Hardverismeretek Kocsis Zoltán 2017

Mai órán miről lesz szó? A számítógép története Neumann János, Neumann elv Számítógép felépítése Processzorok Memóriák Háttértárak Perifériák

A SZÁMÍTÓGÉP TÖRTÉNETE

A számítógép története Rengeteg félig-meddig dokumentált történet, legenda kering ókori kínai, görög és későbbi arab tudósok és feltalálók által tervezett, esetleg épített gépekről, automatákról. Nem mindig tudjuk eldönteni, mennyi igazság van ezekben. Annyi bizonyos, az emberiség ősidők óta szeretett volna fizikai/szellemi munkára képes, lehetőleg önirányított gépeket, automatákat, de legalább egy számológépet építeni.

A számolást segítő eszközök története egyidős az emberiség történetével. Az ősember az ujjait használta a számoláshoz. Később a számoláshoz köveket, fonalakat használtak, az eredményt a barlang falába, csontba vagy falapokba bevésve rögzítették.

rovásfa

Az abakusz első eszközként az abakusz tette lehetővé az egyszerűbb műveletvégzést. Az abakusz sínekbe helyezett apró kövekből áll. Az ősi formája valószínűleg 6000 éve jelent meg.

Az abakusz

Az abakusz A maják abakusza "zsinóros" volt. Különböző számú csomó különböző értéket képviselt. Lehet, hogy innen ered: "Csomót kötök a zsebkendőmre...."?

Az abakusz

Az abakusz Hasonló eszközt használnak még ma is a kínaiak és a japánok.

Az abakusz

Az abakusz

Blaise Pascal (1623-1662) Az első "szériában gyártott" számológépet 1642-1644 között a fizikusként és filozófusként is ismert Blaise Pascal készítette el, összesen hét példányban. A gépet királyi adószedő apja számítási munkájának megkönnyítésére tervezte. A gép csak az összeadást és a kivonást ismerte, a szorzást és az osztást nem.

Charles Babbage (1792-1871) A XIX. században Charles Babbage (1792-1871) brit matematikus és feltaláló kidolgozta a modern digitális számítógép alapelveit. „Akármilyen” matematikai műveletet elvégzett. Ez volt az első olyan számológép, amely nyomtatásban is kiadta az eredményt.

Charles Babbage (1792-1871) Az alapötletet valószínűleg Joseph Marie Jaquard lyukkártya vezérelte szövőgépe adhatta. (1805) A készülék - bonyolultsága miatt - nem valósulhatott meg saját korában, a fia készítette el később a malomrészt, amely a számítások elvégzésére szolgált. A másik fő részt, a tárolót, ahová az adatokat kellett volna bevinni, ez ideig senki sem alkotta meg. Babbage ismerte fel először, hogy a számolásokban a részeredmények tárolására is szükség van.

Joseph-Marie Jacquard (1752 - 1834) A programvezérlés elve Joseph-Marie Jacquard nevéhez fűződik. 1805-ben a műveleti kártyák bevezetésével automatizálta a szövőgépet és ezzel forradalmasította a textilipart.

Augusta Ada Byron (1815-1852) Rendkívül tehetséges és csinos ifjú hölgy volt, jelentékeny szellemi és művészi képességekkel rendelkezett, már tizenöt éves korában tanújelét adta matematikai érettségének. Ada olaszról angolra fordította Baggage olaszországi előadássorozatáról készült beszámolókat. A soha el nem készült gépre Ada Byron, Lord Byron költő leánya, a későbbi Lady Lovelace írt programokat. Így őt tekinthetjük az első programozónak. Róla nevezték el az Ada programnyelvet.

Hermann Hollerith (1860-1929) A lyukkártya alkalmazásának amerikai úttörője Herman Hollerith. Statisztikai táblázatok feldolgozására alkalmas gépet készített, amelyet az 1890-es amerikai népszámlálásban fel is használtak. 63 millió személy és 150 ezer polgári körzet adatait dolgozta fel a rendezőgép.

ENIAC (Electronic Numerical Integrator And Computer) 1946 megépül John Presper Eckert, John W. Masuchly tervei alapján az első digitális elektronikus gép, az ENIAC. 30 tonnás, 160 kW-ot fogyaszt, 5 000 összeadást vagy 400 szorzást tud végezni percenként, 10 jegyig számol.

1945-ben építették a hasonló EDVAC gépet NEUMANN JÁNOS (1903-1957) vezetésével. Ez már központi vezérlő egységet tartalmaz, van benne lehetőség feltételes vezérlésátadásra, memória tárolja a programokat és az adatokat is. 1951 Megjelenik az első kereskedelemben kapható számítógép, az UNIVAC1. 1964 megjelenik az első általános célú kereskedelmi gép, az IBM360.

Neumann János (1903–1957) Neumann János 1945-ben kapcsolódott be az ENIAC építésébe. Akkoriban ő volt a világ egyik legnagyobb matematikusa és az egyik legzseniálisabb tudósa. Segítségét Szilárd Leó, az atombomba és Albert Einstein, a relativitás atyja is igen sokra értékelte.

A Neumann-elvű gépek felépítése Tartalmazzák a számítógép önvezérlését végző CPU-t, azaz központi (feldolgozó) egységet, vagy processzort, az adatokat és programokat ideiglenesen tároló operatív memóriát, az egységek közti adatforgalmat lebonyolító vezetékek rendszerét (sínrendszer), a felhasználókkal történő kommunikációt végző I/O rendszert, és tartalmazhatnak egyéb járulékos egységeket, melyek a működés fizikai feltételeit biztosítják (hűtőrendszer, energiaellátás stb.).

NEUMANN ELVEK Neumann János elsőként foglalta össze a modern számítógép technikai és elvi követelményeit: A számítógép legyen teljesen elektronikus! Legyen soros működésű! Külön vezérlő és végrehajtó egysége legyen! Kettes számrendszert használjon! Az adatok és a programok ugyanabban a belső tárban, a memóriában legyenek! Legyen univerzális!

A számítógép felépítése

Alaplap részei

Alaplap buszrendszere A tárolók, a processzor és a perifériák közötti adatforgalmat lebonyolító rendszer. Címbusz: az eszközök címzését szolgálja, azok címét továbbítja processzor ennek segítségével, szélessége 32 (esetleg 64) bit Adatbusz: amelyen keresztül a továbbítandó adatot küldi, vagy fogadja a processzor. Az adatsín szélessége többnyire 32 (vagy 64) bit Vezérlőbusz: amelynek vezetékeit a processzor a vezérlőjelek kiküldésére, vagy azok fogadására használja fel. A vezérlőjelek száma változó, általában 10-15 körül van minimálisan

A számítógép blokkvázlata Ház Tápegység Alaplap Processzor ALU PU Regiszterek Cache

Processzor főbb részei ALU (Arithmetic and Logical Unit – Aritmetikai és Logikai Egység): matematikai és logikai műveleteket hajt végre CU (Control Unit): Ez szervezi, ütemezi a processzor egész munkáját Regiszter (Register): A regiszter a processzorba beépített nagyon gyors elérésű, kis méretű memória. Cache : A rendszer gyorsításáért felelős, a számításokhoz szükséges adatokat ide tölti be a processzor

Processzorok

A számítógép blokkvázlata Ház Tápegység Alaplap Processzor ALU PU Regiszterek Cache Memória RAM ROM

Memóriák

Memóriák ROM RAM Teljes angol név Read Only Memory Random Acces Memory Magyar név csak olvasható memória véletlen elérésű memória Írhatóság/olvashatóság csak olvasható írható olvasható Tartalma a gép kikapcsolása után megmarad elveszik

Memóriák Feladatai ROM: RAM: Nélkülözhetetlen a gép működéséhez, mivel azokat az adatokat tárolja ami nélkül nem menne pl. az alaplap (BIOS) RAM: A szoftverek működéséhez szükséges átmeneti adatokat tárolja, vagyis az éppen futó alkalmazáshoz kellő adatokkal dolgozik

ROM egységek CD-ROM DVD-ROM ROM BIOS

ROM BIOS rendszerindító folyamatokhoz tartozó utasításokat érdemes benne tárolni a rendszerbetöltő feladatokat a BIOS (Basic Input Output System) végzi el mivel ezt a ROM-ba írják, szokás ezt ROM BIOS-nak is nevezni

RAM típusok Számítógép fejlődésével számos RAM került már forgalomba (pl. SD-RAM DDR- DDR3RAM) Ide tartozik még az operatív tár is.

A számítógép blokkvázlata Ház Tápegység Alaplap címbusz I/O vezérlők Optikai Vezérlő Monitor vezérlő Merevlemez vezérlő Egyéb vezérlő kártya Processzor ALU PU Regiszterek Cache Memória RAM ROM adatbusz vezérlőbusz

I/O vez. / Csatlakozók Optikai vezérlő Monitor vezérlő Egér/Billentyűzet csatlakozó (régebbi PS2 újabb USB) Nyomtatóport USB port LAN port Hangkártya csatlakozók

A számítógép blokkvázlata Perifériák Egér Nyomtató Billentyűzet Monitor Egyéb perifériák Ház Tápegység Alaplap címbusz I/O vezérlők Optikai Vezérlő Monitor vezérlő Merevlemez vezérlő Egyéb vezérlő kártya Processzor ALU PU Regiszterek Cache Memória RAM ROM Optikai vezérlő Egyéb háttértár Merevlemez adatbusz vezérlőbusz

Háttértárak

Háttértárak feladata Adatok és programokat tárolása, az információtartalmukat a gép kikapcsolása után is megőrzik, A memóriánál lassabb adathozzáférést biztosítanak az íráshoz és olvasáshoz több idő szükséges. A memóriánál viszont sokkal több adat fér el rajtuk.

Háttértárak hozzáférése közvetlen hozzáférésűek, ha a keresett adatot tartalmazó blokkot közvetlenül meg tudjuk címezni, és az adatot a teljes tároló végigolvasása nélkül közvetlenül ki tudjuk olvasni soros (szekvenciális) hozzáférésűek, ha a keresett adatot csak úgy tudjuk elérni, ha a tárolóeszköz blokkjait sorban egymás után végigolvassuk, míg a megfelelő adatblokkot meg nem találjuk.

Háttértárak jellemzői tárolókapacitás: (GB, TB) adathozzáférési idő (ms) átviteli sebesség (Mb/s) Adatsűrűség: TPI (Track Per Inch): A lemezen sugárirányban 1 inch hosszon található sávok száma (Csak HDD) BPI (Bit Per Inch): A lemezen egy sáv 1 inch-én belül található bitek száma

háttértárak adattárolási elv szerint Mechanikus – lyukszalag, lyukkártya Mágneses: Szalagos streamer, DAT (Digital Audio Tape) Lemezes : hajlékony lemez, merevlemez Optikai: CD(Compact Disc),DVD, HD-DVD, BluRay Elektronikus (flash): Pen drive, memóriakártya, SSD

HDD (Hard Disk Drive) jellemzői Közvetlen hozzáférés Tárolókapacitás (40GB-2TB) Írási és olvasási sebesség (5400 -15 000 fordulat/perc (rpm).) Hozzáférési idő (8 -15 ms) Átviteli sebesség (16,6-133 MB/s.)

HDD felépítése Egy lemez felépítése Forgásirány Cilinder Tengely Forgásirány Szektor Sávok Egy lemez felépítése Cilinder Író/Olvasó fej Lemezek

Optikai Adattárolók működési elve Az adatok tárolása réteg bemélyedéseivel (pit), illetve változatlan felületével (land) történik. Az 1 kódolásának egy pit-land ill. egy land-pit átmenet, 0 kódolásának az átmenet hiánya felel meg spirális sáv, mely belülről indul

CD/DVD működési elve A CD és DVD lemezek (1.2 mm vastag 120 mm átmérőjű) polikarbonát korongok, amelyeket alumínium réteggel tesznek fényvisszaverővé. Az adatok tárolása az alumínium rétegbe égetett vagy nyomott apró lyukacskák segítségével történik. A lemezek kapacitása az olvasásra használt lézer fény hullámhosszának a függvénye.

Cd/DVD típusai Az optikai lemezeknek írhatóság szerint többféle típusa létezik: ROM (Read Only Memory) – Csak olvasható R (Recordable) – Írható és olvasható RW (ReWritable) – Törölhető, többször írható

CD DVD adattárolása

DVD Ismertebb típusai DVD–Video (mozgóképek tárolására) DDVD–Audio (hang tárolására) DVD–RAM (adat, közvetlen (direkt) elérésű)

Elektronikus adattárolás (Flash memória) Ide soroható: PenDrive, SSD nem tartalmaz mozgó alkatrészt nem felejtő, megmaradó adattárolási és elérési sebessége jelentősen elmarad a RAM sebességétől az ismételt írást / törlést kevésbé jól bírja, mint a merevlemez

Alaplap csatlakozásai

Perifériák A számítógép központi egységéhez kívülről csatlakozó eszközök: bemeneti (input) eszközök: az információ a külvilág felől a számítógépbe áramlik, kimeneti (output) eszközök: az információ a számítógépből a külvilág felé áramlik, ki- és bemeneti (input/output) eszközök, amelyeknél az információáramlás kétirányú

Perifériák csoportosítása Bemeneti Kimeneti KI/Bemeneti Billentyűzet Monitor Hangszóró Szkenner Egér Projektor Nyomtató Háttértárak Érintőképernyő