Technické prostředky počítačové techniky
Obsah:
• Sběrnicová struktura PC • Interní počítačové paměti PC • ROM • RAM • Paměti typu CACHE
IS2-4
1
Informatika 2 – 04 Dnešní info: Zemřel „otec“ e-mailu
Aplikace „Záchranka“ Sociální sítě
2
Dnešní info:
3
Popularita sociálních sítí Elektronické občanky Nejúpěšnější e-shopy a trendy 2015 4
Nebezpečné selfee
5
Technické prostředky počítačové techniky – 3
.
Počítač - stroj, který podle předem připravených instrukcí zpracovává data Základní části: – centrální procesorová jednotka (schopná řídit se posloupností instrukcí a ovládat další části počítače) – zařízení pro ukládání dat (paměť) – zařízení pro vstup dat (např. klávesnice, myš, …) a výstup dat (např. monitor, tiskárna, …)
Vstupy
Paměť
Procesor
Výstupy
Sběrnice
ALU
ŘADIČ 17.5.2016
IS2-15-04
John von Neumann koncepce počítače 6
+
Technické prostředky počítačové techniky
Vstupy
řídící sběrnice
Paměť
Mikroprocesor
Výstupy
datová sběrnice adresní sběrnice
17.5.2016
7
+
Počítačové paměti Charakteristické parametry
17.5.2016
vybavovací doba
přenosová rychlost
kapacita paměti
zda se paměť po vypnutí počítače vymaže
možnost pouze číst nebo také zapisovat
8
Technické prostředky počítačové techniky Vnitřní paměť ROM - „Read Only Memory“ • paměť pouze pro čtení • uchování dat i po odpojení napájení • pro uchování neměnných dat a programů
ROM Paměť
datová sběrnice
adresní sběrnice
řídící sběrnice
BIOS - základní program pro otestování a nastavení počítače po zapnutí a instrukce pro zavedení operačního systému (Basic Input/Output System) 17.5.2016
napájení
9
+
Technické prostředky počítačové techniky ROM-BIOS [Basic Input/Output System] Základní program pro otestování a nastavení počítače po zapnutí a instrukce pro zavedení operačního systému.
Jde o první program, který se v PC spouští při každém zapnutí. Jakmile se BIOS nastartuje, nejprve určí, které periferie jsou k PC připojené a zda jsou aktivní. Potom načte operační systém z privilegovaného média do paměti RAM a spustí jej.
17.5.2016
10
Technické prostředky počítačové techniky Základy činnosti programu BIOS: 1. Zapne se přívod napájecího napětí, generuje se signál RESET; do čítače instrukcí se generuje adresa (startovací) instrukce, na ní je uložena první instrukce programu BIOS. 2. Mikroprocesor začíná vykonávat program BIOS. 3. BIOS aktivuje program ‚Power-On Self Test‘ který určí, kolik má počítač k dispozici paměti a zda správně fungují všechny jeho nezbytné hardwarové součásti. 4. BIOS vyhledá jednotku pro zavedení operačního systému nebo pro načtení iniciačního programu (IPL - initial program load). Obvykle je to pevný disk, paměť flash nebo CD/DVD.
5. BIOS startuje program pro zavedení operačního systému. Jestliže z nějaké příčiny standardní IPL nedokáže zavést operační systém, BIOS zkusí aktivovat další jednotku IPL ve svém seznamu v paměti SETUP. 6. Jednotka IPL zavede operační systém do paměti. 7. BIOS předává řízení operačnímu systému, který může provést přidělení dalších systémových zdrojů. 17.5.2016
11
Technické prostředky počítačové techniky Vnitřní paměť ROM - „Read Only Memory“
Zaznamenání dat již při výrobě, nelze je již změnit
Varianty:
• PROM (Programable ROM) - paměť lze JEDNOU naprogramovat v programátoru, nelze ji přepsat
• EPROM (Erasable PROM) - lze působením UV světla smazat a naprogramovat znovu • EEPROM (Electrically EPROM) - elektricky mazatelná a přeprogramovatelná (po bytech) doba „pamatování“ omezena na cca 10 - 20 let
• Flash-PROM – verze EEPROM - viz RAM, ale po odpojení napětí se nevymaže 17.5.2016
12
+
Technické prostředky počítačové techniky Vnitřní paměť RAM (Random Access Memory) -
ROM datová sběrnice
• „paměť s libovolným přístupem“ • umožňují čtení i zápis • po odpojení napájení ztráta dat • kritický parametr = vybavovací doba
RAM
adresní sběrnice
řídící sběrnice
napájení
17.5.2016
13
+
Technické prostředky počítačové techniky Polovodičové paměti RAM Statická RAM • uchování dat formou bistabilních klopných obvodů • rychlá • větší spotřeba • dražší • paměti typu cache
bistabilní = obvod, který je schopen setrvávat stabilně v jednom ze dvou stavů, dokud není signálem zvenčí přinucen překlopit se do druhého stavu
Hodnota výstupu 0 a 1 v závislosti na hodnotě naposledy přivedeného vstupu Pro každý bit své kapacity – klopný obvod plus ovládací logika
Dynamická RAM • uchování dat formou vybíjených kondenzátorů • nutnost obnovování zapsaných dat (refresh cycle) • pomalejší • menší spotřeba • levnější • operační paměti 17.5.2016
CMOS RAM • malá spotřeba • zápis parametrů BIOS • napájena z baterie • integrace hodin reálného času 14
+
Fyzická organizace operační paměti
• základní díl paměti = paměťový modul • 3 hlavní typy: - SIMM - DIMM - RIMM - Rambus In-line Memory Module
17.5.2016
přidávání devátého (paritního) bitu ECC (Error Chacking and Correcting) - samoopravný kód
15
Fyzická organizace operační paměti
- DDR4 moduly • až 64 GB double-data-rate synchronous dynamic random access memory
• k přenosu dat dochází při každé změně hodinového signálu, tedy při jeho nástupné i sestupné hraně 17.5.2016
16
Registry Cache Vyrovnávací paměť
ROM
Vnější paměť Nespřažená vnější paměť
17.5.2016
cena
Hlavní paměť
kapacita, vybavovací doba
Technické prostředky počítačové techniky Hierarchie pamětí
17
+
Technické prostředky počítačové techniky Paměť typu CACHE CACHE: • rychlá statická RAM • umožňuje uchování části obsahu pomalejší operační paměti (většinou dynamické RAM) • přepisuje se do ní obsah části operační paměti, se kterou se častěji pracuje • zrychluje činnost paměti počítače obsah do cache
operační paměť procesor
cache Převzetí adres z OP
sběrnice 17.5.2016
18
+
Technické prostředky počítačové techniky Paměť typu CACHE CACHE: • rychlá statická RAM • umožňuje uchování části obsahu pomalejší operační paměti (většinou dynamické RAM) • přepisuje se do ní obsah části operační paměti, se kterou se častěji pracuje • zrychluje činnost paměti počítače obsah obsah do cache v cache
operační paměť procesor
cache
sběrnice 17.5.2016
19
Technické prostředky počítačové techniky Paměť typu CACHE CACHE: • rychlá statická RAM • umožňuje uchování části obsahu pomalejší operační paměti (většinou dynamické RAM) • přepisuje se do ní obsah části operační paměti, se kterou se častěji pracuje • zrychluje činnost paměti počítače
operační paměť procesor
obsah do cache
cache Převzetí adres z OP
sběrnice 17.5.2016
20
Technické prostředky počítačové techniky – 3
.
Počítač - stroj, který podle předem připravených instrukcí zpracovává data Základní části: – centrální procesorová jednotka (schopná řídit se posloupností instrukcí a ovládat další části počítače) – zařízení pro ukládání dat (paměť) – zařízení pro vstup dat (např. klávesnice, myš, …) a výstup dat (např. monitor, tiskárna, …)
Vstupy
Paměť
Procesor
Výstupy
Sběrnice
ALU
ŘADIČ 17.5.2016
John von Neumann koncepce počítače 21
+
Technické prostředky počítačové techniky Signálové přenosy Vstupy
Paměť
Procesor řídící sběrnice
17.5.2016
ALU ŘADIČ
Výstupy
datová sběrnice adresní sběrnice 22
+
Sběrnice (anglicky bus) je skupina signálových vodičů, kterou lze rozdělit na skupiny řídicích, adresních a datových vodičů (v případě paralelní sběrnice) nebo sdílení dat a řízení na společném vodiči (nebo vodičích) u sériových sběrnic. Sběrnice má za účel zajistit přenos dat a řídicích povelů mezi dvěma a více elektronickými zařízeními. Přenos dat na sběrnici se řídí přenosovým protokolem. V případě modulární architektury elektronického zařízení nebo počítače je sběrnice po mechanické stránce vybavena konektory uzpůsobenými pro připojení modulů.
17.5.2016
23
Technické prostředky počítačové techniky Komunikace mikroprocesoru s okolím
řadič klávesnice
řadič DMA řadič přerušení
paměť cache
lokální sběrnice
Rychlá V/V zařízení
operační paměť
mikroprocesor
Rozšiřující desky
ostatní zařízení na základní desce
systémová sběrnice 17.5.2016
24
Technické prostředky počítačové techniky Sběrnice Základní parametr sběrnice: přenosová rychlost: šířka datové a adresní části sběrnice řídící frekvence
Standardy – nejčastější typy: – – – – –
ISA 8 - bitová, ISA 16 -bitová EISA-Bus (Extended ISA) MCA - Microchannel-Architektura - (IBM) PCI (Peripheral Component Interconected) AGP - jednoúčelová sběrnice určená pro připojeni grafického rozhraní (karty) k systému, přenosová rychlost 260 MB/s - 2 GB/s – PCI-Express (PCIe) - nová sériová implementace sběrnice PCI 17.5.2016
+25
Technické prostředky počítačové techniky ISA - Industrial System Architecture – 1981: princip - vyvedené vnější signály procesoru
Řešení „Localbus“ rozděluje sběrnici na dvě oblasti: • lokální (propojuje graf.karty, síť. karty, HD, SCSI...) - integrována přímo do sběrnice procesoru, ovládány jeho taktovou frekvencí POZNÁMKA: Při vyšších frekvencích (nad cca 30 MHz) se uplatňuje vliv elektromagnetického záření – nejvíce z konektorů (fungují jako antény), proto lokální sběrnice obsahuje velmi omezený počet konektorů (obvykle 2-3)
• vnější sběrnice: pro ostatní zařízení (desky)
17.5.2016
26
Technické prostředky počítačové techniky existují různé sběrnice typu „Localbus“ – př. PCI PCI - Peripheral Component Interconect – Intel – novější typ „inteligentní“ sběrnice, šířka 32 nebo 64 bitů, burst režim – autokonfigurace karet v kartě nainstalován "autokonfigurační registr", který si procesor přečte a rozpozná, která karta v slotu PCI je instalována (t.j. odpadá manuální nastavování)
17.5.2016
+27
Technické prostředky počítačové techniky
PCI - Expres Propustnost PCI-E (2.0) je: - 500 MB/s (obousměrný provoz 1 GB/s) na obrázku prostřední (nejkratší) - 2 GB/s (resp. 4 GB/s) na obrázku nahoře - 8 GB/s (obousměrně 16 GB/s) nejdelší 2 sloty na obrázku
17.5.2016
+28
Technické prostředky počítačové techniky
Rozhraní PC - interface Typy rozhraní: • paralelní rozhraní • sériové rozhraní • synchronní rozhraní (přítomnost
synchronizačních signálů – hodinové pulsy)
• asynchronní rozhraní (nepřítomnost synchronizačních signálů)
17.5.2016
+29
Technické prostředky počítačové techniky
Rozhraní PC - interface Řeší způsob připojení vnějších zařízení
Paralelní rozhraní Centronix
data adresy příkazy
– původně jednosměrné (pro tiskárny "CENTRONICS“) – od r. 1994 je standard obousměrný Platná data
Data Strobe Busy Ack t1
17.5.2016
t2
t3
t4
+30
Rozhraní PC - interface
Sériové rozhraní – nejstarší rozhraní, asynchronní port - RS 232, RS 232C, V24 – IRQ 3 - COM 2, IRQ 4 - COM 1 – 25 kolíkový nebo 9 kolíkový konektor CANNON / často i jiný - problémy/ – „norma" 15/20 000 (vzdálenost do 15m, rychlost do 20 kBd) – "on" napětí > 3V, "off" napětí < -3V data adresy příkazy
• Data se přenášejí po jednom vodiči v jeden okamžik se přenáší vždy jeden bit
17.5.2016
32
Rozhraní PC - interface SCSI „Small Computer System Interface“ • připojování rychlých periferií (disky serverů, CD/DVD-ROM, streamery, optické disky...) • logika řadiče přímo v periferním zařízení - umožňuje zónový záznam (Zone Bit Recording - ZBR) • inteligentní interface - periferní zařízení se "oslovuje" úplnými příkazy (Common Command Set - CCS) • vysoká přenosová rychlost - až 640 MB/s (Ultra-640) • sériová verze SCSI, nejrychlejší FC AL 4Gb – 400 MB/s • připojování až 8 nebo 16 zařízení (vyšší číslo = vyšší priorita) • nastavení adresy "v řadě" zař. SCSI • přenosy asynchronní i synchronní 1 zař. • plochý kabel do 12 m PC 2 • terminátor zař.
3 17.5.2016
terminátor
33
Rozhraní PC - interface USB - Universal Serial Bus • standard sériové sběrnice vyvinutý firmami Compaq, Intel, IBM, Microsoft,… v roce 1995 • hlavním cílem - definovat externí rozšiřující sběrnici umožňující snadné připojování periferních zřízení - tzv. functions • K host controlleru je připojen tzv. root hub (kořenový rozbočovač), ke kterému je možné připojit: – USB zařízení (může obsahovat i USB hub) – USB hub: zařízení, které slouží jako rozbočovač pro připojení dalších USB zařízení Tímto vzniká stromová (pyramidová) fyzická topologie, avšak logická topologie (princip komunikace) odpovídá topologii sběrnice – – – – – – – 17.5.2016
2 diferenciální datové vodiče + 2 napájecí vodiče 5 V/500 mA podpora Plug and Play přenosové rychlosti 1,5 Mb/s (USB1), 480 Mb/s (USB 2), 4,8 Gb/s (USB3) podpora současných operací na více zařízeních připojení až 127 zařízení možnost připojování za chodu počítače napájení 5V součástí interface 34
Rozhraní PC - interface USB - Universal Serial Bus • Je rovněž možné, aby zařízení mělo svůj vlastní napájecí zdroj • Připojování zařízení se provádí pomocí standardního 4 vodičového kabelu
Jednotlivá zařízení je možné k USB sběrnici připojovat (odpojovat) i za chodu počítače (hot-swap) a je úkolem programového vybavení, aby příslušné změny rozpoznalo 17.5.2016
35
Rozhraní PC - interface IrDA
• IrDA zařízení komunikuji pomocí infračervených LED diod s vlnovými délkami vyzařovaného světla 875 nm • IrDA 1.0 a 1.1 pracují do vzdálenosti 1.0 m při maximální úrovni okolního osvětlení 10 klux (denní svit slunce) • Rychlosti jsou pro IrDA 1.0 do 115,2 kb/s, pro verzi 1.1. do 1.152 Mb/s • Pulsně polohová modulace (PPM) – 4 Mb/s • Formát dat je stejný jako na sériovém portu, tedy asynchronně vysílané slovo uvozené startbitem
17.5.2016
37
Rozhraní PC - interface Bluetooth – základní vlastnosti • • • • • • •
bezdrátová radiokomunikace miniaturní velikost nízká cena (při vysokých objemech produkce) robustní spojení krátký dosah (standardně 10m) malý příkon (vyplývajícího z tohoto omezeného dosahu) automatické konfigurace (uživatelsky jednoduchá technologie)
Bluetooth 4.0 (2011): • větší dosah (až 100 metrů) • menší spotřeba elektrické energie • podpora šifrování AES-128. Bluetooth 2.0 EDR (Enhanced Data-Rate) zavádí novou modulační techniku a zvyšuje tak datovou propustnost na trojnásobnou hodnotu oproti Bluetooth 1.2 (2,1 Mbit/s)
17.5.2016
38
Rozhraní PC - interface Firewire (IEEE 1394) – základní vlastnosti • Plug and Play (automatická detekce a konfigurace) - jednoduché (žádné) nastavení -> odpadají nastavení ID, přepínače, terminátory... • Hot Swap (možnost připojení a odpojení za chodu) • vysoká přenosová rychlost – 3,2 Gb/s (možnost až na 6,4 Gb/s) • datový tok nemusí řídit procesor • univerzální použití, orientace ale zejména na multimédia • poněkud vyšší cena implementace FireWire na rozdíl od USB není tak hodně rozšířen. Ačkoli nominální rychlost FireWire 400 (400 Mbit/s) se zdá být nižší než u USB 2.0 (480 Mbit/s), v reálu FireWire dosahuje vyšších rychlostí přenosu dat než USB 2.0, zejména díky svému přenosovému protokolu 17.5.2016
39
Rozhraní PC - interface
HDMI – High-Definition Multimedia Interface • přenos nekomprimovaného obrazového a zvukového signálu v digitálním formátu. • propojování zařízení typu počítač, satelitní televizní přijímač, DVD přehrávač nebo A/V receiver s kompatibilním zařízením • podporuje přenos videa ve standardní, rozšířené nebo high-definition kvalitě, a až 8-kanálový digitální zvuk. • nezávisí na různých televizních a satelitních standardech, protože přenáší nekomprimovaná video data. • V současnosti existují čtyři typy HDMI konektorů Přenosové rychlosti až 10,2 Gb/s... 17.5.2016
40
