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
210
1.024
1024 Kbyte
220
1.048.576 1.073.741.824
Megabájt Mbyte, MB Gigabájt
Gbyte, GB
1024 Mbyte 230
Terabájt
Tbyte, TB
1024 Gbyte
240
1.099.511.627.776
Alapismeretek • Analóg • 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
Elektronikus gépek
Számítógép történelem • • • • • • • •
1939 (USA) - ABC 1943 (Anglia) - Colossus I. 1946 (Pennsylvaniai Egyetem) – ENIAC 1949 (Cambridge-i Egyetem) – EDVAC 1952 (Szovjetúnió) – MESM, BESZM EDVAC 1952 (USA) – IBM-701 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
7.
REGISZTER TÖMB
UT.REG 4.
UT.DEK.
6.
VEZÉRLŐ EGYSÉG
Vezérlő jelek
ADATOK
címsín
TÁR
Számítógép felépítése Operatív memória (RAM)
Vezérlő egység (CPU) Bemeneti egységek (Input perifériák)
Aritmetikai-Logikai egység (ALU) Regiszterek
Háttértárak (Input/Output)
Kimeneti egységek (Output perifériák)
Perifériák
Személyi számítógép felépítése
Alaplap
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
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 INTEL processzorok fejlődése
Típus
Moore - törvény
4004 8008 8080 8086 286 386 486 DX Pentium Pentium II. Pentium III. Pentium 4. Pentium D Pentium Extreme Core 2 Duo
Felfede Tranzisztor zés ok száma éve 1971 2.250 1972 2.500 1974 5.000 1978 29.000 1982 120.000 1985 275.000 1989 1.180.000 1993 3.100.000 1997 7.500.000 1999
24.000.000
2000
42.000.000
2005
230.000.00 0 235.000.00 0 291.000.00 0
2005 2006
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
RAM szerkezete (egység: 1 byte) 2B5D
11011001
2B5E
10101110
2B5F
11111111
2B60
00000000
2B61
10101010
2B62
11100010
2B63
Cím
10010110
Tartalom
ROM memória • ROM (Read Only Memory) • csak olvasható memória • közvetlen elérésű • 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
Compact Flash memória • Jellemzői • 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
Winchester (Hard Disk)
(hajlékonylemez)
(merevlemez)
Szalag
Streamer (kazetta)
Mágneses háttértárak
Merevlemezek
Mágneses háttértárak • Tulajdonságai • Írható – olvasható • Gyors • Megbízható • Jellemzői • 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)
DMA vezérlő • Direct Memory Access • 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*58=627, 5m távolság1,5 és12 Mbit/s • IEEE1394 Firewire
