A számítógép főbb részei és jellemzői központi egységnek perifériák

Átírás

1 2.2. A számítógép felépítése A számítógép főbb részei és jellemzői Számítógép ház tápegységgel Alaplap Processzor (CPU) Memóriák (RAM, ROM) Háttértárolók (merevlemez, CD/DVD, flash-memóriás tárolók) Illesztőkártyák (video, hang, hálózat) Beviteli eszközök (billentyűzet, egér, lapolvasó, mikrofon, webkamera, játékvezérlők, digitalizáló tábla) Kiviteli eszközök (monitor, projektor, nyomtató, hangszóró) Be- és kimeneti eszközök (modem, érintőképernyő, interaktív tábla) A CPU és a RAM együttesét központi egységnek nevezzük, a többi eszközt a perifériák közé soroljuk. Központi feldolgozó egység (Central Processing Unit: CPU): A processzor, melyet a számítógép agyának is szoktak nevezni, egy szilíciumlapkára épített nagy integráltságú komplex áramköri egység, mely műanyag tokozásban készül és az alaplapon egy foglalatba illesztve helyezkedik el. A processzor több, különböző feladatot ellátó részből áll: Vezérlő egység (Control Unit: CU): A vezérlő egység a számítógépek központi része, öszszehangolja és irányítja a számítógép többi egységének munkáját a végrehajtandó programnak megfelelően. Ütemezi a számítógép működését, érzékeli és felügyeli a megszakításokat. Szükség esetén vezérlőjelet küld az Input/Output vezérlő egységnek, az operatív tárnak, az ALU-nak. Aritmetikai-logikai egység (Aritmetical and Logical Unit: ALU): Feladata matematikai (aritmetikai műveletek(+,-,*,/), inkrementálás(1-gyel növelés), dekrementálás (1-gyel csökkentés) és logikai műveletek (és-and, vagy-or, tagadás-not, kizáró vagy-xor) elvégzése a memóriában tárolt adatokkal, relációkat értékel ki. A processzorokban általában kétféle műveletvégző egység található. Az egyik csak egész számokkal végez műveleteket, a másik pedig lebegőpontos számokkal (valós számokkal). Regiszterek: A processzorok a műveletben résztvevő operandusokat átmenetileg regiszterekben tárolják. Ezek kis elérési idővel rendelkező kisméretű (8, 16, 32, 64, stb. bites) átmeneti tárolók, melyek különböző feladatokat látnak el. Például: adatok, memóriacímek, vezérlési jelek, utasítások átmeneti tárolására alkalmasak. Cache: Mivel a számítógépen belül a processzorok rendelkeznek a legmagasabb órajellel, ezért előfordulhat, hogy ha egy köztudottan lassú memóriából adatot akar beolvasni a processzor, akkor a sebességkülönbségek miatt várnia kell az adatra. Ennek a várakozásnak a csökkentésére a processzorokba beépítenek egy átmeneti tárolásra alkalmas gyors memóriát, ami a processzorral azonos sebességgel működik. Amikor egy adatot a processzor megkap a memóriától, azt ebbe az úgynevezett cache memóriába helyezi el. Ha legközelebb szükség van ugyanerre az adatra, azt már ebből a gyorsítótárból tudja elővenni. A programok futásának sebességét tehát nemcsak a processzor órajele határozza meg, hanem a processzorba épített cache memória mérete is. (3 Mb). 1

2 2.2. A számítógép felépítése 2 Sebesség: Minden utasítás elemi lépésekre van felosztva, amit ütemnek nevezünk. Valamennyi ütem végrehajtása azonos ideig tart, ezt az időt ütemidőnek nevezzük. Az ütemidő a processzor sebességére jellemző, hiszen ez minél rövidebb, a processzor annál gyorsabban működik. A processzor gyorsaságát mégsem az ütemidővel jellemezzük, hanem annak reciprokával, amit órajel frekvenciának hívunk. A processzor órajel frekvenciája az egy ütem végrehajtásához szükséges idő reciproka, azaz az egy másodperc alatt végrehajtott ütemek száma. Mértékegysége a Hz és többszörösei. A másik mérőszám a teljesítmény oldaláról közelít: azt adja meg, hogy időegység alatt hány utasítást hajt végre a processzor. Mértékegysége: MIPS (Million Instruction Per Second) Adatszó-hossz: Meghatározza, hogy hány biten ábrázolt adatot képes a processzor egyszerre feldolgozni. Címtartomány: Mekkora a processzor által egyszerre megcímezhető rekeszek száma. Ha a címtartomány 32, akkor a fizikailag megcímezhető memóriakapacitás 2 32 bájt=2 30 *2 2 bájt=4 Gbájt. Hűtőventillátorok: A processzorok a hatalmas számítási teljesítményt jelentős áramfelvétellel képesek megoldani. Ennek mellékhatása, hogy a felhasznált elektromos energia egy része hővé alakul. Ezt a processzortól el kell vezetni, mert az túlmelegedés hatására tönkremehet. A hűtést hűtőventillátorokkal oldják meg. 2

3 2.2. A számítógép felépítése 3 Memóriák: A memória elektronikus adattárolást valósít meg. A számítógép csak olyan műveletek elvégzésére képes, melyek a memóriájában vannak. A memória azonos méretű tároló rekeszek összessége. Minden rekesznek van egy sorszáma (memóriacíme), amivel azonosítani tudjuk. Amikor a processzor megcímez egy memóriarekeszt, akkor ez azt jelenti, hogy a rekeszhez rendelt sorszám segítségével megkeresi azt a rekeszt, amellyel dolgozni akar. Memóriák RAM (Random Access Memory) Véletlen elérésű memória Írható-olvasható memória. Felejtő memória: tartalma kikapcsoláskor törlődik Olyan tárolóegység, melyben az éppen futó programok utasításai és a feldolgozás alatt lévő adatok a processzor számára elérhetőek. A gyorsítótár (cache) is RAM típusú. Statikus RAM, SRAM (Static Random Access Memory). Minden memóriacellát egy kétállapotú tároló alkot, amelyet több tranzisztor alkot, ezért bonyolultabb, és drágább kivitelű. Előnyei: fogyasztása rendkívül kicsi nagyságrendekkel nagyobb a sebessége, mint a dinamikus RAM-nak. nem szükséges a tartalmat frissíteni, tápenergia meglétéig tárol. Dinamikus RAM, DRAM (Dynamic Random Access Memory). Egy memória cellát egy kondenzátor és egy tranzisztor épít fel. Az információt addig tárolja, amíg a kondenzátor ki nem sül. Az információ elvesztését kiküszöböli a memória frissítése. Előnye az olcsósága, kis mérete, hátránya a frissítés szükségessége, valamint kisebb sebessége. (Read Only Memory) ROM Csak olvasható memória Nem felejtő memória, tartalma kikapcsolás után megmarad. Ilyen memória a ROM BIOS, ami a gép működéséhez szükséges BIOS-t (Basic Input Output System, alapvető ki-és bemeneti rendszer) tartalmazza, ami a hardveres és szoftveres részek közötti kapcsolat megvalósítására alkalmas. ROM: tartalmát gyártáskor nyeri el, ami már nem változtatható. PROM: programozható ROM, egyszer írható memóriatípus. EPROM: törölhető és programozható ROM, tartalma UV fénnyel törölhető, majd újraírható. EEPROM: elektromosan törölhető és újraírható ROM. Ilyen flash memória pl. a pendrive és a memóriakártyák 3

4 2.2. A számítógép felépítése 4 Buszrendszer: A processzor, a memóriák, valamint a perifériák közötti adatátvitelt a buszrendszer (vagy sínrendszer) biztosítja. A számítógépen belül a legfontosabb adatáramlási útvonalak a következők: processzor memória (írás és olvasás) processzor perifériák (input és output) memória perifériák (közvetlen memória elérés) A számítógép sínrendszere olyan sok vezetékből álló szabványos vezetékrendszer, amelyen az adatok, a címek és a vezérlőjelek meghatározott, rögzített módón vihetők át. A buszrendszernek az alábbi feladatokat kell elvégeznie: ki kell választani az adatátvitelben szereplő két egységet meg kell határozni az adatátvitel irányát (írás vagy olvasás, input vagy output) szinkronizálni kell az érintett egységek működését át kell vinni az adatokat A sínrendszeren az adatátvitelt a kiválasztott két egység egyike kezdeményezi. Az adatátvitelt kezdeményező részegységet aktív eszköznek, míg a másikat passzív eszköznek nevezzük. Aktív eszköz a processzor, vagy valamelyik periféria lehet, passzív eszköz a memória vagy valamelyik periféria lehet. Címbuszon a számítógép eszközeinek regisztercímei és memóriacímek áramlanak. Az adatátvitelben résztvevő egységek (memóriarekeszek, perifériák) kiválasztását biztosító jelek. A vezetékeinek száma meghatározza a címezhető memória méretét. (Egy 32 vezetékből álló (32 bites) címbusz 2 32 rekesz megkülönböztetését biztosítja. Egy rekesz mérete 1 bájt, így a címezhető memória mérete 2 32 bájt=4 Gbájt.) Adatbusz a feldolgozás adatainak továbbítását végzi. Vezetékeinek száma az egyszerre továbbítható adatmennyiséget határozza meg. Leggyakrabban az adatok mindkét irányú átvitelét azonos vonalak végzik. Vezérlőbuszon különböző vezérlőjelek haladnak. A vezérlőjelek küldésére és fogadására szolgáló vezérlő vonalakat tartalmaz. A vezérlőjeleket több csoportba sorolhatjuk: Adatátvitelt vezérlő jelek: az adatok küldését és fogadását végző részegységek közötti összehangolt működést biztosítják. Megszakítás 1 vezérlő jelek: a perifériák program megszakításra vonatkozó kérelmeit juttatják el a processzorhoz, illetve a processzor nyugtázó jelét továbbítják a perifériák felé. Alaplap: Az alaplapok a számítógép működéséhez nélkülözhetetlen nyomtatott áramköröket tartalmazzák. A PC-k fejlődése során egyre több áramkör került az alaplapra. Az alaplapon helyezkednek el: ROM-BIOS: A BIOS (Basic Input Output System - Alapvető ki és bemeneti rendszer) az alaplap lelke, a hozzá csatlakoztatott eszközök felismerésében, valamint a hardveres-szoftveres kommunikációban játszik kulcsfontosságú szerepet. Memóriafoglalatok: Az SDRAM-okból (Synchronous Dynamic Random Acces Memory - Szikron átvitelű dinamikus közvetlen memória) álló kis memória kártyácskákon megvalósított operatív tár helyezkedik itt el. 1 Megszakításokra a számítógép párhuzamosan működtethető egységei miatt van szükség. Ezek legtöbbször perifériák, melyek csak az indítást kérik a CPU-tól, majd valamilyen intelligens vezérlő gondoskodik a feladat végrehajtásáról. Megszakítás jöhet létre pl: nyomtatóból kifogyott a papír; kivettük a CD-t, pedig még a pr. használni szeretné; a pr. 0-val oszt, vagy negatív számból szeretne négyzetgyököt vonni; vagy csak egyszerűen lenyomunk egy billentyűt, kattintunk az egérrel. 4

5 2.2. A számítógép felépítése 5 Integrált videokártya és csatlakozói: HDMI csatlakozó (High Definition Multimedia Interface), mely az audio és videoanyagot tömörítetlen, veszteségmentes formában képes továbbítani; valamint VGA csatlakozó (Video Graphic Array) és a DVI csatlakozó (Digital Visual Interface). Integrált hangkártya és csatlakozói: S/PDIF (Sony/Philips Digital Interconnect Format - A Sonyi és Philips cég közös digitális interfésze). Integrált hálózati kártya és csatlakozója: Csatlakoztatásra RJ45-ös aljzat áll rendelkezésre. USB (Universal Serial Bus- Univerzális soros busz) vezérlők és portok: USB portok a plug and play technika népszerűséges és egyszerűsége miatt szintén az alaplapok állandó elemei. 4-8 felszerelt port, és további 4-6 elő vagy hátlapi bővítés valósítható meg. Egyéb perifériás csatlakozók: PS/2: A ma használatos egér és billentyűzetaljzat. Szabványosított színkódja szerint a lila a billentyűzet, a zöld az egér csatolópontja. Az USB-s eszközök megjelenésével kezd kiszorulni. RS-232 (soros port): Ritkán használatos port, régen az egeret, modemet és konzolokat csatlakoztattak hozzá. Lassú átviteli sebessége miatt az USB felváltotta. LPT (nyomtató vagy párhuzamos port): Céges alkalmazásban lévő régebbi mátrix és tintasugaras nyomtatók olcsósága miatt ma is használatban van. Firewire: Szokás IEEE 1394-nek is nevezni a hivatalos szabványa miatt. Nagy sávszélű, az USB-hez hasonlóan soros átvitelű rendszer, leggyakrabban digitális kamera csatlakoztatására használható. esata: A belső Sata csatlakozó külső kompakt kivezetése, melyre külső adattároló eszközök illeszthetőek. Előnye, hogy az eszközök az operációs rendszer újraindítása nélkül is fel és lecsatlakoztathatóak (hot plug). Alaplapi bővítő foglalatok: PCI (Peripheral Component Interconnect) aljzat: alkalmas különféle hang, hálózati, USB és egyéb átalakító kártyák befogadására. AGP foglalat: (Accelerated Graphics Port) gyorsított grafikus csatoló videokártyák számára. PCI Express foglalatok: Olyan állandó bővítő foglalat, mely soros átvitelt valósít meg és igen nagy adatátviteli sebességre képes. Processzorfoglalat + ventilátor csatlakozó Háttértárak csatolófelületei: merevlemezes és optikai meghajtók kapcsán három típus nevezhető meg: SCSI port ritkán található alaplapra szerelve, speciális szerveralaplapok esetén fordul elő, ezért szükséges adapterkártya használata. Valójában egy sínrendszer, amely a különböző perifériák (maximum 16 db) csatlakoztatására szolgál. PATA szabvány optikai meghajtók esetén még ma is használatos, merevlemezek már inkább SATA szabványt követnek. SATA szabvány egy-két optikai meghajtó és nagykapacitású winchesterek során használatos. Az alaplapok jellemző adatátviteli pontjai az északi és déli hídnak is nevezett chipek, melyek összeköttetést biztosítanak minden fontos port és foglalatba helyezett eszköz között. Az északi híd biztosítja a kapcsolatot a legfontosabb hármas, a processzor, az operatív memória és a videokártya között. A két híd kapcsolatban áll egymással, mivel a déli híd nem áll közvetlen kapcsolatban a processzorral, ezért az lassabb, az északi híd által közvetetten kommunikál vele, ezért az gyorsabb. 5

6 2.2. A számítógép felépítése 6 CMOS RAM + elem az ellátásához: BIOS beállításait is egy 3 V-os lítium-elemről működő CMOS memória (SRAM) tárolja, akár több évig is. Tápfeszültség csatlakozó: 220 V-ot transzformálja le. 6

7 2.2. A számítógép felépítése 7 S/PDIF: (Sony/Philips Digital Interconnect Format RJ45 adapter USB 3.0 7

8 2.2. A számítógép felépítése 8 PS/2 RS 232 LPT port 8

9 2.2. A számítógép felépítése 9 PCI-Express 9

10 2.2. A számítógép felépítése 10 10

11 2.2. A számítógép felépítése 11 Két SCSI csatlakozó 11

12 2.2. A számítógép felépítése 12 BIOS 12

13 2.2. A számítógép felépítése 13 CMOS-RAM Tápegység és csatlakozói 13