Hoofdstuk 5 - Computersystemen

1. Hoofdstuk 5 - Computersystemen

2. Par. 5.1 Computersystemen: hardware Intern geheugen Intern geheugen Processorgegevens Extern geheugen Extern geheugen Uitbreiding Geluidskaart Communicatie videokaart

3. CPU / CVE PROCESSOR • Kern van de computer • Voert instructies programma uit • Verwerkt data • Rekenkundige- of verwerkingssnelheid processor gemeten in MIPS • Kloksnelheid uitgedrukt in MHz

4. 1978 1982 1985 1989 1993 1995 1995 1996 1997 1997 1997 1998 1999 XT 8086 AT 80286 80386 80486 Pentium 60 Mhz Pentium 133Mhz Pentium 150 Mhz Pro Pentium 200 Mhz Pentium 200 + MMX Pentium II 233 Mhz Pentium II 300 Mhz Pentium II 400 Mhz Pentium III 500 Mhz Computersystemen: hardware Jaar Type processor

5. Computersystemen: processor

6. OPBOUW PROCESSOR • Besturingseenheid (control unit) • ALU (rekenkundige en logische eenheid) • Registers -> tijdelijke opslagplaatsen

7. Computersystemen: processor Address Bus Processor Control Unit AMD Athlon CU R1 R2 Arithmetic Logical Unit R3 Registers R4 R5 ALU R6 Von Neumann basismodel R7 R8 Data bus

8. WERKING PROCESSOR: INSTRUCTIECYCLUS • 1. Haal instructie op uit intern geheugen en zet deze in CVE • 2. Decodeer instructie (wat moet er gebeuren en waarmee?) • 3. Voer de instructie uit • Terug naar stap 1.

9. Computersystemen: processor Processor Instruction Pointer CU R1 MOV AX,1 0100 0102 0100 0102 0100 0102 0100 0100 0102 R2 0102 ADD AX,7 1 R3 Register AX MOV AX,0 R4 1 R5 MOV AX,0 ALU R6 R7 MOV AX,0 MOV AX,0 MOV AX,0 MOV AX,0 MOV AX,0 Execute Unit R8 Instruction register Decode Unit

10. 3 TYPEN GEHEUGEN: • 1. Registers: onderdeel CVE, klein, snel, toegankelijk, zeer duur • 2. Werkgeheugen: chips buiten CVE, beperkte capaciteit, snel, duur. Intern • 3. Permanent of achtergrondgeheugen apart apparaat, grote capaciteit, relatief traag, goedkoop. Extern

11. EXTERN GEHEUGEN: • Twee soorten: • adresseerbaar; schijf verdeeld in: • sporen (cirkelbanen op schijf) • sectoren (taartpunten op schijf) • nummering hiervan levert snel zoeksucces op • niet-adresseerbaar: • tape (vgl. cassettebandje)

12. Computersystemen: harde schijf(1) Schijf met magn. materiaal constante draaisnelheid Lees/schrijfkop Lees/schrijfarm

13. Computersystemen: harde schijf (2) spoor sector aantal schijven boven elkaar zelfde spoor op elke schijf: denkbeeldige cilinder materiaal: metaal / glas

14. Computersystemen: CD-ROM(1)

15. Computersystemen: CD-ROM(2)

16. Computersystemen: CD-ROM(3)

17. Computersystemen: CD-ROM(4) spoor sector SpeedTransfer Rate x1 150KB/s x2 300KB/s x4 600KB/s x8 1200KB/s variabele draaisnelheid

18. Computersystemen: Tape bits (8) stopbit (1) BOT EOT Niet adresseerbaar!

19. INTERN GEHEUGEN • Is geadresseerd • heeft twee delen: • RAM-deel  geheugenplaatsen zijn apart te benaderen • ROM-deel  alleen leesbaar, niet uit te wissen

20. Virtueel geheugen: deel van bestand dat snel door processor kan worden geraadpleegd, maar toch op harde schijf staat Cache-geheugen: deel van intern geheugen, waar veelgebruikte instructies direct opvraagbaar zijn (zeer snel) SPECIAAL INTERN GEHEUGEN:

21. Computersystemen: cache • versnelt de acties van de processor • is merkbaar na herhaling • is relatief duur processor geheugen 5 cache Cache-geheugen

22. VON NEUMANN-PRINCIPE • CVE kan maar één opdracht tegelijk verwerken. De instructies worden dus sequentieel, na elkaar verwerkt. Gevolg: vertraging -> de Von Neumann-bottleneck. • Oplossingen: • ondersteunende processor • gekoppelde processor • parallelle processors

23. Par. 5.2 Datacommunicatie • soorten verbindingen • soorten signalen • de hardware van een netwerk • soorten netwerkstructuren

24. Het lokale netwerk - LAN Tegenwoordig is communicatie het sleutelwoord voor de moderne PC. De verbinding tussen PC's begint bij het lokale netwerk - het Local Area Network, afgekort tot LAN. Daarbij wisselen PC's die in hetzelfde gebouw staan, informatie uit. Hiervoor kunnen meerdere technologieën worden gebruikt.

25. Busstructuur • Bus = verbinding tussen processor(en), geheugen(s) en randapparatuur, in de vorm van geleidende strips op een printplaat. • Drie typen: • adresbus • besturingsbus (of: controlebus) • databus

26. Het busnetwerk(1) Een busnetwerk is open aan de uiteinden. Elke PC is op het netwerk aangesloten via een transmitter (verzender). Ook randapparaten, zoals printers, kunnen aan het netwerk worden gekoppeld. Het bekendste voorbeeld van dit type netwerk is Ethernet.

27. Het busnetwerk (2)

28. Het token ring-netwerk Het token ring-netwerk biedt twee speciale eigenschappen die de problemen van het busnetwerk moeten oplossen. Het is een gesloten netwerk waarin maar een enkel pakket (token) tegelijk kan worden verzonden. Zo kunnen zich geen botsingen voordoen.

29. Het token ring-netwerk (2)

30. Het sternetwerk Het sternetwerk levert betere prestaties levert dan het busnetwerk of het token ring-netwerk. De gegevensuitwisselingen worden gecontroleerd door een schakelstation. Aangezien elke node met een eigen kabel op dit station is aangesloten, zijn botsingen uitgesloten.

31. Het sternetwerk (2)

32. Uitgebreide netwerken Vaak wil men kunnen communiceren met PC's in een ander gebouw, een andere stad of zelfs in een ander land. We spreken dan van een uitgebreid netwerk - in het Engels heet dat een Wide Area Network (WAN).

33. Wide Area Network Oorspronkelijk sloeg deze term op computers die waren gekoppeld via media voor telecommunicatie. Tegenwoordig omvat een uitgebreid netwerk meestal lokale netwerken die zijn verbonden via het telefoonnet of speciale lijnen.

34. Communicatie met een modem

35. Een faxmodem

36. 1. Simplexverbinding berichten slechts in 1 richting verzonden 2. Half duplex communicatie in 2 richtingen, echter niet tegelijkertijd 3. (Full) duplex communicatie in 2 richtingen, tegelijkertijd #1 simplex #2 #1 half duplex #2 #1 full duplex #2 Datacommunicatie

37. 1. Punt naar puntlijn (point to point) elke computer via eigen lijn met server verbonden bijv. sternetwerk 2. Multidroplijn elke lijn voor aantal verbindingen gebruikt bijv. ringnetwerk en busnetwerk Netwerkstructuren

38. Netwerken: schakeltechnieken • Totale verbinding blijft in stand • Bericht compleet overgezonden • Synchrone commu-nicatie. Circuit switching:

39. Netwerken: schakeltechnieken • Verbinding tussen knooppunten • Bericht compleet overgezonden • ‘Store and Forward’ • Asynchrone communicatie Message switching:

40. Netwerken: schakeltechnieken • Verbinding tussen knooppunten • Bericht in seg-menten (packets) • Elk segment eigen route • . . . communicatie Packet switching:

41. OSI-model -> standaardisatie netwerkarchitectuur • 7 lagen om architectuur modulair te maken en producten uitwisselbaar:

42. hdr hdr hdr payload payload payload Netwerken: Open Systems Interconnection 7 Applicatielaag messages FTP HTTP SMTP 6 Presentatielaag 5 Sessielaag 4 Transportlaag segments TCP 3 Netwerklaag packets IP 2 Datalink-laag frames MAC 1 Fysieke laag bits 100110 V90 ISDN Medium: koperdraad, glasvezel, radio

43. message message message message message message message message Netwerken: OSI standaard Host 1 Host 2 7 App App 6 Pres Pres 5 Sess Sess 4 Trsp Trsp 3 Net Net 2 Datl Datl 1 Fys Fys 1001100111 1001100111 10011001110011001111101101010111101101111

44. Voorbeeld: pariteit(1) • in datalink-laag gebruik van pariteitsbit (controle op fouten in vervoer data) • Extra bit toegevoegd aan reeks bits • 1. Even pariteit: een 0 of 1 toevoegen om een even aantal enen te krijgen • 2. Oneven pariteit: een 0 of 1 toevoegen om een oneven aantal enen te krijgen

45. Data Data (met pariteitsbit) 0 1 0 1 0 0 1  0 1 0 1 0 0 1 1 1 1 0 1 0 0 1  1 1 0 1 0 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0  1 0 1 1 1 1 0 1 0 0 0 1 1 1 0  0 0 0 1 1 1 0 1 0 1 1 0 1 0 0  0 1 1 0 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 1  1 0 1 1 1 1 1 0 Voorbeeld: Pariteit (2) Even pariteit

46. Data Data (met pariteitsbits) 0 1 0 1 0 0 1  0 1 0 1 0 0 1 1 1 1 0 1 0 0 1  1 1 0 1 0 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0  1 0 1 1 1 1 0 1 0 0 0 1 1 1 0  0 0 0 1 1 1 0 1 0 1 1 0 1 0 0  0 1 1 0 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 1  1 0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 0 Voorbeeld: Pariteit (3)Horizontaal en vertikaal