Informatika alapjai-9 Személyi számítógép (PC)
1/12
(Personal computer - From Wikipedia, the free encyclopedia) A személyi számítógépet ára, mérete és képességei – és a használatában kialakult kultúra – teszik elérhet-vé és kívánatossá az otthoni és hivatali alkalmazásban. Általában egyszerre egy felhasználó használja -ket a szokásos feladatokra: szövegszerkesztés, internetezés, e-mailezés, táblázat szerkesztés, ezen kívül számítógépes játék, film nézés, zenehallgatás, és sokkal ritkábban számítógép programozásra. A PC a munkavégzés minden fázisában jelen van, abba teljesen integrálódik, alkalmazása nélkül az élet megállna! Például egy tervez--kivitelez--karbantartó cégben hálózatba kötött számítógépes munkahelyeken történik: o árajánlat készítés o tervezés CAD programmal (pl. AutoCAD, ArchiCAD, OrCAD), és más programokkal o szerz-dések készítése o számlázás o raktár kezelés o promóciós anyagok készítése. A modern személyi számítógép használója többé-kevésbe tisztában van az operációs rendszer és az alkalmazási programok m7ködésével, de általában nem érdekl-dik, s-t nem is képes számítógép programot írni. Ezért a PC-re írt programok többségénél a nagyon egyszer7 használatra, a “felhasználó barát” m7ködésre törekednek.
A PC története El történet: Mini számítógépek: például LINC és PDP-8. Ezek viszonylag nagy (kb. jégszekrény méret7), de az akkori id-k nagy számítógépeihez képest kicsi, kisteljesítmény7 és viszonylag olcsó gépek voltak. Otthoni számítógépek: ZX Spectrum Atari Commodore, Amiga Apple II El-ször TV-hez lehetett csataloztani -ket, a jobb modellekhez monitort is fejlesztettek. Programozás gyakorlására, Játékgépként, táblázatkezel-ként, kés-bb egyszer7 szövegszerkeszt-ként alkalmazták -ket.
Informatika alapjai-9 Személyi számítógép (PC)
1981.08 - IBM PC
2/12
Intel 8088: Kívül 8, belül 16 bites processzor, 512kbyte RAM, 5,5’ floppy disk, CGA monitor – 640 x 200 pont, 4 szín, 64k méret7 lap szervezés7 memória 1982 - IBM 80286 valós és védett m7ködési mód, 16 Mbyte RAM lehet-sége 1986 - IBM 80386 32 bites, valós, védett és virtuális m7ködési mód, flat memória modell, elvileg maximum 4GByte memória 1989 - IBM 80486 integrált lebeg-pontos egység, utasítás és adat cache 1993 – Pentium 64 bites, superscalar architectura: két adatvonal, így órajelenként több utasítást hajthat végre. Pentium 75, MMX, Celeron, Pentium II, Pentium III, Pentium 4 ..., Celeron, Xeon Egy modern PC robbantott képe
1. Display
5. B-vít-kártyák
9. Billenty7zet
2. Alaplap
6. Tápegység
10. Egér
3. CPU (Mikroprocesszor) 7. Optikai disk (CD vagy DVD) 4. Operatív tároló (RAM) 8. Háttér tároló (Hard disk)
Informatika alapjai-9 Személyi számítógép (PC)
3/12
A PC-k megjelenési formái Asztali gép Notebook
Palmtop vagy PDA
Tablet gép
(Personal Digital Assistant)
Viselhet- gép
Informatika alapjai-9 Személyi számítógép (PC)
Memória hierarchia Floppy disk CPU regiszterek
CD/DVD
I/O vezérl
Pen drive
Cache 1 Cache 2 Operatív memória Disk memória
Típus
Kapacitás
Hozzáférési id-
Regiszter
10-100
CPU órajel
Cache L1
10kbyte…
Néhány CPU ciklus
Cahce L2
512kbye
> L1
Operatív memória
256..1024kbye
10ns
Disk memória
10..100GByte
3..6ms 10..100Mbyte/s
Floppy disk
1..5Mbyte
1s
CD/DVD
650Mbyte…8Gbyte
1s 10Mbyte/s
Pen drive
64Mbyte…1Gbyte
Irás: 100us Olvasás: 0,1..2Mbyte/s
4/12
Informatika alapjai-9 Személyi számítógép (PC)
5/12
Virtuális memória az operatív memóriában Több (sok) program párhuzamos futtatásakor alkalmazzák, amikor az összes program a memóriában van. Párhuzamos futtatás: a CPU váltogatva hajtja végre a programokat (egyszerre csak egyet!), úgy hogy a váltogatást a felhasználó ne vegye észre, vagy ne kelljen kényelmetlenül sokat várnia (néha kell). Ha egy programot megállítanak, azt ki kell venni a memóriából, hogy hely legyen a kés-bb betöltend- programnak. A probléma az, hogy a kivett program nagyobb, vagy kisebb, mint a kivett, így üres hely marad, vagy az új program nem fér el. A megoldás: CPU Virtuális memória kezel
Operatív memória
A processzor és a memória közé egy úgynevezett Virtuális memória kezel- modul kerül. A memóriát szegmensekre osztjuk, a programot szegmensenként töltjük be. Nem biztos, hogy a program szegmensek a memóriában folytonosan helyezkednek el. Például: Fizikai elrendezés: Szegmens
0
1
2
3
4
5
6
7
P1, P2,P3 betöltése P1
P1
P1
P2
P2
P3
P3
üres üres üres
P2 leállítása, törlése P1
P1
P1
üres üres P3
P3
üres üres üres
P4 betöltése
P1
P1
P4
P3
P4
P1
P4
P3
8
9
P4
üres
(Az utolsó sor úgy keletkezett, hogy el-ször egymás után betölt-dött a P1, P2, P3 program, majd P2-t leállították, és annak helyére tölt-dött volta a nagyobb P4 program, melynek csak egy része fért be, a maradék a végére került). Logikai elrendezés (amit a processzor lát): Program
P1
P2
P3
Logikai szegmens
0
1
2
0
1
2
3
0
1
Fizikai szegmens
0
1
2
3
4
7
8
5
6
A logikai szegmens (futó program címe) fizikai szegmens (memória cím) összerendelést a virtuális memória kezel- végzi. Ha a egyik programról a másikra váltunk, megváltozik az
Informatika alapjai-9 Személyi számítógép (PC)
6/12
összerendelés. (Megjegyezzük, hogy a programok betöltését, és program váltáskor az összerendelést az Operációs rendszer végzi.)
Virtuális memória az operatív memóriában és diszken Tételezzük fel, hogy több programot akarunk párhuzamosan futtatni, mint amennyi elfér az operatív memóriában. Ekkor a programok egy részét ki kell tenni a háttértárolóra, amikor éppen nem m7ködnek. Ezt automatizálja a PC-ben alkalmazott virtuális memória kezelés:
CPU Virtuális memória kezel Operatív memória (OM)
Diszk-en lév virtuális memória (DVM)
A Diszk memória terület egy részét, mint virtuális memóriát alkalmazzuk, és a virtuális memória kezel- nem csak az operatív memóriát, hanem ezt is kezeli: Virtuális memória = OM + DVM A diszken lév- virtuális memória címzés szempontjából az operatív memória folytatása , ugyanúgy szegmentálva van. A program, vagy annak egyes szegmensei vagy az operatív memóriában, vagy a DVM-ben vannak. A CPU természetesen csak az operatív memóriában lév- programot tudja futtatni. Ha olyan pontra érünk, ahol a DVM-ben lév- programot kellene futtatni – ez el-fordulhat egy program indításakor, vagy futás közben – a virtuális memória kezel- megállítja a program futását, és az operációs rendszer átrendezi a programokat: - biztos, hogy a DVM-ben lév- program szegmenst be kell tölteni. - ha nincs az OM-ben hely, akkor el-z-leg helyet kell csinálni, azaz az OM-b-l annyi szegmenst kell a DVM-be írni, amennyi helyre szükség van. Nem kell a DVM-be menteni, ha a szegmens már megvan a DVM-ben, és az utolsó DVM-be mentés óta a szegmens nem módosult. Ennek támogatására a virtuális memória kezelmegjegyzi, hogy egy szegmensbe annak betöltése óta írtak-e. Az OM – DVM cserét swap-pelésnek (csere-bere) nevezik. A swappelés id-igényes m7velet, mert a diszk nagyságrendekkel lassúbb, mint az operatív memória. Ha túl sok a swappelés, akkor a rendszer megengedhetetlenül lelassulhat. Ezért a DVM maximális méretét az operatív memória méretének 1..4-szeresére szokták beállítani (a Windows eredetileg 3x-ra állítja), így az egyszerre a virtuális memóriában lév- programok összhossza az OM kapacitásánál 2..5ször nagyobb lehet. Ennél több program esetén megengedhetetlenül sok lenne a swappelés.
Informatika alapjai-9 Személyi számítógép (PC)
7/12
Merev lemez Mai merev lemezes tárolók adatai: Kapacitás: 20..200GByte Méret: 3,5’ vagy 2,5’ (1’: “Microdrive”, kapacitás max. 4 GByte, SD kártya méret7!). Sebesség: Véletlen hozzáférési id-: 5ms ... 15ms Adatátviteli sebesség a bels- sávokon: 40MBit/s..75MBit/s a küls- sávokon: 74MBit/s..110MBit/s.
Western Digital WD400 Hard disk felül és alulnézetben. •
Informatika alapjai-9 Személyi számítógép (PC)
8/12
Hard disk felépítése
A Hard disk a kazettás magnóval azonos elven rögzíti az információt, de a mágneses anyag kétoldalasan borított tárcsákon van, ezek el-tt mozog az író-olvasó fej. Sávok és szektorok
Az ábra sematikusan mutatja a sávok és szektorok elhelyezkedését. A valóságban a nyom s7r7ség sokkal-sokkal nagyobb! Az írás-olvasás logikai egysége a szektor, ami például 1024 byte-nyi információ.
Informatika alapjai-9 Személyi számítógép (PC)
9/12
Monitor és grafikus kártya A monitor CRT („TV rendszer7”), vagy TFT (Thin film transistor) képerny-s megjeleníteszköz. A PC által használt felbontás: •
640 x 480 (VGA)
•
800 x 600 (SVGA)
•
1024 x 768 (XGA)
•
1280 x 1024
•
vagy még nagyobb [valamikor 320 x 200 volt].
A CRT monitoron RGB színpötty hármasok vannak, melyeket a 3 elektronsugár egy árnyékoló maszkon keresztül világít meg:
A három elektronsugár soronként végigpásztázza a képet. A maszkon keresztül minden elektronsugár csak a hozzá tartozó szín7 képpontot tudja gerjeszteni. Az elektronsugár intenzitásának változtatásával változik az egyes képpontok fényessége. A képpont hármasok távolsága kb. 0,22..0,28mm, ami egy 17’-os képerny-nél 1300 x 1000 képpont hármast jelent. Erre vetít-dik rá a mondjuk 1024 x 768 pont felbontású kép. Mivel fizikai képpontból nincs sokkal több, mint rávetített képpontból, és a kett- nem esik pont egybe, ezért a vonalak kontúrjai elmosódottak. A CRT kép a kép végigpásztázási frekvenciájától függ-en 60-80 Hz frekvenciával villog. Van akiket ez – f-leg fiatalabb korban – zavar. TFT monitornál nincs ilyen villogás. (megjegyezzük, hogy a TV félkép villogási frekvenciája 50Hz – a kép két egymás utáni félképb-l tev-dik össze). A 17’-os vagy 19’-os TFT képerny-n pontosan 1280 x 1024 RGB fény7 világító TFT tranzisztor hármas van - pontosabban olyan eszköz, amely az oldalról (a képerny- alja fel-l) jöv- megvilágítást háromféle színben a vezérlést-l függ- er-sséggel a felület felé engedi. A PC grafikus kártyája ezeket a tranzisztorokat vezérli, ezért a TFT monitor ábrája borotvaéles. Figyelem! TFT monitor alkalmazásakor a PC kép felbontását pontosan a monitor felbontására kell állítani!!! A TFT monitoroknak 3 problémája van: - látószög, ez ma megoldott, a kép széles látószögben színtorzulás nélkül látszik. - fehér-fekete arány. Ez kb. 400:1, rosszabb, mint CRT monitornál, de gyakorlatilag megfelel (sötét szobában a „fekete” monitorkép halványan világít).
Informatika alapjai-9 Személyi számítógép (PC)
10/12
- utánvilágítás. Ez gyors mozgásoknál okoz problémát, például az egérmozgatás „farkot” húz maga után. A korábbi 20-25ms értéket sikerült, 6-10ms-ra csökkenteni, a probléma nem lényeges. A processzort és a monitort a grafikus kártya kapcsolja össze. A grafikus kártya alapfeladata a például 1280 x 1024 képpontból álló kép megfelelfrekvenciájú kiküldése a monitornak. Alapesetben ezt a képet a PC hozza létre, a grafikus kártya a raszterképet tárolja, és ismételten kiküldi. A színek száma: Az eredeti VGA-nál 16 szín volt, az eredeti SVGA-nál 256 szín, a mai grafikus kártyáknál RGB komponensenként 8, 10, vagy 12 bit. Ez azt jelenti, hogy egy képpont szín és fényesség információját a kártya 3 x 8, 3 x 10 vagy 3 x 12 biten tárolja, és ennek megfelel- számú színárnyalatot tud kiküldeni a monitornak. Ez például 24 bitnél 224 = 16777216-féle színt jelent. A 2D, illetve 3D grafikus kártyák grafikus objetumokat tudnak tárolni, és azokon síkbeli, vagy térbeli transzformációkat – eltolás, nagyítás, forgatás – tudnak végezni. A kártyán – a Pentium CPU val összevethet- – nagy teljesítmény7 speciális processzor és nagy memória van, ára nagyon sok lehet. A 3D m7ködésnek f-leg - vagy csak – videójátékokban van szerepe az alakzatok mozgatásakor. „Normál” használathoz a legegyszer7bb videokártya is megfelel, a legtöbb program nem támogatja a 3D grafikát a videokártyában. Filmnézéskor a képet nem a videokártya, hanem a DVD drive-ban lév- MPEG-2 dekóder hozza létre.
Informatika alapjai-9 Személyi számítógép (PC)
11/12
USB busz Újabban kifejlesztett nagysebesség7 Univerzális Soros Busz. Csatlakozója: M7ködés: 1 gazda (host), sok eszköz 4 vezeték: Pin
Host funkció
Eszköz funkció
1 VBUS (4.75–5.25 V) VBUS (4.4–5.25 V) 2 D[
D[
3 D+
D+
4 Közös
Közös
A Host tápfeszültséget adhat az eszköznek. Feszültség alatt lehet csatlakoztatni, bontani. Eszközök: •
Nyomtató
•
Scanner
•
Egér
•
Pen-drive
•
Fényképez-gép.
3 adatátvitel sebesség tartomány: •
Kis sebesség: 183 Kbyte/s humán interface eszközökhöz (egér, billenty7zet)
•
Teljes sebesség: 1.4 Mbyte/s. USB 1.x-ben ez a legnagyobb
•
Nagy sebesség: 57 MByte/s. Csak USB 2.0-ban használható, de egy USB 2.0 szerint m7köd- eszköz is lehet lassú.
Nagyon felt7n- a teljes sebesség és a nagy sebeség különbsége. A Nagy sebességhez USB 2.0 PC port és USB 2.0 nagy sebességú eszköz kell. Érdemes rá figyelni, mert az áttöltési id- kb. 28-szoros! Nem biztos, hogy a legolcsóbb eszközt érdemes megvenni. Persze a modernebb, nagyobb kapacitású eszközökbe általában gyorsabb adatátvitel van beépítve. Amir-l nem esett szó:
Apple Macintosh Az IBM kompatibilis gépek f- versenytársa. F- bels- eltérés: nem Intel xx86, hanem Motorola processzor van benne - kivéve mostanában, amikor Intel processzoros Macintosh-ok jelentek meg.
Informatika alapjai-9 Személyi számítógép (PC) Korán specializálódtak a kiadvány szerkesztésre, a kiadvány szerkeszt- programokat Macintoshon lehetett használni. Ma a használhatósági határok elmosódnak, a programok IBM PC-re és Macintosh-ra is megvehet-k, a gép teljesítmények hasonlóak.
12/12
