Számítástechnikai alapismeretek A számítógép működési elve A számítógépek működésének elve a kettes számrendszer segítségével fogalmazható meg. Kétféle állapotú egységek működtetésén alapul a legbonyolultabb eljárások elvégzése, szöveges és képi adatok tárolása. A működés legkisebb egységét bitnek nevezzük. Az információtárolás alapegysége a 8 bitből álló bájt (byte). A mértékegységek közötti váltószám 1024: • 1 kB (kiB) = 1024 byte • 1 MB (MiB) = 1024 kB • 1 GB (GiB) = 1024 MB • 1 TB (TiB) = 1024 GB
Hardver A hardver a számítógép működését lehetővé tevő elektromos, elektromágneses egységek összessége. A számítástechnikában hardvernek hívják magát a számítógépet és minden megfogható tartozékát. A hardverelemeket az alábbiak szerint csoportosítjuk: • Központi egység: o alaplap; o processzor (CPU); o memória. • Perifériák: o bemeneti eszközök; o kimeneti eszközök; o be- és kimeneti eszközök.
Szoftver A szoftver a hardver egységeket működtető, vezérlő programok összessége, amelyekkel kihasználhatjuk a hardverben rejlő teljesítményt és lehetőségeket. A szoftver nem megfogható, mint ahogy egy vers sem az, legfeljebb az őt hordozó papírlapot vehetjük kézbe. A szoftvert egyrészt a gépet működtető programok, másrészt a számítógéppel való feldolgozásra előkészített adatok alkotják. Az adat rendkívül sokféle lehet: szöveg, kép, mozgókép, hang. A program utasítások sorozata, amelyet a számítógép megért és ezáltal valamilyen feladatot old meg.
1
Központi egység Alaplap Az alaplap (motherboard) a számítógép elsődleges áramköri lapkája. A számítógép elektronikus elemei erre vannak ráépítve. Az alaplap egy többrétegű nyomtatott áramköri lap, amelyen az egyes elemek fogadására több különböző méretű és alakú csatlakozó, illetve néhány előre beépített eszköz helyezkedik el. Ezek az elemek, illetve a kialakított csatlakozók meghatározzák, hogy az alaplap milyen processzort tud fogadni, milyen frekvencián dolgozik, mekkora a RAM memória, hány és milyen fajtájú bővítőkártyahely található rajta, milyen a felhasználható memória típusa és maximális mérete stb. Az alaplapon olyan csatlakozók is találhatók, amelyek a külső kapcsolatokra szolgálnak: tápfeszültség, billentyűzet, egér csatlakozó, gombakkumulátor helye a CMOS RAM számára. Ugyancsak ide kapcsolódnak a számítógép előlapján található jelzőfények érintkezői, a házon található kapcsolók, stb. Kapcsolódó fogalmak: • Alaplapi lapkészlet (chipset); • Bővítőkártya helyek (ISA, PCI, AGP, PCI-Express); • CPU-foglalat; • Külső csatlakozók (billentyűzet, egér, nyomtató, stb.).
Processzor (CPU) A CPU (Central Processing Unit – központi feldolgozóegység) más néven processzor, a számítógép „agya” vagy „lelke”; azon egysége, amely az utasítások értelmezését és végrehajtását vezérli. Félvezetős kivitelezésű, összetett elektronikus áramkör. A bemeneti eszközök segítségével kódolt információkat feldolgozza, majd az eredményt a kimeneti eszközök felé továbbítja, melyek ezeket az adatokat információvá alakítják vissza. Kapcsolódó fogalmak: • ALU, CU, regiszterek; • Sebesség (MHz, GHz), magok száma; • Hűtés; • Cache-memória (kB, MB); • Gyártók: Intel, AMD.
Memória A memória a számítógép azon része, amely képes programkódok és adatok hosszabb-rövidebb ideig való tárolására. A tárolás alapegysége a byte (8 bit). Az egy byte információt tároló részt memóriarekesznek nevezzük. A memóriarekeszeket számozzuk, ezeket a számokat memóriacímnek nevezzük. A CPU ezen címek alapján találja meg az éppen számára szükséges utasítást vagy adatot. Alapvetően két típusát különböztetjük meg: • RAM; • ROM.
2
A RAM (Random Access Memory) a számítógép azon tárolója, amelybe az éppen futó programot és a feldolgozandó adatokat a gép betölti. Jellemzői: • tartalmát csak a gép kikapcsolásáig képes megőrizni, azután ezek elvesznek; • egyes részei tetszőleges sorrendben, közvetlenül elérhetők; • tartalma a működés során állandóan változik. A ROM (Read-Only Memory) csak olvasható memóriarész. A klasszikus ROM feladata olyan adatok és programok tárolása, amit a gép áramellátásától függetlenül kellett megoldani, például a gép elindításához szükséges programok (BIOS-ban elhelyezve). Jellemzői: • tartalmát gyártáskor „égetik” bele; • tartalma a gép kikapcsolása után is megmarad; • tartalma nem változtatható (manapság ez a megállapítás már egyes ROM típusokra nem teljesen igaz).
Perifériák A számítógép működtetéséhez kommunikálnunk kell vele. A processzor által elvégzendő műveleteket, programokat közölni kell a géppel, a műveletekhez szükséges adatokat számára el kell juttatni. A számítógép által elvégzett feldolgozás eredményeit ki kell nyernünk, hogy azokat megismerhessük, valamint működés közben irányítanunk kell a folyamatokat.
Bemeneti eszközök • Billentyűzet: mind az adatok, mind a vezérlő parancsok bevitelére használható eszköz. Főbb részei: o alfanumerikus rész (számok, betűk, írásjelek); o funkció billentyűk (F1-F12, általában fent); o numerikus rész (számok, általában jobb oldalon); o kurzorvezérlő billentyűk. • Egér: korlátozott mértékben alkalmas adatok bevitelére. Alapvetően a programok vezérlésre (pl. kívánt programfunkció gyors kiválasztására) használható. Főbb típusai: o mechanikus (görgős); o optikai (lézeres); o vezeték (drót) nélküli. • Trackball (hanyattegér): az egér speciális változata, amelynél egy, az eszköz tetején elhelyezett golyóval irányítjuk az egérmutatót, nem magának az eszköznek a mozgatásával. • Touchpad (érintőpad): hordozható számítógépeknél (notebook, netbook) elterjedt megoldás az egérmutató irányítására. • Botkormány (joystick), gamepad, kormánykerék és pedál: kifejezetten játékok irányítására kialakított, speciális kivitelű vezérlő eszközök. • Lapolvasó vagy szkenner (scanner): jellemzően papíron található szövegek és képek bevitelét (digitalizálását) teszi lehetővé az adott felület letapogatása által. A szkenner az információkat minden esetben kép formátumban továbbítja a számítógépnek. Ha a szkennert nyomtatott szövegek beolvasására kívánjuk használni, a szöveg
3
értelmezéséhez speciális optikai karakterfelismerő, ún. OCR program szükséges. Főbb típusai: o síkágyas szkenner: legelterjedtebb felhasználású. A papírlapot ráhelyezzük a tárgytartó üvegre, ez alatt halad végig az olvasó egység; o kézi szkenner: az eszközt húzzuk végig a letapogatandó felületen; o diaszkenner: csak dia és fotónegatív beolvasására használható; o könyvszkenner: teljes könyveket automatikus lapozás révén képes beolvasni. • Mikrofon, digitális fényképezőgép, videokamera: kifejezetten multimédia jellegű adatok bevitelére alkalmas eszközök (hangok, képek, videók). A digitális kamerák esetében lehetőség van az ellenirányú adatmozgatásra is.
Kimeneti eszközök • Monitor: A személyi számítógép hagyományos és legfontosabb, megjelenítésre szolgáló eszköze. A megjelenítő-rendszer további összetevői a videokártya és az adatátviteli kábel. A monitoron megjelenő képek képpontokból (pixel) állnak. A monitor minősége többek között a következőktől függ: o a megjelenített képpontok sűrűsége (minél nagyobb) és mérete (minél kisebb); o felbontás: a megjelenített képpontok száma (pl. 800x600, 1280x1024); o színmélység: a megjeleníthető színek száma (monokrómtól 16,7 millióig); o fényerő: a képpont ill. a háttérvilágítás ereje (minél nagyobb) pl. 300 cd/m2; o látószög: milyen szögből látható a monitor, pl. H:160°/ V:150°; o CRT monitor (lásd később) esetén: képfrissítési frekvencia: elektronnyaláb sebessége, pl. 85 Hz; o LCD monitor (lásd később) esetén: válaszidő: képpont fényerejének megváltozásának ideje, pl. 5 ms; kontrasztarány: részletgazdagságot jellemzi pl. 500:1 Monitorok további paraméterei: o képarány: az oldalhosszúságok aránya. Régebben 4:3, ma leginkább 16:9-es; o képátló mérete: inchben megadva pl. 17”, 19”, 22”, 24” stb. (1 inch = 2,54 cm) Monitorok típusai: o katódsugárcsöves (CRT – Cathode Ray Tube): az elektronágyú egy elektronnyalábot lő ki a képernyő fényporral bevont hátsó falára, mely azt gyorsan végigpásztázva kialakítja a képet; o folyadékkristályos (LCD – Liquid Crystal Display): polarizált fényt vetítenek egy folyadékkristályos rétegen keresztül. Ott tud áthaladni a fény, amely részt feszültség alá helyeztük, egyébként sötétséget látunk. Előnyük a vékonyságukból adódó kis helyigény és az alacsony energiafelhasználás. Az LCD technika továbbfejlesztésével megjelentek a TFT (Thin Film Transistor) technológiával készült kijelzők; o gázplazmás (PDP – Plazma Display Panel): a gázok a bennük lévő mozgó elektronok hatására fényt bocsátanak ki.
4
• Nyomtató: digitális adatokat jelenít meg nem elektronikus formában, általában papíron. A nyomtatott kép minőségét az egységnyi nyomtatási területre eső képpontok maximális száma, azaz a képfelbontás határozza meg (DPI – Dot Per Inch), pl. 600 DPI. A nyomtatási sebességet a lap/perc mértékegységgel mérhetjük, pl. 20 lap/perc. Nyomtatók típusai: o tűs- vagy mátrixnyomtatók: a nyomtatófej tűi (9, 18, 24 darab) a festékszalagon keresztül ráütnek a papírra; o tintasugaras: a nyomtatófej fúvókái segítségével a tintafestéket a papírra lövi. o lézernyomtató: egy fényérzékeny anyaggal bevont hengerre lézerfény rajzolja meg a nyomtatandó képet. Erre tapad rá a festékpor (toner) amit a gép ráéget a papírra, miközben a papíron végiggördül; o hőszublimációs: hő hatására a festékszalagon lévő anyag átpárolog a papírra. Fotónyomtatásra (10x15 cm) használják leginkább; o rajzgép (plotter): tollak segítségével rajzolja meg a képet. Nagyméretű gép, grafikus adatok (térképek, műszaki rajzok, stb.) megjelenítésére használják; o multifunkciós: leginkább fénymásolóra hasonlító berendezés, ahol egymásba építenek egy szkennert és egy nyomtatót, ezáltal megnövelve az eszköz sokrétűségét. Manapság faxot is beleépítenek. • Hangszóró: hangok, zenék akusztikus megjelenítését teszik lehetővé.
Be- és kimeneti eszközök • Háttértárak: legfontosabb, hosszú távú adattárolási eszköz. Jellemzően mágneses és optikai elven alapú tárolást valósítanak meg. Főbb típusai: o flopi (floppy disk): hajlékonylemez, elavuló technológia (1,44 MB); o zip drive: a flopi kiváltására született, de nem terjedt el (100, 250, 750 MB); o merevlemez (hard disk, winchester): elsődleges háttértár, jellemzően a számítógépbe építve. Az operációs rendszer és a fontosabb adatok helyezkednek el rajta. Hordozható változata a mobile-rack fiók és keret. Legnagyobb a kapacitása: 80 GB – 2 TB; o pendrive (microdrive): az elmúlt pár év forradalmi adathordozója. Kezelése, csatlakoztatása (USB) egyszerű, mérete kicsi, de kapacitása többszöröse a flopi-nak, CD-nek és DVD-nek (1 GB – 256 GB); o mágnesszalagos tároló (streamer): nagy kapacitású és megbízhatóságú egység, főként adatok archiválására használják (600 GB – 800 GB); o optikai háttértárak: az eddigiekkel ellentétben nem mágneses hanem optikai elven működnek. Az adatok égetéssel kerülnek rájuk, amit egy lézersugár olvas. Alapvetően egyszer írhatóak, de létezik újraírható változatuk is. Fajtái: CD (Compact Disk): legkorábbi, elsősorban zenei célokra jött létre (650 MB, 700 MB, 800 MB); DVD (Digital Video/Versatile Disc): a CD továbbfejlesztése, kezdetben gyári filmek tárolására használták. Létezik egy és kétrétegű, ill. egy és kétoldalú változata (4,7 GB; 9,4 GB; 8,5 GB; 17 GB); BD (Blu-Ray Disk): legújabb, ára miatt még kevéssé elterjedt. Egy és kétoldalas változata ismert (25 GB; 50 GB). • Érintőképernyő: vasúti termináloknál, mobiltelefonokon, stb. • Hangkártya, modem, hálózati kártya, stb. 5
