0. Fogalmak Hardver (hardware): számítógép elektronikus áramkörei, mechanikus berendezései, kábelek, csatlakozók, perifériák (önmagában nem működőképes)

Slides:



Advertisements
Hasonló előadás
Alaplap.
Advertisements

A számítógép műszaki, fizikai része
1 Számítógépek felépítése 9. előadás I/O rendszerek.
Rendszertervezés Hardver ismeretek.
Memóriák típusai, jellemzői
A számítógép felépítése
Memória.
Digitális elektronika
Neumann-elvek A számítógép legyen teljesen elektronikus, külön vezérlő és végrehajtó egységgel. Kettes számrendszert használjon. Az adatok és a programok.
A mikroprocesszor 1. rész.
Számítógépek felépítése 3. előadás CPU, utasítás ciklus, címzés
A számítógép alapegységei
A számítógép felépítése
Alaplapra integrált csatlakozók
A számítógép felépítése
Bevezetés a digitális technikába
A számítógép elvi felépítése és működése
a számítógép kézzelfogható részei.
Alapfogalmak Hardver:  A számításokat végző fizikai-technikai rendszer (kézzel fogható, fizikai termékek) Szoftver:  Programok, programrendszerek (szellemi.
Alapfogalmak Adat: fogalmak, tények, jelenségek olyan formalizált ábrázolása, amely emberi vagy gépi értelmezésre, feldolgozásra, közlésre alkalmas. Információ:
PIC processzor és környezete
CISC - RISC processzor jellemzők
Számítógépek felépítése 4. előadás ALU megvalósítása, vezérlő egység
A memória.
Számítógép memória jellemzői
Felkészítő tanár: Széki Tibor tanár úr
A memóriák típusai, jellemzői
Számítógép architektúrák
Hardver alapismeretek
Számítógép architektúrák
Egy egyszerű gép vázlata
Tematikus fogalomtár FÉLVEZETŐS TÁRAK
A számítógép felépítése (funkcionális)
Számítógép architektúra
A számítógép felépítése
A számítógép alapegységei. A számítógép a belsőleg tárolt program segítségével automatikusan hajtja végre a programokat. A memória utasítások és adatok.
A mikroszámítógép felépítése
Mikrokontroller (MCU, mikroC)
A számítógép felépítése
A számítógép felépítése
A számítógép elvi felépítése
Processzor, alaplap, memória
A Neumann-elvű gépek A Neumann elvek:
Egy első generációs gép (az IAS) felépítése
A központi egység Informatika alapjai Készítette: Senkeiné B. Judit.
Hardware: (=kemény áru)
Mikroprocesszor.
HARDVER IT ALAPFOGALMAK. NEUMANN-ELVŰ SZÁMÍTÓGÉPEK FELÉPÍTÉSE Központi feldolgozó egység Háttértárolók Adatbeviteli eszközök (Input) Operatív tár (Memória)
A számítógép felépítése
Háttértárak.
Alaplapra integrált csatlakozók
Ismerkedjünk tovább a számítógéppel
Írja fel a tizes számrendszerbeli
IT ALAPFOGALMAK HARDVER.
A számítógép felépítése
ifin811/ea1 C Programozás: Hardver alapok áttekintése
Számítógépek felépítése 4. előadás ALU megvalósítása, vezérlő egység
1 Számítógépek felépítése 5. előadás a CPU gyorsítása, pipeline, cache Dr. Istenes Zoltán ELTE-TTK.
A ROM ÉS A BIOS. K ÉSZÍTETTE R ELL P ATRIK A ROM A ROM egy olyan elektrotechnikai eszköz, amely csak olvasható adatok tárolására alkalmas memória. Tartalma.
1 A számítógépek felépítése jellemzői, működése. 2 A számítógép feladata Az adatok Bevitele Tárolása Feldolgozása Kivitele (eredmény megjelenítése)
Neumann elvű számítógép. Neumann János ► Neumann János december 28-án Budapesten született ► 1930-ban emigrált az USA-ba.
1 A számítógépek tárolói. 2 Memória Memóriaszó  A tárak olyan egységei, melyek egyetlen művelettel kezelhetők.  A legrövidebb memóriaszó a byte (bájt)
Adatok tárolása. Tárolók Félvezető tárak RAM Operatív tár Cache tár Regiszterek CMOS RAM ROM BIOS Mágnestárak Mágneslemez Hajlékony lemez Merevlemez MágnesszalagMágneskártya.
Sz&p prof.
CPU (Processzor) A CPU (Central Processing Unit – Központi Feldolgozó Egység) a számítógép azon egysége, amely értelmezi az utasításokat és vezérli.
Információtechnológiai alapismeretek
Neumann elvek és a Neumann elvű számítógép felépítése
A számítógép felépítése
Az információ.
A számítógép működésének alapjai
Előadás másolata:

0. Fogalmak Hardver (hardware): számítógép elektronikus áramkörei, mechanikus berendezései, kábelek, csatlakozók, perifériák (önmagában nem működőképes)

0. Fogalmak Szoftver (software): számítógépet működőképessé tevő programok és azok dokumentációi Firmware: célprogram; mikrokóddal írt, készülék-specifikus (hardverbe ágyazott) szoftver gyakran flash ROM

Információk Az információkat fizikailag a rendszerben áramló jelek hordozzák Analógnak nevezzük azokat a jeleket, melyek valamely fizikai mennyiség folytonos függvény szerinti megváltozása révén jellemzik az információt. Analóg jel: mind időben, mind amplitúdóban folyamatos jel Digitálisnak nevezzük azokat a jeleket, melyek számjegyes kifejezésmódban jellemzik az információt.

Digitális áramkör fogalma Az áramkör bármely pontján mérhető jeleknek csak két állapotát különböztetjük meg, melyekhez két logikai állapotot rendelhetünk.

Logikai áramkör (hálózat) A digitális áramkörök modellezésére logikai hálózatokat használunk. A logikai hálózatok tervezéséhez, leírásához a logikai algebrát (Boole algebrát, George Boole XIX. sz-i matematikus) használjuk

Logikai kapuk A logikai áramkörök építőkockái. A logikai alapműveleteket valósítják meg. Ezek egyszerű kombinációjával további áramköröket tudunk felépíteni pl. az aritmetikai műveletek megvalósítására.

ÉS (AND) kapu X1 F A B Q Xn 1 1 F = X1·X2·…·Xn 1 1 1

VAGY (OR) kapu X1 F A B Q Xn 1 1 1 1 1 1 1 F = X1+X2+…+Xn

NEM kapu (inverter, fordító) X F F = X

NEM ÉS (NAND) kapu X1 F Xn F = X1·X2·…·Xn A B Q 1 1 1 1 1 1 1 1 Xn 1 1 1 1 F = X1·X2·…·Xn 1 1 A legolcsóbb logikai kapu

CMOS 4011 quad NAND IC

NEM VAGY (NOR) kapu X1 F A B Q 1 Xn 1 1 1 1 F = X1+X2+…+Xn

Félösszeadó Feladata két bit összeadása A S FÖ B C S: összeg C: maradék, átvitel, carry

Félösszeadó Igazságtáblája Logikai függvények A B S C 1 S = AB + AB 1 S = AB + AB C = AB

Félösszeadó Realizálás kapukkal A S B C

Teljesösszeadó Feladata két bit és az előző helyi értékből származó maradék összeadása A S TÖ B Cout Cin

Logikai függvények A B Cin S Cout 1 S = ABCin + ABCin + ABCin + ABCin Cout = ABCin + ABCin + ABCin + ABCin (Minimalizálva: Cout = AB + BCin + ACin)

Két 4 bites szám összeadása A3 B3 A2 B2 A1 B1 A0 B0 A B Cin A B Cin A B Cin A B TÖ TÖ TÖ FÖ Cout S Cout S Cout S Cout S Q3 Q2 Q1 Q0 Carry flag

Kivonás Visszavezetése összeadásra kettes komplemens kódolással komplemens képzés 3:0011; -3:1101 összeadás: 0101 +1101 10010 = 2 Általánosan: a+(1111–b+1) =a+(10000–b) =a–b+10000

Címdekóder Feladata cím dekódolása n bites számot használ bemenetként, és ki tudunk választani vele (be tudjuk állítani 1-re) pontosan egyet a 2n kimenet közül

Q0 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 3–to-8 decoder Q7 =1 =0 =1 A2 A1 A 0 1 1 1 Q0 Q1 1 Q0 1 Q1 1 3 bites címdekóder Q0 Q1 Q2 Q2 A0 1 A1 Q3 Q3 Q4 A2 Q5 1 Q4 Q6 1 Q7 1 1 1 Q5 1 Q6 1 3–to-8 decoder 1 Q7 1 =1 =0 =1 A2 A1 A 0

Flip-flop Elemi sorrendi (szekvenciális) hálózatok Két stabil állapotú (0, 1) billenő elemek. Állapotuk megegyezik a kimenettel. Alkalmazásuk: regiszterek, memóriák (SRAM), számlálók.

S - R flip-flop Set - Reset S R Qold Q 1 X - S f(S, R, y) Y = Z R y Y

S - R flip-flop Set: 1 Reset: 1 00 , 01 00 , 10 10 1 1 01

S – R flip – flop Realizálása 1 S 1 Z 1 R 1 1 1 1 y

2. A mikroelektronika alapjai 2.1. Félvezetők 2.2. Dióda 2.3. Tranzisztorok, logikai kapuk megvalósítása 2.4. Integrált áramkörök 2.5. Memóriák

2.1. Félvezetők

Vezetési tulajdonságok Fémek Szigetelők Félvezetők Vezetési sáv Vezetési sáv Vezetési sáv Tiltott sáv Tiltott sáv Vegyértéksáv Vegyértéksáv Vegyértéksáv A vezetési sáv tele elektronokkal A vezetési sáv üres Kevés elektron a vezetési sávban

Félvezetők Tiszta félvezetők: kevés elektron a veze-tési sávban (termikus elektronok) vegyértéksávban elektronhiány, lyukak lyukak elmozdulhatnak, és így hozzájá-rulnak a vezetéshez az elektronok és lyukak vezetési sajátos-ságai különbözőek

Félvezetők nagyon alacsony hőmérsékleten a hőmérséklet emelésével modellezése

Félvezetők Elemi félvezetők: (C), Si, Ge, (Sn, Pb) a IV. főcsoport elemei; tömeges felhasználás digitális ill., analóg célokra Vegyület félvezetők: pl. GaAs; LED, lézerdióda, mikrohullámú dióda (sütőben)

Félvezetők A félvezetők vezetési sajátosságai más elemekkel történő szándékos szennye-zéssel (adalékolással) megváltoztathatók. a, V. főcsoportbeli elemmel adalékolunk szilíciumot b, III. főcsoportbeli elemmel adalékolunk szilíciumot

n típusú félvezető Pl. foszforral (P, V. főcsoport) adalékolunk szilíci-umot. Eggyel több elektron, mely a vezetési sávba kerül. Elektronok vezetik az áramot.

p típusú félvezető Pl. bórral (B, III. főcsoport) adalékolunk szilíci-umot. Eggyel kevesebb elektron, mely lyukként a vegyértéksávba kerül. Lyukak vezetik az áramot.

2.2. Dióda p n I + - - + Felhasználás: tápegységekben egyen-irányító, védelem, LED, lézerdióda, stb.

2.3. Tranzisztorok, logikai kapuk megvalósítása

2.3.1. Bipoláris tranzisztor IEC n p n Jele: C E C B E IB B E: emitter B: bázis C: kollektor IB vezérli az IEC-t Felhasználás: erősítés, kapcsolás

Logikai műveletek megvalósítása kapcsolókkal VAGY

Bipoláris tranzisztor - inverter Utáp (pl 5V) Ube Uki 0 V 5 V 5 V 0 V Uki Ube (Q) A Q 1 (A)

Bipoláris tranzisztor – NOR kapu Utáp (pl 5V) A B Q 1 Q 1 A B 1 1 1

2.3.2. MOS tranzisztor D S M O Jele: D G G S S M: metal (alumínium, vezető) O: oxid (SiO2 – kvarc, szigetelő) S: semiconductor (félvezető, n vagy p) S: source (forrás) G: gate (kapu) D: drain (nyelő) A gate feszültség vezérli a drain-source áramot.

MOS inverter Utáp Uki Ube Működése: ld. inverter bipoláris tranzisztorral:

MOS NOR kapu Utáp Q A B Működése: ld. NOR kapu bipoláris tranzisztorokkal

MOS NAND kapu Utáp A B Q Q 1 1 1 A 1 1 1 1 B

2.3.3. CMOS tranzisztor Komplementer MOS: egy p és egy n MOS összekapcsolva. A két tranzisztor ellentétes fázisban működik: amikor az egyik kinyit, akkor a másik bezár. Előny: nagyon kis fogyasztás (csak átkapcso-láskor folyik rajta keresztül áram).

CMOS inverter CMOS inverter MOS inverter Ube = 1 Ube = 0 Utáp Utáp Uki PMOS Uki Ube Uki NMOS Ube

2.4. Integrált áramkörök Egy félvezető lapkán (Si chipen) alakítják ki az áramköri elemeket (tranzisztorokat, ellenállá-sokat, vezetékeket, stb.) A mai IC-k túlnyomó része CMOS technológiával készül. Napjainkban az áramköri elemek vonal-vastagsága, az ún. csíkszélesség 1-2 tized mikrométer. (VLSI, ULSI – Ultra Large Scale Integration > 106 elem/chip, GLSI – Giga Scale Integration > 109 elem/chip, )

Szilícium egykristály

2.5. Memóriák

Memória hierarchia Reg. Gyorsítótár elérési idő kapacitás kapacitás/ár Központi memória Mágneslemez Szalag Opt. lemez

Memóriák csoportosítása I. Az információ elérése alapján cím szerinti hozzáférés tartalom szerinti hozzáférés (cache) II. A hozzáférés belső szervezése alapján szekvenciális memóriák (sor, verem) tetszőleges sorrendben címezhető memóriák csak olvasható memóriák (ROM, PROM, EPROM, EEPROM) írható olvasható memóriák (RAM) statikus (SRAM) dinamikus (DRAM)

3. CPU – mikroprocesszorok 3.1. Történeti áttekintés 3.2. A mikroprocesszor általános felépítése 3.3. Utasításkészlet 3.4. Mikroprocesszorok csoportosítása 3.5. Gyorsítási lehetőségek 3.6. Cache memória 3.7. Megszakítás (Interrupt) 3.8. Közvetlen memóriahozzáférés (DMA) 3.9. Segédprocesszorok

A Neumann elvű számítógép felépítése háttértárolók CPU: általános vezérlő, műveletvégző, adat-mozgató egység; a futó program utasításainak végrehajtása; Memória: a futó program kódja, adatai Háttértárolók: hajlékony mágneslemez (floppy), merevlemez (winchester), optikai tárolók, szalagos tárolók, félvezetős tárolók (flash memória chip). Perifériák: monitor, billentyűzet, egér, nyomtató, kommunikációs vonalak, stb. CPU memória I/O eszközök (perifériák)

CPU (Central Processing Unit – központi feldolgozó egység): A memóriából olvassa a végrehajtás alatt lévő program bináris utasításai, adatait. Az utasításokra előre meghatározott módon reagál. Fontos jellemzője a CPU-nak az utasításkészlete. Mikroprocesszor: Egy chipen kialakított áramkör, mely a számítógép CPU-jának a funkcióját látja el.

3.1. Történeti áttekintés 1959: az első Si alapú integrált áramkör megjelenése. 1970: 1000 tranzisztort tartalmazó kalkulátor chip. Intel: első mikroprocesszor

1971 - Az első mikroprocesszor - Intel 4004 Első általános célú processzor 45 utasítás 2,250 db P-MOS tranzisztor Mérete: 3x4 mm2 0.06 MIPS @ 108 kHz Fogy. ára: 200 USD 10mm-es technológia

Név Megjele- Adatbusz Max. Tranziszto- Megjegyzés nés ideje (bit) címezhető rok száma memória 4004 1971 4 4,5 KB 2250 8008 1972 8 16 KB 2500 8080 1974 8 64 KB 5000 első PC 1975-ben 8085 1976 8 64 KB 8086 1978 16 1 MB 29 ezer IBM PC 1981-ben 8088 1979 16/8 1 MB 80286 1982 16 16 MB 120 ezer IBM PC/AT védett mód 80386 1985 32 4 GB 275 ezer virtuális 8086 mód 80486 1989 32 4 GB 1,2 millió 8 KB belső cache Pentium 1993 - 32 4 GB több száz millió csővezeték A vállalat jövőre (2007) teljesen átáll a 65 nanométeres processzorok előállítására, ugyanakkor az előzetes tervek szerint 2007-ben már piacra termelnek majd a 45 nm-es gyártósorok is. Intel Pentium 4; Intel Pentium D Processor; Intel Pentium Processor Extreme Edition; Intel Core

FAIRCHILD Year of introduction Transistors 4004 1971 2,250 8008 1972 2,500 8080 1974 5,000 8086 1978 29,000 286 1982 120,000 386™ processor 1985 275,000 486™ DX processor 1989 1,180,000 Pentium® processor 1993 3,100,000 Pentium II processor 1997 7,500,000 Pentium III processor 1999 24,000,000 Pentium 4 processor 2000 42,000,000 FAIRCHILD

3.2. A mikroprocesszor általános felépítése

CPU részei belső adatbusz utasítás dekódoló és vezérlő egység regiszterek ALU Flag-ek címsín puffer adatsín puffer vezérlő jelek cím jelek adat jelek

CPU részei ALU: Aritmetikai és logikai műveletek végzése (ld. összeadó áramkör) összeadás, kivonás; fixpontos szorzás, osztás (léptetések); lebegőpontos aritmetikai műveletek (korábban koprocesszor); egyszerű logikai műveletek.

CPU részei Vezérlő egység: Felismeri, elemzi (dekó-dolja) a gépi nyelvű program utasításait, az utasítások alapján működteti a CPU többi egységét , illetve képezi a szükséges címeket. Vezérlő típusok (ld. 3.4. fejezet): huzalozott vezérlők – hardveres utasítás dekódolás mikroprogramozott vezérlők – mikrokódos utasítás dekódolás

CPU részei Regiszterek: chipen belüli, közvetlen elérésű tároló elemek. Két fő funkciójuk: műveletvégzéskor az operandusok tárolása címek előállítása.

8086 processzor regiszterei Szegmensregiszterek (címzés) CS – kódszegmens regiszter (Code Segment) SS – veremszegmens regiszter (Stack S.) DS – adatszegmens regiszter (Data Segment) ES – extra adatszegmens regiszter

8086 processzor regiszterei Vezérlő regiszterek (címzés) IP – utasítás mutató (Instruction Pointer v. PC-Program Counter) SP – verem mutató (Stack Pointer) BP – bázis mutató (Base Pointer) SI – forrás index (Source Index) DI – cél index (Destination Index)

8086 processzor regiszterei Általános célú regiszterek – adatregiszterek (műveletvégzéskor az operandusok tárolása) AX (akkumulátor) (AH, AL) BX (bázis regiszter) (BH, BL) CX (számláló regiszter) (CH, CL) DX (adatregiszter) (DH, DL)

8086 címzése kódszegmens: a program utasításai adatszegmens: a program változói veremszegmens: az alprogramok adatai Egy szegmens kezdőcímét tartalmazza a megfelelő szegmensregiszter, az azon belüli relatív (eltolás – ofszet) címet pedig egy, vagy több vezérlő regiszter.

Szegmensek memória verem szegmens SP SS pl. SI adat szegmens DS kód szegmens IP CS

Flag-ek Jelzőbitek, melyek Az előbbiek közül néhány: vagy a legutóbb elvégzett aritmetikai művelet eredményétől függően vesznek fel értéket, vagy a processzor állapotára utalnak. Az előbbiek közül néhány: előjel flag (sign) zéró flag (zero) paritás flag (parity) – az egyesek darabszáma páros átvitel flag (carry) – a művelet során a legmagasabb helyi értéken képződött-e maradék (vö. 1.3 fejezet 3. példa)

Flag-ek A processzor állapotára utalnak pl.: trap flag – a program utasításonkénti végrehajtása megszakítás flag (interrupt) – a hardver egységek felől érkező megszakítások eljutnak-e a processzorhoz túlcsordulás (overflow) A feltételes ugró utasítások a flag-eket használják a feltételre.

Címzés A CPU címjelei kétfélék lehetnek: Memóriacímek: a program utasításainak beolvasására, adatainak írására, olvasásá-ra. I/O címek: a perifériákkal (I/O – Input/Output) való kommunikációra.

3.3. Utasításkészlet

3.4. Mikroprocesszorok csoportosítása CISC: Complex Instruction Set Computer RISC: Reduced Instruction Set Computer

CISC processzor Történelmileg a CISC architektúrájú gépek dominálnak. Az elnevezés onnan ered, hogy az újabb CPU-k esetén egyre bonyolultabb feladatokat elvégző gépi utasításokat vezettek be. Jellemzői: Sok (akár néhány száz), bonyolult utasítás. Utasítások dekódolása mikrokód (ld. lentebb) segítségével. Bonyolult címzési módok. Változó hosszúságú utasítások. Az utasítások változó számú és általában több óraciklust igényelnek. Assembly nyelvű programozása, compilerek írása egyszerűbb. Viszonylag kevés regiszter.

RISC processzor A teljesítmény növelhető csökkentett utasítás-készletű processzorokkal. Statisztikai felmérésekkel igazolható, hogy CISC architektúra esetén is túlnyomórészt dominálnak az egyszerűbb utasítások, a komplex utasításokat csak ritkán használják. Ha lemondunk az összetettebb utasításokról, kicsit nehezebb lesz ugyan az alacsony szintű programozás, de cserében számos előnyt nyerünk, megnő a processzorunk teljesítménye.

RISC processzor Kevés, csak a legalapvetőbb utasítások. Utasítások dekódolása közvetlenül hardveresen, fix logikával. Egyszerűbb címzési módok. Azonos hosszúságú utasítások. Az utasítások egyforma ciklusidőt igényelnek. Sok regiszter Mindezek a teljesítményt növelik. Hátránya, hogy kicsit bonyolultabb a programozása, valamint drága.

Mikrokód vs. hardveres dekódolás Mikrokódos utasítás dekódolás : a CPU a gépi nyelvű utasítást egy mikrokódnak nevezett rövid, beépített program segítségével hajt végre (interpretálja). A mikrokód egy a CPU-n belül található ROM-ban van. Hardveres utasítás dekódolás: az utasításokat egy fix, bonyolult logikai áramkör alakítja át vezérlő jelekké. A mikrokódos utasítás dekódolás lassabb, a hardveres dekódolás éppen a nagy, bonyolult áramkör miatt drágább.

3.5. Gyorsítási lehetőségek

Teljesítmény értékelési módok A CPU szinkron áramkör – órajel, óraciklus MIPS – Million Instruction per Second Az egyes utasítások óraciklus száma nem egyforma. Átlag megadása. Adott feladatokhoz szabványos mérőprog-ramok (benchmark) használata.

Gyorsítási módszerek Órajel frekvencia növelése Hatékonyabb kód, fordítás – utasítások számának csökkentése Az utasításokra eső óraciklusok számának csökkentése – valamilyen párhuzamosítási technika

Párhuzamosítás a CPU-n belül: pipe line feldolgozás (csővezeték) A gépi utasítás végrehajtása több fázisból áll, például egy elképzelt CPU egy utasítást három fázisban hajt végre: utasítás felhozatal (fetch: F) – az utasítás beolvasása a memóriából dekódolás (decode: D) az ALU végrehajtja az instrukciót (execute: E)

Csővezeték Az egyes fázisok egymással egy időben, párhuzamosan hajthatók végre, pl. az első utasítás E fázisa alatt a második utasítás D fázisa és a harmadik utasítás F fázisa. F D E 1. utasítás F D E 2. utasítás F D E 3. utasítás

Csővezeték nincs pipe-line pipe-line 12 CPU óraciklusok F D E F D E 1. utasítás 2. utasítás 3. utasítás 4. utasítás F D E 1. utasítás F D E pipe-line 2. utasítás F D E 3. utasítás F D E 4. utasítás

Csővezeték A csúcsgépeknek 10, vagy több szakaszos csővezetékük van. Probléma: a programok nem szekvenciális kódsorozatok (elágazások, ciklusok). Intenzív kutatások az elágazások jövendölésére. Pl: Egy ún. elágazási előzmények táblában a CPU feljegyzi az elágazásokat, így többszöri előfordulás-kor kikereshetők.

Szuperskalár architektúra Egy csővezeték helyett jobb a kettő. Egyszerre két utasítás beolvasása, két ALU. 486: egy csővezeték, Pentium: két ötfázisú csővezeték.

Hyper-Threading technológia Az operációs rendszer egyetlen fizikai processzort két logikai processzorként lát. Párhuzamosság kiterjesztése az utasítások szintjéről a programszálak szintjére. Több magos processzorok

Multiprocesszoros rendszerek Több processzor, melyek közös memóriát használnak. (Mint mikor több ember egy teremben ugyanazt a táblát használja.) Multiszámítógépek Nagyszámú összekapcsolt számítógép, mind saját memóriával. (~10000 gép)

3.6. Cache memória Probléma: a központi memória általában sokkal lassabb, mint a processzor. Cache memória: a CPU és a nagy méretű dinamikus RAM memória között elhelyezkedő kisebb méretű, gyorsabb elérésű (drágább) memória.

Cache memória Az utoljára használt memória területeket a cache-be másolja a rendszer, így ezek elérése lényegesen gyorsabb. Tartalom szerinti elérésű. Általában statikus RAM. A mikroprocesszoron belül, illetve azon kívül is elhelyezkedhet. Szétválasztott gyorsítótár: utasítás, adat. Két, három szintű gyorsítótárak.

3.7. Megszakítás (Interrupt) Erőltetett vezérlésátadás, ugrás egy megszakítás kezelő rutinra. Kiválthatja egy a mikroprocesszorban előforduló esemény (pl. nullával való osztás), érkezhet megszakítás a hardver egységek felöl (pl. a lemezes tárolóról az adatok beolvasása a memóriába megtörtént), egy program is tartalmazhat megszakítási utasítást (pl. egy operációs rendszeri szolgáltatás, rendszer-hívás, igénybevételére).

Megszakítás Tehát a megszakítások három fajtája: processzor megszakítás hardver megszakítás (IRQ: Interrupt ReQuest) szoftver megszakítás

3.8. Közvetlen memóriahozzáférés (DMA – Direct Memory Access) A memória és egy periféria (pl. merev-lemez) közötti közvetlen adatátvitel. A DMA vezérlő irányítja az adatforgalmat, így a CPU közben egy másik program kódját futtathatja.

4. Számítógépek rendszertechnikája

4.1. Részegységek CPU: általános vezérlő, műveletvégző, adat-mozgató egység; a futó program utasításainak végrehajtása; háttértárolók CPU memória Memória: a futó program kódja, adatai Háttértárolók: hajlékony mágneslemez (floppy), merevlemez (winchester), optikai tárolók, szalagos tárolók, félvezetős tárolók (flash memória chip). I/O eszközök (perifériák) Perifériák: monitor, billentyűzet, egér, nyomtató, kommunikációs vonalak, stb.

4.2. A mikroszámítógépek szokásos felépítése Általános megoldás, hogy a részegységek egy rendszersínen (rendszerbuszon) keresztül kapcsolódnak egymáshoz Tipikusan a rendszerbusz, mikroprocesszor, memória, valamint az eszközvezérlők nagy része az alaplapon helyezkedik el. Bővítőkártyák is tartalmazhatnak eszközvezérlő-ket (régebben ez volt az általános). Az eszközvezérlő képes lehet DMA-t végezni. Ha kész, megszakítást vált ki.

A mikroszámítógépek felépítése FD HD billentyűzet monitor printer mikro-processzor memória lemez vezérlő billentyűzet vezérlő monitor vezérlő I/O vezérlő cím adat vezérlő

4.3. Mágneslemezek A merevlemez egy, vagy több mágnesez-hető bevonattal ellátott alumíniumkorong-ból áll. Eredetileg 50 cm átmérőjű volt. A fej egy indukciós tekercs, mely a mágne-ses polaritását a lemez kis területeinek megváltoztatja, illetve érzékeli.

Mágneslemezek Sáv: egy teljes körülfordulás alatt felírt bitsoro-zat. Szektorokra osztás (512 bájt). Sáv formátum: fejléc, adatbitek, ECC, szektorrés, fejléc, adat-bitek, ECC, szektorrés, … ECC (Error Correcting Code) – hibajavító kód A formázott kapacitás kb. 15%-kal kisebb, mint a formázatlan.

Mágneslemezek Winchester: légmentesen lezárva. IBM: erede-tileg 30MB lezárt, 30MB cserélhető tárolóhely (30 – 30 winchester puska) Cilinder: adott sugarú sávok összessége. Vezérlők: IDE (Integrated Drive Electronics): meghajtóba integrált vezérlő SCSI (Small Computer System Interface): nagyobb átviteli sebesség. Tulajdonképpen egy sín, amelyre egy SCSI vezérlő és max. 7 egység csatlakozhat.

Billentyűzet Egy billentyű leütésekor megszakítás generálódik, és a billentyűzet megszakítás kezelő (az operációs rendszer része) elindul. A megszakítás kezelő kiolvassa a billentyűzet vezérlő regisztereiből a leütött billentyű kódját. Amikor a billentyűt felengedtük, egy második megszakítás keletkezik. Pl.: shift le, k le, k fel, shift fel → K.

Monitorok Katódsugárcsöves (Cathode Ray Tube, CRT) LCD (Liquid Crystal Display) Elektromos mező felhasználásával a molekulák elrendeződése, így optikai tulajdonságaik megváltoztathatók. Sok változata létezik, a technológia gyorsan változik. Pl: TFT (Thin Film Transistor) a folyadékkristályos kijelző minden egyes képpontját egy-egy tranzisztor vezérli.

Monitorok - megjelenítés Karaktertérképes terminálok A CPU a videó memóriába ír: 2 bájtot: karakter, attribútum. A videókártya feladata, hogy folyamatosan olvassa a videó memóriát és a monitor meghajtásához szükséges jeleket generálja. Bittérképes (grafikus) terminálok Pixelek. Nagy videó memória. Szín előállítása: additív (összeadó) színkeverés (R, G, B)