A számítógép felépítése és működése

1. PTE FEEK Pécs, 2007. november 7. A számítógépfelépítése és működése Ambrus Attila József Informatikus-könyvtáros 1. évf. BA-AL tagozat ambrusa@lib.pte.hu

2. Történeti áttekintés: a kezdetektől a mai korszerű számítógépekig - Ábrázolás, barlangrajzok - Az írás megjelenése, papirusz - Számolótáblák/korongok (abakusz) - Kezdetleges írógépek, nyomdagépek - Modern mechanikai írógépek - Elektronikus írógépek - Lyukkártyás számítógépek - Személyi számítógépek generációi Mi a számítógép? (Olvassa el!)

3. A számítógépek mai sokfélesége (Cél: tartósság, gyorsaság, adattárolási kapacitás növekedése, könnyű kezelhetőség)

4. A számítógép felépítése I. (Asztali gép – ahogy egy felhasználó láthatja)

5. A számítógép felépítése II. (A vázlatos felépítés sematikus rajza) Hátulnézeti kép Oldalnézeti kép

6. Egy számítógépház belső fotója

7. A számítógép elvi felépítése

8. A számítógép blokkdiagramja (angol nyelvű animáció)

9. Az alaplap A számítógépek legnagyobb nyomtatott áramköri lapja, amely számos alapegységet tartalmaz (pl. BIOS, CMOS áramkör, vezérlőlapkakészletek, stb.), és amelybe a processzor, a memória és a különböző bővítőkártyák is illeszkednek. Az alaplap feladata olyan általános infrastrukturális rendszerek (pl. buszok, vezérlők, tápellátás) biztosítása, amelyek lehetővé teszik a számítógépek részegységeinek működését és az azok közti kommunikációt. (Forrás: http://pcforum.hu/szotar/)

10. A processzor (CPU) működési elve A CPU (angol: Central Processing Unit - központi feldolgozóegység) más néven processzor, a számítógép „agya”, azon egysége, mely az utasítások értelmezését és végrehajtását vezérli, félvezetős kivitelezésű, összetett elektronikus áramkör. Egy szilícium kristályra integrált, sok tízmillió tranzisztort tartalmazó digitális egység. A bemeneti eszközök segítségével kódolt információkat feldolgozza, majd az eredményt a kimeneti eszközök felé továbbítja, melyek ezeket az adatokat információvá alakítják vissza. A PC-be helyezett processzort az Intel fejlesztette ki. A processzor alatt általában mikroprocesszort értünk, régebben a processzor sok különálló áramkör volt, ám a mikroprocesszorral sikerült a legfontosabb dolgokat egyetlen szilíciumlapkára integrálni.(Forrás: Wikipedia.org)

11. A processzor (CPU) részei

12. A „felejtő” memória: RAM A tetszőleges hozzáférésű memória rövid neve (RAM) az angol Random Access Memory rövidítéséből származik. Az adatok csak addig maradnak meg benne, amíg a számítógép feszültség alatt van: kikapcsoláskor a benne tárolt adatok elvesznek.

13. A hangkártya A hangkártya egy számítógép-bővítőkártya, ami hangot fogad és ad ki, számítógépes programok utasítására. Tipikus felhasználási területei: multimédiás alkalmazások, hang és videószerkesztések, és szórakozás (filmnézés, zenehallgatás, játékok). A legtöbb mai számítógépben ez az eszköz az alaplapra van építve (integrálva), de egyes korábbi gépekhez még külön kell beszerelni. A professzionális felhasználók szintén külön szoktak hangkártyát vásárolni, sokkal jobb minősége és teljesítménye miatt.

14. A videokártya A videokártya, videoadapter, grafikus kártya vagy grafikus adapter a számítógép része. Feladata, hogy a számítógép által küldött információkat feldolgozza, és egy megjelenítő egység számára értelmezhető jelekké alakítsa. Ez az egység általában a monitor, de lehet LCD TV, HDTV vagy projektor. A grafikus kártya és a megjelenítő különböző grafikus szabványok szerint kommunikálhat egymással. A videokártya kivitelezés alapján lehet alaplapra integrált vagy bővítőkártya.

15. A számítógép adattárolói (a múlt) I. Lyukkártyás adattárolók A számítógépes lyukkártyákat input adatok bevitelére, adatok ideiglenes tárolására, programok bevitelére és esetleg output adatok kiíratására használták. A felületén nyolcvan oszlopos számhálózatot találunk. Az egyes oszlopok a decimális számjegyeket tartalmazták 0-9-ig. A kártyák a biztonságos kezelése végett (nem megfordítható) a bal felső sarkát 45 fokos szögben levágták. Az adatokat lyukasztások formájában rögzítették. Az adatok tartalmát a lyukasztás helye határozta meg. Az általános input kártyán a kártyalyukasztók egy karaktert 1 oszlopon ábrázoltak. A számábrázolás decimális rendszerű volt. 

16. A számítógép adattárolói (a múlt) II. Mágnesszalagos adattárolók A szalagos adattárolás a számítástechnikában is létezik, de már kihalófélben van, ezzel az adatok elérése lassú, így csak a folyamatosan elhelyezhető információk mentési, archiválási célú felhasználására jöhet szóba. Kapcsolódó cikk: A szalagos adattárolás visszatér

17. A számítógép adattárolói III. Mivel a központi egységben lévő memória-áramkörök kikapcsoláskor elveszítik adattartalmukat, gondoskodni kell a bennük tárolt információ megőrzéséről. Erre a célra szolgálnak az ún. háttértárolók. A háttértárolók relatíve lassúak, ezért a központi egység és a háttértárolók „közé” gyorsító (cashe) tárolókat illesztenek. A háttértárolók kialakítására nagyon sok fizikai jelenséget próbáltak felhasználni, de csak két alapvető elv került tömeges felhasználásra: a mágneses adattárolás és az optikai. Mágneses adattárolók I. A felületre felvitt mágnesezhető vékony réteg pici részei önállóan mágnesezhetők, az állapotuk kiolvasható. Elég, ha a hagyományos audio magnókra gondolunk példaként. A szalagos adattárolás a számítástechnikában is létezik, de az adatok elérése lassú, így csak a folyamatosan elhelyezhető információk mentési, archiválási célú felhasználására jöhet szóba. A szalagnál gyorsabb elérést biztosítanak a mágneslemezek. Két hagyományos típusuk van: az olcsóbb és kisebb kapacitású cserélhető hajlékony lemezek (floppy), valamint a többnyire fixen beépített nagyobb kapacitású merevlemezek (winchester). Merevlemez

18. A számítógép adattárolói IV. A szalagnál gyorsabb elérést biztosítanak a mágneslemezek. Két hagyományos típusuk van: az olcsóbb és kisebb kapacitású cserélhető hajlékony lemezek (floppy), valamint a többnyire fixen beépített nagyobb kapacitású merevlemezek (winchester). A mágneslemezek kör alakú mágnesezhető anyaggal bevont felületű lemezek, melyek adatait léptetőmotorral mozgatott író/olvasó fejek érik el. A fejek és a lemez közvetlen érintkezését (karcolódás!) a forgás közben kialakuló légpárna akadályozza meg. A hajlékony lemezeket műanyag (régebben papír) tokban, a merevlemezeket zárt fémházban helyezik el a szennyeződéstől való védelem érdekében. Mágneses adattárolók II. Hajlékony lemez

19. A számítógép adattárolói V. Optikai adattárolók Az optikai tárolás fizikai alapelve egyszerű: Az adathordozó fényvisszaverő felületén az alapszinthez képest szintbeli eltérést, dudort vagy gödröt (pit) hoznak létre. A felületet letapogató lézerfény ezekről másképp verődik vissza az érzékelő eszközre, így a digitális kódolást (binárisan) lehetővé teszi. Az optikai tárolók között legelterjedtebbek a CD-k (Compact Disc), amelyek tárolókapacitása kb. 650MB. A fejlesztők újabb, nagyobb tárolási kapacitást (4,7-17 GB) lehetővé tevő eszközt dolgoztak ki és ezt DVD-nek (Digital Video Disk) nevezték. Manapság már megjelent a Blu-ray Disc (25 Gb) is. (CD / DVD / Blu-Ray 1-szer vagy többször újraírható változatai) Blu-ray Disc

20. A számítógép adattárolói VI. (Animáció a CD működéséről) Blu-ray Disc

21. Egyéb adattárolók A  félvezetőgyártás fejlődése létrehozott (részben a multimédia kiszolgálására) olyan külső memóriákat, amelyek tisztán félvezető alapúak, azaz nem tartalmaznak mozgó alkatrészt. Ilyenek a flash memóriák. Szerveződésük fájlelvű és inkább a külső meghajtókra hasonlít a használatuk. Két elterjedt csoportjuk a multimédia memóriakártyák és a Pen drive-ok.  Az előbbiek kártya alakúak (akár 25x20 mm nagyságú is lehet), az utóbbiak  nevüket az alakjukról kapták (kicsi toll alakúak) és az USB portra csatlakoztathatók.  Mindkettő kapacitása néhány megabájttól több gigabájtig terjed. A floppyt már szinte teljesen kiváltották.

22. A számítógép perifériái I. Beviteli eszközök I. BILLENTYŰZET Az írásjelenkénti információ-bevitel eszköze. Az írógépeknél megszokott módon alakították ki a billentyűzet elrendezését. A számítógépben futó billentyűzet-értelmező programmal a billentyűzet át is definiálható, azaz a billentyűk jelentése megváltoztatható.

23. A számítógép perifériái II. Beviteli eszközök II. EGÉR: A mai grafikus programok igénylik a képernyő egy-egy pontjára való rámutatást. Ezt a navigáló (kurzormozgató) billentyűk segítségével csak nagyon kényelmetlenül lehet elvégezni. Emiatt egy olyan eszközt fejlesztettek ki, amelyet a kinézeténél fogva (tenyérben elférő forma, tetején két-három gombbal, és vékony vezetékkel csatlakozik a számítógéphez, többnyire a soros porthoz) egérnek neveztek el. Az egér alján süllyesztett, de a síkból kissé kiálló golyó található. Az egeret mozgatva a golyó fordulása görgők közvetítésével elektromos jelekké alakítódik, amit a számítógépben futó egérkezelő program a képernyőn egy speciális kurzor mozgatásához használ fel. Az egér billentyűinek lenyomásával pedig tranzakciókat kezdeményezhetünk. Az egér működéséhez sima, csúszásmentes felületet, egérpadot használunk.

24. A számítógép perifériái III. Beviteli eszközök III. SZKENNER: A képeket digitális jelsorozatokká alakító berendezéseket szkennereknek (angol megnevezés: scanner) nevezzük. Egy szkenner által szolgáltatott jelsorozatot – digitalizált képet, szöveget – a hozzá tartozó szoftver alakítja tovább valamely szabványos adatformátumnak megfelelően. A szkennerek megvilágítják a letapogatandó tárgyat, majd a képét egy fényérzékeny félvezetőre vetítik. Színes szkennerek esetében általában RGB (Red – vörös, Green – zöld, Blue – kék) alapszínekre bontják a képet. A szkennereket többféle kivitelben készítik. A kézi szkennerekkel kisebb méretű képek, az asztali szkennerek már nagyobb képek igényesebb letapogatására is alkalmasak. A harmadik kategória a nyomdai dobszkenner.

25. A számítógép perifériái IV. Beviteli eszközök IV. MIKROFON: A mikrofon egy elektroakusztikai átalakító. Célja a fizikai közegben (pl. levegőben) terjedő rezgések átalakítása elektromos jellé. A mikrofon jelét általában a számítógép hangkártyáján keresztül alakíthatjuk át digitális jellé.

26. A számítógép perifériái V. Beviteli eszközök V. KAMERA: A kamera a camera obscura latin kifejezésből származó elnevezés, amelyet a magyar átvett filmfelvevő és videokamera értelemben, de újabban az angol hatására a fényképezőgép elnevezésére is használják. Egy optikai lencsékből és fényvédett részből álló szerkezet. A lencsék egy zárszerkezeten keresztül képet vetítenek egy rögzítő felületre (analóg filmre vagy digitális CCD-re). A híradástechnikában az átviteli rendszer eleme, képek vagy képsorozatok optikai képét időben változó elektromos jellé alakító leképező rendszer. Kimenő jele a videójel, amely szinkron és színkódolási (pl. PAL) információkat tartalmaz.

27. A számítógép perifériái VI. Kimeneti eszközök I. MONITOR: A rendszer üzeneteit, a felhasználói program eredményeit (szöveg, képek) jelenítik meg. A kép előállítása a TV-kben alkalmazott eljáráshoz hasonló. A hagyományos képernyők (CRT) helyett egyre terjednek a más elven működő (pl.: folyadékkristályos LCD) megjelenítők is. A kép előállítására monitorvezérlőket alkalmaznak (ezek gyakran az alaplapra vannak integrálva). A számítógépek színes monitorai éppúgy, mint a televíziók a három, azaz piros-zöld-kék (RGB) alapszínnel dolgoznak, amelyekből valamennyi létező szín kikeverhető. A képernyők felbontását a sorok és a sorokon belüli képpontok számával mérik, az 1024x768-as felbontás ma már minden képernyővezérlőtől és monitortól elvárható.

28. A számítógép perifériái VII. Kimeneti eszközök II. PROJEKTOR: A prezentációs előadások ma már elképzelhetetlenek e nélkül a kimeneti periféria nélkül. A technikai fejlődés és a tömegtermelés mára már leszorította az árát, így a szórakoztató-iparban is térhódítóvá vált.

29. A számítógép perifériái VIII. Kimeneti eszközök III. NYOMTATÓ:Az információt nyomtató rögzíti a papírra. A nyomtatót többnyire a számítógép ún. párhuzamos kimenetére vagy az USB kimenetére speciális kábellel csatlakoztatják. Terjed a vezeték nélküli (Bluetooth vagy WiFi) csatlakoztatás is. A nyomtatók felbontóképességét dpi-ben (dot per inch - íráspont/hüvelyk) mérik. A működési elv igen sokféle lehet. A mátrixnyomtatók többnyire 9 ill. 24 tűvel rendelkeznek, melyek egy vagy két oszlopban függőlegesen egymás alatt helyezkednek el. Így egy időpillanatban a karakterképnek csak egy-egy függőleges szeletét nyomtatják. A nyomtatás minőségét azzal is lehet javítani, hogy az írófej egy sort többször nyomtat az előzőhöz képest kicsit eltolva. Grafikus nyomtatásra csak korlátozottan alkalmas. A tintasugaras nyomtatók működésének megértéséhez elegendő a vízipisztoly működésére gondolnunk. A kis fúvókán kiáramló tintasugarak alakítják ki a kívánt karaktereket és képpontokat. Alkalmaznak piezokristályos, gőzbuborékos és ún. szilárd tintás technológiát is. Legelterjedtebb otthoni színes nyomtató. A lézernyomtatók legfontosabb alkatrésze a forgó fényérzékeny henger (dob), amelynek homogén negatív töltését - a szöveg/kép pontfelbontása szerinti helyeken - lézerrel megvilágítják és ez a negatív töltést közömbösíti. Így a szintén negatív töltésű festékszemcsék a hengerre tudnak tapadni, amelyet papírra visznek és hőkezeléssel rögzítenek. Az átlagos lézernyomtatók tipikus felbontása 600x600 dpi és 2400x2400 dpi között van. Speciális, nagyméretű nyomtató-berendezés a rajzgép (plotter).

30. A számítógép „lelke/tudata” Operációs rendszer Operációs rendszernek (rövidítése gyakran OS az angol operating system forma alapján) nevezzük a számítástechnikában a számítógépeknek azt az alapprogramját, mely közvetlenül kezeli a hardvert, és egy egységes környezetet biztosít a számítógépen futtatandó alkalmazásoknak (például szövegszerkesztők, játékok stb.). A kezelt hardvererőforrásoknak része többek között a memória, a processzor, a merevlemez és a perifériális eszközök használata. Adalékként idézzük az ISO nemzetközi szabványosítási szervezet definícióját, mely szerint az operációs rendszer „olyan programrendszer, amely a számítógépes rendszerben a programok végrehajtását vezérli: így például ütemezi a programok végrehajtását, elosztja az erőforrásokat, biztosítja a felhasználó és a számítógépes rendszer közötti kommunikációt.”

31. Egyéb szoftver-alkalmazások Számítógépes munkavégzésünk során sokféle felhasználói programmal (szoftverrel) találkozhatunk. A számítógépet manapság a munkavégzés mellett játékra és internetes kommunkációra is használják. Ehhez a tevékenységhez szükséges, hogy a gépen a megfelelő alkalmazások is telepítve legyenek. A szoftverek többsége kereskedelmi forgalomban kapható, de sok szabadszoftvert már ingyen is beszerezhetünk. A technika- és az adattovábbítás fejlődésével napjainkban ebben már segítségünkre lehet az internet . Mi az internet? – Nap mint nap használjuk, rengetegszer megemlítjük, de kapásból valószínűleg igen nehezen tudnánk válaszolni arra kérdésre: mi is az internet tulajdonképpen? Az Origo.hu megkérdezte az utca emberét: Mi az internet? Tekintse meg a videót!

32. Felhasznált források http://www.google.com http://images.google.hu http://kjf2000.kodolanyi.hu/Halozatok/BB.htm http://www.videa.hu http://origo.hu http://wikipedia.hu http://pcforum.hu/szotar/ A bemutató és az swf animációk az alábbi oldalon megtalálhatóak: http://nostromo.pte.hu/~alex/info/ A perifériák képei (egy kivételével) megtalálhatóak az alábbi oldalon: http://picasaweb.google.hu/ambrusattilajozsef/Periferiak Melyik hiányzik? A megoldást az e-mail címemre kérem: ambrusa@lib.pte.hu A szerző előző előadása: Digitalizáció és online megjelenés

33. Vége