Hardware Martin Hejtm´anek
[email protected] http://kmlinux.fjfi.cvut.cz/∼hejtmmar ˇ Poˇ c´ıtaˇ cov´ y kurs Univerzity tˇret´ıho vˇ eku na FJFI CVUT Znalci
17. prosince 2009
Dneˇsn´ı pˇredn´aˇska 1 2 3 4 5
Historie poˇc´ıtaˇc˚ u Poˇc´ıtaˇce nult´e generace Hardware poˇc´ıtaˇce Hardwarov´e souˇc´astky V´ybˇer poˇc´ıtaˇce
http://pcu3v.fjfi.cvut.cz
Prvn´ı poˇc´ıtac´ı stroje • Abakus ˇ ına – pˇred 5000 lety • C´ • Mechanick´ a sˇc´ıtaˇcka • Blaise Pascal – 1649 • Vylepˇsen´ı sˇ c´ıtaˇcky • Wilhelm Leibniz – 1694
http://pcu3v.fjfi.cvut.cz
Prvn´ı poˇc´ıtaˇc • Parn´ı poˇ c´ıtaˇc – 1833 • Charles Babbage • Analytick´ y stroj – 1848 • Prvn´ı univerz´ aln´ı stroj • Moˇ znost programov´an´ı
http://pcu3v.fjfi.cvut.cz
Poˇc´ıtaˇce nult´e generace • Mechanick´ e stroje, rel´e • Mohutn´ y rozvoj za v´alky – ˇsifrov´an´ı • Vyluˇstˇ en´ı Enigmy – Alan Turing + Gordon Welchman • 1936 – Konrad Zuse • 1944 – ENIAC • Electronic Numerator, Integrator, Analyzer and Calculator
http://pcu3v.fjfi.cvut.cz
John von Neumann • Tv˚ urce teorie her • S A. Einsteinem zaloˇ zil Univerzitu v Princetonu • Zab´ yval se jadernou fyzikou • Von Neumannova koncepce
http://pcu3v.fjfi.cvut.cz
ENIAC – Electronic Numerator, Integrator, Analyzer and Calculator • Pro potˇreby arm´ ady • Zaloˇ zen na Turingov´ych myˇslenk´ach • Velk´ a spotˇreba a rozmˇery
http://pcu3v.fjfi.cvut.cz
Typy poˇc´ıtaˇc˚ u • Stoln´ı poˇ c´ıtaˇc (desktop) • Notebook – pˇrenosn´ y poˇc´ıtaˇc • Mainframe (superpoˇ c´ıtaˇc) – usp˚ usoben na sloˇzit´e v´ypoˇcty, vysoce stabiln´ı
http://pcu3v.fjfi.cvut.cz
Logick´e obvody • Tzv. hradla • Podle vstupu (teˇ ce/neteˇce proud – 0/1) urˇc´ı v´ystup – 0/1 • Funguj´ı podle matematick´ e logiky (konjunkce, disjunkce . . . ) • Jejich propojen´ım lze udˇ elat prakticky vˇse • Napˇr. sˇ c´ıtaˇcka (obr´azek)
http://pcu3v.fjfi.cvut.cz
Hardware poˇc´ıtaˇce • Fyzick´ e vybaven´ı poˇc´ıtaˇce • Hardware × software • Souˇ c´asti hardwaru • Skˇr´ıˇ n, procesor, grafick´a karta, pamˇeti, s´ıt’ov´a karta, z´akladn´ı deska, zdroj, disky . . . • Periferie – monitor, kl´ avesnice, myˇs, tisk´arna . . .
http://pcu3v.fjfi.cvut.cz
Procesor • CPU – Central Processor Unit • ”Srdce” poˇ c´ıtaˇce – ˇcte a vykon´av´a instrukce • Vyuˇ z´ıv´a logick´ych obvod˚ u
http://pcu3v.fjfi.cvut.cz
Procesor ˇ asti procesoru • C´ ˇ c – ˇr´ıd´ı jeho ˇcinnost • Radiˇ • Registry – rychl´ a pamˇet’ pro uˇz´ıvan´a data • Aritmeticko-logick´ a jednotka (ALU) – prov´ad´ı v´ypoˇcty
http://pcu3v.fjfi.cvut.cz
Procesor • D˚ uleˇ zit´ e parametry • Rychlost (frekvence) – miliony operac´ı za sekundu [GHz] ˇıˇrka registru – 4-64 bit˚ • S´ u • Poˇ cet jader – procesorov´e jednotky
http://pcu3v.fjfi.cvut.cz
Operaˇcn´ı pamˇet’ • Ukl´ ad´an´ı informac´ı o spuˇstˇen´ych programech • Z´ avisl´a na elektrick´em proudu (po vypnut´ı se maˇze) • Vyuˇ zit´ı RAM pamˇeti – Random Access Memory • Rychl´ a, ale drah´a • D˚ uleˇ zit´ e parametry • Rychlost pˇrenosu (frekvence) – poˇ cet ˇcten´ı a z´apis˚ u za sekundu [MHz] • Kapacita (velikost) – typicky 256,512,1024 MB
http://pcu3v.fjfi.cvut.cz
Pevn´y disk • Trval´ e ukl´ad´an´ı dat • Nez´ avisl´y na elektrick´em proudu • Pomal´ y pˇr´ıstup, ale levn´a pamˇet’ • D˚ uleˇ zit´ e parametry • Poˇ cet ot´aˇcek (= rychlost ˇcten´ı a z´apisu) – 7200-15000 ot´aˇcek za sekundu • Kapacita (velikost) – stovky GiB
http://pcu3v.fjfi.cvut.cz
Pevn´y disk Jak funguje a organizace dat
• Nˇ ekolik diskov´ych ploten pokryt´ych magnetickou vrstvou ˇ • Ctec´ı hlavy ˇ ctou a zapisuj´ı • Pˇri tˇ esn´em kontaktu s vrstvou se m˚ uˇze disk poˇskodit – n´achylnost na pohyb • Data uspoˇr´ ad´ana v soustˇredn´ych kruˇznic´ıch
http://pcu3v.fjfi.cvut.cz
Organizace pamˇet´ı pevn´y disk −→ operaˇcn´ı pamˇet’ −→ registry procesoru Proˇc? Jde o rychlost a cenu pamˇet´ı. • Ostatn´ı pamˇ eti • Flashdisky – odolnost proti n´ araz˚ um, velikost • CD ROM, DVD ROM – optick´ y z´aznam, ˇcten´ı laserem
http://pcu3v.fjfi.cvut.cz
Grafick´a karta • GPU – Graphics Processor Unit • Integrovan´ a × extern´ı (bud’ je na z´akladn´ı desce nebo ne) • Star´ a se o zobrazov´an´ı na monitoru • Upravena pro speci´ aln´ı grafick´e v´ypoˇcty • Ty zvl´ ad´a nˇekdy aˇz 100× rychleji neˇz procesor • Dnes uˇ z obsahuje vlastn´ı mikroprocesor
http://pcu3v.fjfi.cvut.cz
Z´akladn´ı deska • Propojen´ı a nap´ ajen´ı vˇsech souˇc´astek • Sloty (zd´ıˇrky) na dalˇs´ı souˇ c´astky • Pamˇ et’, ve kter´e je BIOS • Basic Input Output System • Zodpovˇ edn´y za start poˇc´ıtaˇce, z´akladn´ı konfigurace hardwaru
http://pcu3v.fjfi.cvut.cz
Z´akladn´ı porty • Porty = zd´ıˇrky na kabely • RGB – pˇripojen´ı monitoru nebo projektoru • DVI – pˇripojen´ı tisk´ arny
RGB port
• LAN – s´ıt’ov´ y kabel (internet) • USB – fleˇska, fot’´ ak . . .
DVI port LAN port
http://pcu3v.fjfi.cvut.cz
USB port
Monitor CRT monitor
• Perifern´ı zaˇr´ızen´ı • Slouˇ z´ı k zobrazov´an´ı grafick´ych informac´ı • CRT – Cathode Ray Tube • Tˇri paprsky elektron˚ u o r˚ uzn´e s´ıle • Dopadaj´ı na pˇr´ısluˇsn´ y fosforov´y bod
http://pcu3v.fjfi.cvut.cz
Monitor LCD monitor
• Perifern´ı zaˇr´ızen´ı • Slouˇ z´ı k zobrazov´an´ı grafick´ych informac´ı • LCD – Liquid Crystal Display • Molekuly kapaln´ ych krystal˚ u • Jejich pozice ovlivˇ nuje polarizaci svˇetla a sv´ıtivost pixelu • Menˇs´ı rozmˇ ery a spotˇreba
http://pcu3v.fjfi.cvut.cz
V´ybˇer poˇc´ıtaˇce • Podle toho, na co poˇ c´ıtaˇc chci • Kancel´ aˇr – nen´ı potˇreba ˇz´adn´y zvl´aˇstn´ı v´ykon, pevn´y disk s velkou kapacitou • Hry – dobr´ a grafick´a karta (extern´ı), procesor a operaˇcn´ı pamˇet’ (RAM) • V´ ypoˇcty – dobr´a operaˇcn´ı pamˇet’ a procesor • Pˇrehledn´ y a dostateˇcnˇe velk´y monitor • Srovn´ avat na internetu ceny (napˇr. www.alza.cz)
http://pcu3v.fjfi.cvut.cz
