Számítástechnikai alapismeretek

Az előadások a következő témára: "Számítástechnikai alapismeretek"— Előadás másolata:

1 Számítástechnikai alapismeretek

2 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

3 A Neumann-típusú számítógép működésének alapelvei, a digitális számítógépek csoportosítása

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

5 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.

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

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

8 1. Generáció (1) 1941 Konrad Zuse, Z3, 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, 800km vezeték, relé, 3-5 sec/számolás, alapműveletek, komplex egyenletek

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

10 1. Generáció (3) 1945 EDVAC, Neumann János (John von Neumann ) 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

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

12 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

13 1. Generáció összefoglalás
Vákuumcsövek (nagy méret) adat tárolók : mágnesdobok Elektroncsöves 10e3..10e4 művelet/sec kW teljesítményfelvétel Kis megbízhatóság Magas ár Néhány darab

14 2. Generáció 1956-1963 1948 Tranzisztor felfedezése
Félvezetős áramkörök (tranzisztor, dióda) 10e4..10e5 művelet/sec Megbízhatóbb, kisebb méret, teljesítmény felvétel csökken Teljesítmény/ár arány megnő tranzisztorról kép, működési magyarázat

15 2. Generáció Önálló (a központi feldolgozó egységtől függetlenül) párhuzamosan működő csatornák (I/O) Memória centrikus Perifériák, háttértárak Ferritgyűrűs memória (megbízhatóbb, olcsóbb, gyorsabb, nagyobb kapacitás) ferritgyűrűs memória képe és működése [Computer Architecture and Organisation, Chapter Five, Memory organisation, pp337]

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

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

18 3. Generáció 1958 Jack Kilby (Texas Instruments) Integrált áramkör (IC) 3 elektronikus elem 1 szilícium lapkán IC mutatás, magyarázat

19 3. Generáció Integrált áramkörök (10..1000 egy tokban)
10e5..10e6 művelet /sec Modularitás, bővíthetőség Párhuzamos működés, több processzor I/O processzorok Olcsó nagy tárak

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

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

22 4. Generáció 1971-napjainkig (1)
Egyre több elem egy tokban (chipben) LSI, VLSI, ULSI (1e6 ) 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 Pentiumban hány tranzisztor van ? (kb. 5e6)

23 4. Generáció 1971-napjainkig (2)
1976 Cray 198 MFLOPS Mini-számítógépek (Commodore, Apple, Atari) 1981 IBM PC „személyi számítógép” 1981: 2Millió, 1982: 5.5Millió, 1990: 65millió Desktop, laptop, palmtop 1984 Macintosh Apple, grafikus operációs rendszer Hálózatok, LAN, internet

24 5. Generáció Jelen és Jövő
HAL9000 (2001 Űrodüsszea...) Mesterséges intelligencia... Párhuzamos (nem Neumann elvű) feldolgozás Problémák ? (Hő, vékony réteg,...) Új technológia, új elvek ? Kvantum számítástechnika... ... a jövő nemzedék, Önök...

25 Fejlődés Technológia : eletroncső, tranzisztor, integrált áramkör, LSI, VLSI Operatív tár : művonal, ferritgyűrű, félvezető Struktúra : processzorcentrikus, tárcentrikus, moduláris Méret csökken („teremnyi” -> „körömnyi”), darabszám nő (1-2db. -> 10e6 db/típus.) Alkalmazás : tudományos-műszaki számítások, gazdasági adatfeldolgozás, ipari folyamatirányítás, általános Programozás : gépi, assembler nyelv, magas szintű nyelvek, operációs rendszerek Árarány : hardver / szoftver csökken 1951 : 12db 1975 : jóslat 1985-re : 1985 : 1989 :

26 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 - konfiguráció – bővített konfigu­ráció fogalma

27 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

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

29 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) regiszter : „egy-egy adat befogadására, megadott hosszúságú, gyors működésű tárolóhely” A CPU megvalósítása: vezérlő egység megvalósítása... művelet végző egység megvalósítása... regiszterek megvalósítása... buszok megvalósítása...

30 A processzor utasításciklusa
A CPU működése A processzor utasításciklusa

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

32 Utasítás végrehajtás funkcionális vázlata
számláló utasítás címképzés utasítás dekodoló vezérlő jelek utasítás regiszter ütemező címsín regiszterek adat [Számítástechnkia alapismeretek pp57] adatsín aritmetikai logikai egység tár puffer- regiszter tár cím- regiszter operatív tár

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

34 Utasítás végrehajtás lépései 1.
számláló utasítás címképzés utasítás dekodoló vezérlő jelek utasítás regiszter ütemező címsín regiszterek adat [Számítástechnkia alapismeretek pp57] adatsín aritmetikai logikai egység tár puffer- regiszter tár cím- regiszter operatív tár

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

36 Utasítás végrehajtás lépései 2.
számláló utasítás címképzés utasítás dekodoló vezérlő jelek utasítás regiszter ütemező címsín regiszterek adat [Számítástechnkia alapismeretek pp57] adatsín aritmetikai logikai egység tár puffer- regiszter tár cím- regiszter operatív tár

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

38 aritmetikai logikai egység
Utasítás végrehajtás 3. számláló utasítás címképzés utasítás dekodoló vezérlő jelek utasítás regiszter ütemező címsín regiszterek adat [Számítástechnkia alapismeretek pp57] adatsín aritmetikai logikai egység tár puffer- regiszter tár cím- regiszter operatív tár

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

40 aritmetikai logikai egység
Utasítás végrehajtás 4. számláló utasítás címképzés utasítás dekodoló vezérlő jelek utasítás regiszter ütemező címsín regiszterek adat [Számítástechnkia alapismeretek pp57] adatsín aritmetikai logikai egység tár puffer- regiszter tár cím- regiszter operatív tár

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

42 aritmetikai logikai egység
Utasítás végrehajtás 5. számláló utasítás címképzés utasítás dekodoló vezérlő jelek utasítás regiszter ütemező címsín regiszterek adat [Számítástechnkia alapismeretek pp57] adatsín aritmetikai logikai egység tár puffer- regiszter tár cím- regiszter operatív tár

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

44 Alaplapok

45 Házak, Hütők

46 Billentyűzet, egér

47 Monitorok CRT vs. TFT TFT kijelzők 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

48 Monitorok, videokártya