A hardver architektúrája. A szoftver architektúrája. Készítette: Csatlós István

Átírás

1 A hardver architektúrája A szoftver architektúrája Készítette: Csatlós István

2 Mit értsünk architektúra alatt? Egy digitális számítógép bizonyos szintű általános specifikációja, beleértve az utasításkészletének, társzervezésének és címzési módjainak, az I/O műveleteknek (és vezérlésüknek) a felhasználói leírását is. (Ebben az értelemben lehetnek hasonló architektúrával rendelkező számítógépcsaládok, melyeknél a megvalósítás különbözhet. A felhasználó, programozó szempontjából az architektúra azonossága biztosítja a kompatibilitást.) Egy másik (villamosmérnöki, hardvertervezői) szempontból az architektúra egy számítógép (rendszer) lényeges részeinek, fő elemei kapcsolódásának leírását jelenti. Ez lehet blokkdiagram, kapcsolási rajz (különböző részletességben), de lehet a felépítés (részben) szöveges leírása is. Mi a tanulmányaink első (nagyobbik) részében az un. Neumann-architektúrájú számítógépekkel foglalkozunk. 2

3 A számítógépes hardver szerkezete A számítógép feladatai: Adatok bevitele Adatok tárolása Adatok feldolgozása Adatok kivitele Számítógép blokkvázlata 3

4 A számítógépes szoftver szerkezete Azon programok összessége, amelyek a felhasználó feladatait oldják meg: Hasznos segédprogramok, melyek a felhasználó munkáját könnyítik meg: Azok a programok, pontosabban az a programrendszer, amely a gép egyes berendezéseit működteti: Felhasználói szoftver Rendszerközeli szoftver Rendszerszoftver 4

5 A különböző architektúrák elkészítésének alapelve Rétegezettség (Layered architecture) elve, lényege: Egy alsóbb réteg szolgáltatásokat biztosít a felső rétegnek. Biztosít egy magasabb absztrakciós szintű virtuális utasításkészletet. A felső réteg nem látja az alatta lévő réteg megvalósítását, annak részleteit, csak a virtuális utasításkészletét. A még lejjebb lévő rétegek részletei pedig teljesen el vannak rejtve a felső réteg elől: a közvetlen alatta lévő réteg elszigetel. Jól meghatározott protokollok és interfészek kellenek az egyes rétegek között. 5

6 A hardver elemei: a ház és a tápegység Háztípusok 1. Baby ház Fekvő elrendezésű ház. A meghajtó bővítő-helyek száma gyártófüggő. A számítógépház alján különböző furatok teszik lehetővé az alaplap biztonságos rögzítését. A fedél rögzítése háromféleképpen történhet: 1. Csavarok tartják, melyek kicsavarása után a fedél az előlappal együtt lehúzható a fém tartóvázról. 2. Csavarok rögzítik a fedelet, ez azonban nincs összeépítve az előlappal, így a fedél felfelé egyszerűen leemelhető a házról. 3. A fedél hátsó részét csavarok, míg az első részt két retesz rögzíti. A reteszeket benyomva a ház fedele felnyitható. 6

7 A hardver elemei: a ház és a tápegység Háztípusok 2. Mini torony Az előlapon találhatók a kezelőszervek. Általában két meghajtó építhető bele, de ez gyártótól függ. Az alaplap függőlegesen helyezkedik el és egy fémlemezre van szerelve. Ezt a lemezt csavarok rögzítik a ház keretéhez. Így a kártyák vízszintesen helyezkednek el. A fedél csavarokkal van rögzítve a kerethez. 3. Midi torony Hasonló, mint a mini torony, azonban a bővítő-helyek számát megnövelték és a doboz méretei nagyobbak. Általában három meghajtó szerelhető bele. 7

8 A hardver elemei: a ház és a tápegység Háztípusok 4. Torony, vagy nagytorony A toronyházak közül a legnagyobb méretű. Általában a nagyteljesítményű szerverekhez használják. Minimum öt meghajtó építhető bele. 5. Slim (vagy baby) ház Ez is egy fekvő ház, azonban a magassága pontosan akkora, hogy egy 3,5 floppy függőlegesen elfér benne. Az alaplap vízszintesen fekszik benne, de a bővítőkártyák nem férnek el függőlegesen. A megoldás egy olyan bővítőkártya használata, melyen két kártyacsatlakozó hely van és az alaplap csatlakozójába dugható. Így a bővítőkártyák is vízszintesen helyezkednek el. 8

9 A hardver elemei: a ház és a tápegység Háztípusok 6. ATX ház A mai legkorszerűbb házak. Kialakításukkor megalkottak egy szabványt, melyet ATX szabványként ismerünk. Ez kimondja, hogy minden csatlakozó az alaplapra kerüljön előre rögzített helyre. Az alaplap méreteit is és a felfogatás helyeit is meghatározták. Az ATX alaplapoknak új típusú tápcsatlakozójuk van, melyen keresztül kihasználhatják az ATX ház intelligens tápjának tulajdonságait. Ezek közül a szolgáltatások közül a legfontosabb, hogy az előlapon lévő POWER kapcsoló közvetlenül nem a tápot kapcsolja le, hanem csak takarék üzemmódba helyezi azt. (Általában ezeknek a házaknak a tápegységeit is kikapcsolhatjuk a ház hátulján található kapcsolóval.) 9

10 A hardver elemei: a ház és a tápegység Tápegység Követelmények a tápegységgel szemben: A rendelkezésre álló tápforrás feszültségének átalakítása a készülék üzemeltetéséhez szükséges egyenfeszültséggé. Az előállított feszültség stabilizálása. Rövid időtartamú bemeneti feszültség-kimaradás esetén a kimeneti feszültség szünetmentes biztosítása. A táplált áramkör védelme a bemenetről származó tranziensektől vagy a tápegység meghibásodásától. A tápegység kimenetének a bemenettől való galvanikus leválasztása. 10

11 A hardver elemei: a ház és a tápegység Tápegység (elektromos) Üzemmód szerinti csoportosítás: Lineáris tápegység: kisebb elektronikus eszközökben használják. Kapcsolóüzemű tápegység: a számítógépekben ezt a típust alkalmazzák. Előszabályozott tápegység: csak ritkán, speciális esetekben használatos. A kapcsolóüzemű (stabilizált) tápegység a számítógép áramkörei részére 4 féle feszültséget állít elő: +5 V, -5 V, +12 V, -12 V, valamint a hűtőventillátor számára egy külön +12 V-os feszültséget. 11

12 A hardver elemei: a ház és a tápegység Tápegység kapcsolóüzemű tápegység vázlata: Egyenirányító DC-DC konverter A kapcsolóval néhány tíz khz-es négyszögjelet képezünk. Nagyfrekvenciás trafó, mely a galvanikus elválasztást is biztosítja. Az átalakított feszültséget újra egyenirányítjuk és szűrjük. - A stabilizálást a szabályozó és a meghajtó áramkör végzi. (Power-Good jel) 12

13 A hardver elemei: az alaplap AT (spec.) alaplap felépítése 13

14 A hardver elemei: az alaplap Mikroprocesszor (µp): NMOS, ill. CMOS technológiával készülő nagy bonyolultságú és magas integráltsági fokú félvezető lapka. Pl. egy Pentium II-es chip, melynek mérete 15x15 mm, 7,5 millió tranzisztort tartalmaz, a rajta lévő vezető vonalak mérete 0,25 µm. Ugyanakkor a belső tápfeszültsége 2 V, így igen nagy a hőfejlődés (disszipáció), amelytől a processzort védeni kell. (Erre a célra hűtőbordákat és hűtőventillátort alkalmaznak.) 14

15 A hardver elemei: az alaplap Mikroprocesszorok csoportosítása: - szóhosszúság bit; - utasításformátum CISC, RISC, MMX, SSE, SSE2, SSE3, SSSE3; - utasításkészlet ; - ciklusidő 4,77.. >2 GHz; - címezhető memória 64 kb.. 64 GB; - buszrendszer bit, Mhz. 15

16 A hardver elemei: az alaplap Mikroprocesszorok részei, működése: 16

17 A hardver elemei: az alaplap Mikroprocesszorok részei: Regiszterek - A mikroprocesszor regiszterei nagyon gyors működésű átmeneti tárolók. - Statikus RAM-ok ból alakítják ki őket, így elérési idejük ns nagyságrendű, ez 10-szer, 100-szor gyorsabb, mint a számitógép operatív táráé. - A processzor típusától függően 8, db regisztertárat tartalmaz. - Egy regiszter tárolókapacitása általában egy szó (32 bit). - Léteznek rendszerregiszterek, melyekhez a felhasználó nem férhet hozzá, és általános célú regiszterek, melyeket a programok is használhatnak. 17

18 A hardver elemei: az alaplap Mikroprocesszorok részei: Regiszterek Tipikus regiszterek: - Akkumulátor (A): Az akkumulátor tárolja az aritmetikai/logikai műveletek operandusait, és általában az eredmény is ide kerül. - Az akkumulátoron kívül a processzornak van még B, C, D, E, H és L regisztere, a H és L regiszter a memória címzésére szolgál, a többi rendeltetése tetszőleges. - Utasításregiszter (IR): Itt tárolja a processzor a végrehajtandó utasítás műveleti kódját, tartalmát a vezérlőegység értelmezi és előállítja a műveletek végrehajtásához szükséges vezérlő jeleket. - Utasításszámláló (PC): Mindig a következő végrehajtandó utasításra mutat, tartalma automatikusan inkrementálódik, értéke programozottan módosul, a megcímzett rekesz tartalma általában az utasításregiszterbe kerül. - Adatszámláló regiszter (DC): A beolvasandó adatra mutat, a megcímzett rekesz tartalma általában az akkumulátorba kerül, értéke programban módosítható. - Címregiszterek - Adatregiszterek - Rendszerregiszterek: - Címbusz regiszter (Memory Address Register) - Adatbusz regiszter (Memory Data Register) 18

19 A hardver elemei: az alaplap Mikroprocesszorok részei: Aritmetikai és logikai egység ALU feladatai: 1. Bináris összeadás 2. Boole-algebrai műveletek: (AND, OR, XOR, NOT) 3. Léptetés jobbra-balra 4. Komplemens képzés 5. Állapotjelzők előállítása (Flag) 19

20 A hardver elemei: az alaplap Mikroprocesszorok részei: Aritmetikai és logikai egység Boole-algebra műveletei: - Tagadás (INVERTÁLÁS, NOT): F=A - ÉS (AND) : F 2 =A B ( Ha a változók egyidejűleg egyeznek, akkor igaz! ) - VAGY (OR) : F 2 =A+B ( Ha legalább az egyik igaz, igaz a függvény is! ) - NAND (NEM-ÉS) : F 2 =A B ( Akkor hamis a függvény, ha mindkettő igaz! ) - NOR (NEM-VAGY) : F 2 =A+B ( Akkor igaz, ha mindkettő hamis! ) - XOR, (ANTIVALENCIA, KIZÁRÓ VAGY) : F 2 = + ( Akkor hamis, ha mindkettő ugyanaz! ) - MEGENGEDŐ ÉS : F 2 = + ( Akkor igaz, ha mindkettő azonos! ) 20

21 A hardver elemei: az alaplap Mikroprocesszorok részei: Aritmetikai és logikai egység Az aritmetikai műveletek mind visszavezethetők az előbb látott logikai műveletekre. Ezeket a műveleteket az ALU belsejében kapuáramkörökkel valósítják meg. AND NAND OR NOR NOT XOR MEGENGEDŐ VAGY Például a bináris összeadást visszavezetjük egy bináris XOR, valamint AND műveletre, mely utóbbi az átlépést végzi. 21

22 A hardver elemei: az alaplap Mikroprocesszorok részei: Aritmetikai és logikai egység Boole-algebra azonosságai: 22

23 A hardver elemei: az alaplap Mikroprocesszorok részei: Vezérlőegység (CU) -A vezérlőegység kiolvassa a memóriából a szükséges adatokat, utasításokat, értelmezi és végrehajtja az utasításokat, vezérli az ALU-t, engedélyező jeleket generál. -Összehangolja a CPU többi egységének működését. -Tartalmazza a mikroprogramtárat. (Utasításkészlet függ tőle.) - A vezérlőegység feladata, hogy a megfelelő adatok a megfelelő helyen és a megfelelő időben rendelkezésre álljanak. 23

24 A hardver elemei: az alaplap Az Intel Pentium Pro az első 6. generációs processzor mikroarchitektúrája - 64 bites adatsín és 36 (32+4) bites címsín így 64 GB a max. címezhető memória. - 2,9 V-os tápfeszültséget igényel. - Socket7, majd Socket8 foglalatba helyezhetők voltak. - Három utas szuperskalár architektúrájú, vagyis 3 utasítást tud egy órajel alatt végrehajtani. -2 db 8 kb-os L1 cache, és 1 db 256 kb-os L2 cache (,mely 1 MB-ig bővíthető) - Először 0,6 m (P54-esben), majd 0,35 m-es technológia (P54C-ben). - Teljesen CMOS gyártástechnológiával készült. 24

25 A hardver elemei: az alaplap Az Intel Pentium II processzor architektúrája -MMX bővített utasításkészlettel rendelkezik a Pentium Pro alapokra épülő Pentium II processzor (P55C), melyet már SLOT1 csatlakozóval láttak el, utasításkészlete kiegészül 57 MMX utasítással. - E processzorban megnövelték az L1 cache méretét 32 kb-ra. - Tápfeszültsége 2,8 V. - S 512 kb külső cache is elhelyezésre került benne. - A 0,35 m-es technológiára épül, és 7,5 millió tranzisztort tartalmaz. - A Celeron processzor a PII egyszerűsített változata, nincs benne L2 cache. - A Xeon jelzésű felső kategóriás processzort szerverekbe szánták. 25

26 A hardver elemei: az alaplap Az Intel Pentium III processzor architektúrája -Az első ilyen processzor magja Katmai kódnéven jelent meg 1999 februárjában. Nagyon hasonlított az elődjeihez. - A legszembetűnőbb változás az SSE utasításkészlet támogatása, mely a multimédiás és 3D grafikát segítette. - Az L1 cache méretét 32 kb, melyből 16 kb az adatoké, 16 kb az utasításoké. A másodlagos cache 512 kb méretű. - A buszsebesség 100 MHz -Először 0,25 m-es, majd 0,18 m-es (1999 Coppermine), végül 0,13 m-es technológia (Tualatin). (Átlépik az 1 GFLOPS-os álomhatárt.) - A Celeron processzor a PIII egyszerűsített változata. - A Xeon jelzésű felső kategóriás processzort szerverekbe szánták. 26

27 A hardver elemei: az alaplap Az Intel Pentium IV processzor architektúrája -A Pentium szériát a PIV követte, melyben a Tualatin kódnevű mag dolgozott. Ami alapul szolgált egy másik processzorcsaládhoz, a Pentium M-hez is. - A 0,13 m-es technológia esetében, mely 2001-ben került piacra, 1 GHz 1,4 GHz-es órajel mellett, 133 MHz-es FSB (Front Side Bus)-t használ, s Socket 370-es foglalatba helyezhető. - A másik vonal a Pentium 4-nél a NetBurst, ami az energiatakarékos Intel Core architektúra alapjává vált. 27

28 A hardver elemei: az alaplap Az Intel Pentium Dual-Core processzor architektúrája - Core 2 alapú, kétmagos processzor, 1 v. 2 MB L2 cache-sel, később 3 MB, 4MB, ill. 6MB - Az első változat, az (Allendale) csökkentett 200 MHz-es FSB-vel jelent meg. A későbbi változatokban ezt megnövelték 266 MHz-re, majd 333 MHz-re. E változat neve: Core 2 Duo. - A 65 nm-es gyártástechnológiának és egyéb architektúrális változtatásoknak köszönhetően gyorsabb, mint egy azonos órajelű Pentium D processzor, és a hőtermelése is kisebb. A technológia további fejlődésével 45nm-re csökkentették a méretét. E változat neve: Core 2 Duo (Merom ill. Conroe kódnévvel, rendkívül energiatakarékosak). - Az új változat további nagy újítása, hogy hardver szinten támogatja a Virtualizációs Technológiát (Intel VT). 28

29 A hardver elemei: az alaplap Chipset - chipkészlet ban az új PII-höz kifejlesztették az FX jelzésű chipsetet, mely sok tekintetben megegyezik az előzővel HX ill. VX-szel. - Az LX jelűtől kezdődően e chipek közül az egyik feladatai: processzor, memória, PCI slot-ok, grafika (AGP) kezelése, valamint a Power Management megvalósítása. - a másiké pedig: az EIDE vezérlése (Ultra DMA, PIO Mode, Bus Master IDE adatátvitel), USB portok kezelése, ISA busz és slot-ok megvalósítása, valamint a billentyűzet, az RTC (Real Time Clock), és a BIOS kezelése. - Az RS232-es soros, ill. az LTP párhuzamos port-okat, valamint az IrDa infra port-ot, egy újabb chip valósítja meg. 29

30 Párhuzamosság fejlődése PLP Level of parallelism (IPC/OPC) TLP SMT/HT SMP/w. SMT SMP 1. G. * P4 3. G. * P EE G. * PD (Smithfield) Intra-instr. parallelism (by SIMD instr.) 2.5 G. * PII 3. G. * PIII ILP Issue parallelism (by superscalar issue) 1. G. * Pentium 2. G. * PPro Temporal parallelism (by pipelining) 1. G. * G. * 486 Sequential processoring * * t Performance Complexity Memory Bandwidth Branch prediction accuracy SMT: Symmetrical Multithreading SMP: Symmetric Multiprocessing IPC: Instructions per Cycle OPC: Operations per Cycle 30

31 A hardver elemei: az alaplap Intel 440LX, Intel 440EX és Intel 440ZX - Használható PII-vel, vagy Celeronnal - Támogatja a 2 processzoros rendszert. - Használható 100 és 66 MHz-es buszfrekvencián. - 1 GB SDRAM-ot támogat. - Az EX az LX Celeronra optimalizált változata. - A ZX a BX kisöccse. Nem támogat 2 processzort, és csak 256 MB SDRAM kezelésére alkalmas. 31

32 A hardver elemei: az alaplap Intel 440GX és Intel 450NX - Kétprocesszoros PII Xeon rendszerekre került kifejlesztésre. - Frekvencia: 250 MHz, max. 2 GB operatív RAM támogatás. - Négyprocesszoros Xeon rendszer támogatására fejlesztették ki a 450NX chipset-et. Max. 8 GB EDO/DRAM-ot kezel. Az AGP-t nem támogatja, csak a PCI-t. 32

33 Intel 810 A hardver elemei: az alaplap - Új grafikus chippel (i752) integrált chipset (1999 április). A 440BX AGP chipset-re épül. - Támogatja a PII, PIII processzorokat, 64 bites 100 MHz-es SDRAMból 2 modult támogat. - Rendszerbusz frekvenciája 66 és 100 MHz között lehet. - Két I/O vezérlőt ajánl, a 82810AA chip-et, ill. a 82810AB jelűt. - A chipset 3. alkotó eleme a 82802AB (ill AC) chip, mely a rendszer és a videó BIOS-t tartalmazza. 33

34 A hardver elemei: az alaplap Intel Az Intel Pentium 4 processzorhoz tervezték. Ezt a processzort eredetileg Intel 850 chipset támogatással vezették be, de a 845-ös chipset kiegészíti a 850-est, hiszen támogatja a költség hatékony PC133 SDRAM-okat, és a nygy sávszélességű DDR200/266 SDRAM-okat is. - A 845-ös chipset 1. fő része a ös memóriavezérlő, mely támogatja a 400 MHz-es rendszerbusz frekvenciát, s a fent leírt memóriamodulok használatát, valamint az AGP 4X (1,5 V) interface-en keresztül a grafikát. - A másik fő része a 82801BA I/O controller hub, mely a perifériákhoz való gyorsabb hozzáférést biztosítja. (E termék támogatja az i815, i810, i850-es chipset-eket is!) - Egyéb szolgáltatásai: LAN Connect Interface, Dual USB, Ultra ATA/100, Intel Alkalmazás Gyorsító, AC97, Alvó üzemmód (Pov. Man.) 34

35 A hardver elemei: az alaplap Intel Az Intel Pentium 4 processzorhoz tervezték. Az Internet és különféle üzleti alkalmazások támogatására. Az Intel kezdetben a RAMBUS-ban látta a PIV-esekhez szükséges nagy sávszélességű RAM-ok egyetlen megoldási lehetőségét. - Direkt audió és videó pipeline - A másik fő része a 82801BA I/O controller hub, mely a perifériákhoz való gyorsabb hozzáférést biztosítja. (E termék támogatja az i815, i810, i850-es chipset-eket is!) - Egyéb szolgáltatásai: LAN Connect Interface, Dual USB, Ultra ATA/100, Intel Alkalmazás Gyorsító, AC97, Alvó üzemmód (Pov. Man.) 35

36 A hardver elemei: az alaplap További rendszereszközök: Órajelgenerátor A számítógép digitális elektronikára épül. Képzeljük csak el milyen kavarodás lehetne abból, ha a különböző egységek össze-vissza küldenék jeleiket, hiszen egyik előbb elkészülne mondjuk, mint a másik. Ez persze csak az egyik gond ami miatt a számítógép un. szinkron módon működik. Ez azt jelenti, hogy a különböző egységek egyazon "ütemre" működnek. Ez az ütem az órajel, amely egy állandó frekvenciájú impulzus sorozatot jelent. Ezt a jelet állítja elő az órajelgenerátor. E jel sebességétől, gyorsaságától függ elsősorban a számítógép műveletvégző sebessége. Ez az eszköz az összes elemre be van kötve, de csak egy irányban. Ez az egyetlen egység amelyet nem vezérel a CPU. 36

37 A hardver elemei: az alaplap További rendszereszközök: BIOS -A BIOS tartja a kapcsolatot a hardver és az operációs rendszer között. -Az operációs rendszerre épülnek a felhasználói programok. -A BIOS teszi lehetővé, hogy az operációs rendszer elérhesse a számítógép áramköreit (erőforrásait). -A BIOS-t az alaplap gyártója készíti el az alaplapra integrált áramköröket figyelembe véve. A BIOS tehát önálló programmodulok gyűjteménye. Boot folyamat: - Bekapcsolási önteszt, feladata a tápfeszültség vizsgálata, ha rendben tápjel küldés az alaplapnak. - Működésbe lép az alaplap órajel generátora. - A processzor, s a többi áramkör működni kezd. - A processzorban megtalálható az a cím, ahonnan az 1. utasítást be kell olvasni. Itt egy ugró utasítás van, amely átadja a vezérlést a ROM-BIOS-nak. - BIOS kiolvas egy jelzőbitet, amely alapján eldönti, hogy hideg-, vagy melegindítás történt-e. - Hidegindításkor lefut egy diagnosztikai program, (Post: Power-On Self Test), hibaüzenet (POST kód). - Majd megkeresi az aktuális lemezen a Boot rekordot. 37

38 A hardver elemei: az alaplap További rendszereszközök: Belső tároló (memória) Félvezető memóriákkal szembeni elvárások: - Növekszik az igény a kapacitás növelésére (egyben a címtartomány növelésére), méghozzá az egységnyi költségre eső kapacitás növelésére. - Még jelentősebben növekszik az igény az elérési idő csökkentésére. A mai processzorok általában sokkal gyorsabbak, mint a kommerciálisan beszerezhető memóriák: pl. nem különleges egy 30 MHz-es órajelű, ezzel 33 ns ciklusidejű processzor, míg egy átlagos dinamikus RAM elérési ideje nagyobb, mint 100 ns. 38

39 A hardver elemei: az alaplap További rendszereszközök: Belső tároló (memória) Memóriatípusok DRAM (Dynamic Random Access Memory) csipek. Ezeknél a tároló kialakítása folytán magához a tároláshoz megkövetelt a tárolt adatok "mozgatása", ciklikus kiolvasása és "frissítése" (jelszintek megemelése). Jó példa ezekre a MOS (Metal Oxid Semiconductor), ill. MOS alapú (CMOS, NMOS stb.) technológiákkal megvalósított tároló család. Továbbfejlesztése az SDRAM. Az SRAM-ok (Static RAM) külön említést érdemelnek. Ezek "random elérésűek" és írható olvasható memóriák, kiolvasási idejük hallatlanul gyors, szinte nulla idejű. Viszont relatíve drágák és jelentős az energiaigényük. Kialakításuk nemcsak drága, hanem különleges hűtési viszonyokat is igényelnek. Mindenesetre ilyenekből szokás kialakítani az ún. cache tárakat, a gyorsítótárakat. SDRAM (Synchrounus DRAM) RDRAM (Rambus DRAM) DDR RAM (Doubel Data Rate SDRAM) 39

40 A hardver elemei: az alaplap További rendszereszközök: Belső tároló (memória) Memóriatípusok ROM (Read Only Memory) típusú félvezető tárolólapkák nem vesztik el adataikat a gép kikapcsolásakor sem. Ezekbe a tartalmat a gyártásuk során töltik be Elérésük szintén "random" jellegű, azaz rekeszeik, byte-jaik véletlenszerűen címezhetők és kiolvashatók, viszont nem írhatók. Címezhetőségük, címtartományuk megegyezhet a DRAM-ok címezhetőségével, címtartományával. PROM-oknak (Programable Read Only Memory) nevezzük azokat a lapkákat, melyeknél a felhasználó is elvégezheti a "beégetést, EPROM-oknak (Erasable PROM) azokat, melyeket ultraviola (UV) fénnyel törölni, majd újraégetni lehet. EEPROM (Electrically EPROM) esetében elektromosan lehet ugyanezt elvégezni. Ezeket nevezzük másképpen Flash memóriáknak. Jellemzőjük, hogy az írási, ill. olvasási idejük viszonylag lassú. 40

41 A hardver elemei: az alaplap További rendszereszközök: DMA Közvetlen memória hozzáférést (Direct Memory Access) lehetővé tevő elektronikus áramköri egység. Erre az áramkörre azért van szükség, mert a processzor úgy dolgozik, hogy minden adatot beolvas a regisztereibe. A DMA maga is egy vezérlőegység, méghozzá speciális esetek (memóriaműveletek) végrehajtására kiképezve. E műveleteket gyorsabban végzi, mint a processzor. Ha egy ilyen művelet bekövetkezik, akkor a DMA átveszi az irányítást. A processzor ilyenkor "lekapcsolódik" a sínekről, majd várakozó állapotba helyezkedik. Ezek után a DMA végrehajtja a két egység közötti memória műveletet, és visszaadja az irányítást a CPU-nak. A PC-s alaplapokon két darab DMA vezérlő van, és ezek egymással sorba vannak kötve, méghozzá úgy, hogy az egyik DMA egy erre a célra kijelölt speciális kimenete a másik DMA egyik bemenetére van kötve. Mivel a DMA-knak egyenként 4 darab bemenetük van, ezért a két DMA összes bemenete 7 darab lesz. Ezt nevezzük kaszkádosításnak. 41

42 A hardver elemei: az alaplap Adatátviteli rendszer: csatornarendszerű Az információ átvitele csatornarendszer mellett mindig a központi egységben lévő operatív tár és a periféria között zajlik le. Ennek a folyamatnak a vezérlése sok művelettel jár, ezért a csatornarendszert különválasztották a mikroprocesszortól, ezzel megszabadítva a CPU-t egy sor nem közvetlenül belső művelettől. Az átviteli folyamat vezérlésére a gépekbe külön processzort építenek be, ez a csatorna. A perifériák munkáját a perifériavezérlő szervezi és irányítja. A perifériavezérlő áll közvetlen kapcsolatban a csatornával, értelmezi annak utasításait és végrehajtatja azokat a rákötött perifériákkal. A csatorna technikailag ugyanolyan programozható eszköz, mint a központi processzor. A különbség abban rejlik, hogy a felhasználónak a csatorna programozására nincs lehetősége, a csatornaprogram a gép része. Működhet monopol és multiplex üzemmódban is. 42

43 A hardver elemei: az alaplap + Adatátviteli rendszer: csatornarendszerű Az adatátvitel irányítása az ún. felügyelőprogram feladata. A felügyelőprogramot az operációs rendszer központi magja tartalmazza. Feladata a különböző programokban a különböző perifériákkal kezdeményezett adatátvitel megindítása, a beérkező megszakítások kezelése, ezen keresztül a műveletek koordinálása, az esetleges hibák jelzése, illetve javítása. A processzor utasításkészletében a be/kiviteli utasítások 32 bit hosszúságúak, kétcímesek. A cím két összetevőből áll, a csatorna és a periféria címéből, mindkettő nyolcbites, így összesen 256 periféria címezhető. 43

44 A hardver elemei: az alaplap + Adatátviteli rendszer: sínrendszerű A sínrendszerű átvitel alapelveiben lényegesen különbözik a csatornarendszertől. Míg a csatornarendszerben központi, hierarchikus irányítás vezérli a műveleteket, a sínrendszer esetén bármely, a rendszerre kapcsolódó funkcionális egység vezérelheti a rendszert. A központi vezérlőegység, a perifériavezérlők és egyéb csatlakozó egységek egy közös adatátviteli berendezésre, a sínrendszerre kapcsolódnak. A sínrendszer címvonalak, adatvonalak, vezérlők összessége. A vezérlés elve itt bonyolultabb, mint a csatornarendszer esetén, de számos előnye miatt korszerűbbnek mondható: - Lehetőség van a központi processzor és/vagy a perifériák közötti közvetlen adatátvitelre. - Nincsenek I/O utasítások. - Átvitel koordinálása a megszakítási rendszerrel történik. 44

45 A hardver elemei: az alaplap + Adatátviteli rendszer: sín-, vagy buszrendszerű PC-k buszrendszereinek fejlődése: PC AT (1984) rendszerbusza a később ISA (Industry Standard Architecture) néven elnevezett és szabványosított busz: -16 bites adatbusz, de 8 bites kártyák is csatlakoztathatók. - Címbusza 24 bites, ami 16 Mbyte címtartomány kezelhet. - Külső egység is vezérelheti. - Eredetileg 6 MHz-es, később 8,33 MHz-es órajelet továbbított az adaptereknek, de a sínen folyó adatátvitelnek nem kell ehhez az órajelhez igazodnia, vagyis az ISA aszinkron sín. - Átviteli sebességének elvi maximuma 8 MB/sec, a gyakorlatban 4-6 MB/sec érhető el rajta. EISA (Extended Industry Standard Application) busz (16, 8) bites adatszélességű, 33 Mbyte/sec sebesség érhető el bites címbusz, 4 Gbyte a címtartomány. - Szinkron sín, az átvitelét az órajele ütemezi. 45

46 A hardver elemei: az alaplap + Adatátviteli rendszer: sín-, vagy buszrendszerű PC-k buszrendszereinek fejlődése: Az IBM PS/2 személyi számítógépeihez kidolgozott buszrendszer az MC (Micro Channel) busz: -32 bites adat és címszélességű. - Nem kompatibilis az ISA-val, EISA-val. - Nem nyílt szabvány, azaz alkalmazásához jogdíjat kell fizetni. - Nem terjedt el, végül az IBM is lemondott róla. A leginkább elterjedt local busz a VESA local busz: -A local (helyi) busz az alaplapra épített, gyors busz, - Elsősorban a grafika, másodsorban gyors merevlemezek kiszolgálására. - Erősen processzorfüggő, közeli kapcsolatban van a mikroprocesszorral. Az Intel többszáz számítógépgyártó céggel összefogva új, iránymutató koncepciót dolgozott ki 1992-ben. Ez a PCI (Peripheral Component Interconnect) local busz. (Szabványa folyamatosan fejlődik.) 46

47 A hardver elemei: az alaplap + Adatátviteli rendszer: sín-, vagy buszrendszerű PC-k buszrendszereinek fejlődése: A PCI (Peripheral Component Interconnect) local busz: - A PCI busz illesztőhelyeire merevlemez-vezérlő, hálózati kártya, grafikus kátrya, multi-média bővítő stb. csatlakozhat. - Az összes jel- és tűkiosztás szabványos. - A mikroproceszor ugyanolyan sebességgel tudja kezelni az eszközöket, mint a memóriát. - Egyszerűbben kezelhető, mint a hagyományos PC buszok, egy-egy bővítőkártya beépítése során nem kell "jumperelni", "setup"-olni: minden bővítőkártyához rendeltek egy ún. konfigurációs regisztert, amit bootoláskor a mikroprocesszor kiolvas, és felismeri, milyen kártya van az illesztőhelyen, s azonnal le is futtat egy installáló, inicializáló programot. - Nem processzorfüggő, nemcsak Intel processzorokkal, hanem bármilyen RISC processzorral is. Így nemcsak az "asztali" gépeknél, hanem munkaállomásoknál, szervereknél is jól alkalmazható. Az 5 V-ot és a 3 V-ot is képes kezelni, így a hordozható gépeknél is jó megoldás (PCIe). 47

48 A hardver elemei: az alaplap + Adatátviteli rendszer: csatoló- és bővítőkártyák Monitorvezérlő kártyák fejlődése: VGA és SVGA kártya: - Az emberi szem 16 millió színárnyalatot képes megkülönböztetni. Erre a régebbi (CGA, Hercules, EGA) grafikus kártyák nem képesek. - A videomemória mérete a felbontás miatt igencsak megnőtt. A memóriaigényt kiszámíthatjuk, ha adott felbontásban a pixelek számát megszorozzuk a megjeleníteni kívánt színek számának ábrázolásához szükséges bitek számával. - Minden VGA kártyának van saját BIOS-a. Ez a bejelentkező üzenetet kiírja a képernyőre a számítógép indulása esetén. - Természetesen lehetőség van a színmélység növelésére is, a videomemória megnövelésével. Felbontás 640x480 Színmélység 16,7 millió 800x x x

49 A hardver elemei: az alaplap + Adatátviteli rendszer: csatoló- és bővítőkártyák Monitorvezérlő kártyák fejlődése: Videó gyorsítókártyák: - A grafikus rendszerek elterjedésével a videokártyák sebessége már nem megfelelő. Ennek az a magyarázata, hogy az ablakok megnyitása, a menüpontok kiválasztása esetén mindig újra kell rajzolni a képet. A műveletet gyorsítani kell, melynek egyetlen hatékony módja a hardveres gyorsítás ben jelent meg az első gyorsítókártya. Az elképzelés szerint egy intelligens processzor átveszi a számítógép CPU műveleteinek azon részét, mely a képalkotással foglalkozik. A grafikus operációs rendszerek gyakori eljárásait hardveresen oldják meg. - A kártya központi eleme a grafikus gyorsító áramkör. Ez egy speciálisan erre a célra optimalizált processzor. - A gyorsítás érdekében a grafikus kártyákon elhelyeztek ún. videó RAM-ot is (VRAM). A VRAM és a DRAM között nincs túl nagy különbség, a működés elve azonos. Azonban a VRAM két adatporttal rendelkezik (Dual Port RAM). 49

50 A hardver elemei: az alaplap + Adatátviteli rendszer: csatoló- és bővítőkártyák Monitorvezérlő kártyák fejlődése: Videó gyorsítókártyák: - Továbbá a monitorok analóg jelekkel működnek, viszont a számítógépek digitálisak. Ezt hidalják át a digitális-analóg átalakítók (DA konverter). Ezek a digitális jeleket RGB analóg jelekké alakítják. - Valamint ahhoz, hogy a kártyát képes legyen a CPU elérni, szükség van egy áramkörre, amely a címdekódolást elvégzi. - Beépített grafikus eljárások. 50

51 A hardver elemei: az alaplap + Adatátviteli rendszer: csatoló- és bővítőkártyák Monitorvezérlő kártyák fejlődése: Az AGP (Accelerated Gpaphics Port) gyorsított videó kártyák: - Előnye, hogy nem kell csak a kártya memóriájával megelégednünk. Ha szükség van a nagy méretű 3D-s képek kirajzolásához memóriára, akkor a kártya képes a rendszer memóriáját is használni. - Másik előnye, hogy erre közvetlenül, késleltető elemek közbeiktatása nélkül is képes. (DIME Direct Memory Execute) - Az adatátvitel sebessége a rendszer órajelével egyezik meg. - A memóriának gyorsnak kell lennie, ezért erre csak az SDRAM megfelelő. 51

52 A hardver elemei: az alaplap + Kommunikációs rendszer: I/O kártyák A perifériáknak is van architektúrája. Valamilyen módon az I/O-val kapcsolatosak, adatáramlás van az eszköz-sín-memória (CPU) között, ami rendszerint kétirányú adatforgalom. Aktív és passzív elektronikai elemekből épülő nyomtatott áramkörök. Kapcsolódó felületet (interface) biztosítanak a rendszerbuszhoz. Lehet saját "intelligenciájuk", saját mikroprogramjuk. Rendszerint van saját memóriájuk: saját regisztereik (adatregiszterek, vezérlő regiszterek), puffereik (átmeneti tárolóik). Egy vezérlő rendszerint több eszközt is képes vezérelni, többször különböző eszközöket (multicontroller kártyák). Sokszor ipari szabvány a kapcsolódó felület a vezérlő és az eszköz között. 52

53 A hardver elemei: az alaplap + Kommunikációs rendszer: I/O kártyák A controller, vagy vezérlő feladatai: Interface biztosítás a buszon keresztül a számítógép többi részéhez, oda-vissza adatforgalom biztosítás. Képesség a busz vezérlésére (néha). Kiadni a jeleket, melyek az eszköz(ök) mozgatásához szükségesek (pl: diszk fordulatszám szabályozás, író/olvasó fejek pozícionálása stb.) Ellenőrzött adatforgalmat biztosítani a vezérlő bufferei és az eszköz között. Szükség esetén hibakezelés: adott számban ismételt írás/olvasás. A szinkronizálás megoldása: interrupt (megszakítás) generálása. 53

54 A hardver elemei: az alaplap + Kommunikációs rendszer: I/O kártyák Multi IO kártyák fejlődése: 1. AT buszos Multi IO, vagy másképpen IDE (Integrated Device Electronic), integrált eszköz-elektronika kártya A kártya feladata a rendszer IO eszközeinek összekapcsolása a rendszersínnel és ezzel együtt a processzorral. Az alaplapra integrált IDE vezérlők már 32 bites PCI-s EIDE (Enhanced IDE) csatolók, Az EIDE vezérlő lényege, hogy megszüntette a hagyományos IDE merevlemezek 504 MB-os maximálisan kezelhető kapacitását, és ezt a korlátot 8,4 GB-ra növelte. Ezt úgy érte el, hogy az alaplapon lévő BIOS kezelni tudja az úgynevezett LBA (Logical Block Addressing) rendszert, melynek segítségével az 1024 cilinder, 16 fej és 63 szektor címzési korlátot feloldja oly módon, hogy 16 helyett 256 látszólagos író/olvasó fejet tudjon kezelni. Az IDE kártya az alábbi részegységeket tartalmazhatja: merevlemez vezérlő, soros port, játékport. hajlékonylemez vezérlő, párhuzamos port, 54

55 A hardver elemei: az alaplap + Kommunikációs rendszer: I/O kártyák Multi IO kártyák fejlődése: 1. IDE kártya jellemzői: A csatoló két merevlemezes egység kezelését teszi lehetővé. Az egyik meghajtót MASTER-nek, míg a másikat SLAVE-nek kell beállítani. Az illesztőkártya egy 40 eres szalagkábellel van összekötve a merevlemezes meghajtóval. Az IDE meghajtók 1-4 Mbyte/s adatátviteli sebességre képesek. A kártyával 120, 300 és 500 Kbit/s adatátvitel valósítható meg. Egy kártya négy meghajtó csatlakoztatását teszi lehetővé. A lemezes egységek kapacitásának és átviteli sebességének a növelését a tárolási sűrűség fokozásával, a forgási sebesség, a mágneslemezek, és a fejegységek számának növelésével lehet elérni. A nagyobb tárolási sűrűség érdekében a fejeknek a lehető legközelebb kell kerülniük a lemezek mágneses felületéhez. Ennek eléréséhez a lemezeket merev anyagokból kell készteni és tiszta, pormentes, zárt rendszerben üzemeltetni. A meghajtók kapacitásának és sebességének növekedésével együtt növelni kellett a meghajtó-áramkörök átviteli sebességét is! 55

56 A hardver elemei: az alaplap + Kommunikációs rendszer: I/O kártyák Multi IO kártyák fejlődése: 2. Az SCSI csatolón folyó adatforgalom jellemzői: Az adatforgalom a sínen megadott ütem szerint történik, ezeket fázisoknak nevezzük. Szabad fázis: A sín szabad, nincs kijelölt egység, nincs adatforgalom. Ez a sín alapállapota. Sínhozzáférési fázis: Ez alatt veheti át egy egység a sínvezérlési jogot. Választási fázis: A győztes kezdeményező kiválaszt a rendszer eszközei közül egy célt. Újraválasztási fázis: A fázisban a célegység újra felveheti a kapcsolatot egy korábban megkezdett művelet befejezése céljából. Parancsfázis: Ebben a fázisban kap a cél (target) eszköz parancsot a kezdeményezőtől. Összesen 40 parancs van különböző paraméterekkel. Adatfázis: Tulajdonképpen ebben a fázisban történik az adatok továbbítása, vagy fogadása. Állapotinformáció fázis: Az állapotfázisban a célegység állapotáról kap információt a kezdeményező. (Good Status, Check Condition, Busy Status) Üzenetfázis: Hasonló az előzőhöz, de néhány üzenet ellentétesen is futhat. 56

57 A hardver elemei: az alaplap + Kommunikációs rendszer: I/O kártyák Multi IO kártyák fejlődése: 2. Az SCSI (Small Computer System Interface), melyhez szükség van egy viszonylag drágább vezérlő kártyára is. A vezérlő elektronika az egységen található, mivel így lehet elérni a legnagyobb adatátviteli sebességet. Ez a kártya azonban nem csak a merevlemezünk vezérlésére képes, sokkal több annál. Egy SCSI kártyához hat egység csatlakoztatható, melyet a vezérlő, a "host adapter kezel. Ezek az egységek lehetnek: szalagos archiváló egységek (streamerek), digitális DAT szalagok, lapolvasók (scannerek), CD olvasók, CD írók, stb. Mivel az SCSI kártyákon külső csatlakozó is található, így bármelyik külső, hordozható eszköz is lehet. A legnagyobb kapacitású, leggyorsabb archiváló eszközök általában SCSI rendszerűek. Majdnem minden CD író SCSI rendszerű. A SCSI egységek gyakran tartalmaznak saját gyorsító memóriát, amelyben az adatokat átmenetileg tárolni lehet. Az adatok tényleges felhasználása alatt, melyet már az eszköz végez el, a többi egység már kommunikálhat a számítógéppel. A szabványos SCSI csatoló 50 pólusú szalagcsatlakozó, amelyben 9 vezérlővezeték és 9 adatvezeték fut. 57

58 A hardver elemei: az alaplap + Kommunikációs rendszer: I/O kártyák Multi IO kártyák fejlődése: 3. ATA, ill. SATA vezérlő felépítése Az illesztőkártyák (interfaces) fejlődése napjainkig! 58

59 A hardver elemei: az alaplap + Kommunikációs rendszer: I/O kártyák Soros (serial) kommunikációs port fejlődése: 1. A soros vonali illesztőt Amerikában az RS-232C, míg Európában a CCITT V24/V28 szabvány jelöli. (Az előbbi terjedt el.). Egy vezetéken egyirányú átvitel valósítható meg. Az adatátvitelnek szigorú szabályai, ún. protokollja van. Az interfész nem TTL szintű jeleket használ. Az RS-232-ben a 0 logikai szintnek +3 és +15 V, a logikai 1 szintnek 3 és 15 V közötti értékek felelnek meg. Az RS-232 interfész táplálása +5 V-ról történik, a 12 és +12 V-ot használja fel segédfeszültségnek. A gyakorlatban a kimeneteken 9 és 12 V közötti értékeket tudunk mérni. Az átviteli sebesség a soros átvitelnél csak diszkrét értékeket vehet fel. Tipikus értékek: bit/s. A PC BIOS-a négy soros interfész használatát támogatja. Ezek neve rendre COM1-COM4. 59

60 A hardver elemei: az alaplap További rendszereszközök: Megszakításvezérlő egység A számítógép hardverének megszakításait speciális kezelő áramkör végzi. Az eszköz ilyenkor egy aszinkron esemény bekövetkezésére utaló jelzést küld a CPU-nak. Az aktuális utasításfolyam végrehajtása ideiglenesen felfüggesztődik (megszakad), és az IT-től függő utasítássorozat hajtódik végre. Az IT kezelő (Interrupt Handler) lekezeli a megszakítási instrukciósorozatot, s ezután folyatódik az eredeti instrukciófolyam végrehajtása. Megszakítási okok prioritás szerinti sorrendben: 1. Géphiba: A számítógépen belüli áramköri hiba (pl. szakadás), melynél a megszakítási rutin megpróbálja megtalálni a hiba okát. Az eredményt kijelzi, vagy eltárolja a memóriában, és a számítógépet várakozó állapotba kapcsolja. 2. Programhiba: Olyan utasítás kiadása amelyik nem is létezik, vagy hibásan lett megadva, vagy un. védett területet sért meg. 3. Külső okok miatti megszakítás: Pl. amikor a dinamikus memóriát kell frissíteni. 60

61 A hardver elemei: az alaplap + Kommunikációs rendszer: I/O kártyák Soros (serial) kommunikációs port fejlődése: 2. USB (Universal Serial Bus). Az USB szabványt nagy számítástechnikai cégek hozták létre, mint a Compaq, a Digital Equipment, az IBM, az Intel, a Microsoft, az NEC és a Northern Telecom 1995-ben. A szabványt arra találták ki, hogy csökkenthetők legyenek mind a hardware gyártók, mind a felhasználók költségei, hiszen így a szabványos csatlakozók segítségével elkerülhető például egyes kiegészítő kártyák megvásárlása. Ezenkívül elhagyható a sok egyéb periféria által igényelt hálózati adapter használata is, mivel az USB kábeleken nem csak adatok közlekednek, hanem áram is folyik. A két utas adatcsatornával rendelkező USB eszközök támogatják a hot-swapping technológiát, így a gép üzemelése közben minden gond nélkül ki-be csatlakoztathatók új eszközök. Az USB port maximálisan 12 megabit/másodperc-es adatátviteli sebességre képes, mely sávszélességből a lassabb eszközök, mint például a billentyűzet csak 1.5 Mbps-t foglalnak el. Az úgynevezett USB hub-ok segítségével többszintes csillag topológiával maximum 127 darab USB eszköz csatlakozhat egyetlen személyi számítógépre. A biztos működés és a nagyobb sebesség miatt öt méternél hosszabb USB kábeleket nem szokás használni. Az USB 2.0-s szabvány már 480 megabit/sec-os adatátviteli sebességet jelent. 61

62 A hardver elemei: az alaplap + Kommunikációs rendszer: I/O kártyák Soros (serial) kommunikációs port fejlődése: 2. USB (Universal Serial Bus). USB porttal már a legtöbb mai asztali számítógép rendelkezik, így a továbbfejlesztett USB támogatással rendelkező Windows 98, vagy az ennél újabb operációs rendszerek segítségével ki is használhatók az USB technológia által nyújtott, az eddigieknél sokkal egyszerűbb külsőperiféria-csatlakoztatási megoldások. Mivel manapság már a legtöbb periféria USB-s csatlakozó felülettel kerül forgalomba, könnyen abba a helyzetbe kerülhetünk, hogy akár több mint négy USB portra is szükségünk lehet (ennél több csatlakozási pont általában nincs a gépen). Ebben az esetben az USB hub-ok használata jelentheti a megoldást, melyek segítségével több USB-s eszköz is ráfűzhető egy gépre. Két fajta USB hub létezik; az egyikhez nem kell külön tápegység, a másiknál szükség van erre. A külön tápegység nélküli hub-ok az USB csatorna által biztosított 500 milliamperes árammal működnek, ez gátat szabhat a csatlakoztatható eszközök számának. Jobb megoldásnak számítanak az AC adapteres USB hub-ok. Egy négy portos USB hub AC adaptere 2 amperes, míg egy hét portos USB hub adaptere legalább 3,5 amperes. Kiegészítő USB kábel vásárlás esetén fontos, hogy minél rövidebb és megfelelő szigeteléssel ellátott kábeleket vegyünk. 62

63 A hardver elemei: az alaplap + Kommunikációs rendszer: I/O kártyák Párhuzamos (paralel) kommunikációs port fejlődése: A régebbi interfészek csak egyirányú adatátvitelre alkalmasak, az újabb párhuzamos csatolók már két irányban képesek kommunikációra. A páthuzamos interfész párhuzamosan küldi az adatokat a vevő felé, az adatszélesség 8 bit. A párhuzamos interfészek minden jele TTL kompatíbilis. Az adatátvitel nyugtázása két módszer szerint történhet. Ennek megfelelően két- és háromvezetékes protokollt alkalmazhatunk. Ha a vevő rendelkezik egy átmeneti tárral, addig az átvitel nagyon gyors, ha azonban ez megtelik, meg kell várni míg kiürül. A BIOS négy párhuzamos port használatát támogatja. Ezek elnevezései: LPT1-LPT4. 63

64 A hardver elemei: az alaplap + Kommunikációs rendszer: I/O kártyák Játék (game) port fejlődése: A PC botkormányok csak olyanok lehetnek, melyek elmozdulását potenciométer érzékeli. A kártya négy kitérés és négy kapcsoló bemenettel rendelkezik. Ezzel a módszerrel két kétdimenziós vagy egy négydimenziós egység kezelését oldja meg. A kétdimenziós botkormány két kapcsolóval rendelkezik és egy-egy érzékelő bemenetet használ fel az X és az Y irányba történő elmozdulás érzékeléséhez. A kapcsoló bemenetekre érkező logikai szint közvetlenül kiolvasható. A potenciométerek pillanatnyi értékét egy multivibrátorral impulzussorozattá alakítja a kártya. A kiadott impulzus ideje arányos az ellenállás értékével. A potenciométerek 100 k értékű, középmegcsapolásos kialakításúak. 64

65 A hardver elemei: az alaplap + Kommunikációs rendszer: I/O kártyák Hangkártya (sound card) fejlődése: A számítógép digitális működéséből következik, hogy a hangot is digitális formában kell tárolni. Ehhez szükség van egy analóg-digitális átalakítóra. Ha viszont a számítógépen tárolt vagy előállított hangot szeretnénk megszólaltatni, akkor egy digitális-analóg átalakítót kell használnunk. Az analóg-digitális és a digitális-analóg átalakítást a CODEC végzi el. A Wavetable (hullámtábla) elnevezésű egység végzi el a hangmintákkal kapcsolatos műveleteket és átadja a feldolgozott mintákat a CODEC-nek. A ROM tartalmazza a beépített hangmintákat. Mivel ezt csak olvasni tudjuk, ezért itt nincs lehetőségünk saját mintákat eltárolni. Ha szeretnénk ilyet készíteni és azokat később a hangalkotásnál majd felhasználni, akkor el kell tárolnunk a hangkártya saját RAM-jában. Az FM jelzésű blokk az FM szintézis megvalósításáért felelős. A Mixer elnevezésű egység feladata kettős: a különböző forrásból származó jeleket a CODEC-re kapcsolja, s a CODEC kimeneti jelét a meghatározott kimenetre kapcsolja. Rendszerint a hangkártyák tartalmaznak egy kis teljesítményű erősítőt, melyre közvetlenül hangszóró (vagy aktív hangfal) kapcsolható. 65

66 A hardver elemei: az alaplap + Kommunikációs rendszer: I/O kártyák Hangkártya (sound card) fejlődése: Ma már a legtöbb esetben a hangkártya funkcióit az alaplapra integrálják. E funkciók meglétéről árulkodnak a hangkártya és a külvilág közötti be- és kimenetek: Természetesen a Házi mozi rendszerű többcsatornás hangvisszaadáshoz ma is különálló hangkártyát kell beszereznünk. Line Out - Vonali, tehát kis szintű kimenet. A kimeneti feszültség általában maximum 0,745 V, mely alkalmas erősítő eszközre csatlakoztatásához. Speaker Out - Egy erősített kimenet, mely lehetővé teszi hangszórók közvetlen meghajtását. Aux In - Nagyjelű bemenet, mely külső eszközről származó analóg jelek feldolgozását teszi lehetővé. Mic In - Mikrofon bemenet. Mivel a mikrofonnak a kimeneti jele meglehetősen alacsony, ezért a bemenet tartalmaz egy erősítőt. Joystick/MIDI - Botkormány vagy elektronikus hangszer csatlakoztatását teszi lehetővé. 66

67 A hardver elemei: háttértárak Mágneses elven működő adattárolók Mágnesszalagos adattároló fejlődése: Az adatok a szalagon kilenc hosszanti sávon, ún. csatornán kerülnek felírásra. A kilenc csatornán egymás mellett lévő kilenc bitből nyolc egy byte-ot alkot, a kilencedik az ellenőrzési célra használt paritásbit. A mágnesszalag nem címezhető adathordozó, azaz magán a szalagon nincsenek olyan fizikai jelek, amelyeket a berendezés a felírt adattartalom olvasása nélkül megkereshetne (soros elérésű). 67

68 A hardver elemei: háttértárak Mágneses elven működő adattárolók Mágnesszalagos adattárolók: A szalagon az adatokat ún. adatblokkokban tároljuk, a blokkok között üres hézagot hagyunk, ezt gap-nek nevezzük. A blokk több byte-ból áll, méretét a programozó határozza meg. A blokkon belül a karaktereket a gép egymás után rögzíti. A mágnesszalagnál az írás és olvasás blokkonként történik, azaz a blokk az a legkisebb adatmennyiség, amelyet a szalagra a CPU-ból kivihetünk, vagy amelyet onnan a CPU-ba bevihetünk. A hézag nagysága nem állandó, mérete normál körülmények között kb. 15 mm. 68

69 A hardver elemei: háttértárak Mágneses elven működő adattárolók Mágnesszalagos adattárolók: Műveletvégzés a mágnesszalagon: blokk írása, blokk törlése, blokk olvasása, szalagmozgatás. Az írás, törlés és olvasás műveletét az író-, olvasó- és törlőfej végzi, miközben a szalagtovábbítási mechanizmus a szalagot folyamatosan mozgatja. A szalagon megkülönböztetünk értékes adatokat és tájékozódást segítő, szalagjel (tape mark, TM) blokkokat. A szalagjelblokk speciális jelkombináció, ami elkülöníthető a tartalmi jelentéssel bíró adatoktól. Szalagjeleket a programozó bárhova írhat a szalagra. A blokkok törlése nulla értékű jelek felvitelét jelenti a szalagra. A blokk olvasása a blokk megkeresésével kezdődik, s az adatok kiolvasásával folytatódik. A szalag mozgatása a szalagkezdet jel, a szalagjelek és az adatblokkok alapján történik. (A mágneskazettás adattárolásnál a tárolás elve megegyezik a mágnesszalagos adattárak működési elveivel, a különbség a méretekben, a meghajtó-mechanikában és a szalagformátumokban van.) 69

70 A hardver elemei: háttértárak Mágneses elven működő adattárolók Mágneslemezes adattárolók: 1. A merevlemezes tároló (winchester) nagy sebességű és nagy tárolókapacitású háttértároló. Fizikailag egy vagy több közös tengelyen elhelyezett lemezből áll, melynek bevonata mágneses mezőre érzékeny. Minden lemez mindkét oldala írható és olvasható, ez alól csak a két szélső lemez burkolat felőli oldala a kivétel. Minden oldalhoz tartozik egy író- és egy olvasófej. Ezeket általában egybeintegrálva készítik el. Az összes fej egyszerre mozdul el, a fejmeghajtó elektronika biztosítja, hogy az összes lemezoldalra egyszerre történjen meg az írás vagy olvasás. A fej típusa nyitott lágyvas, melyen egy tekercset helyezünk el. Ha a tekercsre váltakozó feszültséget kapcsolunk, akkor a vasmag két vége közti nyílásban mágneses mező indukálódik. A mágneses erővonalak kigyűrődnek a vasmag síkjából. Ezek az erővonalak érintkeznek tulajdonképpen a lemezzel. Az erővonalak iránya a lemezbevonat részecskéit a megfelelő irányba állítják. Mivel a számítógép digitális működésű és bináris kódolást használ, ezért a jeleknek csak két állapota lehet, 0 és 1. 70

71 A hardver elemei: háttértárak Mágneses elven működő adattárolók Mágneslemezes adattárolók Fizikai lemezkezelés I. A lemezeket forgató motor fordulatszáma azonban nem állandó, bizonyos tűrési tartományon belül mozog. Ennek az eredménye, hogy a lemez forgási sebessége is ingadozni fog. Ez a beolvasásnál is és az írásnál is komoly probléma, mert így a szektorhatárokat nehéz megtalálni. Ennek kiküszöbölésére az információt kódoljuk és a kódolásba beépítünk olyan információt, mely megoldja a szinkronizációt. A lemez kezelésében különböző részeket különböztetünk meg: 1. A lemezeket koncentrikus körökre osztjuk, ezeket nevezzük sávoknak. A sávok a fejek sugárirányú elmozdulásával érhetők el. 2. Minden sávot megadott számú, egyenlő hosszúságú részre osztunk, ennek az elnevezése szektor. Ez a kezelhető legkisebb adategység. 3. Az egymás fölött elhelyezkedő sávokat nevezzük cilindernek. A merevlemezes tárolóba beépítettek egy hibafelismerő és egy hibajavító áramkört. Ezek használatával felismerhetők az adatátvitel során bekövetkező hibák, valamint ki is javíthatók. 71

72 A hardver elemei: háttértárak Mágneses elven működő adattárolók Mágneslemezes adattárolók Fizikai lemezkezelés II. A szektorokat felépítésük alapján két részre oszthatjuk: a szektorfejre és az adatblokkra. Ez utóbbi a lemezre írt adatokat tartalmazza. A szektorfej adminisztratív célokat szolgál. Tartalmazza a sáv számát, a fej sorszámát, a szektor számát és a hosszának kódját. Mindkét részt egy speciális jel előzi meg, hogy a különválasztás megbízható legyen. Az adatblokkot az adatjel (Data Mark, DM), míg a szektorfejet az azonosító jel (Identifier Mark, IM) vezeti be. A DM értéke normál és törölt állapotot tartalmazhat. Ha írunk a lemezre, a vezérlő ezt a jelzést felülírja. Ahhoz, hogy a lemezen létrejöjjenek a sávok és a szektorok, egy speciális műveletet kell végrehajtanunk, amit formázásnak hívunk. A formázásnak két része van: az alacsony szintű (Low Level Format) és a logikai formázás. Az alacsony szintű formázásnál a merevlemez vezérlő a szektorokat megszámozza 1-től kezdve folytonosan egyesével növelve. Az ideális az lenne, ha a vezérlő a szektorokat folyamatosan növekvő sorszám szerint olvasná be, de... 72

73 A hardver elemei: háttértárak Mágneses elven működő adattárolók Mágneslemezes adattárolók Logikai lemezkezelés I. Megoldást a logikai formázás jelent, melyet az operációs rendszer végez el. A merevlemez fizikai kezelése tulajdonképpen a következő sáv- és szektorszintű műveleteket jelenti: szektorok írása és olvasása, törölt jelzésű szektorok írása és olvasása, azonosító olvasása. A logikai lemezkezelés alapja a több szektorból álló szektorcsoport, idegen szóval cluster. Ebben a blokkcsoportban tartja nyilván az operációs rendszer a lemezterületek foglaltságát, a file-ok elhelyezkedését. Annak érdekében, hogy kezelni tudjuk a clustereket, azok számozására van szükség. Ez a számozás azonban független a lemezegység fizikai paramétereitől. Az átvitel gyorsaságának növeléséhez a szektorokat nem folyamatosan számozzuk, hanem két egymást követő szektor között annyi távolságot hagyunk, hogy ennyi idő alatt a vezérlő fel tudja dolgozni az adatokat. A fizikai és a logikai sorszámok közötti kapcsolatot az átlapolási tényező (Interleave Faktor) adja meg, az alacsony szintű formázásnál lehet beállítani. 73

74 A hardver elemei: háttértárak Mágneses elven működő adattárolók Mágneslemezes adattárolók Logikai lemezkezelés II. A merevlemez vezérlő elektronikája írni és olvasni a merevlemezt csak clusterenként tudja. Ez azt jelenti, hogy a legkisebb írható vagy olvasható méret a clustermérettel egyenlő. Minél nagyobb a lemez mérete, annál nagyobb a cluster mérete is. Hogy ez ne okozzon problémát, a lemezt logikai részekre, partíciókra kell felosztani. Minden merevlemez egy fizikai partícióból áll, ennek mérete a lemez teljes területével egyenlő. A fizikai partíciót osztjuk fel logikai partíciókra. Kétféle logikai partíciót különböztetünk meg, az elsődleges és a másodlagos logikai partíciót. A logikai partíciókat úgy látjuk, mintha külön merevlemez volna, külön-külön tudjuk írni és olvasni őket. A partíciók felhasználásával több operációs rendszer futtatására is lehetőségünk nyílik. A partíciók információit a merevlemezen el kell tárolni, hogy azokat az operációs rendszer képes legyen felismerni és kezelni. Erre a célra szolgál a merevlemez partíciós táblája. 74

75 A hardver elemei: háttértárak Mágneses elven működő adattárolók Mágneslemezes adattárolók Logikai lemezkezelés III. A partíciós tábla mindig a 0. számú logikai szektor, a 0. sávon a 0. fejjel elérhető 1. fizikai sorszámú szektor. A partíciós tábla a szektor végén található. A szektor első részében egy programot találunk, ami az igazi partíciós táblát értelmezi és a betöltésre kijelölt partíció betöltő szektorát beolvassa. A program neve betöltő rekord (Master Boot Record, MBR). Ezt a szektort ellenőrzi, és ha hibátlan, el is indítja. A szektornak körülbelül a fele üres terület. Ide kerülnek azok a programok, melyek az MBR-rel kapcsolatosan végeznek műveleteket. A ROM-BIOS program az önteszt és a kezdeti paraméterek beállítása után az első fizikai szektort (MBR és partíciós tábla) betölti, majd átadja a vezérlést. Ezután elindul az MBR-ben található program futása. 75

76 A hardver elemei: háttértárak Mágneses elven működő adattárolók Mágneslemezes adattárolók Logikai lemezkezelés IV. Az állomány-elhelyezési tábla (FAT, File Allocation Table) az állományok rekordjainak lemezen történő elhelyezkedését tárolja. A lemez legkisebb egysége a szektor, azonban az operációs rendszer által kezelt legkisebb egység a cluster. Az ebben található szektorok száma mindig 2-nek valamelyik hatványa, valamint összefüggésben van a partíció méretével. A FAT ezen clustereknek a foglaltságát tárolja, vagyis innen tudjuk meg, hogy hol van szabad hely a lemezen. Az állomány-elhelyezési tábla egy táblázat, melynek bejegyzései vannak. Minden bejegyzésnek van száma, amivel azonosítjuk és természetesen van tartalma is. A bejegyzések száma függ a bejegyzések méretétől. A bejegyzések száma tulajdonképpen egy clusterszám, vagyis a bejegyzések száma és a hozzá tartozó lemezterület között közvetlen a kapcsolat. Az állománykezelési táblát két példányban tároljuk egymás mögött a lemezen. 76

77 A hardver elemei: háttértárak Mágneses elven működő adattárolók Mágneslemezes adattárolók Logikai lemezkezelés V. Az állományokat a lemezen katalógusokban tároljuk (könyvtárak, vagy mappák). A katalógusrendszert mi (felhasználók) hozzuk létre, és fa struktúrájú a felépítése. Ez azt jelenti, hogy a file-ok katalógusokban vannak, melyek még egymásba is ágyazhatók. Egy állomány vagy katalógus helyét megkapjuk, ha azokat a könyvtárakat, amelyeken át kell haladni, hogy elérjünk oda, ahová szeretnénk, leírjuk egymás mögé \ jellel elválasztva. A főkatalógus, amely minden más alkatalógus (subdirectory) szülő könyvtára a két FAT után következik a lemezen, és még a FAT szerkezetnek a része. 77

78 A hardver elemei: háttértárak Mágneses elven működő adattárolók Mágneslemezes adattárolók Hajlékony lemezek Az AT típusú számítógépekhez egy új 5,25 -os floppyegységet fejlesztettek ki. Erre a lemezre már nem 40 hanem 80 sávot lehet felírni, így az elérhető kapacitás 720 Kbyte. Megfelelő floppy lemezeknél ez az egység képes sávonként 15 szektort felírni a lemezre, ekkor a kapacitás 1,2 MB. Ezek mellet megjelent egy új floppyegység is. Ez 3,5 -os lemezzel dolgozik. Ezek a lemezek rendelkeznek a legnagyobb kapacitással. Sávonként 18 szektort írnak a lemezre, az így elérhető kapacitás 720 KB, illetve 1,44 MB attól függően, hogy DD (Double Density) vagy HD (High Density) technikát alkalmaznak (Ma már csak az utóbbi van forgalomban, ill. a 2,88 MB-os 78

79 A hardver elemei: háttértárak Optikai elven működő adattárolók Optikai lemezes adattárolók - Lézertechnika A LASER rövidítés a Light Amplification by Simulated Emission of Radiation kifejezésből származik. A közönséges fénysugarak szétszóródnak a tér minden irányába, szakszóval nem koherensek. Ez azt eredményezi, hogy nem tudjuk semmilyen eszközzel egy megadott pontba fókuszálni. A lézerfény alapjában különböző a látható fehér fénytől. Ennek a fénynek egyetlen színe van, ami koherens. Ilyen például a piros és a sárga szín. CD-ROM lemez szerkezeti felépítése: A szabványos CD-ROM lemez 4,75 (120 mm) átmérőjű és 1,2 mm vastag. Átlátszó polikarbonát műanyag hordozóra alumínium (vagy arany) réteget, majd egy lakkréteget visznek fel. A tükröző réteg felületét land-nek, a bemélyedéseket pedig pit-nek hívják. A pitek spirál alakban sorakoznak a lemezen belülről kifelé. A lézersugár a pitekről és land-ekről különböző módon verődik vissza, ami gyakorlatilag megfelel az egyeseknek és nulláknak. 79

80 A hardver elemei: háttértárak Optikai elven működő adattárolók Optikai lemezes adattárolók CD meghajtók I. A CD meghajtó a mágneslemez egységgel szemben olyan technikát használ, amely képes megváltoztatni a forgási sebességet attól függően, hogy éppen a lemez mely részét olvassa. Így biztosítani lehet, hogy a lemez és a lézerfej egymáshoz viszonyított sebessége állandó maradjon. Mivel az adatsűrűség állandó, a tárolható információ mennyisége sokkal nagyobb, mint a mágneslemezeknél. Ugyanakkor a hozzáférési idő valamelyest nő, mivel a lemez szögsebességét a lézersugár helyzetének függvényében állandóan változtatni kell. Míg a tömegben gyártott CD-ken a pit-eket a gyártás során hozzák létre, a CD-R lemezek üresek. A CD-R lemezek polikarbonát hordozója hasonló a CD-ROM - okéhoz, de a gyártás során felvisznek a lemezre egy spirális sávot, ami az íráskor a lézersugár pozicionálását segíti. Az alumíniumréteg helyett egy szerves festékréteget használnak, majd erre egy vékony aranyréteg kerül. Az aranyréteg jó visszaverő képességű és nem korrodál a festékréteggel érintkezve. Ezután védőlakkréteget visznek fel. 80

81 A hardver elemei: háttértárak Optikai elven működő adattárolók Optikai lemezes adattárolók CD meghajtók II. A CD-ROM-ok fejlődésével egyre gyorsabb és gyorsabb meghajtókat hoztak forgalomba. Alapsebességnek az audio CD sebességét tekintjük, a CD-ROM-ok sebességét az ehhez viszonyított szorzószámmal fejezzük ki. Az audio CD sebessége 150 kbyte/s, ez az 1x sebesség. A 8x-nál nagyobb sebességű CD-ROM-ok egy speciális tulajdonsággal rendelkeznek. Ahhoz, hogy ezt a sebességet nyújtani tudják, a fordulatszámot nagyon meg kellett növelni. Sok energiapazarlással járna, ha a lemez mindig forogna. Azért, hogy ez ne legyen így, ha nincs lemezművelet, a forgást leállítják a meghajtók. A CD író a lézersugarat a festékrétegre fókuszálja és az írás során beégeti azt. Ilyen módon a pit-hez hasonló elváltozás lép fel a rétegen. Ennek megfelelően gyakorlatilag az összes szabványos CD-meghajtó képes az ilyen módon elkészített lemezeket olvasni. A pit-ek 1,6 mikron távolságra vannak egymástól az egyes sávokon. A nagyüzemi gyártás során az adatokról elkészítik az első ún. one-off lemezt. Ez nem más, mint egy tesztváltozat. Ha ez minden kívánalomnak megfelel, akkor erről készítenek egy üvegből készült mesterlemezt. Ebbe lézerrel vágják bele az adatoknak megfelelő pit-eket. Ezek után minden további változat erről a lemezről készül. 81

82 A hardver elemei: háttértárak Optikai elven működő adattárolók Optikai lemezes adattárolók CD meghajtók vezérlése A CD meghajtó 4 féle módon csatlakoztatható a számítógéphez: Saját vezérlőkártyával. A vezérlőkártya általában nagyon egyszerű felépítésű. A címdekóderen és az illesztő-leválasztó fokozaton kívül nem is tartalmaz mást. A csatlakoztatást egy 40 pólusú csatlakozó teszi lehetővé. Ez az eljárás csak régi 1x és 2x CD meghajtók esetén volt használatos. EIDE interfészre csatlakozik. erre négy egység köthető rá, melyek lehetnek CD-ROM-ok is. A CD-ROM tartalmazza a meghajtó elektronikát, a kábel csak a rendszerjelek meghosszabbítását végzi el. Hangkártya megfelelő interfésze végzi az illesztést. A hangkártyák is tartalmaznak olyan meghajtó fokozatokat, melyek a CD-ROM meghajtását lehetővé teszik. SCSI interfészre kapcsolható egység. Léteznek ilyen meghajtók, de az áruk miatt nem terjedtek el. A CD írók esetében viszont szinte kizárólagosnak mondható ez a csatlakoztatási mód. 82

83 A hardver elemei: háttértárak Optikai elven működő adattárolók Optikai lemezes adattárolók DVD meghajtók A DVD Digital Video Disk (Digitális Videó Lemez), vagy egy másik meghatározás szerint Digital Versatile Disk (Digitális Sokoldalú Lemez). Olyan adattároló eszköz, mint a hagyományos CD csak a kapacitása lényegesen nagyobb, legegyszerűbb változata is több mint 7-szer több adatot (4,7 GB) képes tárolni, mint a CD lemezek. S ez még csak egyoldalú, egyrétegű! A létező legbonyolultabb szabvány kétoldalú, kétrétegű lemezének kapacitása 17 GB. A DVD gyakorlati fejlesztése 80-s évek végén kezdődött. A fejlesztést az adathordozógyártók kezdték (3M, Verbatim, Sony, IBM) ben a Sony, Philips és a Panasonic vezérletével megalakult a DVD-Consorcium, amely 8 nagy céget olvasztott magába. 2 éves munka után hozták nyilvánosságra kutatási eredményeiket. Az igazi újdonság a klasszikus CD technikával szemben a nagyobb tárolókapacitás és az olvasási gyorsaság volt. A megnövekedett tárolókapacitást kisebb pontmérettel és sűrűbb sávszerkezettel sikerült elérni. Ezenkívül a lézerfény hullámhosszát is csökkentették, míg a hagyományos CD-meghajtók 780 nanométeres infravörös fénnyel dolgoznak, a DVD rendszer 635 nanométeren üzemel. A DVD-RAM ill. a többrétegű DVD és a Blue-Ray lemez az új fejlesztési irány! 83

84 A szoftver: processzor utasítások A programok végrehajtása A számítógépet a program működteti. A processzor közvetlenül csak a gépi kódú programokat képes értelmezni. A gépi kódú utasítás az elvégzendő művelet kódjából és a művelet operandusaiból áll. Maga az utasítás nem más, mint nullák és egyesek sorozata. Az utasítások műveletikód-része adja meg a processzor számára, hogy milyen műveleteket kell elvégezni. Az operandusrész tartalmazza azt az információt, hogy a műveletet mivel kell elvégezni. A processzor által értelmezhető műveletek összességét a processzor utasításkészletének nevezzük. 84

85 A szoftver: processzor utasítások A programok végrehajtása A gépi kódú utasítások egy műveleti részből és egy operandusrészből állnak. Az operandusrész általában összetett. A 4 és 3 címes utasításszerkezetek nagy hibája a helyfoglalás. A korszerű számítógépek utasításai kétcímesek, azaz két operandushivatkozást tartalmaznak. 85

86 A szoftver: processzor utasítások Címzési módok Közvetlen adathivatkozás, vagy direkt címzés (immediate) Az operandus helyén nem egy adat címe, hanem maga az adat áll. Közvetlen címzés, vagy direkt rekesz címzés Az operandus itt egy közvetlen tárcím, azaz egy bináris szám. 86

87 A szoftver: processzor utasítások Címzési módok Indirekt regiszteres címzés Az indirekt címzés azt jelenti, hogy az utasítás operandusa egy olyan címre való hivatkozás, amelyen a tényleges adat címe található. A regiszteres indirekt címzésnél az operandus annak a regiszternek a címe, amelyben az adat tárbeli címe található. Indirekt memória címzés Ennél a címzési módnál az operandus olyan tárcímre mutat, amelyen az adat címe található. Itt egy adat eléréséhez kétszer kell a tárhoz fordulni. Ez az utasítástípus akkor használatos, ha a gép olyan, hogy az utasítás operandusrésze nem elég hosszú a teljes tár címzésére. 87

88 A szoftver: processzor utasítások Címzési módok Bázisregiszteres címzés A bázisregiszteres címzési módnál az adat tárcíme két címkomponens összege. Az egyik a vezérlőegység egy regiszterében, a bázisregiszterben található címkonstans, az ún. báziscím, a másik az ún. eltolási cím. Az utasításban a bázisregiszteres címzést alkalmazó operandus két részre oszlik. Az első részben található a bázisregiszter címe, a másikban az eltolási érték. A tényleges cím kialakításához az ALU összeadja a báziscímet és az eltolási értéket. A bázisregiszteres címzés az alapja a programok áthelyezhetőségének. A programok áthelyezhetősége, azaz a lehetőség, hogy a programok a tár bármely részében azonosan működhetnek, a feltétele annak, hogy a gépet egyszerre több program használhassa. 88

89 A szoftver: processzor utasítások Utasításkészlet Az INTEL 8088-as 16 bites µp, 4 különböző típusú regiszterrel rendelkezik Általános regiszterek: Akkumulátor (AX) Bázisregiszter (BX) Számolóregiszter (CX) Általános regiszter (DX) Címzési regiszterek: Indexregiszter (SI) Indexregiszter (DI) Verem-bázisregiszter (BP) Vezérlő regiszterek: Verem-mutató (SP) Utasításmutató (IP) Jelzőszó (flag) Szegmensregiszterek: Kódszegmens-regiszter (CS) Adatszegmens-regiszter (DS) Második adatszegmens-regiszter (ES) Veremszegmens-regiszter (SS) Az általános regiszterek különböző funkciók ellátására alkalmasak, általában adatok tárolására használjuk őket. A BX bázisregiszteres utasítások bázisregisztere lehet, a CX számolóként működhet. Az SI és DI indexregiszterek használhatók indexregiszterként, illetve adattömbben mutatóként (indexként), a BP egy speciális rendeltetésű tárolórész, bázisregiszterként használható. Az SP regiszter a verem elemeinek mutatója, IP az utasításszámláló. A flag 16 bitből áll, a bitek aritmetikai és egyéb műveletek végrehajtásánál használt jelzők. 89

90 A szoftver: processzor utasítások Utasításkészlet IBM PC utasításformátuma (2 címes utasítás): Az utasításkészlet igen rugalmas, hiszen a második operandus címét a veremmutató, a bázisregiszter, valamint az indexregiszterek együttes felhasználásával lehet kialakítani. Azt, hogy a második operandus tartalmából hogyan kell kiszámítani a tárcímet, azt a mod két bitje és az r/m három bitje dönti el. Az utasítás első operandusa csak regiszterben lehet. A regiszter címét adja meg a három reg bit. A d bit azt mutatja, hogy az operandust a regiszterből veszi-e ki az utasítás (d=0), vagy oda teszi be (d=1). A w bit az operandus hosszát jelöli, w=0 nyolcbites, w=1 pedig 16 bites operandust jelöl. 90

91 A szoftver: megszakítás Szoftveres interrupt A számítógép a program igényeinek megfelelően használja a különböző berendezéseket, a be/kiviteli eszközöket, a processzort, a tárolókat, a gép ún. erőforrásait. Ha a gépen egyszerre több program fut, az egyszerre egy erőforrást tud használni, a gép többi része kihasználatlanul áll. A futó programokat megszakítják a processzoron, ha a processzort valamely okból egy fontosabb (erősebb) program igényli. Amikor a futó program visszakapja a vezérlést, ugyanonnan kell tudni indulnia, ahol befejezte működését. Tárolni kell tehát a program állapotának leírását. Ez a vezérlőegység egyik regiszterében történik meg. Ez a regiszter az ún. programállapotszó (Program Status Word PSW) regiszter. A programok erősségét prioritásnak nevezzük. 91