EineEchtzeituhr (englischreal-time clock,RTC) oderphysikalische Uhr ist eineUhr, welche diephysikalische Zeit misst^[1]. Im Gegensatz dazu misst einelogische Uhr eine relative Zeit, die nicht der aktuellen Uhrzeit entspricht. Im Bereich derElektrotechnik bzw.technischen Informatik ist eine Echtzeituhr Teil eines computergesteuerten Gerätes bzw. desBetriebssystems 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 eigenenEnergiespeichers, etwa einer Batterie) auch bei ausgeschaltetem Gerät fortschreiben kann^[2].

Röntgenbild (re.) einer Echtzeituhr DS1287 mit zentrisch angebrachter Batterie (Knopfzelle) und im oberen Bildbereich der Schwingquarz

Die Funktionalität ist prinzipiell ähnlich der einerDigital-Quarzuhr-Schaltung. Es läuft ein Zähler, von einemSchwingquarz getaktet. Ein angeschlossenerMikroprozessor oder-controller liest dann die Registerstände aus, um sie weiterzuverarbeiten.

EineHardware-Uhr ist ein Chip, der im WesentlichenZählerregister und einenUhrenquarz alsTaktgeber enthält^[3]. Der Zähler wird bei jedem Takt des Frequenzgebers erhöht. Um die Zähler einfach zu halten, wird häufig eine Frequenz des Taktgebers von 32.768 Hz gewählt^[4]. Damit kann auf einfache Art durch wiederholtesHalbieren eine Frequenz von 1 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 benötigtenSchwingquarze sind oft Uhrenquarze und werden in großen Stückzahlen produziert und sind daher besonders preisgünstig. Außerdem sindCMOS-Schaltungen bei solch niedrigen Frequenzen besonders stromsparend, was für die Lebensdauer der Batterie bzw. der Akkuladung wichtig ist.

Bei einerSoftware-Uhr kommt dasTaktsignal über eineUnterbrechungsanforderung(Interrupt Request) von der Hardware, der Zähler wird vomBetriebssystem (also derSoftware) 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 einemZeitserver abgeglichen.

In einem PC arbeitet dasBetriebssystem nach dem Booten ausschließlich mit der Software-Uhr weiter.^[5] 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.^[6] DieUhrzeit der Echtzeituhr besteht zunächst nur aus einem Zählerstand (meistens in Sekunden seit derUnix-Epoche). Die Umrechnung in eine für Menschen verständliche Form sowie die Einbeziehung vonZeitzonen undSchaltjahren 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 mehrerenZeitservern zu erfragen und zusätzlich durch geschickte Umrechnungen die Verzögerung durch die Übertragungszeit auszugleichen. Siehe dazuCristians Algorithmus,Berkeley-Algorithmus und dasNetwork Time Protocol. Andere Möglichkeiten sind, das Signal einesZeitzeichensenders (z. B.DCF77) auszuwerten oder die Uhr vom Benutzer manuell einstellen zu lassen.

In einigen Geräten wird, um den Quarz und die Batterie einzusparen, als Zeitreferenz die Frequenz der Netzspannung genutzt. Sie wird zwischenTransformator undGleichrichterkapazitiv entkoppelt und auf den Sekundentakt geteilt (/50 oder /60 je nachNetzfrequenz)^[7]. 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.

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 einelogische Uhr.

Weitere Anwendungen sind verschiedene elektronische Haushaltsgeräte wie beispielsweiseRadiowecker,Mikrowellengerät, Steuereinheit einerHeizungsanlage.

Bei PCs erfolgt die Batteriepufferung meist mitKnopfzelle in Form einer auswechselbarenLithiumzelle (3 V) vom Typ CR2032 in einemSockel auf derHauptplatine. Bei älteren Hauptplatinen wurden für diesen ZweckAkkus bestehend aus dreiNickel-Cadmium-Zellen (3,6 V) eingesetzt. Je nach Einsatzzweck erfolgt auch die Versorgung aus einemDoppelschicht- bzw. Superkondensator.

Auf den gängigen Uhrenchips ist zusätzlich ein sogenanntesNVRAM untergebracht, das ebenfalls ständig von der Stromquelle gespeist („gepuffert“) wird. In PCs wird dieser NVRAM zum Erhalt derSystemfirmware-Grundeinstellungen (bei älteren GerätenBIOS-Einstellungen genannt und die Uhr daher auchBIOS-Uhr) benutzt. Eine Zeitlang wurde auch ein Uhrenbaustein mit integrierter Batterie verbaut („Dallas-Chip“), was den Austausch erschwerte bzw. unmöglich machte^[8].

Sollte die Uhr bei ausgeschaltetem PC nicht weiter laufen oder gar auf die Vergangenheit zurückgestellt sein, so ist häufig die Batterie auf demMainboard leer.^[9] In einemNotebook 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 alsAkku ausgeführt.^[10]

Ein Teil desJahr-2000-Problems bei PCs rührte daher, dass der noch bei älteren Geräten eingesetzte Uhrenbaustein das Datum nicht selbständig auf das Jahrhundert umstellen konnte^[11], was weder vomBIOS noch vonMS-DOS oderWindows 98 automatisch korrigiert wurde.

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1. ↑Synonyme bei Thesaurus. Abgerufen am 12. August 2017. 
2. ↑Echtzeituhr / ELVjournal. ELV Elektronik AG, abgerufen am 12. August 2017. 
3. ↑Die Hardware-Uhr. Technische Universität Braunschweig, abgerufen am 12. August 2017. 
4. ↑DS12885/87. (PDF) Maxim Integrated, April 2010, abgerufen am 12. August 2017 (englisch). 
5. ↑Time FAQ. beagle software, 19. März 2008, abgerufen am 6. August 2017 (englisch). 
6. ↑Forum. 8. März 2013, archiviert vom Original (nicht mehr online verfügbar) am 7. August 2017; abgerufen am 6. August 2017 (englisch).  Info: Der Archivlink wurde automatisch eingesetzt und noch nicht geprüft. Bitte prüfe Original- und Archivlink gemäßAnleitung und entferne dann diesen Hinweis.@1@2Vorlage:Webachiv/IABot/www.tomshardware.co.uk 
7. ↑Benedikt Wirmer: Digitaluhr mit Standard-Logik-ICs. 2006, abgerufen am 12. August 2017. 
8. ↑Terry Stewart: Fixing a Flat Dallas DS1287 Real Time Clock Chip. 11. Oktober 2009, abgerufen am 12. August 2017 (englisch). 
9. ↑Windows 7: Uhrzeit falsch - was tun? Chip.de, 11. September 2013, abgerufen am 6. August 2017. 
10. ↑CMOS-Akku oder Batterie. www.computerhilfen.de, 22. März 2012, abgerufen am 6. August 2017. 
11. ↑Das Jahr-2000-Problem nimmt Gestalt an. In: c't Magazin. Heise Verlag, 1. Januar 1999, abgerufen am 12. August 2017. 

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