PERIFÉRIÁK ÉS MEGHAJTÓIK
Alapismeretek Adat: fogalmak, tények, jelenségek olyan formalizált ábrázolása, amely emberi vagy gépi értelmezésre, feldolgozásra, közlésre alkalmas. Információ: az adatnak tulajdonított jelentés, mely újdonság tartalommal bír a befogadó számára. Informatika: a szervezetek információs rendszereivel, a szervezetben zajló információ cserével foglalkozó rendszer. A számítógép: olyan elektronikus berendezés, amely utasítások értelmezése, és végrehajtására alapján utasítások végrehajtására képes. (Hívhatjuk információ átalakító és feldolgozó berendezésnek is.) Hardver: a számítógépek elektronikus, mechanikus és elektromechanikus alkotóelemeinek összessége. Szoftver: a hardvert vezérlő és a rajta futtatható, utasítások, programok, a programok által használt adatok összessége (korábban beleértették a szakkönyveket és dokumentációkat is). Számítógépes program: utasítások sorozata.
Alapismeretek Alapegység: bit (binary digit) Prefixumok: Kilo, Mega, Giga, Tera Prefixumok értéke: 1024 (az SI 1000 helyett) Bájt byte 8 bit Kilobájt Kbyte, Kb 1024 byte 2 10 1.024 Megabájt Mbyte, MB 1024 Kbyte 2 20 1.048.576 Gigabájt Gbyte, GB 1024 Mbyte 2 30 1.073.741.824 Terabájt Tbyte, TB 1024 Gbyte 2 40 1.099.511.627.776
Analóg Alapismeretek Információ hordozó folytonosan változtatható és mérhető fizikai mennyiség (pl. feszültség, áramerősség) Digitális Az adatok megjelenési formája diszkrét, tipikusan bináris rendszerű, információ áramlása általában feszültséglökések, impulzusok alakjában történik Hibrid Analóg és digitális számítógépből álló információfeldolgozó rendszerek, mind az analóg feldolgozás (egyszerű felépítés, gyors működés), mind a digitális feldolgozás (nagy pontosság) előnyeit egyesítik.
Elektromechanikus gépek Számítógép történelem Hermann Hollerith (1860-1929) elektromos lyukkártya feldolgozó gép népszámlálási adatok feldolgozása Howard Aiken (1839-1944) MARK I. telefonrelék, telefonbeszélgetések lőelem-táblázatok számítása
Számítógép történelem Elektronikus gépek 1939 (USA) - ABC 1943 (Anglia) - Colossus I. 1946 (Pennsylvaniai Egyetem) ENIAC 1949 (Cambridge-i Egyetem) EDVAC 1952 (Szovjetúnió) MESM, BESZM 1952 (USA) IBM-701 EDVAC Neumann - elv alapján 1953 (Magyarország) M-3 1954 (USA) IBM-650 (2200 db-ot adtak el belőle) 1963 (Magyarország) Szegedi számítóközpont
Számítógép generációk Első generáció (1945-55) Elektroncső, nagy energia felhasználás, gyakori meghibásodás, megbízhatatlan, gépi nyelven programozható Második generáció (1955-65) Félvezetők (diódák, tranzisztorok)jelentős méretcsökkenés, teljesítmény növekedés, megbízható, mágnesgyűrűs memória, mágnesszalag, mágneslemez, Fortran nyelv
Számítógép generációk Harmadik generáció (1965-72) Integrált áramkörök, kis méret, jelentős teljesítmény növekedés, megbízható, magasszintű programnyelvek, operációs rendszerek Negyedik generáció (1972- napjainkig) Nagy bonyolultságú integrált áramkörök (LSI, VLSI)
Személyi számítógépek IBM-PC 5150 (1981) IBM-PC/XT (1983) IBM-PC/AT (1984)
Személyi számítógépek Sinclair ZX-81, ZX Spectrum Commodore 64 (1981) Commodore Amiga 1000
Személyi számítógépek Apple: Lisa 2 Apple: Macintosh Osborne (1981): az első hordozható
Személyi számítógépek Videoton TV Computer HT-1080Z ABC-80
Neumann-elvek Számítógép egységei: Vezérlő egység Aritmetikai és logikai egység Tár (memória), címezhető és újraírható Perifériák (be/kiviteli egységek) Működési elvek: Elektronikus működés Kettes számrendszer használata Belső (tárolt) programvezérlés Lépésenkénti programvégrehajtás Automatikus működés Neumann János (1903-1957)
Hagyományos PC jellemzői CPU (Central Processing Unit) Társprocesszor RAM (Random Access Memory) BIOS-ROM (Basic Input Output System-Read Only Memory Sínvezérlő Órajelgenerátor Megszakításvezérlő DMA vezérlő (Direct Memory Access) Időzítő PIO (Parallel Input Output) Billentyűzetben lévő processzor
Számítógép tömbvázlata CPU BE/KI EGYS. 1. 2. 8. 5. SIN (BUS) 3. AKKUM. ALU 6. 7. REGISZ- TER TÖMB UT.REG UT.DEK. 4. TÁR VEZÉRLŐ EGYSÉG Vezérlő jelek ADATOK címsín
Számítógép felépítése Operatív memória (RAM) Bemeneti egységek (Input perifériák) Vezérlő egység (CPU) Aritmetikai-Logikai egység (ALU) Kimeneti egységek (Output perifériák) Regiszterek Háttértárak (Input/Output)
Perifériák
Személyi számítógép felépítése
Alaplap
A számítógép vezérléséhez és működéséhez szükséges egységeket tartalmazza. Az alaplapon helyezkednek el: Mikroprocesszor Operatív memória Hálózat elérés eszközei Vezérlő áramkörök Csatlakozók a külső egységekhez Képmegjelenítés eszközei Hang eszközök Alaplap
PC történelem Intel 8088 PC jellemzői Intel 8088 processzor, 4,7 MHz-órajel 20 bites címbusz 8 bites input/output sín 256 Kbyte RAM (beforrasztva) BASIC értelmező a ROM-ban 5 bővítőhely 64,5 Wattos tápegység XT PC megjelenése A PC javított kiadásaként jelent meg, 1983-ban XT (extended Technology) 10 Mbyte-os merevlemezegység A RAM az alaplapon 640 Kbyte-ig bővíthető 135 Wattos tápegység 8 bővítőhely
XT Alaplap és processzor
AT PC megjelenése AT (Advanced Technology) 1984 Valódi 16 bites processzor (80286) 6 vagy 8 MHz órajel 24 bites címbusz 640 Kbyte RAM 5 db 16 bites slot, 3 db 8 bites slot CMOS RAM (óra és dátum) 157 Wattos tápegység
AT alaplap
ATX alaplap 1996. őszén az INTEL új alaplap típussal jelent meg a hardver piacon, mely rövid időn belül szabvány lett. Az elnevezés a régi AT-s alaplap-kiosztás továbbfejlesztésére, optimalizálására utal (AT extended) Minden csatlakozó az alaplapra kerül előre rögzített helyre (ATX szabvány). Intelligens táp: Az előlapon lévő POWER kapcsoló nem a tápot kapcsolja le, hanem csak takarék üzemmódba helyezi. Ekkor úgy tűnik, mintha ki lenne kapcsolva a gép. Valamilyen esemény bekövetkezése esetén a számítógép automatikusan bekapcsol, majd a megfelelő tevékenységek után szintén automatikusan elvégezhető a kikapcsolás is. A ház hátuljáról eltűnt a monitor tápellátását lehetővé tevő csatlakozó. A ház hátulján található meg a ház tápegységének kikapcsolására szolgáló kapcsoló.
ATX alaplap
ATX alaplap
Buszrendszerek FSB (Front side Bus) Ezen a sínen tart kapcsolatot a processzor a lapkakészlettel AMD 200, 266, 333, 400; Intel 400, 533, 800 MHz etc. ISA port PCI busz (1994) 32 bit/33mhz : 133MB/s csúcs, 125MB/s folyamatos 64 bit/66mhz : 500MB/s csúcs, PCI-X 64bit/133MHz : 900MB/s - 1GB/s csúcs PCI-X 2 64bit/PCI-X 266 and PCI-X 533, maximum 4.3 gigabájt/s
Buszrendszerek AGP - Accelerated Graphics Port 32 bites gyorsított grafikus port DIME memória végrehajtás (Direct Memory Execute) Közvetlenül a számítógép rendszermemóriájával kommunikál 1x: 264 MB/sec 2x: 512MB/sec 4x: 1,1 GB/sec 8x: 2,1 GB/sec PCI-E PCI-Express Új generációs soros PCI busz Külső és belső kapcsolat Skálázható x1, x2 x32 bit-szélesség 2.5 Gbps/pin adat átvitel A jövőben akár 5 Gbps
Processzor
Processzor CISC (Complex Instruction Set Compute Teljes utasításkészlet) RISC (Reduced Instruction Set Compute Csökkentett utasításkészlet) Részei Vezérlőegység (utasítások értelmezése) ALU (aritmetikai, logikai műveletek végzése) Regiszterek (adatok, utasítások rövid ideig tartó tárolása) Cache (adatok, utasítások ideiglenes tárolása) Lebegőpontos aritmetika Jellemzői Adatbusz, címbusz szélessége Órajel frekvenciája (gyorsaság, GHz)
Processzor architektúrája vezérlőegység (CU = Control Unit), aritmetikai és logikai egység (ALU = Arithmetic Logic Unit), regiszterkészlet, buszillesztő egység (BIU = Bus Interface Unit), címszámító és védelmi egység (AU = Adress Unit), belső gyorsítótár (L1 cache)
Processzor architektúrája AC = Accumulator Register, mely a művelet-végrehajtásnál az adatok (operandus) átmeneti tárolására szolgál FLAG regiszter = Állapotjelző regiszter, melyben a végrehajtott utasítás következtében megváltozott állapotok kerülnek bitenként kódolásra (pl. paritáshiba lépett fel, a felhasználói program 0-val akart osztani, stb.) PC = Program Counter, mely a soron következő utasítás tárolóbeli címét tartalmazza. (Ezt a regisztert Intel processzoroknál IP-nek nevezik, IP =Instruction Pointer.) IR = Instruction Register, mely a memóriából kiolvasott utasítást tárolja. Az ebben található műveleti kód alapján a vezérlőegység meghatározza az elvégzendő műveletet (dekódolás).
Regiszterek fajtái Rendszerregiszterek, melyek a felhasználói programok számára nem láthatók, nem elérhetők. Erre példa az IR utasítás regiszter. Speciális célú regiszterek, melyek a felhasználói programokban csak meghatározott utasításokban szerepelhetnek. Erre példa a flag vagy státuszregiszter. Általános célú regiszterek, melyeket a felhasználói programok utasításaiban korlátozás nélkül használhatók. Erre példa az akkumulátor regiszter
Regiszterkészlet Az akkumulátor regiszter (AC) az aritmetikai és logikai műveletek operandusait, vagyis a műveletek tárgyát képező mennyiségeket, vagy azoknak az eredményeit tárolja. A közbenső, részeredmények tárolására is alkalmas és minden műveletben részt vesz. A korszerű számítógépekben az akkumulátor helyett már egy vagy több regisztertömb van, amelyben akár 512 regiszter is elhelyezkedhet. Így csökkenthető a tárhoz-fordulások száma, illetve növelhető a végrehajtás sebessége. Utasításregiszter (IR): A vezérlő egységhez tartozó regiszter, amelyben a memóriából kiolvasott utasítás tárolódik, amíg a CU az utasítás műveleti jelrésze alapján meghatározza az elvégzendő műveletet és elindítja a vezérlő egységen keresztül a műveletet Utasításszámláló regiszter (PC v. IP): A soron következő utasítás címét tárolja. Az utasításszámláló tartalmát a program maga is változtathatja, a problémamegoldás az utasításkódok címeinek sorrendjében megy végbe. Vagyis az utasításszámláló által címzett első memóriarekesz elérésekor kiolvasunk a memóriából egy utasításkódot, így az utasításszámláló tartalma egy utasításhossznak megfelelően nő, és így a memória azon rekeszét címezi, ahol a program szerint a következő utasításkód található.
Regiszterkészlet Bázis(cím)regiszter (BR): Az operandusok címzéséhez felhasznált regiszter, amely nem általános használatú. A báziscím egy alapcím, amelyhez viszonyítva adhatjuk meg az utasításban az operandus helyét. Nem minden processzornál használják. Indexregiszterek: Szintén nem minden processzorban találhatók és ezek is az operandusok címzését segítik elő, különösen adatsorok feldolgozásánál. Állapotregiszterek, vezérlő regiszterek: Egy vagy több regiszteren belül tárolnak vezérlő és ellenőrző jeleket. Az állapotregiszter egyes bitjei az ALU művelet végrehajtásának eredménye alapján kapnak automatikusan értéket.
Processzor felépítése 1. Ferritgyűrű 2. Kód-cache 3. Utasítás dekódoló és előrendező egység 4. Vezérlőegység 5. ALU 6. Regiszterek 7. Végrehajtó egység 8. 32 bites buszok 9. Lebegőpontos egység 10. Adat-cache 11. Elsődleges cache 12. Busz csatlakozó egység 13. 64 bites busz
Processzor fejlődése Moore - törvény INTEL processzorok fejlődése Típus Felfede zés éve Tranzisztor ok száma 4004 1971 2.250 8008 1972 2.500 8080 1974 5.000 8086 1978 29.000 286 1982 120.000 386 1985 275.000 486 DX 1989 1.180.000 Pentium 1993 3.100.000 Pentium II. Pentium III. Pentium 4. Pentium D Pentium Extreme Core 2 Duo 1997 7.500.000 1999 24.000.000 2000 42.000.000 2005 230.000.00 0 2005 235.000.00 0 2006 291.000.00 0
Memória
RAM Operatív memória RAM (Random Access Memory - Véletlen elérésű memória) Feladata Program adatainak és utasításainak ideiglenes tárolása Működési elve Elektronikus (ezért felejtő, volatile) Jellemzői Írható, olvasható, közvetlen elérésű Elérési idő, a kiolvasás kezdetétől az Adat megjelenéséig tart Kapacitása Mbyte, Gbyte, mai tipikus kapacitás 256 Mbyte 2 Gbyte 2B5D 2B5E 2B5F 2B60 2B61 2B62 2B63 RAM szerkezete (egység: 1 byte) Cím 11011001 10101110 11111111 00000000 10101010 11100010 10010110 Tartalom
ROM (Read Only Memory) csak olvasható memória közvetlen elérésű ROM memória tartalmát a feszültség megszűnte után is megőrzi PROM (Programmable ROM) egyszer programozható ROM EPROM (Erasable PROM) tetszőleges sokszor programozható és UV fénnyel törölhető PROM EEPROM elektromosan törölhető és újraírható EPROM
Jellemzői Compact Flash memória Félvezető alapú Információt kikapcsolt állapotban is megőrzi megmaradó, nem felejtő, non-volatile Elektromosan törölhető és újraírható Gyors Fajtái Compact Flash Memory Stick Multimedia Card Secure Digital
Compact Flash memória
Mágneses háttértárak Működés mágneses elven ( 0 - nem mágneses, 1 - mágneses) Feladata adatok és programok hosszú időn keresztül történő tárolása Típusai Lemez alapú Szalag alapú Floppy Disk (hajlékonylemez) Winchester (Hard Disk) (merevlemez) Szalag Streamer (kazetta)
Mágneses háttértárak Merevlemezek
Tulajdonságai Írható olvasható Gyors Megbízható Jellemzői Mágneses háttértárak Kapacitás: 40 GB 1 TB Átviteli sebesség: > 40 MB/s Fordulatszám 5400, 7200, 10000, 15000 rpm Elérési mód Soros (szekvenciális) - lassú Random (véletlen) - gyors
Mágneses háttértárak Floppy Disk
Mágneses háttértárak Információ elhelyezkedése a lemezen
Mágneses háttértárak Információ elhelyezkedése a szalagon
Mágneses háttértárak Tulajdonságai Írható - olvasható Lassú Megbízható Fajlagos költsége nagyon jó Jellemzői Kapacitás: 40 GB 300 GB Elérési mód Soros (szekvenciális) - lassú Felhasználási terület: Adatmentés / visszatöltés Archiválás
BIOS BIOS-EPROM (Basic Input Output System-Read Only Memory programmodulok gyűjteménye) Önteszt (vizsgálja az összes tápfeszültséget) Engedélyezi az alaplap órajel generátorát A processzor elkezd működni Átadja a vezérlést a BIOS-nak (0000-FFFF) A BIOS elindít egy diagnosztikai programot (POST, power on self test) Felhasználói programok Operációs rendszer ROM BIOS Hardver
Megszakítás (Interrupt) Fogalma LIFO - Last Input First Out Verem Hardvermegszakítás Szoftvermegszakítás Programból letiltható (kivéve: NMI)
Direct Memory Access DMA vezérlő Közvetlen kapcsolat a memóriával. CD-ROM Interface, merevlemezellenőrző, I/O-kártya Normál esetben ezt a feladatot a számítógép főprocesszora látja el terheli a processzort DMA-eljárás: a főprocesszor egy teljesen más feladattal van elfoglalva, ez az eljárás közvetlenül hozzákapcsolódik a RAM-hoz, és a kívánt címen tárolja az adatokat A kártyának meg kell adni azt a lehetőséget, hogy csak ő kapcsolódhasson hozzá a számítógépen kijelölt DMA-csatornához
Integrált perifériák EIDE (Enhanced Integrated Device Equipment) Hajlékonylemez meghajtó interfész Soros portok (RS232C) Párhuzamos interfész (Kétirányú is lehet) USB interfész (Universal Serial Bus, Plag and Play a házon kívül) 27 eszköz füzhető fel, USB HUB 127*5-8=627, 5m távolság1,5 és12 Mbit/s IEEE1394 Firewire