Számítógép felépítése

Az előadások a következő témára: "Számítógép felépítése"— Előadás másolata:

1 Számítógép felépítése
2009.

2 hardver-szoftver A hardware angol szó eredetileg vasárut jelent. Az elnevezés a számítástechnikába azért került át, mert ez jelzi, hogy a hardver tulajdonképpen nem más mint egy elektromos áramkörökből álló eszköz, amellyel különböző számítási műveleteket lehet elvégezni. A hardver a számítógép működését lehetővé tevő elektromos, elektromágneses egységek összessége. A számítástechnikában hardvernek hívják magát a számítógépet és minden megfogható tartozékát. A szoftver a hardver egységeket működtető, vezérlő programok összessége. A szoftver (software) mesterséges szó, azokat a szellemi javakat hívják összefoglalóan így, amelyekkel kihasználhatjuk a hardverben rejlő teljesítményt és lehetőségeket. A szoftvert egyrészt a gépet működtető programok, másrészt a számítógéppel való feldolgozásra előkészített adatok alkotják. A hardver magában tehát nem más, mint ,,ócskavas''. Ahhoz, hogy hasznos eszközzé váljon, szükség van a szoftverre, amely azt működteti. Ezt úgy is meg lehet fogalmazni, hogy maga a számítógép (hardver) egy rendkívül buta gép, amely mindössze néhány kettes számrendszerben alapműveletnek számító tevékenységet képes elvégezni (összeadni, szorozni stb.). Azonban könnyen meg lehet tanítani ezen alapműveletekre épülő, rendkívül bonyolult tevékenységre. Ennek a tevékenységnek a leírása tulajdonképpen a szoftver.

3 Számítógép felépítése vázlatosan
Gépház Alaplap Memória Processzor Háttértár Videokártya Tápegység Kimeneti perifériák Monitor Nyomtató Bementi perifériák Billentyűzet Egér Szkenner

4 Számítógép felépítése vázlatosan

5 Alaplap

6 Alaplap

7 Slot-ok: az alaplapon levő csatlakozók, amelyek segítségével a gép többi eleme egy kontrollernek (vezérlő kártyának) nevezett áramkörrel az alaplaphoz csatlakozik. A kártyák kivezetései a gép hátoldalán találhatók. Vezérlőkártyák: a diszkvezérlő, az aszinkron adatátviteli csatoló és más perifériák vezérlőkártyája.. Bővítőkártya: nyomtatott áramköri kártya, az alaplapra csatlakoztatva növelhető a számítógép teljesítménye, a memória kapacitása, a számítógép képességei (további szolgáltatást tudjon nyújtani, pl. grafikát). A legfontosabb bővítő helyek az alaplapon: - monitorvezérlő - lemezvezérlő - multi I/O kártya - hálózati kártya - hangkártya stb. Busz: a processzor részeit összekötő vezetékek sorozata (Adat, Cím, Vezérlő)

8 MEMÓRIA A Neumann-elvekben (is) említett memóriának általában két fajtája terjedt el. A RAM (Random Access Memory, szó szerinti fordításban „véletlen elérésű memória") olyan írható-olvasható tárolót jelent, amelynek bármelyik részét kiolvashatjuk, sőt. megváltoztathatjuk (akár ki is törölhetjük), ezért alkalmas az adatok és a program tárolására is. Hátránya, hogy állandó energiaforrást igényel, ezért a gép kikapcsolása után a memória tartalma törlődik. Ezzel szemben a ROM (Read Only Memory, szó szerinti fordításban „csak olvasható memória”) nem igényel állandó energiaforrást, viszont tartalma sem módosítható. Ezért alkalmas a bekapcsolásakor a gép elindításához szükséges programok és adatok tárolására, az operációs rendszer betöltésére. Egy átlagos felhasználó a gépben csak a RAM méretét tudja szabályozni, a ROM-ét nem. Manapság általában az általános felhasználási célú személyi számítógépek megabájt RAM-ot tartalmaznak. A RAM-bővítés a szóban forgó alaplapba a megfelelő sebességű, típusú és méretű memóriamodulok beillesztésével, különösebb szakértelem nélkül is egyszerűen megvalósítható.

9 MEMÓRIA

10 Memória -RAM

11 Memória -ROM

12 Processzor Az alaplapra illeszkedő egységek közül elsőként a (mikro)processzor – szokásos rövidítéssel a CPU - érdemel említést, amely a gép egész működésének koordinálásáért, az egyes egységek közötti adatáramlás biztosításáért, a programok utasításainak végrehajtásáért, a perifériák vezérléséért felelős. A mai személyi számítógépekben általában két gyártó, az Intel (Pentium-család) és az AMD (Athlon-család) processzorait találhatjuk meg. A különböző processzorok „tudása” az alapvető feladatok ellátása tekintetében megegyezik, a közöttük lévő különbséget a műveletek elvégzésének sebességében (más szóval az „órajel" nagyságában), speciális, célfeladatokat is elvégző, hatékonyabb többletutasítások használatában, az egyszerre feldolgozható adatmennyiség mértékében („sávszélesség") fedezhetjük fel.

13 Processzor

14 Háttértár A háttértárak nagy mennyiségű adat tárolására alkalmas ki- és bemeneti perifériák. A használaton kívüli programok és adatok tárolása mellett fontos szerepük van az adatarchiválásban, de például a számítógépes rendszerek biztonságos üzemvitele érdekében további háttértárakon helyezik el a rendszerek biztonsági másolatát is. A háttértár olyan számítógépes hardver elem, mely adatokat tárol, és azokat a számítógép kikapcsolása után is megőrzi. Megkülönböztetünk papír alapú, mágneses, optikai, valamint egyéb háttértárakat.

15 Háttértár Háttértárak Papír alapú Mágneses elvű Optikai Lyukkártya
Lyukszalag ROM WARM WORM Szalagos Lemezes Hajlékony Merevlemez

16 Háttértár Lyukkártyákat és ehhez hasonló rendszereket már a 18. század közepén használtak az automatizálás és az adatfeldolgozás területén. Többnyire az ismétlődő folyamatok vezérlése volt a céljuk. Léteztek többek között lyukkártya-vezérlésű szövőszékek, ahol a lyukkártyát falapocskák jelentették. A verkliket gyakran lyukkártyához hasonló adattárolók vezérelték, de más automatikus vagy félig automatikus zeneszerszámoknál is megjelent ez a megoldás. Charles Babbage lyukkártya-vezérlést tervezett az analitikai géphez. A lyukkártyán való adattárolás alapja az, hogy az adott automata működéséhez szükséges adatokat megfelelő formában kódolják. Egy vékony kartonra lyukakat készítenek, amelyeknek a helyét a mindenkori kódtáblázat határozza meg. A funkció végrehajtásához az adathordozón levő lyukakat egy olvasóegység beolvassa és egy megfelelő berendezéssel dekódolja. A parancsok bevitele történhet mechanikus, pneumatikus, optikai vagy elektomechanikai úton.

17 Háttértár Az 1990-es évekig léteztek olyan lyukkártyák, amelyeket kézzel lehetett feldolgozni. A könyvtárakban például olyan kártyákat használtak, amelyeknek a négy oldalán voltak a lyukak. Egy hosszú tűt behelyezve a keresési feltételnek megfelelő lyukba ki lehetett választani azokat a katalóguscédulákat, amelyek megfeleltek a keresési kritériumnak. Összetett kereséseket is végre lehetett hajtani több tű segítségével.

18 Háttértár Lyukszalag

19 Winchester

20 A lemez részei A sáv: a lemezeket koncentrikus körökre osztjuk
A szektor: a sávok egyenlő hosszúságú részei szektorfej (adminisztratív célokat szolgál, sáv, fej szektor és hossz) adatblokk A cilinder: az egymás felett elhelyezkedő szektorok

21 Lemezes háttértárak Sáv Szektor

22 A merevlemez szerkezete
Cilinder

23 A merevlemez szerkezete
CILINDEREK (hengerek) Ha több lemezfelület áll rendelkezésre a tároláshoz (hajlékonylemeznél max. 2, míg a merevlemeznél 6-8 vagy még több), akkor a különböző lemezoldalakon egymás felett lévő, azonos sorszámú pályák képzeletbeli hengert alkotnak, amelyet cilindernek nevezünk. A lemezek felülete sávokra (track) van osztva, amelyen belül kisebb egységek szektorok (sector) kerülnek kialakításra.

24 Egy merevlemez vázlatos rajza

25 Floppy Hajlékony lemezek
A hajlékonylemez (magyar átírással flopilemez, angolul floppy disk vagy csak röviden floppy) adattároló eszköz, ami egy mágnesezhető felületű vékony, hajlékony lemezből és egy azt védő négyszögletes, keményebb műanyag tokból áll. Leolvasó egysége a hajlékonylemezes meghajtó, vagy FDD (angol: Floppy Disk Drive, magyarul flopimeghajtó). Az IBM fejlesztette ki. Lemezek több méretben készültek, a legelterjedtebbek a 8, 5,25 és 3,5 collos (hüvelykes) méretűek voltak. Meghatározó adattároló formátum volt a 70-es évek közepétől a 90-es évek végéig. Manapság kiszorulóban van a formátum az optikai- és flash-meghajtók elterjedésével.

26 Hajlékony lemezek 5,25” 3,5”

27 Hajlékony lemezes háttértár
„Floppy” lemez és „Floppy” meghajtó

28 Merevlemezek Hajlékony lemezek Összehasonlítás Lemeztányér hajlékony
Cserélhető Könnyen szállítható Viszonylag kis tárkapacitás Sérülékenység Nagy hozzáférési idő Kicsi átviteli sebesség Lemeztányér merev Több lemeztányér Nem cserélhető * Magas tárkapacitás Kevésbé sérülékeny Kis hozzáférési idő Nagy átviteli sebesség

29 Floppy meghajtók

30 Szalagos háttértárak A szalagos meghajtó, angolul streamer egy olyan számítógépes hardvereszköz, mely mágneses technikával, mágnesszalagra rögzíti a bináris adatokat. Az ilyen jellegű adattárolás napjainkban már főleg csak archiválási célokat szolgál

31 Optikai háttértárak - CD
A mágneses elvű adathordozókon kívül egyre elterjedtebbek az optikai elven működő adathordozók. Archivált dokumentumok, képek, módosítást nem igénylő programok tárolására ideális adathordozó a CD (Compact Disk), amelyet 1980-ban a Sony és a Philips cég közös fejlesztés után dobott piacra. A CD-n tárolt információk típusától függően megkülönböztetünk audio, video és adathordozó CD-ket, utóbbiakat CD-ROM-nak nevezzük. A CD-ROM a legismertebb optikai háttértár.

32 Optikai háttértárak-CD
A lemez átmérője 8 cm vagy 12 cm, vastagsága 1 mm. A 8 cm átmérőjű CD-ROM maximális tárolókapacitása 184 MB, míg a 12 cm átmérőjűé MB-ig terjed.  A CD-k műanyagba ágyazott adathordozó rétegen digitálisan tárolják az adatokat. A lemezen az információ körkörösen, apró bemélyedések formájában van rögzítve. A CD-ROM olvasásakor a CD olvasó lézersugár segítségével, a visszaverődő fény alapján érzékeli az adathordozó rétegen található bemélyedéseket. Mivel az információt lézersugár olvassa ki, ezért a lemez nincs kitéve komoly fizikai igénybevételnek. A CD-ROM előnye, hogy nagy mennyiségű adat olcsó, megbízható tá- rolására alkalmas. Megkülönböztetünk csak olvasható, egyszer írható, valamint többször írható változatokat. A kereskedelmi forgalomban kapható csak olvasható CD-kre a gyártás során egy különleges préselési eljárással viszik fel az információt. A CD-ROM-ok másik fajtája az írható CD, amely üresen kerül forgalomba. Olyan speciális adathordozó réteggel rendelkezik, amely lehetővé teszi, hogy CD író készülék segítségével adatokat rögzítsünk rajta. Megkülönböztetünk egyszer írható (CD-R), illetve újraírható (CD-RW) lemezeket. A CD-R lemezre akár több lépésben is írhatunk adatokat, de az adatmennyiség nem haladhatja meg a CD kapacitását. A rögzített adat módosítására nincs lehetőségünk. z újraírható CD-RW lemezeket a CD-R lemezekhez hasonlóan írhatjuk, azonban lehetőségünk van az adatok teljes törlésére, és a lemez többszöri újraírására.

33 Optikai háttértárak-CD
CD-ROM: Compact Disc Read Only Memory, gyárilag préseléssel előállított CD lemez, ami tetszőleges számítástechnikai adatot tartalmazhat. Csak olvasható. Maximális kapacitása 650 MB, vagy szabványos zenei CD esetén 74 perc lehet. A CD olvasók adatátviteli sebességét az audio CD olvasó sebességének többszörösével mérik. Így pl. a 40-szeres CD olvasó elméleti maximális adatátviteli sebessége 40 x 150 KB/s, azt jelenti, hogy másodpercenként 6 MB átvitelére képes, azaz a teljes lemez végigolvasása alig 2 percig tartana. Sajnos a valóságban, a pozicionálások miatt a lemezen tárolt fájlok és könyvtárak számától függően ez az idő az előbbinek többszöröse is lehet. CD-R: CD Recordable, egyszer írható CD lemez, amelyre a felhasználó írja, vagy íratja fel a szükséges adatokat. A már felírt adatokat letörölni nem lehet, bizonyos esetekben a lemezre még további adatok írhatók. Maximális kapacitása 700 MB (CD-R80). CD-RW: CD Rewritable, többször írható CD. Felírása külön hardvert igényel, azonban a napjainkban kapható újraírók kezelik a CD-R és CD-RW lemezeket is. A CD-RW lemezek kezelése történhet hasonlóan a CD-R lemezekéhez, vagy cserélhető háttértárolóként is. Ilyen esetben az első használat előtt fel kell építeni az UDF (Univarsal Disc Format) struktúrát. Ez a művelet a lemezformázáshoz hasonlítható leginkább, rendkívül időigényes, ekkor a CD-RW hasznos írható területe 500 MB-ra csökken.

34 Optikai háttértárak-CD

35 Fajtái: a felhasználó hozzáférése alapján létezik: A CD-ROM (Read Only Memory) csak olvasható. Tartalmát nem tudjuk megváltoztatni. 8 vagy 12 cm átmérőjű lemez, amelyen MB adat tárolható. A lemez tartalmazhat hang és képanyagot, programokat, adatokat stb WORM lemezek (Write Once Read Many) Egyszer írható, tetszőlegesen (sokszor) olvasható optikai tároló. CD-R lemezek házilag írhatók egy speciális CD-író készülékkel WARM lemezek (Write And Read Many) Többször írható (törölhető) lemezek.

36 Optikai háttértárak - DVD
A DVD (Digital Versatile Disc-digitális sokoldalú lemez) egy nagy kapacitású CD méretű (12 cm átmérőjű) lemez, kapacitása 4.7GB-tól 17.1GB-ig terjedhet. Sokan helytelenül a DVD szó alatt rögtön a DVD-Video formátumot értik, holott ez a "digitális sokoldalú lemez" a videón túl képes audio (DVD-Audio), multimédiás anyagok vagy bármilyen adat tárolására is. Méreteit tekintve általában akkora, mint a CD, vagyis 120 mm átmérőjű. Ritka ugyan, de léteznek a Mini–CD-hez hasonlóan Mini–DVD lemezek, 80 mm-es átmérővel. A CD-vel felülről kompatibilisek.

37 Optikai háttértárak - DVD
DVD: Digital Video Disc, a legújabb CD fejlesztés. Az adatsűrűség növelésével és két adathordozó réteg egymás fölé helyezésével megoldották, hogy a lemez kapacitása elérje a 8,5 GB-ot. Ezen a területen 133 perces videó tárolható Hifi hangminőségben, több nyelven. Zene tárolása esetén kb. 13 hagyományos lemez anyaga tárolható a hagyományos 44,1 kHz helyett 96 kHz-es mintavételezési frekvenciával 24 bites hangminta szélességben. DVD-R: Egyszer írható DVD lemez, amely olvasható az összes DVD olvasóban és asztali DVD lejátszóban. A professzionális célú lemezeket nem minden DVD író kezeli. Kapacitása 3,5 GB - 4,7 GB. Felhasználható otthoni képek, videofelvételek tárolására és hosszú időn át történő megőrzésére, számítógépes környezetben képek, multimédiás anyagok rendszerezésére. DVD+R: Egyszer írható DVD lemez. Minden DVD újraíró és a DVD olvasók nagy része olvassa. Nagy adatrögzítési sebességet tesz lehetővé. Kapacitása 4,7 GB.

38 Optikai háttértárak - DVD
DVD-RAM: Újraírható DVD lemez, gyakori mentési (PC), vagy mindennapos (asztali videó felvevő) film és audio felvétel és lejátszási célokra készült. Kapacitását a használt hardver határozza meg. Elérhető lemeztípusok: 5,2 GB és 9,4 GB, valamint 2,6 GB és 4,7 GB. A lemezek kazettában helyezkednek el. Az 1. típusú lemezek kizárólag ebben a kazettában használhatók, míg a 2. típusú lemezek kivehetőek a kazettából, így a DVD olvasóban, és asztali DVD felvevők/lejátszók egy részében is használhatók. Használata leginkább cserélhető háttértárolóként javasolt. KB. 100 000-szer írható. DVD-RW: Újraírható DVD lemez. A legtöbb DVD lejátszó olvassa. Kapacitása 4,7 GB. Felhasználása: videofelvételek rögzítése, folyamatos és nagy sebességgel történő biztonsági másolat készítése. Kb írható. DVD+RW: Újraírható DVD lemez. Felhasználható adatok, videó és audiofelvételek tárolására. Tervezése során figyelembe vették, hogy teljesen kompatibilis legyen a jelenlegi hardver eszközökkel. Mind a DVD olvasók és újraírok, mind az asztali DVD lejátszok kezelik. Kapacitása 4,7 GB. Kb írható.

39 Elektronikus háttértárak
Flash memóriák: - Pendrive - Memóriakártyák Összefoglaló néven olyan memóriák, melyek áramkimaradás esetén sem vesztik el tartalmukat, így háttértárolóként alkalmazhatóak. Elterjedésük folyamatban van, előnyük, a kis helyigény, valamint nem tartalmaznak forgó, mozgó alkatrészeket, melyek meghibásod-hatnak. Hátrányuk, az adatok írásának és olvasásának viszonylagos lassúsága (a többi háttértárhoz képest).

40 Hangkártya Szín Funkció Rózsaszín Analóg mikrofon bemenet Világoskék
Olyan bővítőkártya, ami hangot fogad és ad ki számítógépes programok utasítására. Egyszerre bemeneti és kimeneti eszköz is. A legtöbb mai számítógépben ez az eszköz az alaplapra van építve (integrálva) A legtöbb 1999 után gyártott hangkártya csatlakozói a Microsoft PC 99 szabványa szerint a van színezve: Szín Funkció    Rózsaszín Analóg mikrofon bemenet Világoskék Analóg bemenet Világoszöld Analóg kimenet a fő hangszóróknak vagy a fejhallgatónak. Fekete Analóg kimenet a hátsó hangszóróknak (4.0 vagy több esetén). Ezüst Analóg kimenet az oldalsó hangszóróknak (7.1 esetén). Narancs S/PDIF digitális kimenet

41

42 Videokártya kimenetek
DVI S-Video VGA VGA: CRT monitorhoz és analóg LCD-hez S-Video: TV-hez DVI: digitális LCD-hez