4 HARDVER 1 A SZÁMÍTÓGÉP MODULÁRIS FELÉPÍTÉSE A MODULARITÁS

0 FOGALMAK HARDVER (HARDWARE) SZÁMÍTÓGÉP ELEKTRONIKUS ÁRAMKÖREI MECHANIKUS
1 HARDVER ÉS SZOFTVER ERÕFORRÁS MEGOSZTÁS 12 P
4 HARDVER 1 A SZÁMÍTÓGÉP MODULÁRIS FELÉPÍTÉSE A MODULARITÁS

DIGITALIZACIJA SVJETLA SKENERI SU POSTALI LAKO DOSTUPAN HARDVER A
DR BENESÓCZKY ZOLTÁN INFORMATIKA ALAPJAI I (HARDVER)
HARDVER ÉS SZOFTVER RENDSZEREK VERIFIKÁCIÓJA TÉTELEK 1 A VERIFIKÁCIÓ

Hardver és szoftver

Hardver

1. A számítógép moduláris felépítése, a modularitás fogalma.. A számítógép alapvető külső és belső részegységei.

Modularitás: elemekből, részegységekből való felépítettséget jelent. A gép kisebb egységei szabványos csatlakozókon keresztül összekapcsolhatók, így tetszőleges konfiguráció alakítható ki és a részegységek cseréje is könnyebb. Fontosabb egységek: processzor (CPU), memória (RAM), buszrendszer, perifériák (monitor, bill., floppy, winchester, egér, CD-ROM, DVD, Scanner stb.)

Elrendezési rajz: blokksémaszerűen ld. külön lapon!

Hardver: a számítógép fizikai felépítését, mechanikus és elektromos alkatrészeit jelenti.

Buszrendszer: adatbusz (adatok átvitele), címbusz (memória címek továbbítása), vezérlőbusz (vezérlőjelek, pl. órajel kiadása és szállítása). A busz alatt szabványos vezetékköteget értünk a csatlakozókkal együtt, pl. kábel, nyomtatott áramkör vezetékei stb. A buszok végcsatlakozói általában az alaplapon vannak, s ezekre közvetlenül vagy illesztőkártyán keresztül csatlakoznak a számítógép funkcionálos moduljai és az „ember-gép” kapcsolatot megvalósító periféria egységek. Minden busztípusnál rögzítették az információtovábbításra szolgáló jelek villamos paramétereit: jelalak, amplitúdó, jelsebesség, valamint az információ szerkezetét: címadat, vezérlőjel, adatok. Busztípusok: ISA, EISA, VESA lokálbusz, PCI = Peripheral Component Interconnect, amely 32 ill. 64 bites adatátvitelt valósít meg. A mai gépek alaplapján is megtalálható, pl. hálózati kártya csatlakoztatásához, bár ez már a video- és hangkártyával együtt az alaplapra van integrálva. A buszokon a különböző egységek közötti adatforgalmat a buszvezérlő egység irányítja.

Egy gépkonfiguráció kötelező egységei: alapgép az alaplappal (processzor, operatív memória = RAM, merevlemez = Winchester IDE vagy SATA csatlakozással), monitor (vezérlőkártyával), hajlékonylemez = Floppy meghajtó, billentyűzet, egér, CD-ROM, újabban a CD és DVD-író is elérhető áron kapható.

2. A mikroprocesszor fogalma, feladata, felépítése, működése, jellemzői. Ismertesse a processzortípusokat!

Mikroprocesszor: CPU=Central Processing Unit=Központi Feldolgozó egység, a számítógép vezérlője, fő feladata a gépi utasítások értelmezése és ennek alapján a számítógép és környezetének vezérlése. Fizikai mivoltában egy nagybonyolultságú integrált áramkör, egy szilícium egykristályra integrált, sok tízmillió tranzisztort tartalmazó digitális áramköri egység. Az alaplapon helyezkedik el, s felette hűtőborda és ventilátor található, mivel az állandó és gyors műveletvégzés miatt erősen melegszik. A processzor a felhasználó által nem módosítható mikroprogramokkal rendelkezik. Ezekből a mikroprogramokból épülnek fel a gépi kódú utasítások. Az ember-gép kapcsolat hatékony működését a processzor valósítja meg, Ennek elemei:

Ember – forrásprogram – assembly kód (mnemonikok) – gépi kód (0,1 bitsorozatok) – processzor vezérlése

A gépi kódú utasítás két részből áll:

Műveleti kód (operátor): mit kell csinálni?
Operandusok: milyen adatokkal kell a műveletet elvégezni?

A felhasználó ezeknek a gépi kódú utasításoknak a szolgáltatásait kihasználhatja a hozzátartozó fordítóval együtt a saját programjai elkészítéséhez. A gépi kód ugyanis lényegében 0 és 1 jegyekből álló bitsorozatok, akár utasítás, akár adat.

Processzor felépítése:

vezérlő egység (Control Unit),
ALU=aritmetikai-logikai egység,
regiszterek (átmeneti tárolók: akkumulátor, utasításszámláló).
Címkidolgozó egység
Utasításdekódoló egység

A részegységek között a belső buszrendszeren, kifelé a külső buszrendszeren (memória, perifériák felé) áramlik az információ. A belső busz gyorsabb

A processzor belső utasításkészlettel rendelkezik, ezeket egyedileg az un. műveleti kód azonosítja. A vezérlő egység az elemi utasítások megfelelő sorrendű végrehajtásáról gondoskodik, az ALU pedig a műveleteket hajtja vére, pl. összeadás, léptetés stb.

Processzor működése: A be/kimeneti adatbuszon megjelenő információt (műveleti kód) dekódolva az annak megfelelő mikroprogramot indítja el, vezérli a műveletek elvégzéséhez szükséges belső adatforgalmat és a hozzá tartozó perifériák működését.

Egy utasítás felépítése:

Műveleti kód –a művelet mibenlétére utal
Cím: rámutat arra a memóriarekeszre, amely azt az adat tartalmazza, amelye a műveletet el kell végezni

Az ALU működése: a feladat végrehajtásához szükséges aritmetikai (pl. összeadás, kivonás) és logikai (ÉS, VAGY, NEM) műveleteket végzi el. Elemi műveletei: bináris összeadás, komplemens képzés, adatok bitenként jobbra-balra léptetése, logikai műveletek. Az ennél összetettebb feladatok mindig felbonthatók ezekre az alaptevékenységekre.

Vezérlőegység működése: az utasításkódok segítségével értelmezi (dekódolja) az utasításokat, majd előállítja a végrehajtáshoz szükséges vezérlőjeleket. Gondoskodik arról, hogy a végrehajtásban résztvevő részegységek a megfelelő időben és sorrendben végezzék el feladatukat.

A vezérlőegység az utasításszámláló tartalma alapján olvassa ki a memóriából a soron következő utasítást. A műveleti kód része alapján meghatározza a művelet jellegét, a cím része alapján pedig az adatok helyét a memóriában. Vezérli ezek kiolvasását, a kijelölt műveletek elvégzését, s gondoskodik az eredmény megőrzéséről. Ezután beállírja az utasításszámláló új tartalmát.

Regiszterek: az adatok tárolását segítik, az adatok címét, az utasítás műveleti kódját és a műveletekkel kapcsolatos állapotjelzőket (flag-ek) tartják nyilván. Ilyenek pl. az akkumulátor (AC), az operandusok és a perifériákra menő adatok tárolására, továbbá a veremtármutató (SP), amely mindig a veremtár tetejére mutat, s a visszatérési címek és a CPU állapotának eltárolására szolgál. Ide tartoznak még az utasításszámláló, a szegmensregiszterek és a jelzőbitek (flag-ek) is.

Processzorok jellemzői: gépi szóhossz(adatbusz), hogy-hány bitet tud egyszerre kezelni, pl. 16 bit, 32 bit, 64 bit stb., a szélesebb adatbusz nagyobb működési sebességet tesz lehetővé, az órajel frekvencia: a gép sebességét jellemzi, pl. 100 Mhz, 200 Mhz, 1,3 Ghz stb.

Processzor tipusok: i80286, i80386SX, i80386DX, i80486SX, i80486DX, Pentium, itt i=Intel, a cég, de van AMD, Cyrix stb gyártmányú processzor is. Az adatbuszok rendre 16, 32, 64 bitesek. A címbuszok szélességétől függ a maximálisan megcímezhető memória, pl. 20 bit-es cimbusz 2 a 20-on, azaz 1MB RAM memóriát képes kezelni (2^20=1024*1024=1 MB), a 24 bites 16 MB, a 32 bites pedig 4 GB memóriát.

A pentium processzorok fontos jellemzője az un. Cache-tár, amely egy átmeneti tároló a lassúbb működésű memória és a gyorsabb processzor között, alkalmazásával a gép sebessége növekszik, ugyanis a Cache adatelérési ideje jóval kisebb, mint az operatív táré (memória!). A chache mérete Pentium I proc.-nál 16 kB, ebből 8 kB az adatoknak és 8 kB az utasításoknak, ugyanez Pentium II proc.-ra 16 kB + 16 kB, mint első szintű, belső cache, s ennél van még 512 kB második szintű külső cache. Ez utóbbi miatt azonban a Pentium II proc. igen drága lett, ezért létrehozták az un. Celeron változatot, amely lényegében P II külső cache nélkül.

Ma használatos processzorok: a Pentium család valamely változata, pl. Pentium I (P-II, P-III, P-IV), Intel Pentium MMX (multimédiás alkalmazásokra), Intel Celeron stb.

3. A memória fogalma, feladata, jellemzői, típusai, elvi működése: (RAM, ROM), az információ tárolás eszközei.

Fogalma: Az adatfeldolgozás során az adatok egy részének időszakos, más részének tartós tárolása szükséges.

Rövid idejű tárolás: emberi agy, papírlap – memória, ahol a könnyen, gyorsan elérni kívánt adatokat tároljuk

Tartós tárolás: könyv – háttértárak a telepített programok és dokumentumok, adatállományok megőrzésére

Követelmények: kis helyen, kis energiafelhasználás mellett nagy mennyiségű adat biztonságos tárolása. A memória bármelyik része legyen közvetlenül címezhető, a hozzáférési idő legyen kicsi, az adatok elérése pedig legyen egyszerű

Tárak történeti fejlődése: elektromos relé – elektroncső – tranzisztor – ferritgyűrűs tárak – integrált áramkörök. A fejlődés során a tároló eszközök méretei egyre csökkentek, kevesebb energiát igényeltek, tároló kapacitásuk nőtt, az adatokhoz való hozzáférési idő is kisebb lett, az áruk pedig relatíve csökkent.

Memória: programok és adatok tárolását végzi, lehet ROM=Read Only Memory=csak olvasható memória, ez megőrzi tartalmát, pl. ROM-BIOS, s lehet RAM=Random Access Memory=írható-olvasható memória, ez a gép kikapcsolása után elveszíti tartalmát, ezért menteni kell. Ilyen az Operatív memória, amely a processzor által közvetlenül címezhető tárolóegység, a sz.gép munkaterülete, ide töltődnek be a programok, itt dolgozzuk fel az adatokat

Memóriák jellemzői:

tároló kapacitás, pl 16 Mbyte, 32 Mbyte Ram,
memóriarekesz mérete: ez 4 byte= 1 szó, 2 byte= fél szó és 8 byte= dupla szó
elérési idő, amíg a processzor kiolvassa az adatot, ez kb. 70-100 nsec, 1 nanosecundum =10 ^–9 sec.

ROM memória fajták:

Hagyományos ROM: tartalmát a gyártáskor égetik be, többé nem módosítható
PROM: programozható ROM, a felhasználó égeti be, de többé nem módosítható
EPROM: törölhető UV fény segítségével
EEPROM: elektromos impulzussal törölhető és ujraírható
Flash memóriák: pl. Compact Flash, Smart média card, ezek Pendrive adathordozóként vagy digitális fényképezőgépben használhatók

RAM memóriafajták:

SRAM: statikus RAM, drágább, de gyorsabb, elérési idő 8-25 nsec, Cache tárként használják
DRAM: dinamikus RAM, kisebb méretű, elemi cellái kicsiny kondenzátorok, feissítést igényel, ezért lassúbb, elérési idő kb. 70 nsec, olcsóbb is, ezért operatív memóriaként használják, pl. 128 MB, 256 MB, 512 MB RAM
SDRAM, DDR SDRAM (Double Data Rate SDRAM), egy órajel alatt 2 műveletet végez, gyorsabb

4. Háttértárak fogalma, feladata, jellemzői, fajtái. Ismertesse a legfontosabb háttértárolókat! (csoportosításuk, elvi működésük, legfontosabb jellemzőik)

A háttértárakon nagyobb mennyiségű adatot vagy nagyméretű programokat tárolunk, s az új állományokat, pl. szövegeket, képeket is ide mentjük. Tárolási kapacitásuk Mbyte ill. Gbyte nagyságrendű, a tárolás olcsó és biztonságos, az elérési idő nagyobb, mint a memóriánál (msec nagyságrend) Fajtái: lyukkártya, lyukszalag (régen), mágnesszalag(streamer), mágneslemez, optikai lemez (CD-ROM), újabban DVD. Mágneses elvű a Floppy lemez (1,44 MB) és a merevlemez (pl. 640 MB, 1 GB, 20 GB stb), ezeken az adatok sáv-szektor struktúrában vannak, 1 szektorban 512 byte adat. A CD lemezre lézer sugárral rögzítik az adatot, itt spirális az elrendezés. A mágneslemezek külső átmérője 3,5 inch, az adatok írhatók és olvashatók, a CD lemez csak olvasható, de nem törölhető és írható újra. A CD lemez előnye a nagy kapacitás: 650 MB, de elérési ideje nagyobb, mint a Winchesteré. A DVD adatfelületén két réteg érhető el a lézersugár számára, ezért kapacitása is nagyobb. Újabban elterjedtek az un. Flash-Drive-ok, USB porton csatlakoztathatók, 64 – 128 –256 MB adatterülettel, kisméretű és hordozható kivitelben.

Megj: a Floppy lemez (hajlékony lemez) jelentősége csökkent, ma már inkább rendszerlemezként használják, ill. a gép ujraindításához, javításokhoz, vagy kisebb állományoknak Internetről való letöltéséhez. A programokat inkább CD lemezen árulják, ezért a CD-ROM meghajtó lassan kötelező alkatrésze lesz a számítógépnek.. A merevlemez, vagy Wichester mérete ma Gigabyte nagyságrendű, pl. 30-40 GB nem is számít a legnagyobbnak. Multimédiás alkalmazásokban ezek a méretek szükségesek, a kép-állományok, mozgó képek, grafikus alkalmazások igen nagy helyet igényelnek.

5. Optikai háttértárak

Működési elv:

Egy műanyaglemezen alumínium vagy arany fényvisszaverő réteg helyezkedik el, ez alatt található mélyedések (pit-ek) hordozzák az információt. A felületet egy fókuszált lézerfénnyel világítják meg, és a mélyedésektől függően visszaverődő fényt érzékelik. A fény szóródik, a sima (land) felületről több, a sötétebb pontokról kevesebb fény verődik vissza. A pit-land átmenetek adják a bit értékét: 0 vagy 1.

A lemezen az adatok spirálszerűen helyezkednek el, a lemez közepétől kifelé haladva. Ez az elrendezés teszi lehetővé a különböző átmérőjű lemezek használatát. A régi analóg hanglemezeken a tű kívülről befelé haladt, a dgitális audiolemezeken pedig belülről kifelé.

A CD lemez átmérője 8 cm (185 MB), vagy 12 cm (640-700 MB)

CD = Compact Disk meghajtó adathordozója a CD-lemez, az olvasási/írási sebességét két szorzószám jellemzi, pl. 48/24, amely a korábbi audiolemezhez viszonyított sebességre utal.

Fajtái:

CD-ROM csak olvasható lemez, tartalmát a gyárban kapja meg, préseléses technológiával.

CD-R (CD recordable) csak egyszer írható lemez, fókuszált erős lézerfény égeti be. Ennek fényvisszavertő képessége a CD-ROM-nál alacsonyabb, kb. 70 %. Emiatt régebbi zenei CD lejátszón nem mindig lehet kezelni.

CD-RW (ReWritable) törölhető és újraírható lemez. A CD-RW lemeznél kevesebb fény verődik vissza, ezért nem minden CD lejátszó tudja kezelni. A felírási sebessége is kisebb, pl. 4x vagy 8x.

DVD – Digital Video Disk régebben, ma Digital Versatil Disk, azaz sokoldalú digitális lemez. Működése, mérete, kinézete hasonló a CD-hez, de kapacitása jóval nagyobb, hétszeres, vagy még több: 4,7 GB – 17 GB. Adatok 2 vagy 4 rétegben is lehetnek a lemezen.

Az IBM PC moduláris felépítése, jelmagyarázattal

Jelmagyarázat:

CPU :processzor, pl. 80486 INTEL, Intel Celeron 1,3 GHz,. Intel Pentium 4 2,8 GHz

Operatív memória: pl. 128 MB SDRAM, 256 MB DDR SDRAM

Konzol: pl. 101 g. billentyűzet, Genius egér, SVGA Color monitor

Háttér memória, pl. 1.44 FDD (floppy), 20 GB FDD (Winchester), CD-ROM, DVD

Periféria, pl. egér, nyomtató, scanner, hangkártya hangfallal stb

Pufferek: átmeneti tárolók, pl. Videokártya

Buszrendszer: kábelek, nyomtatott áramköri vezetékek, IDE csatlakozó-kábel stb.

Funkció szerint: adatbusz, címbusz, vezérlőbusz

Kivitel szerint: ISA busz, PCI csatl., AGP csatl. a videokártya részére

Adatbusz: adatok mozgatása

Címbusz: memóriacímek kijelölése

Vezérlőbusz: vezérlőjelek továbbítása

Megj: a busz felépítésű gépekből a felhasználó tetszőleges konfigurációt hozhat létre. Ez egyrészt az alkatrészek minőségét, megbízhatóságát és teljesítményét jelenti, másrészt pedig azt, hogy a nem kötelező egységek utólag is csatlakoztathatók, pl. DVD író, szkenner, nyomtató, hangfalak, monitor cseréje stb. Mindez befolyásolja a gép árát is.

Rajz:

Perifériák

Pl. nyomtató

scanner

hangkártya

hangfal stb.

Operatív

Memória

RAM

Konzol

Bem. egység:

billentyűzet