stav automatizace inenrskch loh a informatiky FAST VUT

  • Slides: 67
Download presentation
Ústav automatizace inženýrských úloh a informatiky FAST VUT v Brně Základy informatiky a výpočetní

Ústav automatizace inženýrských úloh a informatiky FAST VUT v Brně Základy informatiky a výpočetní techniky 1 Architektura počítačů © 1999 – 2002, Michal Vojkůvka 1

Von Neumannova koncepce počítače 2 1. Počítač se skládá z řadiče, aritmeticko-logické jednotky, paměti,

Von Neumannova koncepce počítače 2 1. Počítač se skládá z řadiče, aritmeticko-logické jednotky, paměti, vstupních a výstupních zařízení. 2. Struktura počítače je nezávislá na řešeném problému. 3. V paměti jsou data uložena společně s instrukcemi programu. 4. Paměť je rozdělena na buňky stejné velikosti, ke kterým se přistupuje prostřednictvím tzv. adresy. 5. Program je tvořen posloupností instrukcí. 6. Pořadí provádění instrukcí je sekvenční (tj. provádějí se postupně) s výjimkou instrukcí skoku. 7. Instrukce, data a adresy jsou kódovány binárně.

Von Neumannova koncepce počítače Zjednodušené blokové schéma Vstupní zařízení Procesor Řídicí jednotka Výstupní zařízení

Von Neumannova koncepce počítače Zjednodušené blokové schéma Vstupní zařízení Procesor Řídicí jednotka Výstupní zařízení Aritmeticko-logická jednotka Operační paměť Vnější paměť 3

Von Neumannova koncepce počítače 4 • řadič (řídicí jednotka) na základě jednotlivých instrukcí programu

Von Neumannova koncepce počítače 4 • řadič (řídicí jednotka) na základě jednotlivých instrukcí programu řídí činnost celého počítače • aritmeticko-logická jednotka (ALU – Arithmetic-Logic Unit) provádí výpočty • řadič společně s aritmeticko-logickou jednotkou tvoří procesor (CPU – Central Processing Unit) • v dnešní době doznala původní von Neumannova koncepce počítače určitých změn (multitasking, víceprocesorové systémy, …) • harvardská koncepce na rozdíl od von Neumannovy předpokládá existenci dvou oddělených pamětí; v jedné paměti jsou uloženy jen instrukce programu a ve druhé paměti pouze data

Paměť 5 • zařízení sloužící k uchovávání informací (konkrétně binárně kódovaných dat) • množství

Paměť 5 • zařízení sloužící k uchovávání informací (konkrétně binárně kódovaných dat) • množství informací, které je do paměti možné uložit, se nazývá kapacita paměti a udává se v bajtech • paměť je rozdělena na buňky stejné velikosti, z nichž každá je jednoznačně identifikována svým číslem; toto číslo se nazývá adresa paměti a velikost takovéto buňky, která má svou vlastní adresu, se označuje jako nejmenší adresovatelná jednotka • paměti je možné rozdělit na § vnitřní (operační), § vnější (periferní).

Základní rozdělení pamětí Paměť vnitřní (operační) • slouží k uchovávání momentálně zpracovávaných dat a

Základní rozdělení pamětí Paměť vnitřní (operační) • slouží k uchovávání momentálně zpracovávaných dat a programů • realizovaná většinou polovodičovými součástkami (integrovanými obvody) Paměť vnější (periferní) • slouží k dlouhodobějšímu uchovávání dat a programů • realizovaná většinou na principu magnetického (popř. optického) záznamu dat • ve srovnání s vnitřní pamětí bývá obvykle paměť vnější pomalejší, ale levnější • pevný disk, CD-ROM, disketa, … 6

Nejdůležitější parametry pamětí • přístupová (vybavovací) doba – doba, která uplyne od požadavku na

Nejdůležitější parametry pamětí • přístupová (vybavovací) doba – doba, která uplyne od požadavku na čtení informací z paměti do okamžiku, v němž jsou data z paměti k dispozici • přenosová rychlost – množství informací, které lze z paměti přečíst (nebo zapsat) za jednotku času; úzce souvisí se šířkou datové sběrnice • kapacita – množství informací, které lze do paměti uložit současně • cena za bit – určuje celkovou cenu paměťového systému; obecně platí, že rychlejší paměti mají vyšší cenu za bit uložených informací • závislost obsahu paměti na napájecím napětí – zda se informace uložené v paměti po vypnutí napájení ztratí 7

Paměti typu RWM (RAM) 8 • Read/Write Memory – paměť pro čtení i zápis

Paměti typu RWM (RAM) 8 • Read/Write Memory – paměť pro čtení i zápis • po vypnutí napájecího napětí se obsah paměti vymaže • velice často se nesprávně označují jako RAM (Random Access Memory), tj. paměť s náhodným (přímým) přístupem – my je tak budeme také označovat • rozlišujeme dva základní typy pamětí RAM: § statické RAM (SRAM) § dynamické RAM (DRAM)

Statické RAM (SRAM) 9 • informace zapsaná do paměťové buňky zůstane zachována do té

Statické RAM (SRAM) 9 • informace zapsaná do paměťové buňky zůstane zachována do té doby, než odpojíme napájecí napětí • oproti dynamickým RAM mají kratší přístupovou dobu, jsou však dražší a mají vyšší energetickou spotřebu • používají se především jako paměti typu cache (vyrovnávací paměť) a jako tzv. „paměť CMOS“ • výrobní technologie CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) má v klidovém stavu velmi nízkou spotřebu elektrické energie, a proto se statické RAM CMOS používají pro uchovávání konfigurace počítače a hodin reálného času (paměť je při vypnutém počítači napájena malým akumulátorem nebo baterií)

Dynamické RAM (DRAM) • informace zapsaná do paměťové buňky zůstává uchována jen po určitou

Dynamické RAM (DRAM) • informace zapsaná do paměťové buňky zůstává uchována jen po určitou dobu (řádově milisekundy), potom musí dojít k jejímu obnovení (tzv. Refresh) • oproti SRAM jsou pomalejší a levnější, mají menší spotřebu a vyšší kapacitu • přístupová doba obvykle desítky nanosekund • používají se obvykle jako operační paměť počítače • existuje několik typů dynamických RAM, které se liší svou rychlostí a činností: § FPM – Fast Page Mode, § EDO – Extended Data Output, § SDRAM – Synchronous DRAM, § ECC – Error Checking and Correcting, … 10

Dynamické RAM (DRAM) 11 Rozdělení podle provedení paměťových modulů • SIMM 30 pin –

Dynamické RAM (DRAM) 11 Rozdělení podle provedení paměťových modulů • SIMM 30 pin – Single In-Line Memory Module; 30 vývodů; kapacita 256 KB, 1 MB nebo 4 MB; v počítačích 286 až 486; přístupová doba 70 až 80 ns; dnes se již nepoužívají • SIMM 72 pin – 72 vývodů; kapacita 4, 8, 16, 32 nebo 64 MB; přístupová doba 60 až 70 ns • DIMM – Dual In-Line Memory Module; 168 vývodů; kapacita 16, 32, 64, 128, 256 nebo 512 MB; přístupová doba 7 až 10 ns • RIMM – Rambus In-Line Memory Module; 184 vývodů; kapacita 64, 128, 256 nebo 512 MB; nejnovější

12 Paměťové moduly SIMM (72 -pin) DIMM

12 Paměťové moduly SIMM (72 -pin) DIMM

Paměti typu ROM • Read Only Memory – paměť pouze pro čtení • obsah

Paměti typu ROM • Read Only Memory – paměť pouze pro čtení • obsah paměti je u klasické ROM určen již při výrobě • po vypnutí napájecího napětí zůstává obsah paměti zachován • ve srovnání s RAM je pomalejší, mívá menší kapacitu • v osobním počítači paměť typu ROM (dnes většinou Flash-EEPROM) obsahuje tzv. BIOS (Basic Input/Output System), který zabezpečuje nejzákladnější funkce technického vybavení počítače (základní vstupně výstupní systém) 13

Paměti typu ROM 14 • nemožnost programování je velkou nevýhodou, proto se postupně vyvinulo

Paměti typu ROM 14 • nemožnost programování je velkou nevýhodou, proto se postupně vyvinulo několik podtypů: § ROM – klasická, obsah určen již při výrobě § PROM (Programmable ROM) – programovatelná, uživatel si ji může sám naprogramovat (jen jednou) § EPROM (Erasable PROM) – lze opakovaně programovat, před každým programováním se však musí obsah paměti vymazat působením ultrafialového záření (asi ½ hodiny) § EEPROM (Electrically EPROM) – maže se elektrickými impulsy, počet programování a mazání však bývá omezen § Flash-EEPROM – rychlejší než předešlé typy, dá se programovat přímo na desce

Procesor 15 • velmi složitý integrovaný obvod (miliony tranzistorů) • řídí činnost celého počítače

Procesor 15 • velmi složitý integrovaný obvod (miliony tranzistorů) • řídí činnost celého počítače a zajišťuje většinu výpočtů • čím výkonnější je procesor, tím výkonnější je obvykle i celý počítač • rychlost procesoru (taktovací frekvence) se udává v Hz; procesor 8086 z konce 70. let měl taktovací frekvenci 4, 77 MHz, procesor 80386 z poloviny 80. let 33 MHz, dnešní procesory překračují hranici 1 GHz • mezi nejznámější výrobce procesorů patří firmy Intel, AMD a Cyrix • většinou bývá procesor chlazen malým ventilátorem

CPU – cont'd According to Moore's Law formulated in 1965 by Gordon Moore (co-founder

CPU – cont'd According to Moore's Law formulated in 1965 by Gordon Moore (co-founder of Intel), the number of transistors per integrated circuit would double every 18 months. Moore predicted that this trend would hold for the next ten years. In fact, as the graph illustrates, Intel has managed to doggedly follow this law for far longer. In 1978 the 8086 ran at 4. 77 MHz and had less than 30, 000 transistors. By the end of the millennium the Pentium 4 had a staggering 42 million on-chip transistors and ran at 1. 5 GHz. 16

CPU – cont'd 17 Source: www. pctechguide. com

CPU – cont'd 17 Source: www. pctechguide. com

Sběrnice procesoru 18 • skupina vodičů s příbuznými signály • slouží ke komunikaci procesoru

Sběrnice procesoru 18 • skupina vodičů s příbuznými signály • slouží ke komunikaci procesoru s okolím • rozlišujeme sběrnici adresovou, datovou a řídicí Adresová (část) sběrnice • slouží k výběru určité paměťové buňky, popř. určitého vstupně výstupního (I/O – Input/Output) zařízení (někdy se říká též periferní zařízení) • většinou má šířku 16 až 40 bitů • šířka adresové sběrnice určuje, s jak velkou pamětí je procesor schopen přímo pracovat, např. při šířce 16 bitů lze adresovat 216 bajtů, tj. 65 536 B = 64 KB, při šířce 40 bitů lze adresovat 240 B = = 1 099 511 627 780 B = 1 TB

Sběrnice procesoru Datová (část) sběrnice • její šířka je velice důležitá pro výkon celého

Sběrnice procesoru Datová (část) sběrnice • její šířka je velice důležitá pro výkon celého počítače, neboť určuje kolik bitů lze najednou přenést mezi procesorem a pamětí (resp. I/O zařízením) a kolik bitů lze najednou zpracovat • většinou má šířku 8 až 64 bitů • obvykle (ale ne vždy) má vnitřní datová sběrnice procesoru stejnou šířku jako datová sběrnice vnější • podle šířky vnitřní datové sběrnice potom mluvíme o procesorech osmibitových, šestnáctibitových apod. 19

Sběrnice procesoru Řídicí (část) sběrnice • jejím prostřednictvím předává procesor povely ostatním zařízením a

Sběrnice procesoru Řídicí (část) sběrnice • jejím prostřednictvím předává procesor povely ostatním zařízením a přijímá stavové a řídicí informace z okolí • počet řídicích signálů bývá pro různé procesory různý (10 až 100) 20

21 Sběrnicový model počítače (zjednodušeno) SBĚRNICE Procesor Operační paměť I/O zařízení datová adresová řídicí

21 Sběrnicový model počítače (zjednodušeno) SBĚRNICE Procesor Operační paměť I/O zařízení datová adresová řídicí

Registry procesoru 22 • velmi rychlá zápisníková paměť procesoru • rozlišujeme registry § univerzální

Registry procesoru 22 • velmi rychlá zápisníková paměť procesoru • rozlišujeme registry § univerzální (datové) § s pevně stanoveným významem Registry univerzální (datové) • slouží k uchovávání operandů, mezivýsledků a výsledků operací podobně jako operační paměť (registr AX, BX, …) • vzhledem k tomu, že jsou umístěny přímo v procesoru, informace v nich uložené jsou přístupné prakticky okamžitě a není tak třeba vždy přistupovat do operační paměti, která je umístěna vně procesoru

Registry procesoru 23 Registry s pevně stanoveným významem • realizují určitou specifickou funkci a

Registry procesoru 23 Registry s pevně stanoveným významem • realizují určitou specifickou funkci a změnou obsahu těchto registrů lze ovlivňovat činnost procesoru • registr PC (Program Counter) označovaný též jako IP (Instruction Pointer) – čítač instrukcí; obsahuje adresu instrukce, která bude prováděna jako další v pořadí; změnou obsahu lze přejít na jiné místo programu • registr F (Flags) – registr příznaků; určuje, jakým způsobem byla ukončena předchozí aritmetická nebo logická operace (např. došlo k přeplnění) a obsahuje další řídicí informace • registr SP (Stack Pointer) – ukazatel zásobníku; ukazuje na data, která byla uložena do zásobníku naposledy a budou tedy čtena jako první

24 Registry procesoru Aritmeticko-logická jednotka Řídicí jednotka Registry Instrukce Data Operační paměť Procesor

24 Registry procesoru Aritmeticko-logická jednotka Řídicí jednotka Registry Instrukce Data Operační paměť Procesor

Rozdělení instrukcí procesoru 25 Instrukce • přesunové (pro přesun dat mezi registry procesoru nebo

Rozdělení instrukcí procesoru 25 Instrukce • přesunové (pro přesun dat mezi registry procesoru nebo mezi operační pamětí a registry) • aritmetické (sčítání, odčítání, …) • logické (log. součet, log. součin, rotace a posuvy, …) • skoku (při rozhodování, …) • vstupně výstupní (pro práci s periferními zařízeními, …) • ostatní (řídicí, …)

Instrukční sady 26 CISC (Complex Instruction Set Computer) • počítač s tzv. kompletní instrukční

Instrukční sady 26 CISC (Complex Instruction Set Computer) • počítač s tzv. kompletní instrukční sadou • obsahuje i instrukce, které se používají velice málo • s ohledem na velký počet instrukcí pak bývá procesor příliš složitý a tím i dražší RISC (Reduced Instruction Set Computer) • počítač s tzv. redukovanou sadou instrukcí • obsahuje malý počet instrukcí, které se však provádějí velice rychle Nelze jednoznačně říci, která instrukční sada je lepší, vždy záleží na konkrétním typu řešeného problému.

27 Zásobník (Stack) • část operační paměti, která je využívána zvláštním způsobem pro dočasné

27 Zásobník (Stack) • část operační paměti, která je využívána zvláštním způsobem pro dočasné uchovávání informací, které budou později opět potřebné (např. při volání podprogramů) • informace jsou ukládány na adresy bezprostředně následující po sobě • při vyjímání informací ze zásobníku je vždy jako první vyjmuta informace, která byla do něho vložena jako poslední (paměť typu LIFO – Last In First Out) 5 4 3 2 1

„Generace procesorů“ Type/Generation Year 8086/First 8088/First 80286/Second 80386 DX/Third 80386 SX/Third 80486 DX/Fourth 80486

„Generace procesorů“ Type/Generation Year 8086/First 8088/First 80286/Second 80386 DX/Third 80386 SX/Third 80486 DX/Fourth 80486 SX/Fourth 80486 DX 2/Fourth 80486 DX 4/Fourth Pentium/Fifth Pentium MMX/Fifth Pentium Pro/Sixth Pentium II/Sixth Pentium III/Sixth AMD Athlon/Seventh Pentium 4/Seventh 1978 1979 1982 1985 1988 1989 1992 1994 1993 1997 1995 1997 1998 1999 2000 Data/ Address Bus 16/20 bit 8/20 bit 16/24 bit 32/32 bit 16/32 bit 32/32 bit 64/32 bit 64/36 bit 64/36 bit 28 L 1 Memory Internal Cache Speed Clock [KB] [MHz] None 4. 77 -8 None 6 -20 None 16 -33 8 25 -50 8 25 -40 50 -80 8+8 25 -40 75 -120 8+8 60 -66 60 -200 16+16 66 166 -233 8+8 66 150 -200 16+16 66 233 -300 16+16 66/100 300 -450 16+16 100 450 -600 64+64 100 -200+ 500 -600+ 12+8 100 1. 4 – 2 GHz

Blokové schéma procesoru 8086 29

Blokové schéma procesoru 8086 29

Výpočet fyzické adresy u 8086 15 14. . . 3 2 1 0 XXXX

Výpočet fyzické adresy u 8086 15 14. . . 3 2 1 0 XXXX + segment XXXX XXXX XXXX 19 18. . . 3 2 1 0 offset 20 -bitová adresa Příklad: segment = 01 A 5 h offset = 0112 h 01 A 5 + 0112 01 B 62 30

31 Procesory firmy AMD Athlon Duron K 6 -2

31 Procesory firmy AMD Athlon Duron K 6 -2

Vyrovnávací paměť (Cache Memory) 32 • velmi rychlá paměť (typu SRAM) zpravidla umístěná mezi

Vyrovnávací paměť (Cache Memory) 32 • velmi rychlá paměť (typu SRAM) zpravidla umístěná mezi procesorem a operační pamětí • ve vyrovnávací paměti je uložena ta část operační paměti, která je právě používána a procesoru tak odpadá nutnost přistupovat do paměti operační, která je pomalejší než paměť vyrovnávací • při přístupu do operační paměti je zjištěno, zda je požadovaná informace ve vyrovnávací paměti; pokud je, přečte se odtud; pokud není, přečte se z operační paměti a současně se zkopíruje do paměti vyrovnávací pro případné pozdější použití • obvykle tvoří kapacita vyrovnávací paměti 1/128 až 1/32 kapacity paměti operační (přibližně) • poměrně drahá

Vyrovnávací paměť (Cache Memory) 33 • podle funkce a umístění se vyrovnávací paměť dělí

Vyrovnávací paměť (Cache Memory) 33 • podle funkce a umístění se vyrovnávací paměť dělí na § L 1 Cache (1 st Level) – umístěna přímo v procesoru § L 2 Cache (2 nd Level) – umístěna buď na základní desce nebo přímo v procesoru • obecným účelem vyrovnávací paměti je přizpůsobit rychlosti různých zařízení – rychlejší zařízení čte data z vyrovnávací paměti a nemusí čekat na zařízení pomalejší, ze kterého si vyrovnávací paměť požadovaná data načetla již dříve • úspěšnost vyrovnávací paměti (Hit Rate) bývá obvykle 80 až 99 % • dnes existuje i L 3 Cache (procesor AMD K 6 -III)

34 Hierarchie pamětí roste cena za bit Operační paměť Magnetický disk Magnetická páska, (optický

34 Hierarchie pamětí roste cena za bit Operační paměť Magnetický disk Magnetická páska, (optický disk) roste kapacita Vyrovnávací paměť roste přístupová doba Registry

35 Základní deska Obsahuje (motherboard, mainboard) • procesor • • operační paměť CMOS (obsahuje

35 Základní deska Obsahuje (motherboard, mainboard) • procesor • • operační paměť CMOS (obsahuje informace o konfiguraci systému) BIOS uložený v paměti ROM (obvykle Flash-EEPROM) integrovaný řadič pružných a pevných disků (též pro připojení CD-ROM) • sloty rozšiřovací (I/O) sběrnice (ISA, PCI, AGP, . . . ) • integrované paralelní a sériové rozhraní, sběrnici USB • konektory pro připojení ostatních částí počítače (klávesnice, malého reproduktoru, tlačítka Reset, indikátoru provozu, ventilátoru procesoru apod. ). . . Výše uvedené může záviset na konkrétním typu základní desky.

Základní deska • někdy bývá (zejména u levnějších počítačů) na základní desce integrována i

Základní deska • někdy bývá (zejména u levnějších počítačů) na základní desce integrována i grafická karta, zvuková karta, faxmodem apod. – tzv. desky „All-In-One“, což má určité nevýhody v případě poruchy těchto zařízení • podle provedení se základní desky dělí na AT (starší) a ATX (novější) – při stavbě počítače musíme vybrat tomu odpovídající základní jednotku („bednu počítače“); rozdíl spočívá především v umístění konektorů na desce a v napájecím zdroji • procesor i operační paměť jsou umístěny v paticích, takže je můžeme v případě poruchy vyměnit nebo modernizovat 36

Motherboard (mainboard) – cont'd 37

Motherboard (mainboard) – cont'd 37

Rozšiřovací (I/O) sběrnice 38 • prostřednictvím rozšiřovací sběrnice se k počítači připojují řadiče dalších

Rozšiřovací (I/O) sběrnice 38 • prostřednictvím rozšiřovací sběrnice se k počítači připojují řadiče dalších periferních zařízení (scanneru, pevného disku, …) • též se nazývá vstupně výstupní (I/O – Input/Output) • je závislá na použitém procesoru • důležitým parametrem je taktovací (řídicí, hodinová) frekvence sběrnice • přenosová rychlost je potom dána šířkou datové části sběrnice a taktovací frekvencí sběrnice • konektory rozšiřovací sběrnice (tzv. sloty) jsou umístěny na základní desce • různé typy: ISA, MCA, EISA, VL-Bus, PCI, AGP

Rozšiřovací (I/O) sběrnice Sběrnice ISA (Industry Standard Architecture) • někdy se též označuje jako

Rozšiřovací (I/O) sběrnice Sběrnice ISA (Industry Standard Architecture) • někdy se též označuje jako AT-Bus • navržena procesor 80286 • taktovací frekvence 8, 33 MHz, šířka datové sběrnice 16 bitů, přenosová rychlost max. 8 MB/s • vychází ze sběrnice XT-Bus, která byla 8 -bitová • dnes se již prakticky nepoužívá, ale stále je na základních deskách přítomna, protože existuje ještě mnoho rozšiřovacích karet pro tuto sběrnici, neboť pro pomalá periferní zařízení plně postačuje • každou ISA kartu bylo třeba správně nakonfigurovat propojkami umístěnými přímo na rozšiřovací kartě 39

40 Blokové schéma sběrnice ISA Procesor Řadič sběrnice ISA Operační paměť Sběrnice procesoru 8

40 Blokové schéma sběrnice ISA Procesor Řadič sběrnice ISA Operační paměť Sběrnice procesoru 8 -bitové sloty 16 -bitové sloty Sběrnice ISA (zjednodušeno) L 2 cache

Rozšiřovací (I/O) sběrnice 41 Sběrnice PCI (Peripheral Component Interconnect) • navržena procesory 80486 a

Rozšiřovací (I/O) sběrnice 41 Sběrnice PCI (Peripheral Component Interconnect) • navržena procesory 80486 a Pentium • taktovací frekvence 33 MHz, šířka datové sběrnice 64 bitů, přenosová rychlost max. 264 MB/s • v dnešní době nejpoužívanější • umožňuje i 32 -bitový přenos dat (80486) • na současných základních deskách bývá jak sběrnice PCI, tak sběrnice ISA (z důvodu zpětné kompatibility) • podporuje standard Pn. P (Plug and Play), který umožňuje snadnou konfiguraci PCI karet (prakticky bez zásahu uživatele)

42 Blokové schéma sběrnice PCI (zjednodušeno) Sloty PCI Most PCI/ISA Most CPU/PCI Procesor Sběrnice

42 Blokové schéma sběrnice PCI (zjednodušeno) Sloty PCI Most PCI/ISA Most CPU/PCI Procesor Sběrnice procesoru Sloty ISA Sběrnice PCI Operační L 2 paměť cache

43 PCI Slots ISA Slots Source: www. howstuffworks. com

43 PCI Slots ISA Slots Source: www. howstuffworks. com

Rozšiřovací (I/O) sběrnice Sběrnice AGP (Accelerated Graphics Port) • navržena procesor Pentium II •

Rozšiřovací (I/O) sběrnice Sběrnice AGP (Accelerated Graphics Port) • navržena procesor Pentium II • určena výhradně pro připojení grafických karet • umožňuje přímé propojení grafické karty s operační pamětí počítače, tím se odlehčí systémové sběrnici a současně se zvýší rychlost přenosu • grafická karta tak může např. přímo přistupovat k texturám uloženým v operační paměti počítače a tím odpadá časově náročná příprava textur pro zobrazení • v provedení AGP 1 x (přenosová rychlost 264 MB/s), AGP 2 x (528 MB/s) nebo AGP 4 x (1056 MB/s) 44

45 Block Diagram of the AGP Architecture Source: www. pctechguide. com

45 Block Diagram of the AGP Architecture Source: www. pctechguide. com

AGP-based Graphics Card (example) Source: www. howstuffworks. com 46

AGP-based Graphics Card (example) Source: www. howstuffworks. com 46

Paralelní rozhraní (port) 47 • slouží především k připojení tiskárny, proto se též někdy

Paralelní rozhraní (port) 47 • slouží především k připojení tiskárny, proto se též někdy označuje jako Centronics • dnes bývá přímo integrováno na základní desce, dříve bylo na rozšiřující kartě společně s řadičem pevných disků a disketových mechanik • konektor Canon 25 pinů samice, označení LPT či PRN • dříve byl přenos dat pouze jednosměrný (z počítače do tiskárny) • norma IEEE 1284 zajišťuje obousměrnost a sdružuje následující režimy přenosu dat (možno nastavit v setupu): Compatible Mode (Centronics), Nibble Mode, Byte Mode, EPP (Enhanced Parallel Port) Mode, ECP (Extended Capabilities Port) Mode • nejpoužívanější je režim EPP

Sériové rozhraní (port) 48 • slouží především k připojení myši • je pomalejší než

Sériové rozhraní (port) 48 • slouží především k připojení myši • je pomalejší než paralelní rozhraní (data se přenášejí bit za bitem) • dnes bývá přímo integrováno na základní desce, dříve bylo na rozšiřující kartě společně s řadičem pevných disků a disketových mechanik • konektor Canon 9 nebo 25 pinů samec, označení COM nebo RS 232 • slouží též k připojení modemu atd. • v současné době se myš (a klávesnice) připojuje prostřednictvím konektoru PS/2

Univerzální sériová sběrnice (USB) • • • Universal Serial Bus dovoluje připojit až 127

Univerzální sériová sběrnice (USB) • • • Universal Serial Bus dovoluje připojit až 127 zařízení max. přenosová rychlost 12 Mb/s podpora Plug and Play možnost připojování a odpojování zařízení za chodu počítače • musí být podporována operačním systémem • „asi je v ní budoucnost“ 49

50 Základní deska SL-77 KV Specification www. soltek. com. tw Processor: AMD Athlon™ Chipset:

50 Základní deska SL-77 KV Specification www. soltek. com. tw Processor: AMD Athlon™ Chipset: VIA APOLLO KX 133, FSB 200 MHz, AGP 4 x Memory: 3 x 168 -pin 3. 3 V DIMM Sockets, Supports 8 MB to 768 MB (maximum) DRAM Size, PC 133 compliant Cache Memory: Built-in to AMD Athlon™ Processor Module On-Board EIDE: 2 x PCI Bus Master UATA 33/66 IDE ports (up to 4 ATAPI Devices) Supports for PIO Mode 3, 4, UATA 33/66 IDE & ATAPI CD-ROM

Základní deska SL-77 KV 51 On-Board Super I/O: 1 x Floppy Port, 2 x

Základní deska SL-77 KV 51 On-Board Super I/O: 1 x Floppy Port, 2 x serial ports (high-speed 16550 FIFO UART Ports), 1 x Parallel Port with EEP/ECP/SPP Capabilities, PS/2 Mouse connector, Keyboard connector, 4 x USB Ports Expansion Slots: 1 x AGP Slot, 1 x AMR Slot, 5 x 32 -bit PCI Bus Master Slots, 1 x 16 -bit ISA Slots Form Factor: ATX Form Factor (190 mm x 305 mm) BIOS: AWARD Plug-and-Play BIOS Supports Advanced Power Management Function Flash Memory for easy upgrade Other Features: Supports AGP 4 x, PC 133 compliant, Ultra ATA/66, AC'97 Audio Function, H/W Monitor

Základní deska SL-77 KV 52

Základní deska SL-77 KV 52

Základní deska SL-77 KV 53

Základní deska SL-77 KV 53

Power Supply • converts the AC input (230 V) to lower DC voltages (3.

Power Supply • converts the AC input (230 V) to lower DC voltages (3. 3 V, 5 V, 12 V, – 5 V, – 12 V) • the 3. 3 - and 5 -volts are typically used by digital circuits, while the 12 -volt is used to run motors in disk drives and fans • the main specification of a power supply is in watts (usually about 250 W or more) Source: www. howstuffworks. com 54

55 Power Supply – cont'd According to PC Power & Cooling, Inc. , some

55 Power Supply – cont'd According to PC Power & Cooling, Inc. , some power consumption values (in watts) for common items in a personal computer are: AGP card PCI card floppy disk drive network interface card 50 x CD-ROM drive RAM 5200 RPM IDE hard disk drive 7200 RPM IDE hard disk drive Motherboard (without CPU or RAM) 550 MHz Pentium III 733 MHz Pentium III 300 MHz Celeron 600 MHz Athlon 20 to 30 W 5 W 5 W 4 W 10 to 25 W 10 W per 128 MB 5 to 11 W 5 to 15 W 20 to 30 W 23. 5 W 18 W 45 W

56 Komunikace procesoru s I/O zařízeními Přímá programová obsluha • v programu je instrukce

56 Komunikace procesoru s I/O zařízeními Přímá programová obsluha • v programu je instrukce vstupu (nebo výstupu) a komunikace s periferním zařízením je synchronizována buď vkládáním čekacích taktů nebo pomocí tzv. handshake, kdy je před instrukcí vstupu nebo výstupu vložena smyčka zjišťující, zda je zařízení schopno přijmout (při výstupu dat) nebo poskytnout (při vstupu dat) informaci • vhodná pouze pro dostatečně rychlá zařízení nebo v případě nutné odezvy uživatele na určitou situaci (např. volba, kterou z větví má program pokračovat dále) • ve většině případů však používání přímé programové obsluhy počítač zdržuje

57 Komunikace procesoru s I/O zařízeními Obsluha s přerušením (Interrupt) • vhodná pro zařízení,

57 Komunikace procesoru s I/O zařízeními Obsluha s přerušením (Interrupt) • vhodná pro zařízení, jejichž rychlost je výrazně nižší než rychlost procesoru • periferní zařízení aktivuje (obvykle prostřednictvím tzv. řadiče přerušení) zvláštní řídicí signál procesoru označovaný INTR (Interrupt Request – požadavek o přerušení) • procesor přeruší provádění programu, zapamatuje si na jakém místě, zjistí kdo požadavek o přerušení vyslal a provede obslužnou rutinu přerušení • po ukončení této obslužné rutiny procesor pokračuje v provádění původního programu, který byl přerušen aktivací požadavku o přerušení • IRQ – Interrupt Request (žádost o přerušení)

58 Komunikace procesoru s I/O zařízeními Obsluha s přerušením (Interrupt) • pro zpracování přerušení

58 Komunikace procesoru s I/O zařízeními Obsluha s přerušením (Interrupt) • pro zpracování přerušení je určen speciální obvod • jednu linku IRQ může používat pouze jedna periferie (např. IRQ 1 je vyhrazeno pro klávesnici, IRQ 12 může používat port myši PS/2 apod. ) – viz Správce zařízení • každé přerušení má stanovenou prioritu pro případ, kdy o přerušení žádá více komponent současně • stejně jako při volání podprogramů se i přerušení s výhodou využívá zásobník – uloží se do něj registr příznaků (F), registry CS a IP • po obsluze přerušení se správný návrat do přerušeného programu zajistí tím, že se ze zásobníku obnoví obsah registrů IP, CS a F

59 Komunikace procesoru s I/O zařízeními Komunikace prostřednictvím přímého přístupu do paměti (DMA –

59 Komunikace procesoru s I/O zařízeními Komunikace prostřednictvím přímého přístupu do paměti (DMA – Direct Memory Access) • vhodná pro zařízení, která jsou schopná velice rychlé komunikace, kterou není schopen zabezpečit sám procesor prostřednictvím programové obsluhy – ten by totiž musel vždy jednou instrukcí přečíst data z paměti a další instrukcí je poslat na periferní zařízení (v případě výstupu dat, pro vstup dat naopak) a k tomu jsou zapotřebí dva cykly sběrnice • prostřednictvím DMA je možno v jediném cyklu sběrnice přečíst data z paměti a poslat je přímo na periferní zařízení (při vstupu dat naopak) • snadno lze přenášet i poměrně velké bloky dat

60 Komunikace procesoru s I/O zařízeními Princip přímého přístupu do paměti (DMA) • počítač

60 Komunikace procesoru s I/O zařízeními Princip přímého přístupu do paměti (DMA) • počítač je vybaven zvláštním obvodem, který se nazývá řadič DMA • při vstupu dat z periferního zařízení zašle toto zařízení požadavek o přímý přístup do paměti řadiči DMA, při výstupu dat zašle požadavek řadiči DMA sám procesor • poté se již řízení přenosu dat ujme řadič DMA • nejprve řadič DMA požádá procesor o odpojení od sběrnic aktivací signálu HOLD řídicí sběrnice • procesor dokončí právě probíhající cyklus sběrnice, odpojí své vývody od sběrnic a tuto skutečnost dá na vědomí řadiči DMA prostřednictvím signálu HLDA řídicí sběrnice

61 Komunikace procesoru s I/O zařízeními Princip přímého přístupu do paměti (DMA) • poté

61 Komunikace procesoru s I/O zařízeními Princip přímého přístupu do paměti (DMA) • poté již řadič DMA generuje adresy paměťových buněk a aktivuje zařízení, kterého se přenos DMA týká • současně generuje řadič DMA i potřebné řídicí signály a tak řídí celou komunikaci, dokud není požadovaný blok dat přenesen • na závěr řadič DMA deaktivuje signál HOLD, což má za následek deaktivaci signálu HLDA procesorem a opětovné připojení procesoru ke sběrnicím • dvě zařízení nesmějí používat stejný kanál DMA (např. DMA 2 je vyhrazeno pro řadič disketových jednotek apod. ) – viz Správce zařízení

Správce zařízení v MS Windows 2000 62

Správce zařízení v MS Windows 2000 62

Literatura • • • http: //www. zive. cz http: //www. pctechguide. com http: //www.

Literatura • • • http: //www. zive. cz http: //www. pctechguide. com http: //www. fi. muni. cz/usr/brandejs/AP Vrátil, Z. : Postavte si PC. BEN, Praha 1999. Horák, J. : Učebnice hardware. Computer Press, Praha 1998. • Precht, M. – Meier, N. – Klein, J. : EDV-Grundwissen: Eine Einführung in Theorie und Praxis der modernen EDV. Addison-Wesley, 1996. • Колесниченко, О. – Шишигин, И. : Аппаратные средства РС. «БХВ» , Санкт-Петербург 1999. • Вильховченко, С. : Современный компьютер: устройство, выбор, модернизация. «Питер» , Санкт-Петербург 2000. 63

Kontrolní otázky 64 Popište von Neumannovu koncepci číslicového počítače. Uveďte hlavní rozdíl mezi von

Kontrolní otázky 64 Popište von Neumannovu koncepci číslicového počítače. Uveďte hlavní rozdíl mezi von Neumannovou a harvardskou koncepcí číslicového počítače. V čem se odlišují dnešní počítače od původní von Neumannovy koncepce? Jaký je rozdíl mezi pamětí typu RAM (RWM) a ROM? K čemu slouží BIOS osobního počítače? Co je uloženo v paměti „CMOS“ osobního počítače? Z jakých částí se skládá procesor? Jaký je rozdíl mezi aritmetickými a logickými instrukcemi? K čemu slouží vstupně výstupní instrukce? Uveďte jednotlivé části sběrnice procesoru.

Kontrolní otázky 65 Procesor 80386 DX je 32 -bitový. Co to znamená? Procesor 8086

Kontrolní otázky 65 Procesor 80386 DX je 32 -bitový. Co to znamená? Procesor 8086 má šířku adresové části sběrnice 20 bitů. S jak velkou pamětí je schopen přímo pracovat? K čemu slouží segmentové registry procesoru 8086? Co to je zásobník a k čemu slouží? Uveďte a stručně charakterizujte možné způsoby komunikace procesoru s I/O zařízeními. K čemu slouží mechanismus přerušení? Co to je DMA a k čemu slouží? Jaký je význam vyrovnávací paměti (cache)? Definujte pojem vnitřní a vnější paměti počítače. Co udává přístupová doba paměti?

Kontrolní otázky 66 Paměť „CMOS“ osobního počítače je typu RAM. Jak to, že se

Kontrolní otázky 66 Paměť „CMOS“ osobního počítače je typu RAM. Jak to, že se její obsah po vypnutí počítače nevymaže? Srovnejte přístupovou dobu statických a dynamických pamětí RAM. Které z nich se používají jako operační paměť a které jako paměť vyrovnávací? K čemu slouží registry procesoru? Jak je rozdělujeme? Uveďte význam registrů procesoru PC (IP), F a SP. Srovnejte kapacitu, přístupovou dobu a cenu za bit operační paměti, registrů procesoru, vyrovnávací paměti, magnetických disků a magnetopáskových jednotek. K čemu slouží rozšiřovací sběrnice osobního počítače? Čím je dána přenosová rychlost rozšiřovací sběrnice? Kde jsou umístěny konektory rozšiřovací sběrnice?

Kontrolní otázky 67 Stručně charakterizujte sběrnici ISA, PCI a AGP. Srovnejte jejich přenosové rychlosti.

Kontrolní otázky 67 Stručně charakterizujte sběrnici ISA, PCI a AGP. Srovnejte jejich přenosové rychlosti. K čemu slouží paralelní rozhraní osobního počítače? Jak se označuje? K čemu slouží sériové rozhraní osobního počítače? Jak se označuje? Co to je USB a jaké má výhody? Vysvětlete rozdíl mezi procesory RISC a CISC. Uveďte, co vše se nachází na základní desce. Jaká bývá řádově kapacita operační paměti současných osobních počítačů?