilen. Laut der PCI-Spezifikation stehen jedem der drei PCI-Slots vier virtuelle Interrupts zur Verfügung. Davon wird in der Regel nur einer genutzt, den ein tatsächlicher zugewiesen ist. Die anderen Interrupts werden dann verwendet, wenn eine Erweiterungskarte mehr als einen Interrupt benötigt. Die PCI-Motherboard Hersteller halten sich jedoch nicht an diese Spezifikation.
 

Elektrische und prozessorabhängige Entkopplung

Zwischen CPU und den Erweiterungssteckplätzen befindet sich die PCI-Bridge, die mit Puffer-Schaltkreisen stabile elektrische Signale garantiert. Die PCI-Bridge(Host) macht die PCI-Erweiterungskarten weitestgehend unabhängig vom verwendeten Prozessor. Lediglich das karteninterne Bios muss die Prozessoren unterstützen.
 

Master-Betrieb

Damit der Prozessor entlastet wird können PCI-Komponenten untereinander Daten über den PCI-Bus austauschen. Die PCI-Karte, die Daten sendet ist der Master, die Karte die Daten empfängt, ist der Slave.
 

Message-Prinzip

Für den Datenaustausch zwischen den PCI-Komponenten werden Steuerbefehle(Messages) verwendet. Laut der PCI-Spezifikation gibt es 256 Steuerbefehle. Die wichtigsten Steuerbefehle sind für den Zugriff auf Register der Erweiterungskarten und den Hauptspeicher.
 

Burst-Modus

In diesem Modus kann ein zusammenhängender Speicherblock übertragen werden. Ab einer Startadresse kann ein beliebig großer Speicherblock, ohne weitere Adressierung, übertragen werden. Ein Latenz-Timer sorgt dafür, dass ein langer Burst unterbrochen werden kann, wenn eine andere Komponente den PCI-Bus benötigt.
 

PCI-X

Die PCI Spezial Interest Group (PCI-SIG) entwickelt seit 1998 den Standard PCI-X. Die Version 1.0 ist eng mit der PCI-Variante verwandt, die in PCs eingesetzt wird. Vorwiegender Einsatz von PCI-X ist in einem Dual-Prozessor-System. Die 64-Bit-Variante ermöglicht mit 133 MHz Taktfrequenz Übertragungsraten von bis zu 1,06 GByte/s. Bei der Maximalfrequenz von 133 MHz kann allerdings nur eine Steckkarte pro Bus betrieben werden. Deshalb werden entsprechende Motherboards mit mehreren parallelen PCI-X-Bussen ausgestattet. PCI-X-Geräte sollen die maximal nutzbare Übertragungsleistung auf dem PCI-X-Bus durch neue Möglichkeiten der Zugriffsprotokolle nutzen. PCI-X ist abwärtskompatibel zu PCI, wenn die verwendete Steckkarte mit 3,3V Signalspannung und 66 MHZ funktioniert. Durch Kodierkerben im Kontaktkamm und Slot ist dafür gesorgt, das 5V-Karten nicht in den 3,3V-Slot passen und umgekehrt.
 
Die PCI-X-Version 2.0 verbessert die Effizienz auf dem PCI-Bus und bringt eine ECC-Fehlerkorrektur für die übertragenen Daten mit. Die Erweiterung der Spezifikation ermöglicht mit PCI-X 266, 533 und 1066 Datentransferraten von 2,6, 4,2, und 8,5 GByte/s. Erreicht wird das durch zwei- oder mehrkanalige Double- und Quad-Data-Rate-Übertragungsverfahren. Diese Geschwindigkeiten sind in Servern mit Gigabit-Ethernet-Karten oder Telekommunikationssystemen in Verbindung mit Glasfaser notwendig.
 

PCI-Express

PCI-Express ist für Kupferleitungen und optische Verbindungen vorgesehen. Die PCI-Express-Spezifikation beschreibt das Software-Protokoll, elektrische und mechanische Eigenschaften der Steckverbinder und Erweiterungskarten. Davon ist einiges von den seriellen Verbindungssystemen, wie USB und FireWire, bekannt.
 
Wesentliche Eigenschaften:
 
* Ein- und Ausstecken im laufenden Betrieb (Hot-Plug)
* pro Leitung und Richtung 2,5 GBit/s Transferrate
* Mehrere Leitungen lassen sich bündeln
* Übertragungsrate steigerbar
* Einführung im Jahr 2004
 
Schnelle serielle Verbindungen, die sich nach Bedarf skalieren lassen, sind die Verbindungstechniken der Gegenwart und Zukunft. Es gibt kaum einen Hersteller, der für seine Produkte, nicht daran arbeitet.

Spezifikation Bus-
Breite		 Takt-
frequenz		 Datentransferrate Signal-
spannung		 Geräte
pro Bus
PCI 2.3 32 33 0,133 GByte/s 5V 6
PCI 2.3 64 33 0,266 GByte/s 5V 6
PCI 2.3 32 66 0,266 GByte/s 3,3V 3
PCI 2.3 64 66 0,533 GByte/s 3,3V 3
PCI-X 1.0 64 66 0,533 GByte/s 3,3V 4
PCI-X 1.0 64 100 0,800 GByte/s 3,3V 2
PCI-X 1.0 64 133 1,066 GByte/s 3,3V 1
PCI-X 266 (2.0) 64 133 DDR 2,133 GByte/s 1,5V 1
PCI-X 533 (2.0) 64 133 QDR 4,266 GByte/s 1,5V 1

Quellen:
Bild "http://www.dbode.de / http://www.elektronik-kompendium.de"
Informationen "http://www.elektronik-kompendium.de"

Nach oben

 

Prozessorsockel

Anfangs waren die Prozessoren fest auf dem Motherboard aufgelötet. Seit dem Intel 486er haben sich ein Reihe von Standard-Sockel entwickelt. So ist die Aufrüstung eines Computers durch einen Prozessortausch einfach durchzuführen. Mit jeder neuen Prozessorgeneration von Intel wurde ein neuer Sockeltyp eingeführt, der dann auch von anderen Prozessorherstellern unterstützt und genutzt wurde. Nach dem Sockel 7 hat jeder Prozessorhersteller für seine Prozessoren eigene Sockel herausgebracht. Dadurch entwickelten sich auch spezielle Chipsätze für die einzelne Prozessoren. Der klassische Sockel wurde zwischendurch von einem Slot für eine Prozessor-Steckkarte ersetzt, um L2-Cache und Prozessor voneinander zu trennen, um dann die Herstellungskosten zu senken. Dadurch waren aber keine Steigerung der Taktrate des Front-Side-Bus mehr möglich.

Der Sockel legt einige Eigenschaften des Prozessors fest:

  • Anordnung der Kontakte (Pins)
  • mögliche Taktfrequenzen
  • verwendete Betriebsspannung

Historie der Prozessorsockel

Bezeichnung Beschreibung Bild
Sockel 1: Prozessorsockel mit 238 Pins für Intel 486 SX.
Sockel 2: Prozessorsockel ab 486 DX2 mit einer Versorgungsspannung von 5V.
Sockel 3: Prozessorsockel mit 237 Pins ab 486 DX4 mit einer Versorgungsspannung von 3,3V oder 3,45V.
Sockel 4: Prozessorsockel mit 273 Pins ab Pentium 60 und 66 (P5) mit einer Versorgungsspannung von 5V.
Sockel 5: Prozessorsockel mit 320 Pins für Pentium-Prozessoren von 75 bis 133 MHz (P54C) und einer Versorgungsspannung von 3,3V bis 3,5V. Sockel 5
Sockel 6: Angedacht für den 486, wurde aber niemals eingesetzt(235 Pins).
Sockel 7: Nachfolger des Sockel 5 für Pentium-Prozessoren und gängigster Sockel für Prozessoren mit 321 Pins der 5. und 6. Generation von AMD und IBM/Cyrix als Super-Socket-7 mit 100 MHz FSB. Sockel 7
Sockel 8: In diesem Sockel paßt nur der Pentium Pro mit 387 Pins von Intel. Sockel 8
Slot 1: Dieser Prozessor-Anschluß(242) wurde mit dem Pentium II eingeführt. Er wird auch für den Pentium III verwendet. Da der Prozessor mit L1- und L2-Cache auf einer Leiterplatte in einem Modul untergebracht ist, ähnelt dieser Sockel mehr einem Erweiterungssteckplatz. Im Prinzip ist der Slot-1 aber nichts anderes als der Sockel 8. Als Protokoll wird GTL+ verwendet. Slot 1
Slot 2: Der Slot 2 mit 330 Anschlüssen ist der Highend-Prozessorsockel für Intels Multiprozessoren Pentium II Xeon und Pentium III Xeon.
Sockel 370: Nachdem Pentium III-Prozessoren mit Coppermine-Kern einen integrierten L2-Cache, auf dem Die(Siliziumschicht), haben, ist eine Platine nicht mehr nötig.
Deshalb führte Intel die PGA-Bauform ein, die elektrisch und in der Pin-Belegung aber nicht alle kompatibel zueinander sind.
Alle Pentium-III-Prozessoren mit mehr als 1 GHz Taktfrequenz, egal ob im 0,18- oder 0,13-µm-Technik hergestellt, kommen im neuen FC-PGA2-Gehäuse mit integriertem "Heat Spread" (IHS). Dieses Blech verteilt die im Prozessor freigesetzte Wärme besser und vermeidet so Hotspots (lokale Überhitzungen).
In den Sockel mit 370 Pins passen auch die Prozessoren von VIA (Cyrix III und C3). Die unterschiedlichen Prozessor-Spannungen machen die Prozessoren zueinander nicht kompatibel.		 Sockel 370
Sockel 370 Adapter für Slot 1+
Slot A: Der Slot A ist für den Athlon von AMD
Das Slotdesign des Slot A (242 Pins) ist vom Prinzip ein Spiegelverkehrter Slot 1. Als Protokoll wird das EV6-Protokoll eingesetzt. Das ist das selbe Protokoll, das bei den Alpha-Prozessoren verwendet wird. Theoretisch ließe sich so ein Alpha-Prozessor in den Slot A stecken.
Sockel A: Die AMD-Prozessoren Thunderbird und Duron gibt es nur für den Sockel A mit 462 Pins. Der Slot A hat damit bereits wieder ausgedient.
Später wurde der Sockel A auch für den Athlon XP verwendet.		 Sockel A
Sockel 423: Prozessorsockel mit 423 Pins für den Pentium 4 von 1300 bis 2000 MHz. Sockel 423
Sockel 478: Prozessorsockel mit 478 Pins für den Pentium 4 ab 1400 MHz und Celeron ab 1700 MHz. Sockel 478
Slot M: Um die erforderliche Bandbreite für die IA-64 Prozessorgeneration(Intel Itanium) zu gewährleisten, führte Intel den Slot M(Merced) ein. Über einen Extra-Stecker werden die Masse-Leitungen an das Prozessor-Gehäuse geführt. Die Daten-Leitungen kommen über einen separaten Anschluß.
Eine ähnliche Technik setzt HP bei seinen RISC PA-xxxx-Prozessoren ein.
Sockel 603: Intel Xeon Foster Sockel 603
Sockel 604: Intel Xeon 3,06 GHz Sockel 604
Sockel 754: AMD Athlon 64 ab 3200+ (2 GHz) bis 3700+ (2,4 GHz) Sockel 754
Sockel 939: Ab Athlon 64 3500+ (2,2 GHz), 3800+ (2,4 GHz) und FX-53 (2,4 GHz), alle drei haben zwei Speicherkanäle.
Sockel 940: AMD Athlon 64 FX-51 (2,2 GHz) und FX-53 (2,4 GHz). Sockel 940
Sockel T (LGA-775): Statt Pins auf der Prozessorunterseite drücken flache Kontakte im Sockel auf kleine Blattfedern und stellen so eine Verbindung her. Ein Klappdeckel mit modifiziertem Arretierverfahren presst die CPU fest in den Sockel. Dieses Verfahren soll für eine bessere Verbindung sorgen und verbogene Pins vorbeugen. Der Sockel T hat insgesamt 775 Kontakte. Der Formfaktor, die Bauform, wird LGA-775 genannt.
Pentium 4 ab 520J (2,8 GHz), Celeron D 325J (2,53 GHz) und Pentium 4 3,4 GHz Extreme Edition.		 Sockel T

Quellen:
Bild "http://www.elektronik-kompendium.de"
Informationen "http://www.elektronik-kompendium.de"

Nach oben

 

BIOS - Basic Input Output System


Beim Einschalten des Computers wird zuerst ein so genannter POST (Power on Self Test) durchgeführt. Er überprüft ob die Tastatur angeschlossen ist, ob der Ram in Ordnung ist oder ob das Mainboard einen Fehler aufweist, ...
Diese Diagnose Routinen befinden sich im ROM-BIOS(Read-Only-Memory). Das ist ein Speicher der nur gelesen werden kann und beim Ausschalten des Computers nicht verloren geht.
Das ROM-BIOS befindet sich auf dem Mainboard. Es stellt die Grundlegenden Funktionen, die ein Betriebsystem zum Datenaustausch mit den einzelnen PC-Komponenten bzw. Peripheriegeräten braucht, zur Verfügung. Beim BIOS handelt es sich um eine Schnittstelle zwischen Hardware und Betriebsystem. Routinen zum Zugriff auf den Bildschirm finden sich hier, ebenso wie Funktionen zur Abfrage der Uhrzeit bzw. des Datums oder zur Ausgabe von Zeichen.
Heut zu Tage verwendet man ein so genanntes Flash-BIOS, dass den Vorteil, das man es mit neuen Informationen bestücken kann, ohne das der Chip getauscht werden muss.
Die Ergebnisse des POST werden mit einträgen im CMOS-Chip(Complementary Metal Qxid Semiconductor) verglichen. Der CMOS-Chip ist Batteriegepuffert und besitzt diverse PC Konfigurationsdaten, die permanent gespeichert werden(d.h.: Die Informationen gehen durch die Stromversorgung der Batterie auch beim Ausschalten des PCs nie verloren).

BIOS

Quellen:
Bild "http://www.dbode.de"
Informationen "http://www.bs-roth.de/schueler/projekte2003fsi1/Bios/praesentationen/scharnaglschmidt/BIOSfunktionsweisse.htm"


Nach oben

 

EIDE / (Ultra-)ATA

Die EIDE-Schnittstelle (Enhandced Intelligent/Integrated Drive Electronics) ist eine Weiterentwicklung des IDE-Standards. Die EIDE-Schnittstelle bezeichnet man auch als ATA-Schnittstelle (ATA steht für Advanced Technology (AT) Attachment). Allerdings ist IDE und ATA nicht dasselbe. IDE definiert den Anschluss der Laufwerke, wie Pinbelegung, Stecker, Kabel und elektrische Signale. ATA definiert das Protokoll, mit dem die Daten über die Leitungen (IDE) transportiert werden. EIDE unterstützt bis zu 4 Laufwerke und ermöglicht den Anschluss von Festplatten, CD-ROM, CD-Brenner, DVD, Streamer und andere Wechselspeicherträger (ATAPI). EIDE-/ATA-Schnittstelle auf dem Motherboard Im Laufe der Zeit, seit es EIDE/ATA gibt, haben sich die Festplatten-Hersteller auf verschiedene Betriebsarten geeinigt. Dadurch wurde es möglich ältere Festplatten parallel zu neueren zu betreiben. Das hatte jedoch den Nachteil, dass die schnellere Festplatte sich der langsameren in ihrer Geschwindigkeit anpassen musste. Für den den Datentransfer gibt es zwei Protokolle. Den älteren PIO-Modus (Programmed Input/Output) und den neueren UDMA-Modus (Ultra Direct Memory Access). Beim PIO-Modus ist der Prozessor für jeden Lese- und Schreibvorgang verantwortlich. Der UDMA-Modus kann über den DMA-Controller direkt auf den Arbeitsspeicher zugreifen. So kann der Prozessor sich um andere Aufgaben kümmern. Das gesamte System läuft schneller.


EIDE
Modus Übertragungsrate
IDE (ATA) PIO 0 3,33 MByte / sek.
IDE (ATA) PIO 1 5,22 MByte / sek.
IDE (ATA) PIO 2 8,33 MByte / sek.
IDE Multiword-DMA 0 4,16 MByte / sek.
IDE Multiword-DMA 1 13,33 MByte / sek.
IDE Multiword-DMA 2 16,66 MByte / sek.
E-IDE (Fast ATA-2) PIO 3 11,11 MByte / sek.
E-IDE (Fast ATA-2) PIO 4 16,66 MByte / sek.

Der Ultra-DMA-Modus (Ultra-ATA) unterstützt höhere Datenübertragungsraten und besitzt eingebaute Sicherheitsmechanismen. Zusätzlich wird die Belastung des Prozessors bei der Datenübertragung durch einen Bus-Master-Treiber reduziert. Dieser Treiber muss aktiviert werden. Bei Geräten, die damit nicht umgehen können muß er deaktiviert werden. Das Bus-Mastering ist ein Datentransfer-Verfahren für die Übertragung von Daten und Befehlen, bei dem der Host-Controller direkt auf dem Arbeitsspeicher zugreift, ohne den Prozessor zu belasten. Ultra-DMA-Kabel in Rund-Ausführung Für alle Ultra-ATA-Festplatten (133/100/66) wird ein UDMA-Kabel benötigt. Dieses Flachbandkabel hat 80 Leitungen. 40 für den Datenverkehr und 40 für die Erdung. Da diese Flachbandkabel sehr viel Platz in einem Computer-Gehäuse verbrauchen gibt es diese Kabel auch in Rund-Ausführung, wie auf dem Bild unten zu sehen ist. Der Ultra-DMA-Standard 133 ist abwärtskompatibel. An diesen Controllern lassen sich auch andere Ultra-ATA-Festplatten (66 und 100) betreiben.


EIDE Kabel

Konfiguration von EIDE-Geräten

An eine (E)IDE-Strang können maximal 2 Geräte angeschlossen werden. Das Master-Gerät wird am Kabelende angesteckt. Der Jumper sollte hinten am Gerät auf Master (M) gesteckt sein. Ein zweites Gerät kommt an den zweiten Stecker, in der Mitte des Kabels. Dies wird als Slave betrieben. Entsprechend sollte der Jumper (S) gesteckt sein. Bei der Verwendung von Cable Select (CS) muss bei beiden Geräten entsprechend der Jumper gesteckt sein. Die Position bzw. die Betriebsart wird über eine (nicht) durchverbundene Ader im Flachbandkabel eingestellt. In manchen Gerätekonstellationen funktioniert diese Automatik nicht. Deshalb ist angeraten in jedem Fall die manuelle Einstellung vorzunehmen. Bei nur zwei Geräten ist das auch kein Problem. Die Software-Konfiguration von Festplatten und Laufwerken wird im BIOS vorgenommen. Dort stellt man den EIDE-Anchluß auf Auto-Detect (Autoerkennung) ein. Erst wenn diese Einstellung fehlschlägt, dann kommt man um das manuelle Eintragen der Festplatten oder Laufwerks-Parameter nicht herum. Im Regelfall ist das nicht notwenig.


Jumper

ATAPI

ATAPI bedeutet Advanced Technology (AT) Attachment Packet Interface und ist ein Erweiterung des Befehlssatzes ATA zum Anschluss eines CD-Rom-Laufwerks oder eines anderen Wechsel-Laufwerks (z. B. ZIP-Drive) an die EIDE-Schnittstelle. Im aufkommenden Multimedia-Zeitalter wurden Computer mit CD-Rom-Laufwerken als Wechsel-Massenspeicher ausgestattet. Mit dem Laufwerk wurde auch eine CD-Rom-Controller-Steckkarte in den Computer eingebaut. Jeder CD-Rom Hersteller lieferte seine eigene, speziell für seine eigenen CD-Rom-Laufwerke, eine Controller-Karte mit. Als Zwischenstufe wurden Soundkarten mit den 3 bis 4 wichtigsten Schnittstellen onboard ausgestattet. Auf die Dauer und mit dem einsetzenden CD-Rom-Boom wurde das aber zu teuer. Außerdem waren die Proprietären Schnittstellen nicht schnell genug, um die Aufgaben in einem Multimedia-Computer erledigen zu können. Die Lösung war, CD-Rom-Laufwerke entweder an den SCSI-Bus oder die EIDE-Schnittstelle anzuschließen. Für die billigen Consumer-Computer wurde die EIDE-Schnittstelle gewählt. Dabei gab es aber ein Problem: Für jedes Gerät, das an der EIDE-Schnittstelle angeschlossen ist, wird ein fester Laufwerksbuchstabe vergeben. Und somit ist es kein Wechsel-Laufwerk mehr. Der CD-Rom-Wechsel würde einen Neustart des Computers nach sich ziehen. Aus diesem Grund wurde der ATAPI-Befehlssatz entwickelt um CD-ROMs über die EIDE-Schnittstelle steuern zu können. Das BIOS ist sogar in der Lage das Betriebssystem von einer CD-ROM oder DVD zu booten.

Quellen:
Bild "http://www.elektronik-kompendium.de"
Informationen "http://www.elektronik-kompendium.de"

Nach oben