Computerhardware: Hauptplatine

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Elektronische Bauelemente werden auf Leiterplatten montiert. Eine Leiterplatte besteht aus einer etwa 1 mm dicken Trägerplatte aus Isoliermaterial. Auf der Oberfläche der Platte sind Leiterzüge aus Kupfer angeordnet. Zur besseren Leitfähigkeit wird das Kupfer meist versilbert oder vergoldet. Wenn die Leiterzüge beidseitig sind, wird die Leiterplatte zweilagig genannt. Für komplexe Schaltungen werden mehrere Leiterplatten aufeinandergeklebt, was vier- und sechslagige Leiterplatten ergibt. Die Platte wird gebohrt und die Bohrlöcher werden innen verzinnt, um die Leiterebenen miteinander zu verbinden. Zum Abschluss werden Widerstände, Kondensatoren und elektronische Bauelemente in die Bohrungen gesteckt und verlötet. Damit ist eine Platine (englisch: board) entstanden - so nennt man eine Leiterplatte mit aufgelöteten elektronischen Bauteilen.

Die größte Platine im Computer (etwa 18 x 30 cm) nennt man Hauptplatine (englisch: Mainboard oder Motherboard). Die Hauptplatine wird mit Abstandsbolzen im Gehäuse befestigt. Die Position der Befestigungspunkte ist durch den so genannten Formfaktor definiert. Die Hauptplatine ist Träger für zahlreiche Steckplätze, Schaltkreisfassungen, externe und interne Anschlüsse und elektronische Baugruppen.

Eine spezielle Gruppe von Platinen der Abmessung von etwa 10 x 18 Zentimetern nennt man „Erweiterungskarte“ oder nur „Karte“. Es gibt je nach Funktion Grafikkarten, Soundkarten, ISDN-Karten, Netzwerkkarten, Fernsehkarten und viele mehr. Die Steckplätze der Hauptplatine, wohinein die Erweiterungskarten gesteckt werden, heißen „Slots“. Eine typische Hauptplatine hat drei bis sieben Steckplätze (Slots) für Erweiterungskarten. Die Slots sind nach Abmessung, Anzahl und Anordnung der Kontakte unterschiedlich. Die Erweiterungskarten stecken senkrecht auf der Hauptplatine.

Auf dem Bild „Hauptplatine für Pentium III Prozessor“ sehen Sie eine ältere, relativ übersichtliche Hauptplatine mit sieben Slots. Ganz rechts auf der Platine befinden sich zwei schwarze ISA Steckplätze (Industrie Standard Architektur), die auf modernen Hauptplatinen nicht mehr verwendet werden. Links davon befinden sich vier weiße PCI-Steckplätze (Peripheral Computer Interface).

Weiter zur Mitte befindet sich ein brauner AGP-Steckplatz (Advanced Graphic Port) für die Grafikkarte. Auf ganz neuen Hauptplatinen wird der AGP-Steckplatz durch schnellere PCI-Express-Steckplätze abgelöst. PCI Express ist eine Weiterentwicklung von PCI.

Weiterhin findet man auf der Hauptplatine zwei bis sechs Steckplätze für RAM (Arbeitsspeicher). Auf dem Foto sind es drei, welche oberhalb des CPU-Sockels angeordnet sind. Direkt auf der Hauptplatine sind der Taktgeber, die Uhr, der Chipsatz und andere Bauteile aufgelötet.

Auf der Hauptplatine befindet sich ein Schaltkreis-Sockel (englisch: Socket), in den der Prozessor gesteckt wird. Das Bild zeigt den „Sockel 462“ für Prozessoren mit 462 Anschlusskontakten. Um eine CPU mit so vielen Anschlüssen ohne Risiko einsetzen zu können, werden ZIF-Sockels (Zero Insertion Force, auf deutsch etwa: Null-Kraft-Sockel) verwendet, die mit einem Schwenkhebel (im Bild: unten) ausgestattet sind. „Null Kraft“ ist allerdings etwas übertrieben, und das Einsetzen des Prozessors erfordert einiges Geschick.

Weil die Prozessoren immer mehr Anschlusskontakte brauchen, gibt es zahlreiche Sockeltypen. Das nebenstehende Bild zeigt links eine Intel Dual-Core-CPU D925 (3 GHz) von unten, rechts ist ein Stück der Hauptplatine mit den Sockel 775 zu sehen. Die Andruckplatte ist hochgeklappt (im Bild: unten), und im oberen Teil der Prozessorfassung ist der Ansatz des Verriegelungshebels zu sehen.

[Bearbeiten] Die Bestandteile der Hauptplatine

Einige hier vorkommende Fachbegriffe und Abkürzungen werden erst in späteren Kapiteln ausführlich erläutert.

Chipsatz: Ein bis zwei hochintegrierte Bausteine (Northbridge und Southbridge), die den Datenverkehr auf der Hauptplatine regeln, z. B. vom Prozessor zu den AGP- und PCI-Steckplätzen, zum RAM und zu den Peripherie-Anschlüssen. Der Chipsatz ist als „zentrale Verteilerstelle“ für die Gesamtleistung und Stabilität des PC-Systems in viel höherem Maße verantwortlich, als die meisten Menschen glauben.

[Bearbeiten] Aufgelötete Baugruppen

BIOS: Basic Input Output System = „Basis Ein-/Ausgabe-System“. Das BIOS ist ein fest eingebautes Mini-Betriebssystem. Es stellt einfache Treiber für die wichtigsten PC-Komponenten bereit. Das BIOS überprüft nach dem Einschalten die grundlegenden Funktionen des PC in einem so genannten Power On Self Test (abgekürzt POST, deutsch: Selbsttest nach dem Einschalten), konfiguriert die Hardware (Plug & Play), versorgt die Komponenten der Hauptplatine mit Betriebsparametern, verwaltet Datum und Uhrzeit, überwacht Prozessortemperatur und Lüfterdrehzahlen und sucht auf den Datenträgern nach einem Betriebssystem, um dessen Start einzuleiten. Nach dem Start des Betriebssystems werden die BIOS-Treiber weitgehend durch Betriebssystem-eigene, optimierte Treiber ersetzt.

Festwertspeicher (EEPROM): ROM bedeutet Read Only Memory = "Nur-Lese-Speicher". Wichtig ist, dass ein ROM-Speicher beim Ausschalten des PC seinen Inhalt nicht verliert. Darum wird ROM in mehreren PC-Komponenten verwendet, um das jeweilige Startprogramm bereitzuhalten. Dass die Festplatte, die Grafikkarte und der Brenner einen solchen Festwertspeicher benötigen, ist wenig bekannt. Viel bekannter ist der „BIOS-ROM“. Der PC startet nach dem Einschalten mit dem darin gespeicherten Programm. Mit einem „BIOS-Update“ kann dieser Speicher auf den neuesten Stand gebracht werden („up to date“). Auch andere ROM können „upgedatet“ werden, um ihre Leistung zu verbessern.

CMOS-RAM: CMOS ist die technische Bezeichnung für extrem stromsparende Halbleiter. Aus diesen Bausteinen wird sowohl die interne Uhr als auch ein kleiner Speicherbaustein gebaut, die von der Batterie ständig mit Strom versorgt werden. In diesem RAM sind wichtige Daten über die Hardware des PC gespeichert. Bei der Inbetriebnahme des PC werden durch den Händler die genauen Parameter der Festplatten, des parallelen und der seriellen Ports sowie weitere Angaben in das CMOS-RAM eingetragen, soweit diese vom BIOS nicht automatisch erkannt werden können. Das Betriebssystem und jede andere Software fragt bei Bedarf diese Daten ab.

Für das Eintragen der Daten gibt es ein Hilfsprogramm, das „BIOS Setup Programm“. Es ist im BIOS-ROM gespeichert und kann während des PC-Startvorgangs aufgerufen werden. Bei den meisten PC kommt man mit der Taste Del (Entf) ins BIOS-Setup, bei manchen PCs ist es die Taste F1 oder F2. Vorsicht! Anschauen ist ungefährlich, aber bitte nicht planlos die Einstellungen verändern, denn falsche Einstellungen können den PC ausbremsen oder stilllegen.

Batterie: Während der PC eingeschaltet ist, werden die Echtzeituhr und das CMOS-RAM vom Netzteil mit Strom versorgt. Bei ausgeschaltetem PC übernimmt das eine Batterie. Diese reicht etwa drei bis fünf Jahre. Wenn Datum und Uhrzeit bei ausgeschaltetem PC verloren gehen, muss vermutlich die Batterie gewechselt werden.

[Bearbeiten] Die externen (rückwärtigen) Anschlüsse der Hauptplatine

Am hinteren Rand der Hauptplatine befinden sich die Anschlüsse für die Peripherie: Tastatur, Maus, Drucker, Modem, USB, Lautsprecher, Netzwerk und andere. Jeder Hauptplatine liegt eine Blende mit Öffnungen für die rückwärtigen Anschlüsse bei. Die nebenstehenden Fotos sind Beispiele. Höhe und Breite dieser Blende sind feststehend, die Anzahl und Anordnung der Öffnungen nicht.

Welche Anschlüsse eine konkrete Hauptplatine hat, ist extrem unterschiedlich. Neuere Hauptplatinen haben meist mehr Anschlüsse, als sich in der rückwärtigen Blende unterbringen lassen. Weitere Anschlüsse werden an der Frontseite oder an der Rückseite herausgeführt und mit der Hauptplatine verbunden.

[Bearbeiten] Tastaturbuchse und Mausbuchse

Die Bezeichnung „PS/2“ wurde von IBM eingeführt. IBM hatte eine neue Rechnergeneration herausgebracht mit dem Namen Personal System 2, wo die kleineren Stecker erstmals verwendet wurden. Diese Stecker werden direkt von der Rückseite des PC auf die Hauptplatine aufgesteckt. Diese Anschlüsse sind nicht verwechslungssicher! Wenn Sie die Beschriftung und die Farbmarkierung beachten (Tastatur violett, Maus grün), kann nichts schiefgehen. Wenn keine Markierung zu finden ist: Der Anschluss, welcher der Hauptplatine näher liegt, ist der Tastaturanschluss. Liegen die Anschlüsse nebeneinander (gleich weit von der Hauptplatine entfernt), liegt der Mausanschluss weiter außen (oben). Wenn Sie die Stecker trotz allem verwechseln, brennt zumindest nichts durch. Wichtig: Sie müssen Tastatur und Maus vor dem Einschalten des Computers angesteckt haben, sonst erkennt und benutzt er sie nicht.

Bei neuen Platinen und vor allem bei Notebooks werden diese PS/2-Anschlüsse mitunter weggelassen. Dann bleibt nichts anderes übrig, als Tastaturen und Mäuse mit einen USB-Anschluss zu verwenden.

[Bearbeiten] Parallel-Port

Parallel bedeutet, dass alle Bits eines Zeichens gleichzeitig über ein dickes Kabel übertragen werden. Dieser Anschluss wurde und wird hauptsächlich für Drucker verwendet. Weil neuere Drucker meist einen USB-Anschluss haben, wird der Parallelport allmählich überflüssig. Weil die Schnittstelle viel Platz benötigt, wird er bei Notebooks immer häufiger weggelassen. Laserdrucker haben fast ausnahmslos einen parallelen Druckeranschluss, in letzter Zeit zusätzlich einen USB-Anschluss. Tintendrucker haben nur USB-Anschluss, nur bei hochpreisigen Tintendruckern ist zusätzlich ein Parallelanschluss vorhanden.

[Bearbeiten] Serielle Anschlüsse

20 Jahre lang waren serielle Anschlüsse (COM1 und COM2) an jedem PC vorhanden. Diese Schnittstellen wurden für langsame Geräte verwendet, wie zum Beispiel Maus, externes Modem, Rechnerkopplung und für die Programmierung von Telefon- und anderen Anlagen. Zunehmend werden Geräte auf USB umgestellt, die früher mit seriellen Anschlüssen ausgestattet waren. Neuere PC haben meist noch einen seriellen Anschluss, nur selten einen zweiten. Bei neueren Notebooks fehlen die seriellen Anschlüsse meist ganz.

[Bearbeiten] FireWire

Datenrate	Standard	seit
400 Mbit/s	IEEE 1394a	1995
800 Mbit/s	IEEE 1394b	2002
3200 Mbit/s	IEEE 1394b S3200	2008

Dieser Anschluss wurde ursprünglich vorzugsweise für den Anschluss von Filmkameras verwendet. Mittlerweile gibt es viele externe Geräte mit diesem Anschluss, z. B. Festplatten. Maximale Übertragungsrate siehe Tabelle.

Alle Standards benutzen die gleichen Stecker und Kabel. Gegenüber USB hat Firewire einige Vorteile:

• Es verursacht weniger CPU-Belastung
• Mehrere Geräte können auch ohne PC untereinander kommunizieren
• Angeschlossene Geräte dürfen bis zu 1,5 A Strom über das Kabel erhalten (USB: 0,5 A)

[Bearbeiten] USB-Anschlüsse

Universal Serial Bus Connector = "universeller serieller Anschluss", wird in der Version 1.1 ab Windows 98 unterstützt. USB in der Version 2.0 wird ab Windows 98SE unterstützt, wenn man zusätzliche Treiber installiert. Ab Windows 2000 sind Treiber im Betriebssystem enthalten.

USB 1.1 kennt zwei Geschwindigkeiten:

• Low-Speed 1,5 Mbit/s,
• Full-Speed 12 Mbit/s

USB 2.0 kennt drei Geschwindigkeiten:

• Low-Speed 1,5 Mbit/s,
• Full-Speed 12 Mbit/s
• High-Speed 480 Mbit/s

USB 3.0 soll 2009 auf den Markt kommen. Geplant ist eine Datenübertragungsrate von etwa 5 Gbit/s.

Externe Festplatten und DVD-Brenner kann man nur an einem USB-2.0-Anschluss mit voller Geschwindigkeit betreiben. Allerdings ist auch USB High-Speed mit (theoretisch) 480 Mbit/s = 60 MByte/s immer noch etwas langsamer als die 100 MB/s bis 133 MB/s, die am internen parallelen Festplattenanschluss erreicht werden. S-ATA erreicht theoretisch 150 oder 300 MByte/s, realistisch sind 100 oder 200 MByte/s.

Die USB-Kabel sind nicht symmetrisch: Der Stecker auf Seite des Computers ist vom Typ A (flach), der Stecker am externen Gerät ist quadratisch mit zwei abgeschrägten Ecken (Typ B).

USB-Geräte ohne eigenes Netzteil nennt man „Bus-powered“, sie beziehen ihren Strombedarf über den PC. Jeder einzelne USB-Port des Computers muss bei Bedarf 0,5 Ampere liefern können. Einige USB-Geräte benötigen kurzzeitig die vollen 0,5 A, zum Beispiel für den Anlaufstrom eines Motors. Bei stationären PCs ist das kaum ein Problem, aber einige Notebooks haben Probleme, diesen Maximalstrom zu liefern und sie schalten wegen Überlastung des Anschlusses sicherheitshalber ab.

Wenn die USB-Anschlüsse am PC nicht ausreichen, gibt es zwei Möglichkeiten:

• Man steckt eine Erweiterungskarte in den PC. Sie kostet weniger als 20 Euro, der Einbau ist unproblematisch. Je nach Ausführung bekommt man zwei bis vier zusätzliche USB-Anschlüsse. Bei einem Notebook ist diese Nachrüstung leider nicht möglich.
• Man verwendet Verteiler, sogenannte „Hubs“. Theoretisch können bis zu 127 Geräte angeschlossen werden. Es gibt Regeln und Einschränkungen, wie das zu geschehen hat. Besonders wichtig: Ein USB-Kabel darf nicht länger als fünf Meter sein.

Es gibt aktive USB-Hubs (mit eigenem Netzteil) und passive USB-Hubs (die den Strom vom PC beziehen und auf die angeschlossenen Geräte verteilen). Viele aktive USB-Hubs kann man auch ohne Netzteil betreiben, sie arbeiten dann passiv.

Wenn Sie nun mehrere Geräte mit hohem Stromverbrauch, wie einen USB-Brenner, eine USB-Festplatte, einen Scanner und einen externen TV-Empfänger, an einen passiven Hub anschließen, der nicht mehr als maximal 0,5 A vom PC bekommen kann, reicht der Strom möglicherweise nicht für alle. Günstigstenfalls schaltet der PC ab. In extremen Fällen kann ein minderwertiges PC-Netzteil überlastet und sogar zerstört werden! Wenn Sie jedoch die Geräte mit höherem Strombedarf an einen USB-Hub mit eigenem Netzteil anschließen oder direkt an den PC anstecken, schützen Sie Ihren PC. Manche stromhungrigen USB-Geräte haben einen zusätzlichen Anschluss für ein externes Steckernetzteil, den Sie dann auch nutzen sollten, um das PC-Netzteil zu entlasten.

Wenn ein USB-Gerät mehr als 500 mA Strom benötigt, werden am Kabel zwei USB-Stecker angebracht, damit das Gerät den benötigten Strom aus zwei PC-Schnittstellen saugen kann. Sie sollten unbedingt beide Stecker einstecken, sonst kann es zu Fehlfunktionen kommen. Bei externen Festplatten führt mangelhafte Stromversorgung nicht selten zu totalem Datenverlust.