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Übersicht | Dual-Prozessorboard | Motherboard |
Zwischen Baugruppen müssen im Betrieb ständig Daten ausgetauscht werden:
Der Prozessor liest Daten zur Bearbeitung von der Eingabeeinheit (z. B. der Tastatur) ein, bei Bedarf legt er Daten im Arbeitsspeicher ab und kann sie auch wieder zurück holen. Das Ergebnis der Verarbeitung sendet der Prozessor an eine Ausgabeeinheit (z. B. Monitor).
Aus diesem Grunde müssen diese Einheiten elektrisch so verbunden werden, dass die Daten von jeder angeschlossenen Baugruppe zu einer beliebigen anderen Einheit der Anlage übertragen werden können. Außerdem muss sichergestellt werden, dass alle Einheiten richtig angesteuert werden. Um diese Anforderungen zu erfüllen werden die Baugruppen eines PCs über Bussysteme miteinander verbunden.
Unter einem Bussystem oder kurz unter einem Bus versteht man bei einem PC ein Bündel elektrischer Leitungen, an dem alle Baugruppen parallel angeschlossen sind. Die Anzahl der Leitungen des Busses wird als Busbreite bezeichnet.
Da innerhalb eines PCs nicht nur Daten, sondern auch steuernde Signale zwischen den angeschlossenen Baugruppen ausgetauscht werden müssen, gibt es in einer DV-Anlage drei verschiedene Bussysteme:
Über den Datenbus (Data Bus) können zu verarbeitende Daten von einer beliebigen Baugruppe zum Prozessor gelangen oder umgekehrt vom Prozessor zu jeder gewünschten Baugruppe gesendet werden.
Da alle Baugruppen parallel an den Datenbus angeschlossen sind, aber immer nur eine Einheit Daten empfangen oder senden darf (um "Daten-Kollisionen" zu verhindern), muss jede Baugruppe eine "Hausnummer" (Adresse) erhalten, mit der sie vom Prozessor angesprochen ("adressiert") werden kann. Um die Adressen an die Baugruppen zu übermitteln, werden wiederum alle Einheiten des PCs parallel an Adressleitungen angeschlossen. Nur wenn eine Baugruppe die ihr zugewiesene Adresse auf dem Adressbus (Address Bus) empfängt, darf sie Daten auf dem Datenbus senden oder empfangen.
Wird über den Adressbus eine Baugruppe (z. B. Arbeitsspeicher) angesprochen, so muss dieser auch mitgeteilt werden, ob eine Information hineingeschrieben oder ausgegeben werden soll. Mithilfe des Steuerbusses (Control Bus) gibt der Prozessor einer angesprochenen Baugruppe bekannt, ob er von ihr Daten empfangen oder zu ihr senden will.
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Socket A | Slot1 | Socket 370 |
Die erste Riege der PC-Prozessoren (8086 und 8088) hatte noch Sockel wie übliche Microchips. Zu den Zeiten von 286, 386 und einigen 486ern waren dann auch viele fest aufgelötete CPUs anzutreffen, dann aber kamen die ZIF-Sockel (ZeroInsertionForce, zu deutsch: Null-Kraft Sockel) auf. Diese erlauben das Einsetzen und Herausnehmen der CPU praktisch ohne Kraft und ermöglichen so ein problemloses Wechseln. Die ZIF-Sockel entwickelten sich bis zum Sockel-8 (PentiumPro), als Nachfolger definierte Intel dann den Slot1 für den Pentium-II. Und bald gab es auch einen Slot2 für die dritte Generation Pentium-II (Xeon). Allerdings gibt es mittlerweile wieder die Entwicklung hin zum Sockel. Der aktuellste Vertreter ist der Socket 370.
Die Slots erinnern in ihrer Beschaffenheit übrigens an EISA Steckplätze (zwei Kontakt-Etagen), und aufgrund der Größe der von der Platine abstehenden Pentium-II CPU sind sie nur auf ATX Motherboards wirklich praktikabel.
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ISA | PCI | AGP |
Auch bei den Bussystemen hat sich einiges getan. Bei den ersten PC war noch der ISA-Bus primäre Erweiterungsschnittstelle, er wurde später zwar noch von 8 auf 16 Bit-Breite erweitert, aber er blieb doch auf 8 MHz beschränkt. Mehrere Hersteller und Hersteller-Vereinigungen versuchten in der Folgezeit dann neue Bussysteme einzuführen, so u.a. EISA, Microchannel oder Vesa-Local Bus. Im Endeffekt aber dominiert heutzutage der erheblich offener gestaltete PCI-Bus. Die neueste Entwicklung nun ist der AGP-Bus, dieser bietet der Grafikkarte eine schnellere Anbindung an den Hauptspeicher.
Mit der Zeit wurden auch ganz neue Erweiterungsbussysteme eingeführt, in erster Linie seien hier PS/2 Schnittstellen für Maus und Tastatur, IrDA zur drahtlosen Übertragung von Daten zwischen zwei PCs mittels Infrarot, BlueTooth, der USB (Universal Serial Bus) und FireWire als zukunftsweisende Anschlussmöglichkeit für Hardware mit kleinem bis mittlerem Datenaufkommen (Tastatur, Maus, Scanner, Drucker, externe Festplatten und Laufwerke etc.) sowie der in den neuesten Chipsätzen integrierte I2 C-Bus (von Intel SMBus, System Management Bus genannt) der computerinterne Management-Hardware wie Temperaturfühler anbindet.
Der AGP (Accelerated Graphics Port) verfügt über zusätzliche Signale für Pipelining: Während beim PCI-Bus ein Datentransfer erst erfolgen kann, wenn der vorangegangene Datentransfer abgeschlossen ist, können sich beim AGP die Datentransfers überlappen.
Im Pipelining-Verfahren des 2x-Modus erreicht AGP einer Übertragungsrate von 595 MB/sec, das ist die vierfache Geschwindigkeit des PCI-Bus. Die Grafikkarte kann über das AGP direkt auf den Speicher des Mainboards zugreifen, ohne über eine Bridge zu gehen. Die Grafikkarte nutzt die gesamte Bandbreite des AGP.
Der PCI-Bus (Peripheral Component Interconnect Bus) arbeitet mit einer Taktfrequenz von bis zu 66 Megahertz und kann bis zu 133 Megabyte pro Sekunde über den Bus bewegen. Die Datenbusbreite sind auf moderne 32-Bit-Architekturen ausgelegt.
Die im ursprünglichen IBM-PC eingeführten ISA-Steckplätze (Industrie Standard Architecture) sind veraltet. Die maximale Übertragungsrate von rund 16 Megabyte pro Sekunde ist für viele Anwendungen zu langsam.
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AT-Board | BAT-Board | ATX-Board | ATX-Slot |
Unter einem Typ versteht man einen Standard, der die Größe des Boards, sowie die Lage der Bauteile auf dem Motherboard bestimmt. Auch Bohrlöcher und Stromanschluss sind darin definiert.
Vom vergleichsweise riesigem AT-Board (etwa 30 x 35 cm) ging die PC-Industrie spätestens beim 486er weitgehend auf Baby-AT (BAT) über (etwa 22 x 33 cm). Jedoch wuchsen gleichzeitig CPU (und der Kühlturm auf der CPU), es wurden zunehmend Schnittstellen (parallel, seriell, Floppy, Festplatte, etc.) auf dem Motherboard mit integriert, so dass der Platz knapp wurde.
Daher definierte Intel 1995 den neuen Typ ATX. Wichtigster Inhalt: Das Motherboard wird um 90° gedreht, die Steckplätze behalten aber ihre alte Lage. Auf diese Weise wird die CPU von den Steckplätzen wegbewegt und kann diese nicht mehr blockieren. Auch wird ein neuer Stecker für die Stromversorgung eingeführt, dieser ist im Gegensatz zum alten BAT-Stecker verpolungssicher. Des weiteren wird ein Bereich auf dem Board bestimmt, an dem sich die Anschlüsse für Tastatur, parallele und serielle Schnittstelle, usw. sammeln sollen.
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