12a.05. 3.2A_számítógép_sematikus_felépítése Bandur_Antal
5. tétel A számítógép sematikus felépítése (Ábra, buszok, CPU, Memória, IT, DMA, Periféria vezérlő) Készítette: Bandur Ádám és Antal Dominik Tartalomjegyzék I. II.
Neumann János ajánlása A számítógép sematikus felépítése • Buszok: Adat, Vezérlő, Cím • CPU • IT • Memória • DMA • Perifériák
I. Neumann János ajánlása. Neumann János, mint a számítástechnika atyja lefektetette a Neumann elveket, de a hardware terén is tett ajánlást. Ezek a következők: • • • • •
Kimeneti eszközök Bemeneti eszközök Vezérlő egység Műveletvégző egység Memória
És ahogy ezt látjuk majd a felépítési rajz elemeinél, mindnek meg van a megfelelő ajánlás. Sőt lesz plusz egység is, ami nem szerepel.(pl.: DMA) Ezeknek ajánlásoknak célja az iránymutatás.
II. A sematikus felépítés ábrázolva. Memória
CPU
Adat busz Cím busz Vezérlő busz IT vezérlő
DMA vezérlő
Periféria vezérlő 1/6
12a.05. 3.2A_számítógép_sematikus_felépítése Bandur_Antal
•
Buszok, vagy sínek Jellemző adata a szélessége. Bitben mérjük. 32-64 bit mostanában. Régebben kevesebb volt. Byte-ban is mérhetjük. Adat busz: Meghatározza, hogy egyidejűleg mennyi adatot tud szállítani. Cím busz: Meghatározza a maximálisan megcímezhető memória méretét. Vezérlő busz: Meghatározza, hogy hány féle utasítást tud kezelni a gép. Ez az adat irreveláns, mert a 232= 4Mrd utasítás mennyiséget a mai processzorok messze nem érik el. Ha meg kérdezik „Hány bites a géped?”. Ez az az adat.
•
CPU, azaz Központi Műveletvégző Egység. Az ajánlás két elemének felel meg. A Vezérlő egységnek és Műveletvégző egységnek. Sokoldalú elem, mivel az idő folyamán sok egyébként a chipsethez tartozó részt építettek bele, illetveegyéb szolgáltatást végző berendezéseket. Ilyen például az ALU (AritmetricalLogical Unit), cache, FSBvagy mostanában a GPU-t (ezeket APU (Accelerated Processing Unit)-nak szokták hívni). Tartalmazza az operatív tárat, azaza regisztereket. FSB Front-SideBus Feladata az adatforgalom a CPU és más eszközök közt. Más perifériákat ehhez képest mérünk, mint például az operatív tár sebességét. De a CPU sebességét is mérjük ehhez képest. A L2-es cache van mögötte. Egy gép olyan lassú amilyen a leglassabb része. Az FSB tovább fejlődött az Intel QuickPathInterconnect és az AMD HyperTransport személyében. A processzor a buszok méretének megfelelő méretű adatokkal fog dolgozni. Órajel: Ütemezés a gépnek. A rendszeróra folyamatosan, periódikusan jeleket szolgáltat. Két ilyen jel ad ki egy processzorciklust. Az egyszerű utasításokat kevesebb, míg a bonyolultabbakat több processzorciklus alatt hajtja végre a processzor. Két processzorciklus alkot egy buszciklust, melyek során a processzor a memóriához fordul. Az első ciklus során a memória címzése történik meg, a második ciklus alatt a processzor az utasítást közli. Van két típusa szinkron és aszinkron. Szinkronnál adat csoportokban dolgozunk. Tehát van egy fix adat mennyiség, ami biztos közlekedik a buszokon, de meg eshet, hogy nincs meg a fele
2/6
12a.05. 3.2A_számítógép_sematikus_felépítése Bandur_Antal
adat. Az operációs rendszereknél jelzik hány bit-es és ez nem lehet nagyobb, mint a buszok szélessége, kisseb igen. És ha kisebb, akkor csak a válasz idő lesz lassabb. Az aszinkron várakozik feladatra, majd ha bekövetkezik, egy esemény elkezd rajta dolgozni. Ez az esemény bármekkora adat hullámot generálhat. Amit egyszerre a CPU kapacitása nem tud be fogadni ezért lelassul. Egyelőre a szinkronműködés a legjobb. Két fajtát kell meg említeni Belső órajel. Ez a CPU-jé Külső órajel. Ez az alaplapé. Minden vezérlő eszköz (pl. memóriavezérlő) saját órajellel dolgozik. Mértékegység a Hz (KHz, MHz, GHz). Példa: 2,2GHz-es processzor 2,2 milliárd utasítás másodpercenként. Használják még a MIPS mértékegységet is a fenti processzor 2200MIPS teljesítményű (millió utasítás per szekundum). Analógiásan ez 2,2 GIPS. Mivel az eszközök órajelei nem egyeznek, ezt egy órajel generátor generálja az alaplapon. Utasítás készlet típus CISC (Complex Instruction Set Computer), RISC (Reduced Instruction Set Computer). CISC-nél összetett utasítás készletről beszélünk. Egyszerű fordító program kell hozzá. RISC-nél egyszerű utasításkészletről beszélünk. Bonyolult fordító program kell hozzá. •
Memória Szerepel az ajánlásban tehát teljesül a kritérium. A memória olyan tároló terület, amely képes arra, hogy hosszabb rövidebb ideig megőrizze az adatokat. Két típus van. ROM és a RAM ROM - Read Only Memory Általában a Bios-ban van ilyen típusú memória, amely a rendszer elindulásakor van hasznunkra. Több Generáció van. A viszonylag legújabbak az EEPROM-ok ezeket már törölni is tudjuk elektronikusan.(ElectricallyErasable Programmable Read-Only Memory) Áramtalanítás után is megőrzi a benne lévő állapotokat. RAM 1. DRAM: Minden bit egy tranzisztor, és egy kondenzátor. Néhány ms-onként 3/6
12a.05. 3.2A_számítógép_sematikus_felépítése Bandur_Antal
frissíteni kell, de nagyobb adatsűrűség érhető el. Elérési idő: néhány tíz ns Dinamikus RAM-ok. Kicsi, olcsó, lassú. pl: DDR3 SDRAM vagy régebbi típusok 2. SRAM Flip/Flop jellegű Statikus memóriák. Nincs szüksége az adatok frissítésére. Nagy, drága, gyors. Ha operatív tárról beszélünk, akkor kondenzátor elvűekről beszélünk. Mivel túlságosan drága lenne a Flip/Flop. Dual channel-nél a sáv szélesség növeléséről beszélünk. •
IT vezérlő (IT-Interrupt) Megszakítás vezérlő feladata a futó feladatok ellenőrzése és a processzor tájékoztatása a megszakításról.
A megszakítás folyamata. 1. Azeszköz, amely megszakítást kérő jelzést küld a megszakítás vezérlő áramkörnek. 2. A megszakítást vezérlő áramkör azonosítja az eszközt. 3. A processzor befejezi az aktuális folyamat végrehajtás alatt álló utasítását. 4. A processzor eltárolja futó folyamathoz folytatásához szükséges adatokat a veremben. 5. A processzor kiszolgálja a megszakítást kérő egységet. 6. A processzor ki keresi a veremben a félbe szakított folyamat folytatásához szükséges adatokat. 7. Majd folytatja a megszakított folyamatot. IRQ–InterruptRequest.Amegszakításisorszámhozaz operációsrendszer betöltése (boot) során hozzárendel egymemória címet, ahova az eszközvezérlő programot (DeviceDriver) betöltötte. Ezt a hozzárendelést a megszakítási vektorban tárolja el. Ha megszakításkérés érkezik, azt azonosítja, majd betölti, és futtatja az eszközvezérlő programot, amely képes értelmezni és irányítani az eszközt. A hozzárendelés a telepítéskor történik. Három féle megszakítás bejelentkezés van eszközöknél. 1. Jumperes 2. Szoftveres 3. Plug and Play (telepítés automatikus)
NMI Non-Maskable Interrupt A prioritása nagyon magas nem lehet félbe szakítani vagy nagyon nehéz.(Nincs prioritási kérdés)
4/6
12a.05. 3.2A_számítógép_sematikus_felépítése Bandur_Antal
Prioritás: Minden eszköznek van prioritása. Ez az a fontossági sorrend. Mint ahogy a programoknak is van. Program is kérhet meg szakítást egyébként. Ha két periféria kér ténylegesen egyszerre megszakítást, az egyik visszapattan. Amúgy van sorrend. •
•
DMA azaz DirectMemory Access A feladata a nagymennyiségű adatok mozgatása közvetlen memória hozzáféréssel. A CPU-ról leveszi a terhet. DMA-hoz be kell jelentkezni, mint az IT-hez. Szintén van sorszámuk. Perifériavezérlő o Feladata: A perifériák csatoló felületeken keresztül kapcsolódnak az alaplaphoz. És a Nyomtatott Áramkörön (röviden NYÁK-on) keresztül eljutnak, a déli hídhoz ahol becsatlakoznak a periféria vezérlőbe. Amin keresztül eljuthatnak az adatok a memóriába, a CPU-hoz vagy másik perifériához. A periféria vezérlő egy útválasztó. Bemeneti eszközök pl: egér, billentyűzet. Kimeneti eszközök pl: monitor, hangfal. Input/Output eszközök: pl. háttértárak, hálózati kártyák, stb.
Mi történik a gépben, ha én megmozdítom az egeret? Ha megmozdítom az egeret, az egér a buszrendszeren és perifériavezérlőn keresztül jelzi ezt az IT-nek. Az IT azonosítja, továbbítja a kérést a CPU-nak, aki foglalkozik vele, megszakítva más, éppen végzett folyamat feldolgozását. A processzor az eszköz azonosítása után az IT vektorból kikeresi az egér driver címet a memóriában és meghívja. A driver értelmezi az egértől kapott elektronikus jeleket. Az egér helye megváltozott tehát újra ki kell rajzolni máshol! A CPU eligazítja, a GPU-t (a periféria vezérlőn keresztül) hogy hova kell ki rajzolni az egeret. Az operációs rendszer alapértelmezett, vagyfutó program aktuális beállításai alapján a GPU újrarajzolja a képet. Előzmény: A gép operációsrendszerebetöltődik, és vele együtta Device Driver programok is a memóriába. Az IT vektorba ezek címei is bekerülnek. P’nP eszköz esetén, nincs is szükség újraindításra. Felhasznált források: http://prohardver.hu/teszt/amd_llano_apu_megateszt/a_fuzioig_vezeto_rogos_ut.html http://hu.wikipedia.org/wiki/Central_processing_unit http://www.gtbbp.hu/~szabol/tetelek/programming/C/computer.html
5/6
12a.05. 3.2A_számítógép_sematikus_felépítése Bandur_Antal
http://en.wikipedia.org/wiki/Southbridge_%28computing%29 http://en.wikipedia.org/wiki/Front-side_bus http://hu.wikipedia.org/wiki/DDR_SDRAM http://www.stud.u-szeged.hu/Sipos.Georgina/orajel.htm Füzet
6/6
