Danksagung
Inhaltsverzeichnis
Abbildungsverzeichnis
1 Einleitung
Teil I Zeichen und Bits im Computer: Mensch und Maschine
2 Bit und Byte – Zeichen und Code
2.1 Bit und Binärsystem
2.2 Der ASCII-Code (7 Bit)
2.3 Der erweiterte ASCII-Code (8 Bit)
2.4 Der Windows-Code: ANSI (8 Bit)
2.5 Die europäische Lösung: ISO 8859 (8 Bit)
Literatur
3 Der Code für die ganze Welt
3.1 Der Unicode – ISO 10646
3.2 Sonderzeichen mit Maus oder Tastatur
3.3 Dezimale, duale und hexadezimale Nummerierung
3.3.1 Hexadezimale Unicode-Nummern
Literatur
Teil II Datentransport zwischen Mikrochips
4 Von der Festplatte zum Mainboard
4.1 Datenwege
4.2 Das Mainboard: Viele Chips – ein Chipsatz
4.3 Parallele Chipverbindungen (PCI) – Busverbindungen
Literatur
5 Datentransport von Chip zu Chip
5.1 Von PCIe x1 bis x16 mit PCIe 2.0 bis PCIe 6.0
5.2 USB
5.2.1 Full- und HiSpeed
5.2.2 USB-Superspeed
5.2.3 USB-C
5.2.4 USB 4 (neu: USB 3.2 Gen3x2)
5.3 Thunderbolt
Literatur
Teil III Mit Festplatte/SSD und SATA/NVMe zum Chipsatz
6 Datenträger – mechanisch, elektronisch und hybrid
6.1 Mechanische Datenträger – Festplatten (HD)
6.1.1 Leistungen
6.1.2 Schreib- und Lesesysteme
6.1.3 Sicherheit
6.2 Elektr. Datenträger – Solid State Drive (SSD)
6.2.1 Eigenschaften
6.2.2 Sicherheit
6.2.3 Hybrid-Festplatten (SSDHD): HD mit kleiner SSD
6.2.4 SSD-Caching
Literatur
7 SATA – serielle Datenträger
7.1 AHCI-Protokoll statt IDE
7.2 SATA-Entwicklungen
7.2.1 SATA 1,5G (SATA I)
7.2.2 SATA 3G (SATA II)
7.2.3 SATA 6G (SATA III)
Literatur
8 NVMe statt AHCI
8.1 Datenübertragung: PCIe mit NVMe-Protokoll
8.2 PCIe-SSDs in Intel-Chipsätzen
Intel Desktop-Chipsätze
Intel Serie-300-Chipsätze
Intel Serie-400-Chipsätze
Intel Serie-500-Chipsätze
8.3 Besondere SSDs
Literatur
Teil IV Arbeits- und Zwischenspeicher (Cache)
9 Arbeitsspeicher
9.1 Speichermodule, Chips und Zellen
9.2 SDRAM-Typen
9.3 DDR3
9.4 DDR4
9.5 DDR5
9.5.1 Besondere DIMMs
9.6 Der Speichercontroller
9.7 64-Bit-Prozessoren und Arbeitsspeicher
Literatur
10 Cache
10.1 Von den Caches zum Prozessorkern
Literatur
Teil V Prozessor-Technologien
11 Prozessortechnologien und Optimierungen
11.1 Taktfrequenzen, Multiplikatoren, Rechenwerke
11.1.1 Rechenwerke im Kern
11.1.2 SIMD: Eine Anweisung für mehrere Daten
SIMD-Erweiterung für den PC
11.1.3 FLOPS-Ein Leistungsmaßstab
11.1.4 AVX kann noch mehr Flops
Betriebssysteme für AVX
11.1.5 AVX2- AVX-Erweiterung mit FMA3 usw.
11.1.6 AVX-512-32 mal doppeltes AVX2 plus FMA3
11.2 Leistungen von Prozessoren
11.2.1 Leistungen von Intel-Prozessoren
Intel 4. bis 10. Generation Core-i
Intel 10. Generation Core-i
Intel 11. Generation Core-i
Intel 12. Generation Core-i
Core-X-Prozessoren
11.2.2 Leistung von AMD-Prozessoren (Zen-Gen.)
1. Generation der AMD-Ryzen mit Zen-Mikroarchitektur
2. Generation mit Zen+-Mikroarchitektur
3. Generation mit Zen-2-Mikroarchitektur
4. Generation mit Zen-3-Mikroarchitektur
11.2.3 Rechenwerke im Grafikchip (GPU)
11.2.4 Prozessoren-Leistungstest: Benchmark
11.3 Pipelines, Threads und Mulithreading
11.3.1 Mehr Befehle pro Takt, mehr Effizienz (IPC)
11.3.2 Verteilte Arbeit
11.3.3 Threads
11.3.4 Multithreading
11.3.5 Simultanes Multithreading (SMT)
11.3.6 Pseudo-Multithreading
Singlethread-Software im Mehrkern-Prozessor
11.4 Energie sparen (SpeedStep, ACPI, P-, C-, S-States usw.)
11.4.1 Die konfigurierbare Energieverwaltung (ACPI)
11.4.2 Stromsparfunktionen für SoCs unter Windows 10
11.4.3 Energieverbrauch unter ACPI
11.5 TDP – Power Limits – Turbo Boost
11.5.1 Die abzuführende CPU-Wärme: TDP
11.5.2 TDP und Power Limits
11.5.3 Turbo Boost/Turbo Core
Turbo in Desktop-CPUs
Energie (Leistung Zeit) der Boost-Technik
11.5.4 Gefährliche Prozessor-Temperaturen?
11.6 Kühler
Luftkühlung
Flüssigkeitskühlung
Lüfter-Regelung
Literatur
12 Zusammenfassung des Buches
13 Anhang
13.1 3D-Drucker
13.2 10-Bit Farben
13.3 APIs: die heimlichen Helfer
13.4 ATA
13.5 Controller
13.6 Datenlinks
13.7 DisplayPort (DP)
13.8 EuP, ErP
13.9 Festplatten
13.9.1 Sektoren der Datenträger
13.10 Gleitkommazahlen
13.11 Hot Plugging
13.12 Hot Swapping
13.13 IDEMA
13.14 Interface und Schnittstelle
13.15 JEDEC
13.16 M.2-Anschlüsse für PCIe x2 (SATA) und PCIe x4
13.17 Latenz – Verzögerung (engl. Delay)
13.18 Lautstärke – Schallwellen – Lautheit
13.19 Machine Learning (maschinelles Lernen)
13.20 Operator und Operanden (Mathematik)
13.21 Optane Technologie
13.22 Prozessor-Daten
13.22.1 Out-of-Order, die optimale Verarbeitungsreihenfolge
13.22.2 Pentium und die FPU
13.22.3 Prozessorsockel – Pins und LGAs
13.23 Register
13.24 Server
13.25 Supercomputer – Mooresches Gesetz – ZFlops
13.26 TPM
13.27 Vektor – Tensor
13.28 Wahrnehmung von Sprache
13.29 Watson
13.29.1 Workstationen
Literatur
Teil VI Übungen mit Lösungen
14 Übungen mit Lösungen
14.1 Übungen von Abschn.2.1 und Lösungen (Bit, Byte, Code, Zeichen)
14.1.1 Übungen von Abschn.2.3 und Lösungen(ASCII-Code, Codepage)
Übungen von Abschn.2.4 und Lösungen (ANSI, Windows Codepages)
Übungen von Abschn.2.5 (ISO-8859, Latin)
Übungen von Abschn.3.1 und Lösungen (Unicode, ISO-UCS)
Übungen von Abschn.3.2 und Lösungen (UTF-32, UTF-8, UTF-16)
Übungen von Abschn.3.3.1 und Lösungen (Hexadezimal-System,Unicode, UTF-8 – ANSI)
Übungen von Abschn.4.2 und Lösungen (Chipsatz, MCH, ICH, Uncore, PCH, ME, SoC)
Übungen von Abschn.4.3 und Lösungen (PCI, Bus, Arbiter, SATA, Lane, AHCI)
Übungen von Abschn.5.1 und Lösungen (PCIe, 8b/10b- und 128b/130b-Codierung)
Übungen von Abschn.5.1 und Lösungen (PCIe x1/2/4/16, PEG, PCI Root Complex, DMI)
Übungen von Abschn.5.2.3 und Lösungen (USB, USB-C, USB-C-Kabel/Stecker, DisplayPort, Auflösungen, DSC, HBR, DP-Alt-Modus, USB PD)
Übungen von Abschn.5.3 und Lösungen (USB 4, Thunderbolt, PCIe und Codierung in Thunderbolt)
Übungen von Abschn.6.1.3 und Lösungen (Festplatten, DRAM-Cache, IOPS, PMR, MTBF)
Übungen von Abschn.6.2.1 und Lösungen (SSD, SSD-Zellen, 3- und 4D-NAND, IOPS)
Übungen von Abschn.6.2.1 und Lösungen (SLC-Cache, Toggle-DDR, Queue Depth, MRAM)
Übungen von Abschn.6.2.2 und Lösungen (Wear Leveling, Garbage Collection, Trim-Befehl)
Übungen von Abschn.6.2.4 und Lösungen (Hybrid-HD, SSD-Caching, Treiber, mSATA)
Übungen von Abschn.7.1 und Lösungen (SATA, AHCI, SATA 1,5G/3G, eSATA)
Übungen von Abschn.7.2.2 und Lösungen (SATA 1,5G/3G, eSATA)
Übungen von Abschn.7.2.3 und Lösungen (SATA 6G, mSATA)
Übungen von Abschn.8.1 und Lösungen (NVMe, QD, Intel 670p: Leistung, Controller, Layer, Cache, TBW, MTBF)
Übungen von Abschn.8.1 und Lösungen (Leistungen (IOPS/sequenziell) mit PCIe 3.0 x4, PCIe 3.0 x8 und PCIe 4.0 x4)
Übungen von Abschn.8.2 und Lösungen (PCIe-SSDs, NVMe, Z170)
Übungen von Abschn.8.2 und Lösungen (Chipsätze 200, 300, 400, 500)
Übungen von Abschn.8.3 und Lösungen (Optane, Z-SSD, Temperatur, Bitlocker, eDrive)
Übungen von Abschn.9.1 und Lösungen (SDRAM, Rank, Bänke, Sense Amps, Timings)
Übungen von Abschn.9.2 und Lösungen (SDR- und DDR-SDRAM, Prefetching, Die)
Übungen von Abschn.9.2 und Lösungen (DDR2-SDRAM, PC2-Module, Speichertakt)
Übungen von Abschn.9.3 und Lösungen (DDR3, Chip- & Speichertakt, JEDEC)
Übungen von Abschn.9.4 und Lösungen (DDR4, Chiptakt, unterschiedl. Belegung, 1Rx16)
Übungen von Abschn.9.5 und Lösungen (DDR5-SDRAM, PMIC, Modulnamen)
Übungen von Abschn.9.5.1 und Lösungen (NVDIMMs (N, F und P)
Übungen von Abschn.9.5.1 und Lösungen (SO-DIMMs, UDIMMs, RDIMMS, Speicherfehler)
Übungen von Abschn.9.6 und Lösungen (Controller, IMC, Kanalbestückung)
Übungen von Abschn.9.7 und Lösungen (64-Bit-Erweiterung, Intel 64)
Übungen von Abschn.10.1 und Lösungen (L1-, L2-, L3- und LL-Cache)
Übungen von Abschn.11.1 und Lösungen (Basis-Takt, PLLs, Speicher-Multiplikator)
Übungen von Abschn.11.1.1 und Lösungen (CPU-Rechenwerke, ALU, FPU-Unit)
Übungen von Abschn.11.1.2 und Lösungen (SIMD, MMX, SSE2/3/4, EMT64T, VT-x)
Übungen von Abschn.11.1.3 und Lösungen (Flops (SP, DP), AVX)
Übungen von Abschn.11.1.6 und Lösungen (AVX, AVX2, FMA3, FMA4, AVX-512)
Übungen von Abschn.11.2.2 und Lösungen (FP64-Operationen, Leistungen von Intel- und AMD-CPUs)
Übungen von Abschn.11.2.4 und Lösungen (Shader, API, OpenCL, GPGPU, Benchmarks)
Übungen von Abschn.11.3.1 und Lösungen (IPC, Pipelining, Superskalarität)
Übungen von Abschn.11.3.6 und Lösungen (Thread, Single-Thread, Multithreading)
Übungen von Abschn.11.4.1 und Lösungen (SpeedStep, ACPI, P-State, FID/VID, MSR-Register)
Übungen von Abschn.11.4.1 und Lösungen (C-States, PC im Arbeitsalltag)
Übungen von Abschn.11.4.1 und Lösungen (S-States, Stand-by)
Übungen von Abschn.11.4.2 und Lösungen (SATA-Geräte, DevSleep, LPM, Partial, Slumber)
Übungen von Abschn.11.5.2 und Lösungen (VRM, TDP)
Übungen von Abschn.11.5.3 und Lösungen (Turbo Boost)
Übungen von Abschn.11.5.4 und Lösungen (CPU-Temperaturen, Leistungsmonitor)
Übungen von Abschn.11.6 und Lösungen (Luftkühler, Wasserkühler)
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Stichwortverzeichnis
