Shrnutí předcházející přednášky • Von Neumannova architektura počítače, princip činnosti počítače, základní části, charakteristika operační paměti, CPU, řadiče, ALU, střadače, registrů • Operační paměť - organizace, RAM, velikost (kapacita) paměti - vztah B, KB, MB, GB, přístupová doba • Činnost procesoru při provádění programu • Charakteristiky výkonu počítače: frekvence, strojový cyklus, vzájemný vztah, MIPS, FLOPS •
Vývoj procesorů Intel, další výrobci KIT ČZU
1
Operační paměť • paměť - integrovaný obvod se schopností – ukládat binárně kódovanou informaci – předávat ji na výstupu
• operační (hlavní) paměť – pro ukládání programů a dat – typu RAM - závislá na napájení (při přerušení napájení je její obsah zničen)
dva druhy paměti pro PC • SRAM (statická RAM)
data se nemusí průběžně obnovovat rychlejší, dražší - použití v cache
• DRAM (dynamická RAM)
obsah nutno pravidelně obnovovat (2-3ms) refresh levnější, pomalejší KIT ČZU
2
důležité parametry –kapacita a rychlost rychlost výměny dat mezi procesorem a pamětí závisí na rychlosti procesoru, paměti a sběrnice mezi nimi
• kapacita paměti v MB a GB 1 KB = 210 = 1024 B 1 MB = 220 = 1024 KB 1 GB = 230 1 TB = 240
• vybavovací (přístupová) doba v nanosekundách 10-3 = ms 10-6 = mikrosekunda 10-9 = ns KIT ČZU
3
• zrychlení přístupu k paměti – – – –
EDO (Extended Data Out), Burst EDO SDRAM (synchronní DRAM) DDR SDRAM (Double Data Rate SDRAM) RDRAM (Rambus DRAM)
• kapacita paměti PC – 32 MB, 64MB, 128 MB, 256 MB, 512 MB
• realizace paměti destička s paměťovými čipy, zásuvka – bank, 2-4 – dříve SIMM moduly (Single Inline Memory Module)
(4, 8, 16, 32 MB) – DIMM moduly (Dual Inline Memory Module) (32, 64, 128, 256, 512 MB) – RIMM moduly (obch.značka Rambus Inc.) lze kombinovat velikost modulů (např. 32+64)
- DDR – dnes používaný typ paměti KIT ČZU
4
Paměťový modul
RDRAM, DDR SDRAM, SDRAM P. Trousil, Ta pravá paměť, CHIP 12/01 KIT ČZU
5
Virtuální paměť • technika správy paměti • modeluje zdánlivou (virtuální) paměť na disku • rozčlenění adresního prostoru operační paměti na bloky konstantní velikosti (např. 4 KB) - stránky (pages) • stránky se přesouvají mezi operační pamětí a diskovým prostorem • lze spouštět i programy, které svojí velikostí přesahují velikost operační paměti KIT ČZU
6
Cache paměť IBM 1968, od procesoru 80486
• malá kapacita, vyšší rychlost než operační paměť • ukládají se data pro následné využití procesorem urychluje se komunikace rychlého procesoru s pomalejší pamětí udržuje zásobu instrukcí a dat před (i po) jejich provedením
• interní (primární) L1 vestavěná v procesoru, desítky KB část pro data, část pro instrukce (např. Pentium II 16KB +16KB)
• L2 cache druhé úrovně dříve mimo procesor, od Pentia Pro přímo na čipu procesoru, stovky KB, zrychluje přístup do L1
• L3
zrychluje přesuny mezi operační pamětí a L2 KIT ČZU
7
ROM paměť
(Read Only Memory) • nezávislost na napájení • obsah dán výrobcem pro uložení ROM BIOS
BIOS - Basic Input/Output System SW (programy) pro ovládání komponent počítače na základní úrovni (BIOS základní desky, BIOS videokarty)
• PROM (Programmable ROM) obsah vypálen do prázdného čipu
• EPROM (Erasable PROM) obsah lze smazat pomocí ultrafialového světla a znova naprogramovat pomocí speciálního zařízení
• EEPROM (Electrically EPROM) - Flash lze elektricky vymazat a přepsat bez speciálních zařízení přemazání paměťových buněk jedním elektrickým nábojem KIT ČZU
8
Flash paměti • mechanicky odolné - neobsahují žádné mechanické součástky • uchovají data bez přístupu elektrického napětí až deset let • postačující rychlosti čtení a zápisu • použití v paměťových kartách pro digitální fotoaparáty, MP3 přehrávače, kapesní počítače, atd. – – – – – –
CompactFlash (od roku 1995, až 4 GB, velké) SmartMedia (Olympus, do 128 MB – na ústupu) SD Secure Digital ( až 512 MB, miniaturní rozměry) MMC MultiMediaCard (až 128 MB – kapesní počítače) MemoryStick (Sony, až 1 GB) xD Picture Card (FujiFilm a Sony, 512 MB až 1 GB)
D.Šimonovič, Paměťový blesk po kapsách, Computer 12/03 KIT ČZU
9
CMOS (Complementary Metal Oxid Semiconductor)
• • • •
konfigurační paměť paměť typu SRAM obsah udržován pomocí vnitřní baterie počítače změna pomocí Setup (Delete při startu počítače)
• informace o základní sestavě počítače a jeho parametrech ukládá se sem základní nastavení (datum a čas, heslo, informace o instalovaných periferiích – např. pevných discích, typ displeje) data pro BIOS KIT ČZU
10
Sběrnice • spojovací vedení pro přenos signálů mezi jednotlivými částmi počítače
– FSB (High Speed Front Side Bus) pro propojení základního procesoru s operační pamětí – pro propojení s ostatními komponentami - vodiče vyvedeny na tzv. sloty, kde se připojují karty (rozšiřující desky) • sběrnice - členění podle funkce – řídící - přenos řídících signálů – adresová - přenos adres – datová - přenos dat
• vliv šířky sběrnice – adresové – datové -
maximální velikost paměti rychlost počítače
KIT ČZU
11
Typy sběrnic • ISA (AT Bus) Industry Standard Architecture – nejstarší, 16 bitová, pro pomalejší zařízení (pracuje na frekvenci 8 MHz) černý slot – výkon (rychlost) 8 MB/s – 1. generace sběrnic
• EISA
(Extended Industry Standard Architecture)
– dražší, spolehlivá, 32 bitová, 8MHz, 32 MB/s
KIT ČZU
12
Typy sběrnic - pokračování • PCI – – – – –
(Peripheral Component Interconnect)
rychlá sběrnice vyrobená firmou Intel 2. generace 32 bitová pro rychlejší zařízení - pracuje na frekvenci 33 MHz (bílý slot), 132 MB/s nestačí pro potřeby grafiky
• Compaq, IBM,+HP přišly se specifikací PCI-X – PCI-X 1.0, 2.0, 3.0 – 64 bitů , 133 MHz, 1GB/s - 8,5 GB/s
• PCI Express – 3. generace – sériová sběrnice, vodiče jednosměrné, jsou tam dvakrát – zatím se používala paralelní struktura sběrnic - přenos několika bitů po více vodičích, stejné vodiče pro oba směry KIT ČZU
13
Typy sběrnic - pokračování • AGP
(Accelerated Graphics Port)
– vysoce výkonná specializovaná sběrnice určená pro připojení 3D grafického akcelerátoru – je rozšířením stávající sběrnice PCI pro připojení grafické karty – rychlý port, který je fyzicky, logicky i elektricky zcela nezávislý na PCI (grafické karty se dříve připojovaly do ISA a později do PCI slotů) – obsluhuje čistě potřeby grafické karty (zobrazování na monitoru) – umožňuje rychlé zobrazování 3D grafiky – je více specifikací 2x, 4x, 8x (vícenásobná přenosová kapacita) KIT ČZU
14
Typy sběrnic - pokračování • USB (Universal Serial Bus 1.1, 2.0) – připojení až 127 zařízení (klávesnice, myš, tiskárna, modem, skener, čidla, UPS, audio zařízení jako mikrofony a digitální reproduktory, digitální kamery a ostatní multimediálně orientovaná zařízení)
– sériové rozhraní, rychlá komunikace – 100x rychlejší než sériové sběrnice – 10 x rychlejší než paralelní rozhraní (tiskárna) – podpora Plug and Play – připojení nového zařízení za chodu počítače
• IEEE 1394 - Fire Wire – až 64 zařízení – rychlá (dnes 800 Mb/s) sériová sběrnice – pro přenos digitálního video nebo audio signálu (připojení multimediálních periferií - digitální videokamery, fotoaparátu, hudebních nástrojů) – připojení externích pevných disků – real-time přenos vysokého objemu dat – malé, trvanlivé a flexibilní kabely a konektory umožňující propojení celé řady periferií – Plug&Play - možnost připojení periferií za provozu (bez nutnosti restartu počítače) – doplňuje USB KIT ČZU
15
KIT ČZU
16
Plug and Play (PnP) • podpora pro automatickou a dynamickou úpravu sestavy počítače bez zásahu uživatele (nastavení HW parametrů) • tzn. možnost připojení periferií za provozu (bez nutnosti restartu počítače) podporuje Intel, Microsoft a stovky dalších firem základní desky, síťové a zvukové karty atd. podporující PnP
KIT ČZU
17
Přídavné desky (rozšiřující karty)
Pro doplnění a rozšíření konfigurace zasouvají se do slotů
• • • • • •
videokarta síťová karta zvuková karta faxmodemová karta televizní karta dříve řadič diskových jednotek (nyní integrován na základní desce) některé funkce mohou být integrovány na základní desce + karta nezabírá místo, rychlejší komunikace - při poruše komponenty výměna celé základní desky KIT ČZU
18
Rozhraní PC
komunikační rozhraní pro komunikaci s dalšími zařízeními mimo skříň – z desky jsou na zadní skříň vyvedeny konektory - porty řídící jednotka na základní desce • sériové pro připojení myši, externího modemu označení COM1, COM2 konektor 9pólový s kolíčky
• paralelní (nazývané Centronics) rychlejší než sériové pro připojení tiskárny, scanneru konektor 25pólový s otvory
• PS2 vyvinut IBM pro připojení myši (kulatý zelený konektor) a klávesnice (fialový)
• USB sériové rozhraní, většinou dva obdélníkové konektory lze připojit klávesnici, myš, tiskárnu, modem, skener aj. KIT ČZU
19
Videokarta (zobrazovací adaptér) obsluhuje monitor počítače • uchovává data pro zobrazení • vytváří výstupní signál pro monitor Parametry • rozlišení (kvalita zobrazení) počet bodů (pixelů - picture element), které lze zobrazit 640x480, 800x600, 1024x768, 1280x1024, 1600x1280 600 800
• počet barev (barevná hloubka)
16, 256, 65536 (High-Color), 16 777 216 (True-Color) (4, 8, 16, 24 bitů/pixel ve videopaměti)
• velikost vlastní paměti KIT ČZU
20
• HGC adaptér (Hercules) – monochromatický, problémy s češtinou
• CGA, EGA - nepoužívá se • VGA adaptér – 16-256 barev
• SVGA adaptéry – různá rozlišení - až 1280x1024 – různý počet barev 16, 256 - 16 mil. (True Color 24 bitů na 1 pixel) – video RAM (VRAM) pro ukládání zobrazovaných dat (4-8 MB) DAC digitálně-analogový převodník
• moderní AGP grafické karty mají vlastní grafický čip 2D nebo 3D a velkou vlastní paměť – pro multimedia, náročnou grafiku a hry KIT ČZU
21
Zvuková karta Zvuky • reproduktor počítače • zvuková karta
pro multimediální aplikace (do slotu PCI, často integrována na základní desce)
Digitalizace zvuku
vzorkování signálu (sampling) 44100 vzorků za sekundu hodnoty se aproximují a uloží do 8 bitů nebo 16 bitů (256 resp. 65 536 hodnot) WAV soubory – velké soubory se všemi informacemi MP3 soubory – komprimovaný zvuk
Vytváření zvuků – syntéza FM (frekvenční modulace) MIDI obvodem (Musical Instrument Digital Interface) – zvuky vytvářeny uměle elektronikou (syntetizátorem) rozklad zvuku na nástup, pokles, trvání, doznívání
– tabulková syntéza (Wavetable) tabulka předem nahraných zvuků reálných hudebních nástrojů je uložena v paměti karty zvuková karta skládá základní zvuky – přirozenější, dražší dražší karty umí vytvořit prostorový zvuk (3D) – nutné 4 reproduktory KIT ČZU
22
Rozhraní pevných disků (řadič) pro komunikaci disku se základní deskou pro přenos mezi vnější pamětí a operační pamětí, integrována disková cache ovlivňuje – rychlost přenosu dat – max. počet instalovatelných pevných disků – druh diskových jednotek – použitelnou kapacitu diskových jednotek
• • • •
ATA (AT Attachment) IDE alternativní název pro ATA (standard ATA-1) EIDE, FASTATA, FASTATA-2 (standard ATA-2) – rychlejší přenos dat Ultra ATA (standard ATA/ATAPI-4 Ultra DMA 33) (přídavná karta do PCI slotu s řadičem Ultra ATA 133 s teoretickou přenosovou rychlostí až 133 MB/s) řadič má dva kanály, připojit lze až 4 IDE zařízení (pevné disky, ATAPI zařízení) podporuje disky do kapacity až 128 GB
• ATAPI (EIDE CD-ROM rozhraní) • SCSI – připojení 7 nebo 15 zařízení – rychlejší než EIDE, u dražších počítačů 23 • SATA – Serial ATA – nejnovější verze ATA (dřívější verze PATA-paralel)
• Pevné disky - výrobci – – – – –
Western Digital Seagate Hitachi Samsung Maxtor
KIT ČZU
24
