PV094 - Technické vybavení počítačů RNDr. Jaroslav PELIKÁN, Ph.D. katedra informačních technologií Fakulta informatiky Masarykovy univerzity Botanická 68a, 602 00 BRNO kanc.: B314, ( : +420 -- 549 495 751 E-mail: pelikan@fi.muni.cz http://www.fi.muni.cz/usr/pelikan Osnova (1) * Architektura PC s periferiemi * Základní deska počítače * Procesory: -- procesory Intel * Vnitřní paměti: -- technologická realizace jednotlivých typů pamětí -- paměti DRAM, FPM DRAM, EDO DRAM, SDRAM, DDR SDRAM, RDRAM -- cache paměti (asociativní paměti) Osnova (2) * Rozšiřující sběrnice: -- sběrnice PC Bus, ISA, MCA, EISA, VL-Bus, PCI, PCI-X * Vnější paměti: -- rozdělení materiálů podle magnetické vodivos-ti, vznik hysterézní smyčky -- pružné disky -- pevné disky * Modulace dat při záznamu na pevné disky: -- modulace FM, MFM, 2,7 RLL, ... Osnova (3) * Rozhraní pevných disků: -- rozhraní ATA (EIDE), Serial ATA, SCSI * Grafické karty: -- grafické karty SVGA -- 3D akcelerátory -- port AGP * I/O karty: -- komunikace pomocí sériového portu -- režimy paralelního portu (Normal, EPP, ECP) Osnova (4) * Zvukové karty: -- záznam zvuku (vzorkování) -- reprodukce zvuku -- syntéza zvuku (FM, Wave) * Reproduktorové soustavy * Síťové karty * Monitory: -- princip barevné obrazovky -- typy barevných obrazovek * LCD panely Osnova (5) * Plasmové displeje * Klávesnice, polohovací zařízení * PCMCIA, PC Cards * Sběrnice USB a FireWire/IEEE 1394 * Další vnější paměťová média: -- magnetické pásky (QIC, DAT) -- magnetické disky (SyQuest, Floptical, LS120, Bernoulli, ZIP, Click!, JAZ, Castlewood Orb) -- optické disky (CD-ROM, CD-R, CD-RW, DVD) Osnova (6) * Tiskárny: -- jehličkové tiskárny -- tepelné tiskárny -- inkoustové tiskárny -- laserové tiskárny * Scannery * Přehled dalších zařízení * Zkouška Literatura * Pelikán, Jaroslav: Prezentace k přednáškám z předmětu PV094 Technické vybavení počítačů http://www.fi.muni.cz/usr/pelikan * Pelikán, Jaroslav: Technické vybavení počítačů, učební text FI MU Brno * Mueller, Scott: Osobní počítač, Computer Press 2000 * Minasi, Mark: Velký průvodce hardwarem PC, Praha: Grada 1998 * Brandejs, Michal: Mikroprocesory Intel, Pentium a spol., Praha: Grada 1994 * Blatný, Jan: Číslicové počítače, SNTL 1982 Základní pojmy (1) * Počítač: stroj na zpracování informací * Informace: -- data, která se strojově zpracovávají -- vše, co nám nebo něčemu podává (popř. předá-vá) zprávu o věcech nebo událostech, které se staly nebo které nastanou * Data: údaje, hodnoty, čísla, znaky, symboly, grafy, ... Základní pojmy (2) * Program: algoritmus zapsaný v programo-vacím jazyce, který řeší nějaký konkrétní úkol. Na úrovni technického vybavení počítače se jedná o posloupnost instrukcí. * Instrukce: předpis k provedení nějaké (většinou jednoduché) činnosti realizova-telný přímo technickým vybavením počítače (např. přičtení jedničky, uložení hodnoty do paměti apod.) Základní pojmy (3) * Hardware (technické vybavení počítače): souhrnný název pro veškerá fyzická zařízení, kterými je počítač vybaven * Software (programové vybavení počítače): souhrnný název pro veškeré programy, které mohou na počítači pracovat. Software je možné rozdělit do dvou skupin: - systémový software - aplikační software Základní pojmy (4) * Firmware: programové vybavení, které tvoří součást technického vybavení. Toto progra-mové vybavení až na naprosté výjimky nemůže být uživatelem modifikováno. * Řadič (controller): zařízení převádějící příkazy v symbolické formě (instrukce) na posloupnost signálů ovládajících připojené zařízení. Jedná se tedy o zařízení, které řídí činnost jiného zařízení. Základní pojmy (5) * Sběrnice (bus): soustava vodičů, která umožňuje přenos signálů mezi jednotlivými částmi počítače. Pomocí těchto vodičů mezi sebou jednotlivé části počítače komunikují a přenášejí data. * Integrovaný obvod: elektronická součástka realizující určité množství obvodových prvků neoddělitelně spojených na povrchu nebo uvnitř určitého spojitého tělesa, aby se dosáhlo ucelené funkce elektronic. obvodu Základní pojmy (6) * Vstupní/výstupní zařízení (I/O devices -- Input/Output): zařízení určená pro vstup i výstup dat. Např.: - disky (pevné, pružné) - páskové mechaniky * BIOS (ROM BIOS) (Basic Input Output System): programové vybavení uložené v paměti ROM (EPROM, EEPROM, Flash) zajišťující nejzákladnější funkce (např. zavedení OS) Jednotky informace (1) * bit: 1 bit (binary digit -- dvojková číslice): základní jednotka informace. Poskytuje množství informace potřebné k rozhodnutí mezi dvěma možnostmi. Jednotka bit se označuje b a může nabývat pouze dvou hodnot -- 0, 1. * Byte: jednotka informace, která se označuje B a platí 1 B = 8 b Jednotky informace (2) * Word: jednotka informace. Platí 1 W = 2 B = 16 b. Kromě této jednotky se také někdy užívá ještě 1 doubleword (DW), pro který platí 1 DW = 2 W = 4 B = 32 b. Paměť (1) * Paměť: zařízení, které slouží pro uchování informací (konkrétně binárně kódovaných dat). Množství informací, které je možné do paměti uložit, se nazývá kapacita paměti a udává se v bytech. Protože byte je poměrně malá jednotka, používá se často následujících předpon Paměť (2) Paměť (3) * Paměť bývá rozdělena na buňky určité veli-kosti, z nichž každá je jednoznačně identi-fikována 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 do následujících základních skupin: Paměť (4) - Vnitřní (operační): paměť sloužící pro uchování momentálně zpracovávaných dat a programů. Realizovaná většinou pomocí polovodičových součástek. - Vnější (periferní): paměť sloužící k dlouhodo-bějšímu uchování dat. Realizovaná většinou na principu magnetického (popř. optického) záznamu dat. Ve srovnání s ope-rační pamětí bývá přístup k jejím datům pomalejší. - RAM: paměť určená ke čtení i zápisu dat - ROM: paměť určená pouze ke čtení dat Paměť (5) - Paměť s přímým přístupem: paměť, která dovoluje přistoupit okamžitě k místu s libovolnou adresou - Paměť se sekvenčním přístupem: paměť, u které je nutné při přístupu k místu s adresou n nejdříve postupně přečíst všechna předcházející místa (0 až n -- 1) ˙ Registr: velmi rychlé paměťové místo malé kapacity (jednotky bytů) umístěné většinou uvnitř procesoru počítače Von Neumannovo schéma (1) Tok dat Řídící signály řadiče Stavová hlášení řadiči Von Neumannovo schéma (2) * John von Neumann (1945) * ALU (Arithmetic-Logical Unit): -- obsahuje sčítačky násobičky a komparátory * Procesor = ALU + řadič * CPU (Central Processor Unit) -- Procesor + operační paměť Historie počítačů (1) Historie počítačů (2) * 1. generace: -- vybudovány podle von Neumannova schématu -- je pro ně charakteristický diskrétní režim -- neexistují vyšší programovací jazyky -- neexistují operační systémy -- používají se především pro vědeckotechnické výpočty -- ENIAC I, MARK-I, UNIVAC I, BECM Historie počítačů (3) * 2. generace: -- je pro ně charakteristický dávkový režim práce -- vznikají první operační systémy -- vznikají vyšší programovací jazyky (Fortran, Cobol, Algol) -- používají se pro vědeckotechnické výpočty a hromadné zpracování dat -- UNIVAC, IBM 1401, URAL 1 Historie počítačů (4) * 3. generace: -- začíná se objevovat paralelní zpracování programů -- zdokonalují se operační systémy -- vznikají další vyšší programovací jazyky (SIMULA, PL/1, C, Pascal, Prolog) -- IBM 360, UNIVAC, SIEMENS, BURROUGHS, CDC Technologie výroby integrovaných obvodů (1) * TTL (Transistor Transistor Logic): -- rychlá, ale drahá technologie -- základním stavebním prvkem je bipolární tran-zistor (NPN, PNP) -- nevýhodou je velká spotřeba elektrické energie a z toho vyplývající velké zahřívání se takových-to obvodů Technologie výroby integrovaných obvodů (2) * Invertor v technologii TTL: Technologie výroby integrovaných obvodů (3) * PMOS (Positive Metal Oxide Semiconduc-tor): -- technologie používající unipolární tranzistor MOS s pozitivním vodivostním kanálem -- MOS tranzistory jsou řízeny elektrickým polem a nikoliv elektrickým proudem jako u techno-logie TTL -- redukuje nároky na spotřebu elektrické energie -- jedná se o pomalou a dnes nepoužívanou techno-logii Technologie výroby integrovaných obvodů (4) * NMOS (Negative Metal Oxide Semiconduc-tor): -- technologie, která využívá jako základní staveb-ní prvek unipolární tranzistor MOS s negativním vodivostním kanálem -- používala se zhruba do začátku 80. let -- levnější a efektivnější technologie než TTL a rychlejší než PMOS Technologie výroby integrovaných obvodů (5) * CMOS (Complementary MOS): -- technologie spojující v jednom návrhu prvky tranzistorů PMOS i NMOS -- obvody CMOS mají malou spotřebu -- používána pro výrobu velké části dnešních moderních integrovaných obvodů Technologie výroby integrovaných obvodů (6) * Invertor v technologii CMOS: Technologie výroby integrovaných obvodů (7) * BiCMOS (Bipolar Complementary Metal Oxide Semiconductor): -- technologie spojující na jednom čipu prvky bipolární technologie i technologie CMOS -- používána zejména firmou Intel k výrobě mikroprocesorů (např. Intel Pentium) Základní jednotka (1) * Obsahuje zpravidla: -- základní desku (mainboard, motherboard) a zařízení na ní integrovaná -- procesor -- numerický koprocesor -- paměť: * vnitřní (operační) * vnější (diskové jednotky, páskové jednotky, ...) -- řídící jednotky pro vnější paměti Základní jednotka (2) -- rozšiřující karty, např.: * grafická karta * zvuková karta * faxmodemová karta * síťová karta * a jiné -- napájecí zdroj Periferní zařízení (1) * Klávesnice * Zobrazovací jednotka: -- monitor -- LCD displej * Myš, trackball * Tiskárna * Souřadnicový zapisovač (plotter) * Modem Periferní zařízení (2) * Scanner * Externí diskové jednotky, např.: -- CD-ROM, CD-R, CD-RW -- DVD -- magnetooptické disky -- ZIP, JAZZ * Zařízení připojitelná ke zvukové kartě (reproduktory, mikrofon, syntetizátor)