Szmtstechnikai alapismeretek A Modul szerkezete A Neumann tpus

Számítástechnikai alapismeretek

A Modul szerkezete • A Neumann típusú számítógép működésének alapelvei, a digitális számítógépek csoportosítása • Hardver ismeretek • A szoftver fogalma • Az operációs rendszer • A WINDOWS grafikus felhasználói felület kezelői szintű megismerése

A Neumann típusú számítógép működésének alapelvei, a digitális számítógépek csoportosítása

Neumann elvű számítógép I. • • bináris (digitális) elektronikus belső programvezérlés memória tárolja a programot és az adatokat • soros feldolgozás 4

Neumann elvű számítógép II. • A (központi egység) részei: · · · a vezérlõ egység (control unit), az aritmetikai és logikai egység (ALU), a tár (memory) és a ki/bemeneti egységek. Mindezek teljesen elektronikusak legyenek és bináris számrendszert használjanak. Az ALU képes legyen elvégezni az alapvetõ logikai és aritmetikai mûveleteket (néhány elemi matematikai és logikai mûvelet segítségével elvileg bármely számítási feladat elvégezhetõ). • Tárolt program elvû (a program és az adatok ugyanabban a belsõ tárban tárolódnak). • A vezérlõ egység határozza meg a mûködést a tárból kiolvasott utasítások alapján, emberi beavatkozás nélkül. 5

Egyszerű gép vázlata eredmény következő utasítás címe op x y a 1. adat címe memória (program+adat) műveleti egység művelet választás 2. adat címe 1. adat 2. adat 6

2 tárolós egyszerű logikai gép vázlata („feltételes elágazás”) eredmény következő utasítás címe op x y a program tároló adat tároló műveleti egység művelet választás 1. adat címe 1. adat 2. adat címe 2. adat 7

1. Generáció 1945 1956 (1) • 1941 Konrad Zuse, Z 3, elekromágneses relék, repülő és rakéta tervezés • 1943 Alain Turing, Colossus, német rejtjel visszafejtés (célgép) • 1944 Howard H. Aiken, Mark I. , lövedékpálya táblázatok, fél focipálya méret, 800 km vezeték, relé, 3 5 sec/számolás, alapműveletek, komplex egyenletek 8

1. Generáció 1945 1956 (2) (ENIAC) 1946, ENIAC John Presper Eckert, John W. Mauchly, első elektronikus digitális számítógép 18. 000 vákuumcső, 70. 000 ellenállás, 5 millió forrasztás, 160 k. W fogyasztás 5000 + /sec , 400 * /sec, 10 jegyű számok, 20 regiszter, 1000* gyorsabb mint Mark I. külső programvezérlés (huzalozás) 30 Tonna , MTBF 40 sec MTBF = Mean Time Between Failures (meghibásodások közt eltelt átlagos idő) 9

1. Generáció 1945 1956 (3) • 1945 EDVAC, Neumann János (John von Neumann 1903 1957) memória tárolja az adatokat és a programot feltételes vezérlés átadás központi vezérlő egység • 1951 UNIVAC I. első kereskedelemben kapható számítógép • 1964 IBM 360 első „igazi” általános célú számítógép 10

1. Generáció blokkvázlata Processzor Vezérlő egység Beviteli egység (Input) Aritmetikai logikai egység perifériák adatátvitel Operatív tár (Memória) vezérlés Kiviteli egység (Output) perifériák 11

1. Generáció összefoglalás • Rendelésre készült műveletek, az elvégzendő feladathoz : tudományos műszaki számítások • Binárisan kódolt gépi nyelvű program (minden gépnek különböző) • Programozás gépi kódban • Processzorcentrikus • Soros feldolgozás 12

1. Generáció összefoglalás • Vákuumcsövek (nagy méret) adat tárolók : mágnesdobok • Elektroncsöves • 10 e 3. . 10 e 4 művelet/sec • 10. . 100 k. W teljesítményfelvétel • Kis megbízhatóság • Magas ár • Néhány darab 13

2. Generáció 1956 1963 • • 1948 Tranzisztor felfedezése Félvezetős áramkörök (tranzisztor, dióda) 10 e 4. . 10 e 5 művelet/sec Megbízhatóbb, kisebb méret, teljesítmény felvétel csökken • Teljesítmény/ár arány megnő 14

2. Generáció • Önálló (a központi feldolgozó egységtől függetlenül) párhuzamosan működő csatornák (I/O) • Memória centrikus • Perifériák, háttértárak • Ferritgyűrűs memória (megbízhatóbb, olcsóbb, gyorsabb, nagyobb kapacitás) 15

2. Generáció processzor Vezérlő egység vezérlés Aritmetikai logikai egység Operatív tár (memória) Csatorna adatátvitel perifériák háttértárak 16

2. Generáció összefoglalás • Gépcsaládok • Assembly nyelv (rövidített kódok), COBOL, FORTRAN, ALGOL, software ipar. . . • Kötegelt (batch) feldolgozás, gazdasági adatfeldolgozás, ipari folyamatirányítás 17

3. Generáció 1964 1971 • 1958 Jack Kilby (Texas Instruments) Integrált áramkör (IC) 3 elektronikus elem 1 szilícium lapkán 18

3. Generáció • • • Integrált áramkörök (10. . 1000 egy tokban) 10 e 5. . 10 e 6 művelet /sec Modularitás, bővíthetőség Párhuzamos működés, több processzor I/O processzorok Olcsó nagy tárak 19

3. Generáció Tár modul Átviteli sínrendszer (busz) adatátvitel Aritmetikai, logikai processzor I/O processzor 20

3. Generáció • Operációs rendszerek, szoftverek • Multiprogramozott üzemmód • Időosztásos rendszerek (Time sharing), távoli terminálok • IBM 360 / 370, PDP 11 (DEC másolat) 21

4. Generáció 1971 napjainkig (1) • Egyre több elem egy tokban (chipben) LSI, VLSI, ULSI (1 e 6 ) • Csökkenő méret, csökkenő ár • Növekvő teljesítmény, megbízhatóság • 1971 Intel 4004 : központi feldolgozó egység, memória, I/O vezérlés 1 chipben • Egy mikroprocesszor több feladatra programozva • Mikroszámítógépek 22

4. Generáció 1971 napjainkig (2) • • • 1976 Cray 198 MFLOPS Mini számítógépek (Commodore, Apple, Atari) 1981 IBM PC „személyi számítógép” 1981: 2 Millió, 1982: 5. 5 Millió, 1990: 65 millió Desktop, laptop, palmtop 1984 Macintosh Apple, grafikus operációs rendszer • Hálózatok, LAN, internet 23

5. Generáció Jelen és Jövő • HAL 9000 (2001 Űrodüsszea. . . ) • Mesterséges intelligencia. . . • Párhuzamos (nem Neumann elvű) feldolgozás • Problémák ? (Hő, vékony réteg, . . . ) • Új technológia, új elvek ? • Kvantum számítástechnika. . . 24

Fejlődés • Technológia : eletroncső, tranzisztor, integrált áramkör, LSI, VLSI • Operatív tár : művonal, ferritgyűrű, félvezető • Struktúra : processzorcentrikus, tárcentrikus, moduláris • Méret csökken („teremnyi” > „körömnyi”), darabszám nő (1 2 db. > 10 e 6 db/típus. ) • Alkalmazás : tudományos műszaki számítások, gazdasági adatfeldolgozás, ipari folyamatirányítás, általános • Programozás : gépi, assembler nyelv, magas szintű nyelvek, operációs rendszerek • Árarány : hardver / szoftver csökken 25

Hardver ismeretek • • A hardver legfontosabb rendszertechnikai elemei, feladatuk A PC helye a számítógép kategóriák között. A CPU (központi egység), A legfontosabb periféria típusok A perifériák feladata (az ember gép kapcsolat eszközei) A monitor, billentyűzet, egér, nyomtatók, típusai, legfontosabb jellemzői a felhasználók számára A háttértárolók típusai (floppy, winchester), tulajdonságai, összehasonlításuk. Az adattárolás a lemezen (sávok, szektorok) • Tipikus konfigurációk Alapkonfiguráció – bővített konfigu ráció fogalma

A hardver legfontosabb rendszertechnikai elemei, feladatuk • • • Központi egység Alaplap Operatív tár Háttértár Perifériák – Beviteli eszközök – Kiviteli eszközök • Ház • A gép lelke, a vezérlés a feladata • A memória , itt futnak a programok • Adatok tárolására szolgál • Az ember és a gép közti kapcsolattarás eszközei. Billentyűzet, egér, monitor, nyomtató • A CPU t, alaplapot, memóriát, háttértárat különíti el a külvilágtól

A központi feldolgozó egység • feladata, kapcsolata a többi egységgel • részei, felépítése • működése • megvalósítása 28

A központi feldolgozó egység részei A központi feldolgozó egység (Central Processing Unit CPU) részei : • műveleti egység (aritmetikai logikai egység) (Arithmetic Logical Unit ALU) • vezérlő egység (Control Unit CU) • regiszterek (registers) • sínek (bus) 29

A CPU működése A processzor utasításciklusa 30

Utasítás ciklus Fetch („elérés”) : • Utasítás kód beolvasása • Utasítás kód értelmezése (dekódolás) • Operandusok beolvasása Execute („végrehajtás”) : • Műveletvégzés (ALU) • Eredmény tárolása • Következő utasítás címének kiszámítása 31

vezérlő jelek címsín ütemező utasítás dekodoló utasítás regiszter címképzés adat regiszterek adatsín utasítás számláló Utasítás végrehajtás funkcionális vázlata aritmetikai logikai egység tár pufferregiszter operatív tár címregiszter 32

Utasítás végrehajtás lépései 1. • meghatározni (címképzés) a tár címregiszterébe tölteni az 1. adat címét • adat a tárból az egyik adatregiszterbe 33

vezérlő jelek címsín ütemező utasítás dekodoló utasítás regiszter címképzés adat regiszterek adatsín utasítás számláló Utasítás végrehajtás lépései 1. aritmetikai logikai egység tár pufferregiszter operatív tár címregiszter 34

Utasítás végrehajtás lépései 2. • meghatározni (címképzés) a tár címregiszterébe tölteni az 2. adat címét • adat a tárból egy másik adatregiszterbe 35

vezérlő jelek címsín ütemező utasítás dekodoló utasítás regiszter címképzés adat regiszterek adatsín utasítás számláló Utasítás végrehajtás lépései 2. aritmetikai logikai egység tár pufferregiszter operatív tár címregiszter 36

Utasítás végrehajtás lépései 3. • utasítani az aritmetikai logikai egységet a művelet elvégzésére • eredmény tárolása egy adatregiszterben 37

vezérlő jelek címsín ütemező utasítás dekodoló utasítás regiszter címképzés adat regiszterek adatsín utasítás számláló Utasítás végrehajtás 3. aritmetikai logikai egység tár pufferregiszter operatív tár címregiszter 38

Utasítás végrehajtás lépései 4. • meghatározni (címképzés) a tár címregiszterébe tölteni az eredmény címét • az eredmény az adatregiszterből a tárba 39

vezérlő jelek címsín ütemező utasítás dekodoló utasítás regiszter címképzés adat regiszterek adatsín utasítás számláló Utasítás végrehajtás 4. aritmetikai logikai egység tár pufferregiszter operatív tár címregiszter 40

Utasítás végrehajtás lépései 5. • meghatározni a következő utasítás címét és a tár címregiszterébe tölteni • az utasítást a tárból az utasításregiszterbe tölteni 41

vezérlő jelek címsín ütemező utasítás dekodoló utasítás regiszter címképzés adat regiszterek adatsín utasítás számláló Utasítás végrehajtás 5. aritmetikai logikai egység tár pufferregiszter operatív tár címregiszter 42

A CPU k AMD Athlon és Athlon XP-k: Thunderbird, Palomino és Thoroughbred INTEL

Alaplapok

Házak, Hütők

Billentyűzet, egér

Monitorok CRT vs. TFT • CRT monitorok – Katód sugárcsövesek – Múlt : Monocrom, Herkules, CGA, EGA, VGA : 14 colos méret – Jelen : VGA, SVGA : 15, 17, 19, 21 colos méret • TFT kijelzők – A jövő , folyadék kristályos un. LCD megjelenítők – Kisebb hely igény, alacsony fogyasztás – 15, 17, 19 colos kijelzők kaphatóak

Monitorok, videokártya