A szmtgp felptse Ksztette Vgh Zoltn 2008 Neumann

A számítógép felépítése Készítette: Vígh Zoltán 2008

Neumann János (1903 -1957) Matematikus, fizikus n A számolás gépesítésével foglalkozott n Neumann elv (1945 – EDVAC) n A számítógép felépítése 2

Neumann elv 1. soros utasítás (utasítások végrehajtása időben egymás után történik) 2. 3. 4. 5. 6. kettes (bináris) számrendszer használata belső memória (operatív tár) használata a program és az adatok tárolására teljesen elektronikus működés széles körű felhasználhatóság központi vezérlőegység alkalmazása A számítógép felépítése 3

A számítógép felépítése Számítógép Központi egység (alaplap) Központi feldolgozó egység (CPU) Memória ROM RAM Perifériák Bővítőkártyák Videokártya Hangkártya Hálózati kártya Bemeneti eszközök Billentyűzet Egér Mikrofon Képolvasó Webkamera A számítógép felépítése Kimeneti eszközök Monitor Nyomtató Hangszóró Fejhallgató Tárolóeszközök Merevlemez Hajlékonylemez CD-ROM DVD-ROM Pendrive Memóriakártyák 4

CPU Central Processing Unit n Központi Feldolgozó Egység n ¨ CU (Control Unit) - vezérlőegység ¨ ALU (Arithmetical and Logical Unit) – aritmetikai logikai egység ¨ regiszterek – utasítások tárolása A számítógép felépítése 5

CPU n Feladata: a belső, elektronikus adattárban lévő programok utasításainak beolvasása, értelmezése és végrehajtása ¨ biztosítja a számítógép egységeinek a vezérlését ¨ n Jellemzői: ¨ ¨ ¨ sebesség: a végrehajtott utasítások száma másodpercenként (MIPS = Millions of Instruction Per Second) órajel frekvencia (MHz, GHz) adat-, címbusz szélessége (bit) utasításkészlet (RISC, CISC) tokozás (lábkiosztás) - foglalat típusa hűtés (hűtőbordák, ventillátor) A számítógép felépítése 6

CPU n Moore szabály: ¨ tranzisztorok száma 18 hónaponként megkétszereződik ¨ azaz: változatlan áron évről évre egyre nagyobb teljesítményű számítógépet kaphatunk A számítógép felépítése 7

CPU tokozás DIP LCC PGA SPGA QFP SEC A számítógép felépítése 8

CPU hűtés A számítógép felépítése 9

Processzortípusok n PC, PC/XT ¨ 1972, 8008 -as, 8080 -as ¨ 1978, 8086 -os, 8088 -as, 10 MHz ¨ 1983, 80168 -as, 80188 -as, 16 MHz n PC/AT (286) ¨ 1984, n 80286 -os, 20 Mhz PC/AT (386) ¨ 1985, 80386 -os, 4 Gbyte memória kezelése, 33 Mhz A számítógép felépítése 10

Processzortípusok n PC/AT (486) ¨ 1989, 80486 -os, párhuzamos végrehajtás, cache beépítése, 50 MHz ¨ 1992, DX 2 jelű változat, az órajel sebességének duplájával működött ¨ 1994, DX 4 jelű változat, az órajel sebességének háromszorosával működött ¨ hűtés fontossága n Pentium, Pentium Pro, MMX ¨ 1995, 64 bites adatbusz, 200 MHz órajel frekvencia A számítógép felépítése 11

Processzortípusok n Pentium II, Xeon ¨ 1997, Slot 1 foglalat, 2 cache gyorsítótár ¨ Xeon szerverekbe szánt változat n Celeron, Celeron A ¨ 1998, a Pentium II olcsóbb változata, L 2 cache a processzorba építve, teljesítménye jól tuningolható n Pentium III, IV ¨ 2001, n Pentium II továbbfejlesztése Pentium M ¨ Noteszgépekhez készült processzor A számítógép felépítése 12

Memória Tartalmazza a végrehajtás alatt álló program utasításait, valamint adatait. n Jellemzői: n ¨ tárkapacitás (Gbyte) ¨ memóriarekesz mérete ¨ adatelérési idő (ns: nanoszekundum 1 ns = 10 -9 sec) A számítógép felépítése 13

Memória típusai n RAM: írható, olvasható (tápfeszültség nélkül tartalma elveszik) ¨ DRAM – dinamikus RAM n folyamatos frissítést igényel n lassú n olcsó ¨ SRAM – statikus RAM n nem kell frissíteni n gyors n drága cache A számítógép felépítése 14

Memória típusai n n ROM (Read Only Memory): véletlen elérésű tár gyárilag programozott (feszültség nélkül is megőrzi az adatokat) ¨ PROM: a felhasználó által egyszer programozható ¨ EPROM: a felhasználó által programozható, UV fénnyel újraírható ¨ EEPROM: felhasználó által programozható, elektromosan törölhető ¨ EEPROM-Flash: írás, olvasás sebességét tekintve RAM-hoz hasonlóan működik A számítógép felépítése 15

Memória típusai n Cache ¨ gyorsítótár ¨ igen gyors működésű ¨ a processzor várakozó állapot nélkül eléri a tartalmát ¨ ma a processzorral egy tokban helyezkedik el ¨ L 1 mérete 4 -32 KB ¨ L 2 mérete 128 -512 KB A számítógép felépítése 16

Memória típusai n Flash ¨ újraírható félvezető memória ¨ megőrzi az adatokat kikapcsolás után is ¨ széleskörűen alkalmazható, pl: digitális fényképezőgép n BIOS n Pen. Drive n A számítógép felépítése 17

BIOS n n Basic Input/Output System Alapvető funkciókat biztosító szoftver a ROMban. Az alaplapba ültetett, nem törölhető ill. írható. Feladatai: ¨ a számítógép egységeinek ellenőrzése ¨ a hibát különféle sípolással (bip) jelzi ¨ alapfunkcióinak irányítása ¨ gépi szintű folyamatok vezérlése ¨ kapcsolatot teremt a gép és az ember között ¨ az operációs rendszer kulcselemeinek betöltése A számítógép felépítése 18

A jövő memóriái n n egyre nagyobb tárolókapacitás (Tbyte – Tera) egyre gyorsabb adatelérési sebesség Molekuláris és bio memóriák Bakteriohodopsin A jelenleg már folyó kutatások alapján 1/2000 nanoszekundumra van csak szükségük a molekuláknak az állapotváltozásokhoz és kb. 30 Gbyte/cm 3 -es lehet az adatsűrűség határa. Egyetlen hátrányuk, hogy a kb. 5 évig életképesek. A számítógép felépítése 19

Alaplap Az egyes eszközök közötti kapcsolatot biztosítja. n Rajta található: n ¨ Mikroprocesszor ¨ Memória ¨ ROM BIOS ¨ Billentyűzetvezérlő ¨ slot-ok (bővítőkártyák csatlakozók) fogadására szolgáló A számítógép felépítése 20

Alaplap A számítógép felépítése 21

Alaplaphoz csatlakoztatható kártyák videokártya (felbontóképesség és színmélység) n hangkártya (hangok visszaadása, illetve hang digitalizálása) n hálózati kártya n A számítógép felépítése 22

Csatoló felületek n ISA (Industry Standard Architecture) ¨ régi, n elavult EISA ¨ videokártyákhoz, n PCI ¨ 33 n nem terjedt el MHz, perifériák közvetlen kommunikációja AGP (Accelerated Graphics Port) ¨ videokártyákhoz, adattal való folyamatos ellátásra A számítógép felépítése 23

Csatoló felületek n IDE, ATA ¨ CD, n DVD meghajtók csatlakoztatására, master - slave SATA ¨ soros n ATA, gyorsabb, kisebb feszültséggel működik SCSI (Small Computer System Interface) ¨ rugalmas csatlakoztatás, nyomtatókhoz, scannerekhez, gyors, drága n USB (Universal Serial Bus) ¨ általános célú csatolófelület, tápfeszültséget tartalmaz A számítógép felépítése 24

Csatoló felületek IDE/EIDE csatlakozó és kábel SATA kábel és csatlakozó A számítógép felépítése 25

Portok n Soros port ¨ Az adatok bitenként sorban, egymás után áramlanak át rajta ¨ 9 és 25 tűs változat ¨ Szabványos neve: RS-232 A számítógép felépítése 26

Portok n Párhuzamos port ¨ Több éren egyszerre zajlik a bitforgalom ¨ 25 és 36 tűs változat ¨ szkenner, nyomtató A számítógép felépítése 27

Portok n PS/2, AT port ¨ PS/2: billentyűzet és egér csatlakozó ¨ AT: régi billentyűzet csatlakozó ¨ PS/2 -AT átalakítható A számítógép felépítése 28

Portok n USB port ¨ Universal Serial Bus ¨ USB gyökérhub maximálisan 127 eszközt tud kezelni ¨ A és B típusú csatlakozók ¨ Majdnem minden eszközt lehet rá csatlakoztatni A számítógép felépítése 29

Portok n Fire. Wire ¨ IEEE 1394 ¨ 400, 800 Mbps Pn. P ¨ Digitális kamerák jellemző csatlakozója ¨ A számítógép felépítése 30

Portok n Képernyő portok ¨ VGA: régi, analóg monitorokhoz ¨ DVI (digital Video Interface) ¨ Dvi-sub: TFT monitorokhoz, átalakítható VGA-ra ¨ TV-kimenetek: Composite, Svideo A számítógép felépítése 31

Buszrendszer Kapcsolatot teremt a CPU, a memória és a perifériák között. n címbusz, adatbusz, vezérlőbusz n jellemzői: n ¨ címzések ¨ adatszélesség ¨ sebesség A számítógép felépítése 32

Háttértárolók n n n Nagy adatmennyiség tárolására alkalmas Energia nélkül is megtartják a jeleket Adattárolási elv szerinti csoportosítás ¨ Mechanikus – lyukszalag, lyukkártya ¨ Félvezető – RAM, ROM, pendrive, flash kártya ¨ Mágneses – szalag, merev-, hajlékony lemez ¨ Optikai – CD, DVD, Blue. Ray ¨ Elektronikus tárak ¨ Egyéb – LS-120, ZIP drive A számítógép felépítése 33

Mechanikus tár lyukkártya n lukszalag n A számítógép felépítése 34

Mágnesszalagos tár n n 1960 -as évek, BASF cég Tárolókapacitása: 60 -525 Mbájt Működése hasonlít a magnókazettához, az adatokat analóg vagy digitális módon rögzíti. Az adatok hosszú távú rögzítésére a jelek torzulása miatt nem alkalmas. A számítógép felépítése 35

Cserélhető mágneslemezes tár n n n Kör alakú műanyag vagy fém lemezre felvitt, jól mágnesezhető réteg bitenként rögzíti az adatokat. Az író olvasó fejet egy léptető motor mozgatja a lemezen sugárirányban. A lemezen sávokat és szektorokat alakítanak ki, e kettő tartja nyilván az állományok fizikai helyét a lemezen. ¨ Sávok: koncentrikus gyűrűk ¨ Szektorok: a sávok kisebb ívdarabjai A számítógép felépítése 36

Cserélhető hajlékonylemez meghajtó n n FDD (floppy disk drive) Két méret: ¨ 3 ½ inch – 1, 44 Mbájt ¨ 5 ¼ inch – 1, 2 Mbájt n Elavult, az új konfigurációk nem tartalmazzák. A számítógép felépítése 37

Merevlemez n n n n HDD (hard disk drive) Mágneses elvű Partíciókra van osztva legkisebb egység a cluster Fordulatszáma 5400, 7200, 10000 rpm Kapacitása 80 -600 GB Töredezhetnek a fájlok RAID – Redundant Array of Inexpensive Disks A számítógép felépítése 38

Merevlemez zárt n ténylegesen merev n compact csomagolás, pára és pormentes n nagy írássűrűség n általában nem egy, hanem több egymással párhuzamos lemezből áll n A számítógép felépítése 39

Merevlemez szerkezete A számítógép felépítése 40

Merevlemez A számítógép felépítése 41

Optikai tárak CD-ROM, CD-RW n Tároló kapacitás: n ¨ 650 MB ¨ 700 MB n - 74 min - 80 min Spirálban ír, ezért az adat helye: ¨ perc: másodperc: századmásodperc n Írásmód: ¨ mode 1 ¨ mode 2 (hibajavító) (nyers) A számítógép felépítése 42

Optikai tárak n CD (Compact Disk) ¨ 1980, Philips és Sony fejlesztés ¨ nagy kapacitás, digitális tárolás ¨ az olvasó fej belülről kifelé halad ¨ az információt lézerfénnyel rögzítik, pit-ek (gödrök) és land-ek (szigetek) ¨ polírozott üveglemezre fotólakkot visznek fel ¨ átmérő – 120 mm (létezik 80 mm-es is) ¨ kapacitás: 640 Mbyte (70 perc) A számítógép felépítése 43

Optikai tárak n CD-ROM ¨csak olvasható n CD-R ¨egyszer írható n CD-RW ¨újraírható, törölhető (kb 2000 -szer) ¨a CD olvasók nehezebben olvassák A számítógép felépítése 44

Optikai tárak n DVD (Digital Video Disc) ¨ eredetileg képek tárolására készítették ¨ Sokoldalú digitális lemez (Digital Versatile Disk): multimédia, mozgókép, zene, adat egyaránt rögzíthető ¨ működése és felépítése hasonlít a CD lemezére ¨ rövidebb hullámhosszú lézert használ, így több adat fér el rajta A számítógép felépítése 45

Optikai tárak DVD szabványok: n DVD 5 ¨ egyrétegű, egyoldalas lemez ¨ kapacitása: 4, 7 Gbyte n DVD 9 ¨ kétrétegű, egyoldalas lemez ¨ kapacitása: 8, 5 Gbyte n DVD 10 ¨ kétrétegű, kétoldalas lemez ¨ kapacitása: 9, 4 Gbyte A számítógép felépítése 46

Optikai tárak n Blue Ray ¨ az adatokat (kék) lézersugár írja fel és olvassa ki ¨ 25 -50 GB kapacitású. ¨ az adatok nem koncentrikus körökben helyezkednek el, hanem körkörös spirálvonal mentén A számítógép felépítése 47

Elektronikus tárak n USB tár ¨ Előnye, hogy az adatok parányi helyen elférnek és külső ártalmakra sem érzékeny. Pen. Drive n USB key n Flash Drive n memóriakártyák n A számítógép felépítése 48

Elektronikus tárak Memóriakártyák n Fajtái: n ¨ ¨ ¨ ¨ Compact. Flash (CF) x. D Picture Card Smart. Media (SM) Secure Digital (SD) Multi. Media. Card (MMC) Memory Stick (MS) Memory Stick PRO (MS PRO) A számítógép felépítése 49

Egyéb tárak n Zip. Drive (tárolókapacitása: 100 MB) ¨ ma n már alig használják LS-120 vagy a: drive (tárolókapacitása: 120 MB) A számítógép felépítése 50

Összehasonlítás n Floppy-ra: ¨ 1 n db színes kép, vagy 600 oldal gépelt szöveg fér CD lemezre: ¨ 500 db színes kép, vagy 300 000 oldal gépelt szöveg ¨ 72 percnyi film, vagy 120 perc zene fér n DVD lemezre: ¨ Egy teljes mozifilm nyolcnyelvű szinkronnal és menüvel fér A számítógép felépítése 51