Montag, 25-08-2025_ST_WED¶
Test nächste Woche – Themen:
- PC-Geschichte
- EVA-Prinzip
- Zentraleinheit (CPU)
PC-Geschichte – Überblick¶
- 1940er–1950er: Von-Neumann-Architektur (gemeinsamer Speicher für Daten und Programme). Übergang von Elektronenröhren zu Transistoren.
- 1958: Integrierte Schaltung (IC) – mehrere Transistoren auf einem Chip.
- 1971: Intel 4004 – erster kommerzieller Mikroprozessor (CPU auf einem Chip).
- 1981: IBM PC – Standardisierung und PC-Kompatibilität.
- 1984–1995: GUI-Systeme (Macintosh, Windows) verbreiten sich stark.
- 2000er–heute: Multi-Core-CPUs, Virtualisierung, Cloud, GPUs als Beschleuniger, Fokus auf Parallelität statt reine Takterhöhung.
Wichtig:
Die Von-Neumann-Architektur ist prüfungsrelevant (Speicherprinzip, sequentielle Abarbeitung).
EVA-Prinzip (Eingabe – Verarbeitung – Ausgabe)¶
Grundmodell jedes Informationssystems:
- Eingabe: Tastatur, Maus, Sensoren, Netzwerkdaten
- Verarbeitung: CPU führt Befehle aus
- Ausgabe: Monitor, Drucker, Datei, Netzwerkantwort
Speicher wirkt als Querschnittsfunktion:
- Register
- Cache
- RAM
- Massenspeicher
Erweiterung:
Oft wird von EVAS gesprochen (Speicherung als vierte Komponente).
Zentraleinheit (CPU)¶
Aufgabe¶
- Befehle holen (Fetch)
- Dekodieren (Decode)
- Ausführen (Execute)
- Ergebnisse zurückschreiben (Write Back)
Das nennt man Fetch-Decode-Execute-Zyklus.
Aufbau¶
ALU (Arithmetic Logic Unit)¶
- Addieren
- Subtrahieren
- Vergleiche
- Bit-Operationen
Steuerwerk¶
- Dekodiert Befehle
- Steuert Datenflüsse
- Koordiniert Komponenten
Register¶
- Schnellster Speicher im System
- Speichern Operanden und Adressen
Cache (L1, L2, L3)¶
- Puffer zwischen CPU und RAM
- Reduziert Zugriffszeiten
- L1 am schnellsten, aber klein
Takt¶
- Gibt Geschwindigkeit vor (Hz)
- Moderne CPUs arbeiten mit:
- Pipelines
- Out-of-Order-Execution
- Mehreren Kernen
ISA – Instruction Set Architecture¶
Beispiel:
- x86-64
- ARM
Unterschiede:
- RISC (Reduced Instruction Set Computer)
- CISC (Complex Instruction Set Computer)
Moore’s Gesetz¶
Beobachtung:
Transistoranzahl pro Chip verdoppelt sich etwa alle 18–24 Monate.
Folgen:
- Jahrzehntelang exponentielle Leistungssteigerung
- Heute: physikalische Grenzen
- Fokus auf:
- Energieeffizienz
- Parallelisierung
- Spezialbeschleuniger (GPU, NPU)
Wichtig:
Moore’s Gesetz ist eine Beobachtung, kein Naturgesetz.
Platine (PCB – Printed Circuit Board)¶
Aufgabe¶
- Mechanische Trägerstruktur
- Elektrische Verbindung durch Leiterbahnen
- Wärmeabfuhr
- EMV-gerechtes Layout
Aufbau (typisch FR-4)¶
- FR-4-Kern (Glasfaser + Epoxidharz)
- Kupferschicht (häufig 35 µm)
- Leiterbahnen
- Lötpads
- Durchkontaktierungen (Vias)
- Lötstoppmaske (meist grün)
- Bestückungsdruck
- Oberflächenfinish (z. B. ENIG)
Platinenherstellung – Übersicht¶
- Kupferkaschiertes FR-4 vorbereiten
- Reinigung
- Fotolack (Resist) aufbringen
- Belichtung mit Layout-Maske
- Entwicklung (nicht gehärteten Resist entfernen)
- Ätzen (freies Kupfer entfernen)
- Resist entfernen
- Bohren
- Durchkontaktieren
- Lötstoppmaske auftragen
- Bestückungsdruck
- Oberflächenfinish (z. B. ENIG)
- Elektrische Prüfung
- Vereinzelung und Endkontrolle
Wichtige Begriffe¶
- Resist = lichtempfindlicher Fotolack
- Ätzen = chemisches Entfernen von Kupfer
- Via = metallisierte Bohrung
- ENIG = Nickel-Gold-Oberfläche
- FR-4 = Standard-Leiterplattenmaterial
Zusammenfassung (Testfokus)¶
- Von-Neumann-Architektur erklären können
- EVA-Prinzip sicher darstellen
- CPU-Aufbau benennen (ALU, Steuerwerk, Register, Cache)
- Fetch-Decode-Execute-Zyklus kennen
- Moore’s Gesetz einordnen
- PCB-Aufbau und Herstellungsprozess grob beschreiben
Diese Themen bilden die Grundlage für Systemtechnik in AP1.