Quelltext der Seite Echtzeituhr

Eine '''Echtzeituhr''' ({{enS|real-time clock}}, ''RTC'') oder '''physikalische Uhr''' ist eine [[Uhr]], welche die [[Zeit#Zeit als physikalische Größe|physikalische Zeit]] misst<ref>{{Internetquelle |url=https://www.openthesaurus.de/synonyme/Echtzeituhr |titel=Synonyme bei Thesaurus |abruf=2017-08-12}}</ref>. Im Gegensatz dazu misst eine [[logische Uhr]] eine relative Zeit, die nicht der aktuellen Uhrzeit entspricht. Im Bereich der [[Elektrotechnik]] bzw. [[Technische Informatik|technischen Informatik]] ist eine Echtzeituhr Teil eines computergesteuerten Gerätes bzw. des [[Betriebssystem]]s und hält die Uhrzeit vor. Es werden Vorkehrungen getroffen, damit die Uhrzeit nach erneutem Einschalten wieder zur Verfügung steht. Insbesondere ist eine Echtzeituhr ein Schaltkreis, welcher die Uhrzeit (mittels eines eigenen [[Energiespeicher]]s, etwa einer Batterie) auch bei ausgeschaltetem Gerät fortschreiben kann<ref>{{Internetquelle |url=https://www.elv.de/elektronikwissen/echtzeituhr.html |titel=Echtzeituhr / ELVjournal |hrsg=[[ELV Elektronik]] AG |abruf=2017-08-12}}</ref>.

== Typen ==
=== Hardware-Uhr ===
[[Datei:AT Motherboard RTC and BIOS.jpg|mini|Echtzeituhr Typ ''OEC12C887A'' von ODIN mit im Gehäuse integriertem Quarz und integrierter Batterie (auf einer Leiterplatte in einem PC)]]
[[Datei:DS1302 (cropped).jpg|mini|[[Lithiumbatterie]] im Modul einer Echtzeituhr]]
{{Mehrere Bilder
 | Kopfzeile   = Röntgenbild (re.) einer Echtzeituhr DS1287 mit zentrisch angebrachter Batterie (Knopfzelle) und im oberen Bildbereich der Schwingquarz
 | Bild1       = Platine6a hg (cropped) DS1287.jpg
 | Breite1     = 110
 | Bild2       = Platine6 hg (cropped) DS1287.jpg
 | Breite2     = 110
}}
Die Funktionalität ist prinzipiell ähnlich der einer [[Digitaluhr|Digital]]-[[Quarzuhr]]-Schaltung. Es läuft ein Zähler, von einem [[Schwingquarz]] getaktet. Ein angeschlossener [[Mikroprozessor]] oder [[Mikrocontroller|-controller]] liest dann die Registerstände aus, um sie weiterzuverarbeiten.

Eine ''Hardware-Uhr'' ist ein Chip, der im Wesentlichen [[Zählwerk#Elektronische Zählwerke|Zählerregister]] und einen [[Uhrenquarz]] als [[Taktgeber]] enthält<ref>{{Internetquelle |url=https://www.ibr.cs.tu-bs.de/users/thuerman/time/rtc.html |titel=Die Hardware-Uhr |hrsg=Technische Universität Braunschweig |abruf=2017-08-12}}</ref>. Der Zähler wird bei jedem Takt des Frequenzgebers erhöht. Um die Zähler einfach zu halten, wird häufig eine Frequenz des Taktgebers von 32.768&nbsp;Hz gewählt<ref>{{Internetquelle |url=https://datasheets.maximintegrated.com/en/ds/DS12885-DS12C887A.pdf |titel=DS12885/87 |hrsg=Maxim Integrated |datum=2010-04 |abruf=2017-08-12 |format=PDF |sprache=en}}</ref>. Damit kann auf einfache Art durch wiederholtes [[Frequenzteiler|Halbieren eine Frequenz]] von 1&nbsp;Hz als Sekundentakt erzeugt werden. Damit die Uhr nicht stehenbleibt, wenn das Gerät ausgeschaltet wird, wird der Chip ständig von einem Energiespeicher, also einer Batterie oder einem Akku, versorgt. Die dabei benötigten [[Schwingquarz]]e sind oft Uhrenquarze und werden in großen Stückzahlen produziert und sind daher besonders preisgünstig. Außerdem sind [[Complementary Metal Oxide Semiconductor|CMOS-Schaltungen]] bei solch niedrigen Frequenzen besonders stromsparend, was für die Lebensdauer der Batterie bzw. der Akkuladung wichtig ist.

=== Software-Uhr ===
Bei einer ''Software-Uhr'' kommt das [[Taktsignal]] über eine [[Unterbrechungsanforderung]] ''(Interrupt Request)'' von der Hardware, der Zähler wird vom [[Betriebssystem]] (also der [[Software]]) geführt und in Datum und Uhrzeit umgerechnet. Die Bedingung, dass die Uhr bei ausgeschaltetem Gerät weiterläuft, ist somit nicht gegeben. Die Software-Uhr muss also nach dem Einschalten erst synchronisiert werden. Sie wird mit der Hardware-Uhr oder auch fortlaufend mit einem [[Zeitserver]] abgeglichen.

In einem PC arbeitet das [[Betriebssystem]] nach dem Booten ausschließlich mit der Software-Uhr weiter.<ref>{{Internetquelle |url=http://www.beaglesoft.com/mainfaqclock.htm |titel=Time FAQ |hrsg=beagle software |datum=2008-03-19 |abruf=2017-08-06 |sprache=en}}</ref> Wird im Betriebssystem die Uhrzeit vom Benutzer oder von einem Zeitserver geändert, so wird die Hardware-Uhr, oft auch als BIOS-Uhr bezeichnet, vom Betriebssystem ebenfalls geändert.<ref>{{Internetquelle |url=http://www.tomshardware.co.uk/forum/71869-63-does-changing-windows-time-change-bios-time |titel=Forum |datum=2013-03-08 |abruf=2017-08-06 |sprache=en |archiv-url=https://web.archive.org/web/20170807024241/http://www.tomshardware.co.uk/forum/71869-63-does-changing-windows-time-change-bios-time |archiv-datum=2017-08-07 |offline=ja |archiv-bot=2024-12-01 06:07:41 InternetArchiveBot }}</ref> Die [[Uhrzeit]] der Echtzeituhr besteht zunächst nur aus einem Zählerstand (meistens in Sekunden seit der [[Unixzeit|Unix-Epoche]]). Die Umrechnung in eine für Menschen verständliche Form sowie die Einbeziehung von [[Zeitzone]]n und [[Schaltjahr]]en wird vom Betriebssystem übernommen. Viele Uhren-Chips jedoch enthalten Register, die die Uhrzeit im vom Menschen gewohnten Format (Sekunden, Minuten, Stunden, Tag, Monat, Jahr (oft nur zweistellig), Wochentag) fortschreiben. Einfache Mikrocontroller-Systeme können direkt mit diesen Werten arbeiten. In komplexeren Systemen (wie Betriebssystemen) werden die ausgelesenen Werte jedoch meist in ein Sekundenformat (wie die Unixzeit) umgewandelt, das erst bei der Ausgabe wieder in ein vom Menschen verständliches Format zurückgewandelt wird.

Es gibt verschiedene Ansätze, die Echtzeituhr eines Computers bzw. einer Mikrocontroller-Systems mit der tatsächlichen Uhrzeit zu synchronisieren. Sofern ein Zugang zum Internet zur Verfügung steht, ist das verbreitetste Verfahren, die Uhrzeit von einem oder mehreren [[Zeitserver]]n zu erfragen und zusätzlich durch geschickte Umrechnungen die Verzögerung durch die Übertragungszeit auszugleichen. Siehe dazu [[Algorithmus von Cristian|Cristians Algorithmus]], [[Berkeley-Algorithmus]] und das [[Network Time Protocol]]. Andere Möglichkeiten sind, das Signal eines [[Zeitzeichensender]]s (z.&#8239;<!--= nbthinsp-->B. [[DCF77]]) auszuwerten oder die Uhr vom Benutzer manuell einstellen zu lassen.

=== Alternative Schaltung ===
In einigen Geräten wird, um den Quarz und die Batterie einzusparen, als Zeitreferenz die Frequenz der Netzspannung genutzt. Sie wird zwischen [[Transformator]] und [[Gleichrichter]] [[Kondensator (Elektrotechnik)|kapazitiv]] entkoppelt und auf den Sekundentakt geteilt (/50 oder /60 je nach [[Netzfrequenz]])<ref>{{Internetquelle |autor=Benedikt Wirmer |url=http://bwir.de/digitaluhr-mit-standard-logik-ics-und-netzansteuerung/ |titel=Digitaluhr mit Standard-Logik-ICs |datum=2006 |abruf=2017-08-12}}</ref>. Auch hier läuft die Uhr bei ausgeschaltetem Gerät zumeist nicht weiter. Ggf. werden Stromausfälle über einen ungenauen und driftenden RC-Oszillator überbrückt, sofern diese Teilschaltung implementiert ist.

== Anwendungen ==
Die häufigste und wohl bekannteste Anwendung ist der PC. Hier liegt die oben beschriebene Kombination aus Software-Uhr und Hardware-Uhr vor. Die ersten Heimcomputer in den 1980er Jahren hatten keine Echtzeituhr, sondern nur eine [[logische Uhr]].

Weitere Anwendungen sind verschiedene elektronische Haushaltsgeräte wie beispielsweise [[Radiowecker]], [[Mikrowellengerät]], Steuereinheit einer [[Heizungsanlage]].

== Weitere Eigenschaften der PC-internen Uhr ==
Bei PCs erfolgt die Batteriepufferung meist mit [[Knopfzelle]] in Form einer auswechselbaren [[Lithiumzelle]] (3&nbsp;V) vom Typ CR2032 in einem [[Fassung (Technik)|Sockel]] auf der [[Hauptplatine]]. Bei älteren Hauptplatinen wurden für diesen Zweck [[Akku]]s bestehend aus drei [[Nickel-Cadmium-Akku|Nickel-Cadmium-Zellen]] (3,6&nbsp;V) eingesetzt. Je nach Einsatzzweck erfolgt auch die Versorgung aus einem [[Doppelschichtkondensator|Doppelschicht-]] bzw. Superkondensator.

Auf den gängigen Uhrenchips ist zusätzlich ein sogenanntes [[NVRAM]] untergebracht, das ebenfalls ständig von der Stromquelle gespeist („gepuffert“) wird. In PCs wird dieser NVRAM zum Erhalt der [[Systemfirmware]]-Grundeinstellungen (bei älteren Geräten ''[[BIOS (IBM PC)|BIOS]]-Einstellungen'' genannt und die Uhr daher auch ''BIOS-Uhr'') benutzt. Eine Zeitlang wurde auch ein Uhrenbaustein mit integrierter Batterie verbaut („[[Dallas-Chip]]“), was den Austausch erschwerte bzw. unmöglich machte<ref>{{Internetquelle |autor=Terry Stewart |url=http://www.classic-computers.org.nz/blog/2009-10-10-renovating-a-dallas-battery-chip.htm |titel=Fixing a Flat Dallas DS1287 Real Time Clock Chip |datum=2009-10-11 |abruf=2017-08-12 |sprache=en}}</ref>.

Sollte die Uhr bei ausgeschaltetem PC nicht weiter laufen oder gar auf die Vergangenheit zurückgestellt sein, so ist häufig die Batterie auf dem [[Hauptplatine|Mainboard]] leer.<ref>{{Internetquelle |url=http://praxistipps.chip.de/windows-7-uhrzeit-falsch-was-tun_11857 |titel=Windows 7: Uhrzeit falsch - was tun? |hrsg=Chip.de |datum=2013-09-11 |abruf=2017-08-06 |sprache=de}}</ref> In einem [[Notebook]] tritt das erst dann auf, wenn auch der Akku entladen ist bzw. entnommen wird, da der Akku das NVRAM ebenfalls puffert. Gelegentlich ist im Notebook die BIOS-Batterie ebenfalls als [[Akkumulator|Akku]] ausgeführt.<ref>{{Internetquelle |url=http://www.computerhilfen.de/hilfen-4-389867-0.html |titel=CMOS-Akku oder Batterie |hrsg=www.computerhilfen.de |datum=2012-03-22 |abruf=2017-08-06}}</ref>

Ein Teil des [[Jahr-2000-Problem]]s bei PCs rührte daher, dass der noch bei älteren Geräten eingesetzte Uhrenbaustein das Datum nicht selbständig auf das Jahrhundert umstellen konnte<ref>{{Internetquelle |url=https://www.heise.de/ct/artikel/Zeitbombe-286782.html |titel=Das Jahr-2000-Problem nimmt Gestalt an |werk=c't Magazin |hrsg=Heise Verlag |datum=1999-01-01 |abruf=2017-08-12}}</ref>, was weder vom [[BIOS]] noch von [[MS-DOS]] oder [[Microsoft Windows 98|Windows 98]] automatisch korrigiert wurde.

== Weblinks ==
{{Commonscat|Real-time clocks|audio=0|video=0}}

== Einzelnachweise ==
<references />

[[Kategorie:Uhrentyp]]
[[Kategorie:Hardware]]