2.2 A számítógép felépítése (1. rész) Neumann elvek: •
Sorosan dolgozza fel a program által meghatározott utasításokat (egymás után)
•
Tárolt program elve – az adatok és a végrehajtandó programok azonos belső, címezhető memóriában vannak
•
A műveleteke elvégzéséhez a kettes számrendszert használja
•
Univerzálisan programozható (amennyiben bizonyos elemi műveletek elvégzésére képes, akkor minden feladat elvégzésére programozható)
•
A számítógép részegységei elektronikusak
A számítógép elvi vázlata Memória
Cache
CU ALU
Regiszterek
Bemeneti eszközök Kimeneti eszközök
Memória: a feldolgozást vezérlő program és a feldolgozandó adatok tárolóhelye működés közben. Cache: gyorsítótár, a memóriából idekerül a feldolgozandó tartalom. CU (Control Unit): vezérlőegység, ez a részegység az (utasítás)regisztereinek tartalma alapján a többi egység működését vezérli. Regiszterek: a CU itt tárolja az éppen végrehajtott utasításokat. ALU (Arithmetical Logical Unit): számoló és logikai egység; a CU vezérlése alapján műveleteket végez a cache tartalmát is felhasználva. Bemeneti eszközök (perifériák): minden olyan egység, amely adatot tartalmaz, és azt beolvassa a számítógép. Kimeneti eszközök (perifériák): minden olyan egység, ahova adatot írhatunk ki.
Személyi számítógép vázlatos felépítése Audio illesztő
Hangfal Billentyűzet
CPU
Egér Busz
Hálózati csatoló
Memória RAM
Merevlemez ROM
Optikai lemez LAN
Videó illesztő
Monitor
CPU: központi feldolgozóegység Busz rendszer: kapcsolatot teremt a CPU és a memória, valamint az egyes perifériák között (vezetékek és vezérlő áramkörök) Memória: végrehajtás alatt tartalmazza a programot, a végrehajtáshoz szükséges adatokat digitális formában. (ROM: Read Only Memory – csak olvasható) Címkézhető, írható, olvasható (RAM). Merevlemez: a számítógép elsődleges háttértára, a programokat és az adatokat tartalmazza felhasználásuk előtt és után Optikai lemez: az egyik legelterjedtebb cserélhető lemezes háttértároló Egyéb: o Alaplap: a kisegítő áramkörök (órajel-generátor, buszrendszerek, csatoló felületek az illesztők számára) egységbe foglalása o Tápegység: a számítógép egyes részeit megfelelő szintű és stabilitású árammal látja el o Ház: fizikai egységbe foglalja a ház egészét
Központi feldolgozóegység [Wikipédia] A CPU (angol: Central Processing Unit – központi feldolgozóegység) más néven processzor, a számítógép „agya”, azon egysége, mely az utasítások értelmezését és végrehajtását vezérli, félvezetős kivitelezésű, összetett elektronikus áramkör.
Sebesség Az óra az egész számítógép működéséhez szükséges ütemet biztosítja. Az óra magában foglal egy kvarckristályt, ami az órajel előállításához szükséges rezgést adja. Sebességét Hertzben (Megahertzben) mérjük, egy óra körülbelül 100 MHz-es rezgést ad, ezért a mai nagysebességű processzorokban egy szorzót alkalmaznak, hogy magasabb órajelet, ezáltal gyorsabb processzort kapjanak A sebesség másik mérvadó mértékegysége, hogy hány utasítást tud a processzor végrehajtani adott időegység alatt. Mértékegysége: MIPS (Million Instruction per Second)
Adatszó-hossz A processzor ekkora adatot képes egyszerre feldolgozni.
Tokozás •
•
PGA-tokozás (manapság használatos): itt a csatlakozók a négyzet alakú tok a alján helyezkednek el. Lehetséges olyan fajtája is, hogy a tűk az alaplapon helyezkednek el, és processzoron csak az érintkezők találhatóak. Ezen belül is lehet: o CPGA azaz kerámia tok, vagy o PPGA műanyag tok. SECC-tokozás: a tok inkább egy kazettára hasonlít, az érintkezők (tűk) az alján vannak.
Utasításkészlet A processzor által ismert műveletek és utasítások összességét értjük a processzor utasításkészlete alatt. Legelőször a RISC (Reduced Instructions Set Computer) utasításkészletet használták, ez leegyszerűsített, rövid utasításokat tartalmazott. Elsődlegesnek tekintette a sebességet, és az egyszerűséget. Később a CISC-et (Complex Instructions Set Computer) alkalmazták, ez már több, hosszabb utasítást tartalmazott. Manapság ezt használják legtöbb helyen, az egyszerűbbet pedig mérnöki munkák során alkalmazzák
Memória A számítógép memóriaegysége tárolókból áll. Ezek memóriaelemekből (rekeszekből) tevődnek össze, amelyekben a program elraktározódik. A rekesz jelölésére szolgáló sorszámot címnek nevezzük.
Jellemző értékek Memóriaszó: a tár legkisebb címezhető egysége, rekesze (ált.: byte). Szóhosszúság: egy memóriaszóban tárolható bitek száma. Byte-szervezésű tár: a memóriaszó hossza 8 bit, azaz 1 byte. Memória kapacitás: a tárban egyidejűleg tárolható memóriaszók száma.
1Kszó=1024 szó 1Mszó=1024 Kszó 1Gszó= 1024 Mszó Elérési idő: az az időtartam, ami alatt a megcímzett memóriaszó tartalma felhasználásra hozzáférhetővé válik. Ciklusidő: az az időtartam, amelnyek két egymást követő tárművelet között el kell telni. Hozzáférési szélesség: az a memóriaszó mennyiség, ami egy olvasási művelet során kiolvasható, vagy íráskor bevihető a tárba. Ez általában az adatregiszter szóhossza.
Fogalmak Tárcímregiszter: az a regiszter, amibe a memóriarekesz címét a tárművelet indítása előtt el kell helyezni. Adatregiszter: az a regiszter, amibe a tárművelet operandusa – a beírandó adat – vagy eredménye – a kiolvasott adat – kerül.
Fajtái: •
Címzési mód szerint o Soros a rekesz címét, amelyikkel tárműveletet akarunk végezni, annak a rekesznek a címe határozza meg, amelyikben az előző tárműveletet végeztük - Fifo a tárból az adatokat a beírás sorrendjében olvashatjuk ki, elsőként azt az adatot, amit elsőként írtunk be. A FIFO tárakat pufferként használják a leggyakrabban. A pufferek (BUFFERS) alkalmazásával különböző működési sebességű egységek együttes munkája összehangolható. -
•
Lifo a tárból azt az adatot olvashatjuk ki előbb, amelyet utóbb írtunk be, az olvasási sorrend a beírás sorrendjével ellentétes. Az ilyen tárakat veremtáraknak (STACK) is szokták nevezni. Hívási láncok, rekurzív eljárások szervezéséhez használják őket. o Asszociatív a keresett adat a tartalommal, vagy a tartalom egy részével érhetjük el, címezhetjük. (CAM – Content Addressable Memory) o Közvetlen (Random Access Memory) A tárolócellák címzése tetszőleges, a hozzáférési ideje címfüggetlen. Feladat szerint o Háttértár Nagy adatmennyiség tárolására alkalmasak és energia nélkül is fenntartják a jeleket. o Főtár Más néven operatív memória, itt tárolódnak a futó programok és az ezekhez szükséges adatok.
•
•
•
o Regiszter a feldolgozandó adatok, címek, vezérlési adatok, utasítások átmeneti tárolására alkalmas tárolók. o Gyorsítótár nagyon gyors működésű (kis ciklusidejű) tárak. Feladatuk a tárműveletek gyorsítása. A cache-t mindig két, különböző elérésű tár közé iktatják. A lassúbb tár adatainak elérése mindig egy cache-beli, általában a címre asszociatív kereséssel kezdődik. A tárolás időbelisége szerint o Statikus: a beírt adatot hosszú ideig megőrzik, pl. beírástól a gép kikapcsolásáig (esetleg még tovább is), beavatkozás nélkül. o Dinamikus: a beírt adat valamilyen időközönként fel kell frissíteni – pl. gépi utasításonként. A tartalom módosíthatósága szerint o Csak olvasható: ROM: Read Only Memory o Írható és olvasható RWM: Read and Write Memory Adattárolási elv szerint o Mechanikus Lyukszalag, lyukkártya. Ma már nem használják. o Félvezető Az ilyen tár csak feszültség hatására tartja meg a tartalmát. Nagyon gyors elérésű, kicsi és drága. o Mágneses Lassabb a félvezető tárnál, de zavarérzékenysége nagy. o Optikai Manapság elterjedt technológia, alacsony a zavarérzékenysége és olcsó. o Egyéb (pl.: Flash)
Busz rendszer A belső BUS rendszer a processzor részeit köti össze egymással, a külső BUS rendszer a processzort a többi egységgel. A külső BUS-rendszer három részből épül fel: - cím bus: szélességétől függ, hogy mekkora memóriát tudunk megcímezni, a memóriához való hozzáférést határozza meg (pl.: 8 bit-es 28) - adat bus: (Egyetlen művelet alatt mekkora adatot tud átvinni.) Meghatározza, hogy órajel alatt mennyi adat fut - vezérlő bus: a processzor és a többi egység kommunikációja vezérlő jelek segítségével történik, ezen a sínen haladnak ezek a jelek.
Illesztőegységek (interfészek) Feladatuk: fizikailag és logikailag összekötik a CPU-t és a perifériákat. Típusaik:
•
soros illesztők (soros port): bitenkénti adatátvitelre alkalmas (pl: egér illesztése)
•
párhuzamos illesztők (párhuzamos port): egyszerre 8 bit átvitelére alkalmas (pl: nyomtató illesztése)
Tápegység A tápegység a számítástechnikában, (a "PC-ben") az az alkatrész, amely a számítógép működéséhez szükséges feszültségeket állítja elő. Rövidítése: PSU (Power Supply Unit). Fajtái: • •
•
•
Külső tápegység (pl: Commodore 64) AT Ezeket az operációs rendszer nem tudta vezérelni, pl. nem tudta kikapcsolni. Ezeket 1996-ig; a P2-P3-as alaplapok koráig használták. (Az alaplapra 2db 5 eres csatlakozóval kapcsolódik.) Ezek a tápegységek túlnyomó többségben ún. kapcsolóüzemű tápegységek voltak. ATX Az alaplap folyamatosan kap egy alacsony ( +5 V) feszültséget, így lehetővé válik, hogy a gépet szoftveres úton leállítsuk illetve, hogy külső hardver egység segítségével (pl.: modem, hálózati kártya), "felébresszük", tehát az alaplap tudja vezérelni a tápegységet. (Az alaplapra 2x10 eres csatlakozóval kapcsolódik, és mindegyikük kapcsolóüzemű.) BTX-es tápegységeket és alaplapokat jelenleg kezdték el forgalmazni; ezek elterjedésére azonban még várni kell.
[forrás: http://hu.wikipedia.org/wiki/T%C3%A1pegys%C3%A9g_(PC) ]
Hűtés A processzor, a tápegység és a számítógép egyéb részei hőt termelnek. Ennek a hőnek az elvezetésére szolgálnak a hűtőberendezések.
Fajtái •
•
Léghűtéses: A processzorra felszerelnek egy hűtőbordát, ami elvonja a hőt, és egy hűtőventillátorral hűtik azt. A hűtőborda és a processzor közé szinte mindig hűtőpasztát tesznek, a jobb hőátadás édekében. Ez általában alumínium hűtőpaszta. Vízhűtéses: Csövekben vizet cirkuláltatnak, és ezt kötik rá a hűteni kivánt alkatrészre. Teljesen halk, emellett igen hatékony, ám kiépítése bonyolult és drága.
Egyéb hűtési fajták is léteznek, de ezek nem olyan elterjedtek, például: •
• • •
Peltier hűtés: a processzorra egy ún. Peltier elemet raknak, és erre kerül rá egy további hűtő egység. Az elem lényege, hogy a töltés áramlása mellett hőáram alakul ki, amelynek következtében az elem egyik oldaláról a másikra vezeti a hőt → az egyik oldala hideg, míg a másik oldala forró lesz. Hidrogénes hűtés Hőcsöves hűtés Folyékony nitrogénes hűtés
[forrás: http://hu.wikipedia.org/wiki/CPU#A_processzor_h.C5.B1t.C3.A9se]
Ház A számítógép vázát a ház alkotja meg. Ebben különböző méretű és elhelyezésű "rekeszek" vannak a számítógép részegységeinek.
Fajtái • Asztali kivitel Többféle típusú (szerkezetű ház) terjedt el, mind pl.: mini, midi, fekvő-ház.
• Szerver kivitel Ahol sok winchestert kell beépíteni a gépbe (pl. szerver), ott szerverházat használnak, ami akár kétszer akkora is lehet, mint a normál méretű. Nagyobb teljesítmény esetén a számítógép házat rackbe építhető kivitelben készítik el. A rackszekrény oldalára belülről síneket csavaroznak, amelybe a számítógépház becsúsztatható. Ez a kivitel a szerelhetőséget könnyíti meg. [forrás: http://hu.wikipedia.org/wiki/Sz%C3%A1m%C3%ADt%C3%B3g%C3%A9ph%C3%A1z]
