Hegau-Bodensee-Seminar 2002/2003

Hegau-Bodensee-Seminar 2002/2003
PC-Intern
Leitung: Herr Ningelgen
AG-Bericht
Heinrich-Suso-Gymnasium Konstanz
Die Arbeitsgemeinschaft „PC-Intern“, die Herr Ningelgen leitete und auch
im Schuljahr 2003/2004 erneut leiten wird, beschäftigt sich, wie der
Name schon sagt, mit Computern. Diese doch recht allgemeine
Definition möchte ich nun mit dem folgenden Bericht etwas präzisieren
und dadurch gleichzeitig einen Einblick in unsere Arbeit des
vergangenen Schuljahres geben.
Zunächst einmal sollte vielleicht erwähnt sein, dass das Themengebiet
„Computer“ mittlerweile zu einem riesigen Komplex unzähliger einzelner
Themengebiete angewachsen ist und es daher, zumindest für eine
Arbeitsgemeinschaft wie unsere Arbeitsgruppe „PC-Intern“, unmöglich
war, alle Abteilungen zu behandeln. Wir beschränkten uns demzufolge
auf die wichtigsten Gebiete, die grundlegend für eine intensive Arbeit mit
Computern sind.
Inhaltsverzeichnis
Abschnitt
Thema
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Grundlagen
Tuning
BIOS
Treiber
Hardware-Konfiguration
Grafikkarten
Windows
Besondere Projekte
Seite
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1. Die Grundlagen
Zu den Grundlagen gehört sicherlich zuerst, den Grundaufbau eines PCs
zu verstehen, die einzelnen Komponenten richtig zu erkennen und ihre
Funktion innerhalb des PCs zu begreifen, zu wissen, wie die Daten im
Computer transportiert werden, wo Schwachstellen im Datenfluss liegen
und wie die einzelnen Komponenten miteinander kommunizieren
können.
Um die Funktionsweise eines PCs zu veranschaulichen, vergleicht man
ihn am Besten mit einem Verkehrssystem, das sowohl Autobahnen,
Bundes- und Landstraßen als auch Feldwege aufweist. Insgesamt gibt
es 4 Spuren, im Computer Datenwege, auf denen die einzelnen
Informationen übertragen werden können.
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Am schnellsten werden die Daten vom Prozessor zum Level1-Cache,
der direkt im Prozessor integriert ist, übertragen; die Datenautobahn ist
hier noch 4-spurig und erlaubt so eine größtmögliche Geschwindigkeit.
Vom Level1-Cache zum Level2-Cache, der bei modernen Prozessoren
ebenfalls direkt auf dem Hauptbaustein integriert ist, ist die
Datenautobahn nur noch 3-spurig, was zur Folge hat, dass auch die
Geschwindigkeit, mit der Daten ausgetauscht werden können, bereits
abnimmt. Die nächste Station, auf die zugegriffen werden kann, ist der
Arbeitsspeicher, auch RAM (Read And Memory) genannt. Zu ihm ist die
Straße nur noch 2-spurig, was sich wiederum negativ auf die
Geschwindigkeit auswirkt. Der schlimmste Fall tritt ein, wenn der PC auf
die Festplatte, das langsamste Speicherelement der Speicherkette,
zurückgreifen muss, denn zu ihr existiert nur eine einspurige
Datenstraße, die lediglich sehr geringe Geschwindigkeiten erlaubt.
Deshalb dauern zum Beispiel auch erstmalige Ladevorgänge einer
bestimmten Anwendung sehr lange.
2. PC-Tuning
Noch nicht einmal vor 5 Jahren bedeutete PC-Tuning ausschließlich, die
MHz-Leistung eines Prozessors zu steigern. Das war, vom damaligen
Zeitpunkt aus gesehen, auch durchaus verständlich, denn die Rechner
waren schlicht zu langsam und für heute Anwendungen wie zum Beispiel
Video-Komprimierung nicht zu gebrauchen. Anders heute: Stand früher
einst der Prozessor im Mittelpunkt des Tunings, so sind es heute
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vermehrt Grafikkarten und Mainboards, um den gesamten
Datendurchsatz zu beschleunigen, denn letztendlich bestimmt ja er, wie
schnell ein PC wirklich arbeitet und nicht etwa die MHz-Leistung des
Prozessors, an der als einziges Kriterium oftmals noch verschiedene
PCs miteinander verglichen werden.
Natürlich haben wir uns im Seminar auch mit Übertaktungen von
Prozessoren beschäftigt, viel wichtiger aber war uns, die Gesamtleistung
des System, sprich die Datendurchsatzrate, zu erhöhen. Dazu haben wir
Mainboards ausgetauscht, im BIOS Einstellung geändert, den
Systemstart beschleunigt, Windows und die gesamte Software
bearbeitet und nicht zuletzt auch noch Feintuningmaßnahmen, zum
Beispiel auch im BIOS oder an verschiedenen Laufwerken, durchgeführt.
Aber natürlich konnten auch wir unsere Finger nicht vom Übertakten
lassen…
3. BIOS
BIOS bedeutet Basic Input Output System. Bei jedem Start des
Computers wird es zuerst geladen und regelt die grundlegende
Einstellung, die für einen reibungslosen Betrieb des PCs notwendig sind.
So verwaltet es alle Laufwerke, die an den verschiedenen IDE-Ports
angeschlossen sind, regelt die Einstellungen der Speicherelemente,
bietet Sicherheitsoptionen zum Schutz des PCs vor unbefugtem Zugriff
und stellt nicht zuletzt auch Datum und Uhrzeit ein.
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Erschreckend ist, dass in ca. 80% aller in Deutschland laufenden PCs
das BIOS nicht richtig konfiguriert ist, was teilweise Geschwindigkeitsund Leistungseinbußen von bis zu 50% zur Folge haben kann. Dabei
liegt genau im BIOS der Schlüssel zum PC-Tuning, denn dort lässt sich
neben anderen wichtigen Einstellung wie zum Beispiel SpeicherTimingoptionen auch die Geschwindigkeit des Prozessors verändern.
4. Treiber
Ein weiterer Schritt zu einem stabilen und leistungsfähigen PC, der ein
Ziel unserer Seminararbeit war, ist eine gute und vor allem aktuelle
Treiberkonfiguration. Dies ist wichtig, weil Treiber dafür sorgen, dass die
jeweiligen Hardwarekomponenten mit dem Rest des PCs konfliktfrei
kommunizieren können und das System mit all seinen Ergänzungen
stabil läuft.
Aus heutiger Sicht stellt sich folgendes Problem: Kauft man eine neue
Hardware, so kann man mit fast hundertprozentiger Sicherheit davon
ausgehen, dass die beigelegten Treiber schon längst wieder veraltet
sind. Das ist auch nicht weiter verwunderlich, denn die Hersteller können
alle ihre Produkte ja nicht jedes Mal zurückrufen, wenn eine neue
Treiberversion für ein bestimmtes Gerät veröffentlicht wird. Auch beim
PC-Händler kostenlos Treiberupdates zu erhalten, schlägt meist fehl. Die
Hersteller gehen deshalb davon, dass man sich um seine
Treiberupdates selbst kümmert. Wer das nicht tut oder nicht tun möchte,
nimmt beträchtliche Leistungseinbußen in Kauf, oftmals leistet sein
System dann nicht einmal das, was es eigentlich sollte.
Aber auf jeden Fall sollte man nicht blind updaten, vielmehr sollte darauf
geachtet werden, dass die alte Treiberversion gesichert aufbewahrt wird
für den Fall, dass das neue Update nur Probleme verursacht und somit
wieder installiert werden kann. Auch sollte man sich wirklich sicher sein,
dass das Update auch sinnvoll ist, denn einfach nur updaten um den
allerneuesten Treiber zu haben, kann das System leider auch
verlangsamen, anstatt die Performance zu steigern.
5. Konfiguration der Hardware
Auch der teuerste PC kann unter Umständen im Lieferzustand nur eine
schwache Leistung bringen. Dafür können, neben den bereits
angesprochenen Problemen, auch Fehler in der Hardwarekonfiguration
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verantwortlich sein. Dafür sind die beiden Abkürzungen IRQ (Interrupt
Request) und DMA (Direct Memory Access) von großer Bedeutung.
Jede Hardwarekomponente kommuniziert auf einer bestimmten
Datenbahn mit dem Prozessor – und diese Datenautobahn sollte, wenn
möglich, auch nur von dieser Hardwarekomponente benutzt werden, da
ansonsten ein heilloses Durcheinander entsteht. Es kommt aber leider
vor, dass bestimmt Datenleitungen von mehr als einer
Hardwarekomponente benutzt werden; deswegen wird ein sogenannter
Interrupt installiert, der regelt, wann welche Karte etwas mitteilen darf,
und verhindert so ein Durcheinanderkommen der Datenmengen.
Die DMA versteht sich als eine spezielle Datenleitung, die direkt zum
Arbeitsspeicher des Systems führt und deshalb extrem gerne benutzt
wird. Doch leider bietet jedes Mainboard faktisch nur eine solche Leitung
an, und diese muss natürlich auch entsprechend der hohen Nachfrage
verwaltet werden.
Doch mit dem Verschwinden der ISA-Steckkarten hat sich das Problem
mit der DMA von selbst gelöst, da es in heutigen Systemen nur noch
eine festgelegte DMA-Leitung gibt.
Anders bei den IRQs: Es gibt nämlich nur 4 Bereiche, die der PC
verwalten kann, und um diese vier Bereiche „streiten“ sich nicht nur die
Steckkarten, sondern auch alle anderen Geräte wie Tastatur, Drucker
etc. Es leuchtet sofort ein, dass hier Kompromisse gemacht werden
müssen, was bedeutet, dass bestimmte Bereiche doppelt oder sogar
dreifach belegt werden müssen. Die wahre Kunst ist nun, die IRQs
möglichst konfliktfrei mehrfach zu belegen, so dass das System
möglichst wenig ausgebremst wird. Somit bestimmen die IRQBelegungen durchaus mit bei der Schnelligkeitsberechnung des
Systems.
6. Grafikkarten
Eine relativ neue Art des Tunings zielt auf Grafikkarten ab. Dies ist
notwendig geworden, da insbesondere neue Spiele teilweise enorme
Grafikkartenleistungen erfordern.
Da eine Grafikkarte praktisch ein „PC im PC“ ist – sie verfügt über einen
eigenen Grafikprozessor und eigenen Arbeitsspeicher – lässt sie sich
auch entsprechend tunen.
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Zur Zeit unserer Seminars ließ sich gerade eine ATI Radeon 9500 mit
wenig Aufwand auf eine Radeon 9700Pro tweaken; die dadurch erzielte
Geldersparnis lag bei über 200€.
7. Windows als Betriebssystem
(Fast) Jeder hat es – (fast) jeder braucht es: Microsoft Windows. Es ist
das mit Abstand am weitesten verbreitete Computerbetriebssystem auf
der Welt und existiert mittlerweile in vielen verschiedenen Versionen:
Windows 3.x, Windows 95, Windows NT, Windows 98, Windows 98 SE,
Windows ME, Windows 2000, Windows XP Home Edition und Windows
XP Professional. Aus Gründen der Aktualität haben wir uns im Seminar
nur mit Windows 2000 und Windows XP beschäftigt.
Zunächst einmal lernten wir, was noch vor der Installation von Windows
zu beachten ist: Es sollten immer mindestens zwei Festplatten installiert
sein; auf die schnellere von beiden wird dann Windows aufgespielt.
Wenn die Festplatten groß genug sind, bietet es sich an, sie in mehrere
Partitionen zu unterteilten. Die Daten können so besser strukturiert
werden und vor allem kann man der sogenannten Auslagerungsdatei
(der vom Arbeitsspeicher ausgelagerte Teil der Daten auf der Festplatte)
eine eigene Partition geben.
Danach sollte Windows zusammen mit dem aktuellsten Servicepack und
den Treibern installiert, und anschließend beispielsweise mit DriveImage
auf der zweiten Festplatte gesichert werden.
Nun gilt es, Windows zu tunen, beispielsweise dadurch, den Autostart
bestimmter Programme zu unterbinden. Dann müssen das Dateisystem
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optimiert, die Laufwerke angepasst und vor allem unnötige Spielereien
reduziert werden.
8. Besondere Projekte
Im Laufe des Seminars bauten wir auch eigene PCs zusammen, die eine
attraktive Alternative zu PC-Angeboten darstellen, die zurzeit im Handel
erhältlich sind:
a) „Speedy-PC“
Obwohl wir für diesen PC nur ca. 700€ aufwandten, erhielten wir ein
Gerät, das 14.000 Benchmark Punkte lieferte, was für Spieler ein
traumhafter Wert ist. Möglich war dies zum einen durch leichte
Übertaktung des AMD Athlon-Prozessors, zum anderen aber
hauptsächlich durch Tweaken einer Radeon 9500 Grafikkarte auf eine
Radeon 9700Pro. Als Arbeitsspeicher dienten 256 MB DDR-RAM.
b) „Silent-PC“
Dieses Projekt war praktisch das Gegenteil zum „Speedy-PC“, da wir
hier unser Tuning nicht auf Leistung, sondern Geräuschlosigkeit
ausrichteten. Dazu takteten wir, nachdem wir ein geeignetes Mainboard
eingebaut hatten, einen 1333 MHz AMD Athlon-Prozessor mittels des
Fronstsidebuses auf 1000 MHz herunter, was uns erlaubte, den aktiven
Lüfter auf der Northbridge zu entfernen. Den CPU-Kühler ersetzten wir
durch einen hochwertigen Zahlmann-Kühler, der in seiner
Rotiergeschwindigkeit regelbar ist; die Grafikkarte wurde durch eine
passiv gekühlte Radeon 7000 ersetzt. Der Clou war das Netzteil von
Coba: es enthält zwei Lüfter, von denen einer die warme Luft aus dem
PC aussaugt, und der andere sie dann nach außen ventiliert. So sind
niedrigere Drehzahlen möglich, was zu einer beträchtlichen Reduzierung
des Lärmpegels führt.
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Teilnehmer:
Felix Bilger (Autor), Nikolas Herbst, Mark-Benjamin Horst,
Frederik Fröhle, Johannes Benz-Feldhaus, Gero Kern,
Simon Peter, Philipp Henkes
Orte:
Teils Keller des Suso-Gymnasiums, teils Rechnerraum.
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