Zwar teilen sich alle Computerbauformen das Prinzip, wie sie funktionieren, doch unterscheiden sie sich in ihrem Aufbau sehr stark. In diesem Beitrag erfährst du, wie ein PC - also Personal Computer - meist aufgebaut ist.
Das zentrale Bauelement eines PC ist das Mainboard. Das Mainboard, auch häufig als Hauptplatine oder Motherboard bezeichnet, wird in jedem Computer zu finden sein. Jedoch ähneln sich die Mainboards von Servern und PC sehr im Vergleich zu den anderen Bauformen von Computern.
Du möchtest mehr über die Bauformen von Computern erfahren? In diesem Technik-Kiste Beitrag findest du die verbreitetsten Bauformen.
Auf dem Mainboard befinden sich die meisten für den Betrieb notwendigen Anschlüsse und auf ihm werden viele Komponenten entweder fest verbaut - also verlötet - oder in den passenden Steckplätzen eingesteckt. Verbunden werden alle Komponenten über unterschiedliche Bus-Systeme. Diese dienen der Kommunikation untereinander.
Würde man diesen Aufbau in einem Blockschaltbild festhalten, ergäbe sich folgendes Bild:
Blockschaltbild eines PC. Quelle: Technik-Kiste.de
Nicht alle Komponenten sind für den grundlegenden Betrieb eines PC nötig. So ist die Grafikkarte optional und wird nur für grafisch anspruchsvolle Anwendungen wie z. B. Grafikbearbeitung oder Spiele benötigt. Im folgenden werden die einzelnen Komponenten grundlegend erläutert.
Netzteil
Damit der PC funktionieren kann, wird Strom benötigt. Da PC mit einer Wechselspannung von 230 V bei 50 Hz versorgt werden, muss das Netzteil daraus unterschiedliche Gleichspannungen wandeln bzw. transformieren und gleichrichten. Der Grund hierfür liegt in den unterschiedlichen Komponenten, welche mit Gleichspannungen wie 3,33 V, 5 V oder auch 12 V versorgt werden müssen. Netzteile eines PC werden so ausgelegt, dass sie die gleichzeitige maximale Leistungsaufnahme aller Komponenten des PC sicherstellen können. Dieser Wert wird in Watt (W) angegeben. Mögliche Leistungen können sein: 300 W, 500 W oder 750 W.
Zusätzlich wird für Netzteile auch der Wirkungsgrad angegeben. Dieser gibt an, wie effektiv das Netzteil arbeitet. Je weniger Leistung bei der Transformation und dem Gleichrichten "verloren" geht, umso höher ist der Wirkungsgrad des Netzteils.
Mainboard
Beim Mainboard handelt es sich um die Hauptplatine eines Computers und somit auch um die Hauptplatine eines PC. Auf ihr sind alle für den Betrieb nötigen Komponenten verbaut. Diese können verlötet, eingespannt, aufgesteckt oder über Kabel angeschlossen sein. Wie eine Komponente angeschlossen wird, hängt von vielen Faktoren und Merkmalen ab. Das Mainboard ist maßgebend für die Performance eines PC und sollte immer für den jeweiligen Verwendungszweck ausgewählt werden.
Durch die kompakte Bauform muss das Mainboard passgenau ohne mechanische Verspannungen eingebaut werden, da sich ansonsten Risse in den Leiterbahnen bilden können!
Bei Mainboards und anderen auf die gleiche Art hergestellten Platinen spricht man auch von "Printed Circuit Boards" (oder, kurz PCB). Die Mainboards werden in verschiedenen Formfaktoren angeboten. Der Formfaktor gibt dabei die Größe und Befestigungsmethode der Platine an. Gängige Formfaktoren sind:
- ATX (Advanced Technology eXtended) - 305 x 244 mm - Standard bei PC
- Micro-ATX - 244 x 244 mm - verringerte Form des ATX für kleine PC
- E-ATX (Extended ATX) - 305 x 330 mm - vergrößerte ATX Platine für leistungsstarke Systeme wie Server oder High-Performance-PC
- Mini-ITX (Information Technology Extended) - 170 x 170 mm - für besondere Einsatzzwecke
- Nano-ITX - 120 x 120 mm - verkleinertes ITX Mainboard für sehr besondere Einsatzzwecke
- Pico-ITX - 100 x 72 mm - stark verkleinertes ITX Mainboard für spezielle Einsatzzwecke
Auf dem Mainboard sind folgende Komponenten zu finden:
- CPU Sockel
- Chipsatz
- Stromversorgungsanschluss
- Div. Schnittstellenanschlüsse
- BIOS/UEFI Chip
- Batterie für BIOS/UEFI
- Steckplatz für Arbeitsspeicher
- Slots für Erweiterungskarten
CPU
Bei der CPU handelt es sich um die Central Processing Unit, also dem Hauptprozessor des Systems. Sie kann auch als zentrale Verarbeitungs- und Recheneinheit bezeichnet werden.
Eine CPU besteht aus Millionen Transistoren auf kleinstem Raum. Hier spricht man auch von einer Prozessor-Die (Dai ausgesprochen). Die nach außen geführten Pins sind die Anschlüsse der CPU, welche als Verbindung zum Mainboard und somit zu den andern Komponenten des PC dienen. Da die CPU sehr hohe Temperaturen entwickeln kann, wird nach dem Einsetzen in den Sockel meist ein CPU-Lüfter oder eine Wasserkühlung auf dem Sockel montiert.
Eine CPU besteht aus mehreren Teilen, die für unterschiedliche Aufgaben spezialisiert abgestimmt sind.
- CPU-Kerne
- Chache
- Speicher-Controller
- Taktung / Steuerung
- integrierte Grafik
Über die CPU-Kerne werden jegliche Berechnungen und Verarbeitungen abgearbeitet und ausgegeben. Sie sind für die Leistung einer CPU mitunter maßgebend. Neben den CPU-Kernen befindet sich heute meist ein integrierter Grafik-Chip in einer CPU. Dieser ist speziell auf grafische Berechnungen ausgelegt, da eine herkömmliche CPU ansonsten nicht dafür vorgesehen ist, diese leistungsarm durchzuführen. Der integrierte Grafik-Chip kann durch seine kompakte Bauform und das Teilen der benötigten Komponenten mit den CPU-Kernen nicht an die Leistung einer Grafikkarte reichen und ist dieser häufig unterlegen.
Jede CPU besitzt einen Cache. Dieser kann sich verschieden aufgliedern (L1,L2 und L3 Cache) und dient dem Zwischenspeichern von Werten zur weiteren Bearbeitung. Er ist sehr klein bemessen und dient dem schnellen Abarbeiten statt einer langzeitigen Speicherung.
Über den Speichercontroller wird auf den Arbeitsspeicher zugegriffen. In diesem liegen die zwischengespeicherten Daten, welche nicht in den Cache passen oder für spätere Operationen benötigt werden.
Die Taktung und Steuerung vermittelt zwischen den einzelnen Teilen und passt die Taktraten und Speichernutzungen entsprechend der benötigten Leistung an.
BIOS-/UEFI-Chip
Der BIOS- (Basic Input Output) oder UEFI-Chip (Unified Extensible Firmware Interface) enthält die "Firmware". In dieser ist hinterlegt, welche Komponenten verbaut sind und wie der Computer hochfährt. Über die Firmware wird beim Start ein POST (Power-on-self-test) gestartet, bei dem abgefragt wird, welche Komponenten vorhanden sind und welche Fehler momentan an den Komponenten vorliegen bzw. ob welche vorliegen. Der Chip wird über eine Batterie auch im ausgeschalteten Zustand mit Strom versorgt, damit die integrierte Systemuhr weiterhin läuft und etwaige Konfigurationsänderungen an den Herstellervorgaben dauerhaft erhalten bleiben.
Das BIOS wird heute durch das UEFI abgelöst, da es mehr Möglichkeiten wie z. B. eine einfache Steuerung per Maus oder größere verwaltbare Speicher ermöglicht.
Chipsatz
Der oder die Chipsätze - auch Chipset genannt - unterstützen die CPU in gewissen Funktionen. Daher muss ein Chipsatz immer mit der CPU kompatibel sein. Ein Chipsatz kann nicht ausgetauscht werden, da dieser als integrierter Schaltkreis fest auf dem Mainboard verlötet ist.
Zu den Aufgaben eines Chipsatzes im heutigen Sinn gehören:
- Verwaltung von Schnittstellen (z.B. Ethernet Adapter oder SATA) und Datenübertragungssystemen (z.B. USB oder PCIe)
- Datenflusssteuerung
- Bus-System Verwaltung
Historisch betrachtet wurden die Aufgaben auf zwei Chipsätze aufgeteilt. Daher wurde von der Northbrige und der Southbridge gesprochen. Die Namen leiten sich von den Standorten auf dem Mainboard ab (oben - North - und unten - South-). Heute wird meist nur noch ein Chipsatz verbaut und genutzt.
Arbeitsspeicher:
Der Arbeitsspeicher kann auch als Systemspeicher oder RAM bezeichnet werden. Er dient dem Zwischenspeichern von Daten in der Bearbeitung, da der Cache vom Prozessor zu klein für große Datenmengen ist. Ein Arbeitsspeicher besteht aus dynamischen RAM-Bausteinen, den sogenannten DRAMs. Dabei steht die Abkürzung RAM für "Random Access Memory" und beschreibt die Art, wie bei diesem Speicher auf Daten zugegriffen wird. Die Besonderheit bei einem RAM ist, das die Daten nur solange erhalten bleiben, wie die Spannungsversorgung sichergestellt ist. Somit dient dieser nur für das Zwischenspeichern von Daten für die Verarbeitung und keiner Langzeitspeicherung dieser.
Auf dem Mainboard sind Slots, in die der Arbeitsspeicher eingesteckt wird. Hier spielen die verschiedenen Bauformen und Spezifikationen eine Rolle, da sich die Pins der einzelnen Riegelarten unterscheiden.
Grafikkarte:
Bei der Grafikkarte handelt es sich um eine optionale Erweiterungskarte, die einen eigenen Grafikprozessor (GPU) besitzt. Sie ist speziell auf komplexe grafische Berechnungen ausgelegt und stellt passende Schnittstellen zur Bildausgabe bereit.
PCI(e)-Slot:
Über PCI- (Peripheral Component Interconnect) und PCIe-Slots (PCI Express) werden Erweiterungskarten in das BUS-System eingebunden. Es gibt verschieden große Slots, die nach der Anzahl der Pins bemessen werden. Erweiterungskarten können verschiedene Funktionen übernehmen und variieren ebenfalls wie andere Komponenten nach Größe und Leistung.