PODSTAWY INFORMATYKI

PODSTAWY INFORMATYKI Wykład 2BUDOWA, DZIAŁANIEI ARCHITEKTURA KOMPUTERÓW dr inż. Piotr Fabian Zakład Oprogramowania, Instytut Informatyki Strona przedmiotu: http://sun.iinf.polsl.gliwice.pl/~piotrcf/pi Wykorzystano m.in. dostępne w Sieci materiałymgr inż. Marcina Kempki oraz dr hab. Zbigniewa Postawy (UJ)

Plan • Historia komputerów • Rodzaje komputerów • Budowa komputera • Urządzenia I/O (wejścia/wyjścia) • Porty • Procesor – budowa i działanie • Magistrale • Pamięć RAM – rodzaje, budowa, działanie

Historia komputerów (1) • 1500 rokMechaniczny Kalkulator Leonarda da Vinci • Wiele źródeł podaje francuskiego matematyka, fizyka i teologa, Błażeja Pascala jako wynalazcę pierwszej mechanicznej maszyny liczącej, zwanej Maszyną Arytmetyczną. • Prawdopodobnie jednak pierwszy mechaniczny kalkulator mógł być wynaleziony przez Leonarda da Vinci 150 lat przed maszyną Pascala. ze strony: http://www.i-lo.tarnow.pl/edu/inf/hist/historia/

Historia komputerów (2) Jeden z oryginalnych schematów da Vinci Działający model urządzenia da Vinci ze stron: http://www.i-lo.tarnow.pl/edu/inf/hist/historia/ oraz http://www.webcom.com/calc/

Historia komputerów (3) • 1640 rok: Maszyna Arytmetyczna Błażeja Pascala • W roku 1640 Pascal rozpoczął projektowanie urządzenia, które miało pomóc jego ojcuw dodawaniu kwot pieniężnych. • Urządzenie Pascala mogło jedynie dodawaći odejmować, natomiast operacje mnożenia oraz dzielenia były realizowane za pomocą serii dodawań lub odejmowań (dodawań przez dopełnenie). • 1670: Gottfried Wilhelm Leibnitz, maszyna mnożąca ze strony: http://www.i-lo.tarnow.pl/edu/inf/hist/historia/

Historia komputerów (4) Maszyna Arytmetyczna Pascala ze strony: http://www.macs.hw.ac.uk/~greg/calculators/pascal/Pascaline's_Gallery.htm

Historia komputerów (5) • 1830 rokMaszyna Analityczna Charlesa Babbage'a • W roku 1822, Babbage zaproponował budowę maszyny zwanej Maszyną Różnicową, której zadaniem byłoby automatyczne obliczanie tablic matematycznych. Maszyna Różnicowa była ukończona jedynie częściowo, gdy Babbage wpadł na pomysł innej, bardziej złożonej maszyny, którą nazwał Maszyną Analityczną. • Maszyna Analityczna miała używać pętli utworzonych z serii kart perforowanych Jacquard’a w celu sterowania automatycznym kalkulatorem, który mógł podejmować decyzje na podstawie wyników poprzednich obliczeń. Maszyna również miała być wyposażona w kilka cech spotykanych we współczesnych komputerach, mianowicie takich jak sterowanie sekwencyjne, odgałęzienia oraz zapętlenia programu. ze strony: http://www.i-lo.tarnow.pl/edu/inf/hist/historia/

Historia komputerów (6) • Babbage pracował nad swoją Maszyną Analityczną od około 1830 roku aż do swojej śmierci (1871), lecz niestety nigdy jej nie ukończył. Często się mówi, iż Babbage wyprzedził swoje czasy o sto lat i że ówczesna technologia nie była odpowiednia do realizacji jego dzieła. ze strony: http://www.i-lo.tarnow.pl/edu/inf/hist/historia/

Historia komputerów (7) • Lata 1943 do 1946Pierwszy komputer elektroniczny ogólnego przeznaczenia - ENIAC • 42 szafy o rozmiarach 3 m * 30 cm * 60 cm każda • 18800 lamp, 6000 przełączników, 1500 przekaźników, 70000 oporników, 10000 kondensatorów • Pobór energii: 140 kW; chłodzenie: 2 * 20 kW • Masa: 30 ton • Moc obliczeniowa: 5000 dodawań na sekundę,385 mnożeń na sekundę • od 1941: Konrad Zuse, komputery mechanicznei elektromechaniczne, Z3, Z4, język Plankalkül ze strony: http://www.i-lo.tarnow.pl/edu/inf/hist/historia/

Historia komputerów (8) • Komputer ENIAC opracowany został na zlecenie Armii USA, która potrzebowała go do wykonywania żmudnych, tabelarycznych obliczeń dla nowo produkowanych dział. ze strony: http://www.i-lo.tarnow.pl/edu/inf/hist/historia/

Historia komputerów (9) • W Stanach Zjednoczonych firma Bell Laboratories rozpoczęła badania nad półprzewodnikami w roku 1945, a fizycy William Shockley, Walter Brattain oraz John Bardeen odnieśli sukces tworząc pierwszy germanowy tranzystor ostrzowy 23 grudnia 1947 roku ze strony: http://www.i-lo.tarnow.pl/edu/inf/hist/historia/

Historia komputerów (10) • W czasie trwania wojny odkryto, iż urządzenia zbudowane na bazie półprzewodników mogą być potencjalnymi wzmacniaczami i przełącznikami i dlatego mogą one zastąpić panującą wtedy powszechnie technologię lamp próżniowych, lecz byłyby dużo mniejsze, lżejsze i wymagały by mniej energii. • W roku 1950 Shockley wynalazł nowy element półprzewodnikowy, zwany tranzystorem o złączu bipolarnym, który był bardziej niezawodny, łatwiejszy i tańszy w produkcji oraz posiadał bardziej stabilne parametry od elementów ostrzowo-złączowych. ze strony: http://www.i-lo.tarnow.pl/edu/inf/hist/historia/

Historia komputerów (11) • Indywidualnie pakowane tranzystory były dużo mniejsze od ich poprzedników lamopwych, lecz inżynierowie wciąż życzyli sobie mniejszych przełączników elektronicznych. W dużym stopniu żądanie miniaturyzacji napędzane było przez wymagania amerykańskiego programu kosmicznego. Już od pewnego czasu ludzie sądzili, iż dobrze byłoby móc produkować całe obwody elektroniczne na pojedynczym kawałku półprzewodnika – układy scalone. ze strony: http://www.i-lo.tarnow.pl/edu/inf/hist/historia/

Historia komputerów (12) Jeden z pierwszych układów scalonychok. 1958 Jack Kilby (1923-2005)z pierwszym układem scalonym ze strony: http://www.i-lo.tarnow.pl/edu/inf/hist/historia/

Historia komputerów (13) • Prawo Moore’a (1965):Złożoność układów cyfrowych stosowanych w komputerach podwaja się co 18 miesięcy. Dotyczy do pamięci, mocy obliczeniowej itp.

Historia komputerów (14) http://en.wikipedia.org/wiki/Image:Wgsimonmooreslaw001.jpg

Rodzaje komputerów (1) • Komputery sterujące • Embedded computers, mikroprocesory wbudowane w różne urządzenia, np. samochody, pralki, tostery, windy, maszyny do szycia. • Elektroniczne dodatki w ciele człowieka: układy monitorujące pracę organizmu, rozruszniki serca, bioprotezy ze strony: http://www.phys.uni.torun.pl/~duch/Wyklady/komput/w04/rodzaje.html

Rodzaje komputerów (2) • Komputery kieszonkowe • Komputerki naręczne, w zegarkach. • Notesy menedżerskie. • P/PC, Palmtopy, komputerki trzymane w dłoni. • H/PC, Handheld PC, komputerki trzymane w ręce. • PDA - Personal Digital Assistants, osobisty asystent cyfrowy. • Tablet PC • Zintegrowane urządzenia komputerowo-komunikacyjne. ze strony: http://www.phys.uni.torun.pl/~duch/Wyklady/komput/w04/rodzaje.html

Rodzaje komputerów (3) Casio GPS Pathfinder - wbudowany GPS (Global Positioning System). Casio Wrist Camera: 1 MB RAM, ekranik LCD, kamera 28K pikseli, komunikacja przez IrDA. ze strony: http://www.phys.uni.torun.pl/~duch/Wyklady/komput/w04/rodzaje.html

Rodzaje komputerów (4) • Palmtopy, P/PC • Działają głównie z systemami operacyjnymi PalmOS, Windows CE lub własnymi. • Mają często rysiki i rozpoznają pismo ręczne. • Zapewniają pełną wymianę plików (ale nie programów) z komputerami osobistymi PC dla wielu typowych programów. • Mają możliwości wczytywania programów dla nich napisanych. • Akumulatory wytrzymują tygodnie bez ładowania. ze strony: http://www.phys.uni.torun.pl/~duch/Wyklady/komput/w04/rodzaje.html

Rodzaje komputerów (5) • H/PC, Handheld PC • Podobne do P/PC, często z systemem operacyjnym Windows CE. • Wykorzystanie rysików i czasem dołączane klawiatury. • Możliwość dołączenia do Internetu przez telefon komórkowy. • Możliwości muzyczne odtwarzania plików MP3/WMA. • Liczne akcesoria i możliwości rozszerzeń za pomocą nietypowych modułów. ze strony: http://www.phys.uni.torun.pl/~duch/Wyklady/komput/w04/rodzaje.html

Rodzaje komputerów (6) • PDA - Personal Digital Assistant • Programy aplikacyjne: komputer o możliwościach PC. • Dołączane klawiatury i możliwość korzystania z rysika. • Mozliwości pracy w Internecie. • Rozszerzenia typu PC-Card jak dla notebooków. ze strony: http://www.phys.uni.torun.pl/~duch/Wyklady/komput/w04/rodzaje.html

Rodzaje komputerów (7) • Notesy menadżerskie • wiekszość oprogramowaniaw ROMie; • brak możliwości wczytywania nowych programów; • wymiana plików z PC; • działają na baterii miesiącami; • często niewielkie - rozmiarów karty kredytowej, np. Xircom Rex ze strony: http://www.phys.uni.torun.pl/~duch/Wyklady/komput/w04/rodzaje.html

Rodzaje komputerów (8) • Notebooki • Notebook, laptop - wielkością zbliżone do kartki formatu A4, waga 1-5 kg. • Mikro-notebooki • Mikro-notebooki, np. Toshiba Libretto - 0.9 kg, z Windows, w pełni sprawny PC, ale za mała klawiatura by wygodnie pracować. ze strony: http://www.phys.uni.torun.pl/~duch/Wyklady/komput/w04/rodzaje.html

Rodzaje komputerów (9) • Komputery osobiste • Komputery osobiste IBM-PC • Komputery firmy Apple ze strony: http://www.phys.uni.torun.pl/~duch/Wyklady/komput/w04/rodzaje.html

Rodzaje komputerów (10) • Stacje robocze - workstations • moc obliczeniowa, system wielodostępny, wbudowane możliwości komunikacji • Mainframes - komputery centralne • architektura SMP - symetryczna wieloprocesorowa, wspólna pamięć, < 1000 procesorów, zwykle <64(symmetric multiprocessors) • architektura MPP - niezależna wieloprocesorowa, oddzielna pamięć dla każdego procesora, nawet ponad 1000 procesorów(Massively Parallel Processing) ze strony: http://www.phys.uni.torun.pl/~duch/Wyklady/komput/w04/rodzaje.html

Rodzaje komputerów (11) • Superkomputery • IBM Blue Gene, 1 milion procesorów, prędkość ok. Petaflopa, czyli 1015 operacji/sekundę, porównywalna z mocą obliczeniową całego mózgu! PC z Pentium 4/2.5 GHz osiąga około 2.3 Gflopa • Superkomputery graficzne: RenderDrive, 100 razy szybszy od PC, sprzętowo realizuje funkcje renderingu scen. ze strony: http://www.phys.uni.torun.pl/~duch/Wyklady/komput/w04/rodzaje.html

Porównanie mocy obliczeniowej * * http://www.transhumanist.com/volume1/moravec.htm * urządzenie uniwersalne * Rysunek z ROBOT, Moravec, Oxford, 1998, rozdział 3: Power and Presence, page 58

Ekstrapolacja mocy obliczeniowej http://www.transhumanist.com/volume1/moravec.htm Rysunek z ROBOT, Moravec, Oxford, 1998

sterowanie Procesor Pamięć Urządzeniawe/wy mag. danych mag. adresowa Budowa komputera (1) Koncepcja von Neumanna

Budowa komputera (2) JEDNOSTKA CENTRALNA Procesor Urządzenia wejścia Urządzenia wyjścia Pamięćoperacyjna Komputer = Jednostka Centralna + Urządzenia Zewnętrzne Jednostka Centralna = Procesor + Pamięć Operacyjna

Budowa komputera (3) • Funkcją urządzeń peryferyjnych (zewnętrznych)jest dostarczanie lub odbieranie informacji (danych lub rozkazów) do lub z jednostki centralnej. • Wyróżniamy następujące grupy urządzeń peryferyjnych: • urządzenia wejściowe • urządzenia wyjściowe • urządzenia wejściowo - wyjściowe

Budowa Komputera (4) • Przykładowe urządzenia wejściowe: • Klawiatura • Myszka • Skaner • Karta sieciowa • Joystick • Modem

Budowa Komputera (5) • Przykładowe urządzenia wyjściowe: • Monitor • Ploter • Drukarka • Karta sieciowa • Rzutnik • Modem

Budowa Komputera (6) • Traktując problem klasyfikacji ogólnie możemy powiedzieć, że: • Urządzenia wejściowe przesyłają informacje do jednostki centralnej • Urządzenia wyjściowe odbierają informacje z jednostki centralnej

Płyta główna komputera PC (1) • PŁYTA GŁÓWNA - (ang. mainboard lub motherboard) stanowi najważniejszy element całego komputera, jest jego swoistym kręgosłupem stanowiącym bazę do instalowania pozostałych elementów komputera. To za jej pośrednictwem odbywa się wzajemna komunikacja między poszczególnymi zainstalowanymi w komputerze urządzeniami. Od jej rodzaju zależy jakimi możliwościami rozbudowy będzie dysponował komputer, jakie urządzenia będzie mógł obsługiwać oraz decyduje o wyborze komponentów z jakimi będzie mógł współpracować - rodzaj procesora, pamięci, kart rozszerzających czy obudowy. ze strony: http://student.wsu.kielce.pl/fizzy/jedncentr_plytaglowna.htm

Płyta główna (2)

Płyta główna (3) • Obecnie najbardziej popularnym standardem płyt głównych jest ATX. • zintegrowane z płytą wszystkie gniazda wyprowadzeń • Format ATX posiada kilka odmian, są to: • mini ATX • mikro ATX (maks. 4 karty ISA, PCI lub AGP i zwykle tylko dwa moduły pamięci DIMM)

Płyta główna (4) • Chipsety są układami scalonymi stanowiącymi integralną część płyty głównej. • Od strony funkcjonalnej chipset składa się z wielu modułów, których zadaniem jest integracja oraz zapewnienie współpracy poszczególnych komponentów komputera (procesora, dysków twardych, monitora, klawiatury, magistrali ISA, PCI, AGP pamięci DRAM, SRAM i innych). ze strony: http://student.wsu.kielce.pl/fizzy/jedncentr_plytaglowna.htm

Płyta główna (5) • Trzon każdego chipsetu stanowi: • kontroler CPU, • kontroler pamięci operacyjnej RAM, • kontroler pamięci cache, • kontroler magistral ISA, PCI, PCIExpress i innych. • Dodatkowo w chipsecie zintegrowanesą najczęsciej elementy takie jak: • kontroler IDE, SCSI, FDD i innych, • kontroler klawiatury (KBC), przerwań IRQ, kanałów DMA, • układ zegara rzeczywistego (RTC), • układy zarządzania energią (power management) • kontroler układów wejścia / wyjścia • kontroler takich interfejsów jak: AGP, UMA, adapterów graficznych i muzycznych. ze strony: http://student.wsu.kielce.pl/fizzy/jedncentr_plytaglowna.htm

Płyta główna (6) • Chipset stanowi "serce" płyty główneji odpowiada za sterowanie przepływem strumienia danych • Zwykle jest podzielony logicznie na dwa osobne układy, tzw. mostki: • mostek południowy (ang. south bridge) • współpraca z urządzeniami we/wy, np. dyskiem, kartami rozszerzeń • mostek północny (ang. north bridge) • wymiana danych między pamięcią a procesorem, sterowanie magistralą AGP ze strony: http://student.wsu.kielce.pl/fizzy/jedncentr_plytaglowna.htm

Płyta główna (7) Schemat blokowy chipsetu Intel 845

Porty – komunikacja z urządz. I/O LPT COM PS2 USB JACK

Porty – komunikacja z urządz. I/O LPT PS2 Audio COM USB Mainboard i915G Combo Video/FireWire

PS/2 • ...klawiatura, myszka... ze strony: http://www.tigerdirect.com/static/html/reference-cables-guide.html

VGA • ...monitor z wejściem analogowym... ze strony: http://www.tigerdirect.com/static/html/reference-cables-guide.html

DVI • ...monitor z wejściem cyfrowym... ze strony: http://www.tigerdirect.com/static/html/reference-cables-guide.html

LPT (DB25) • ...drukarka... ze strony: http://www.tigerdirect.com/static/html/reference-cables-guide.html

RJ-45 • ...sieć - Ethernet... ze strony: http://www.tigerdirect.com/static/html/reference-cables-guide.html

S-Video • ...telewizor, kamera itp. - analogowo... ze strony: http://www.tigerdirect.com/static/html/reference-cables-guide.html

PODSTAWY INFORMATYKI