Wykład 3: Sprzęt

komputerowy

Wykładowca:
Prof. Anatoly
Sachenko

Technologia Informacyjna

2

Przegląd wykładu



Centralna jednostka przetwarzająca -

procesor



Pamięć



Urządzenia wejściowe (wejścia)



Urządzenia wyjściowe (wyjścia)



Urządzenia wejścia/wyjścia



Pamięci zewnętrzni

3

Centralna jednostka przetwarzająca



Centralna jednostka

przetwarzająca (ang. CPU)

jest podstawowym elementem komputera



Przeprowadza operacje arytmetyczne i

logiczne, kontroluje procesy obliczeniowe i

koordynuje całą pracę wszystkich urządzeń

PC



Centralna jednostka przetwarzająca (procesor)

zawiera:



Jednostkę arytmetyczno-logiczną (ALU -

Arithmetic Logic Unit)



Układ sterowania (CU - Control Unit)



Magistralę Danych i Magistralę Adresową

(Data bus, addresses bus)



Rejestry (Registers)



Licznik programów



Cache - szybka pamięć lokalna komputera o

małej pojemności (8-1024 Kb)



Matematyczny koprocesor dla liczb

zmiennoprzecinkowych

4



Jednostka arytmetyczno-logiczna (ALU)

- część

procesora wykonująca operacje arytmetyczne i

logiczne na bajtach lub słowach



Układ sterowania (CU)

- kolejna część

procesora, odpowiedzialna za dekodowanie

dostarczonych instrukcji i odpowiednie

sterowanie pozostałymi jego blokami



Rejestry (Registers)

- komórki pamięci o

niewielkich rozmiarach, służące do

przechowywania tymczasowych wyników

obliczeń (rejestry danych) oraz adresów

lokacji w pamięci operacyjnej



Trigger

– podstawowym elementem rejestru

jest elektroniczna tablica, zdolna przechować

jeden numer binarny (cyfrę kodu binarnego)

Centralna jednostka

przetwarzająca

(kontynuacja)

5



Nowoczesne

procesory

są realizowane w formie

mikroprocesorów



Wizualnie (wygląd zew.) mikroprocesor(MP) jest

obwodem scalonym — cienką, prostokątną płytką

krzemową,



wielkości zaledwie kilku milimetrów

kwadratowych



zdolny do wykonywania operacji cyfrowych

według dostarczonych mu instrukcji



Jedna z części MP zajmuje się operacją

gromadzenia kodów, inna – przechowywaniem

kodów adresu



MP jest programowalnym cyfrowo elektronicznym
elementem, który zawiera w sobie funkcje centralnej
jednostki przetwarzającej (procesora), na
pojedynczym półprzewodnikowym obwodzie scalonym

Centralna jednostka

przetwarzająca

(kontynuacja)

6



Jeden lub więcej mikroprocesorów zazwyczaj

służą jako centralna jednostka

przetwarzająca (CPU) w systemie

komputerowym, wbudowanym systemie, lub

w urządzeniach „kieszonkowych”

Centralna jednostka

przetwarzająca

(kontynuacja)

7



Typy rejestrów:



Sumator

jest rejestrem ALU, uczestniczącym w

każdej bieżącej operacji



Licznik instrukcji

jest rejestrem CU, który

odpowiada za adres następnej uruchamianej
instrukcji



Odpowiada za automatyczny wybór programu
z kolejnych komórek pamięci



Rejestr instrukcji

jest rejestrem CU

przechowującym kod instrukcji przez okres
czasu niezbędny do jej realizacji



Szybkości pracy procesora jest: MHz, GHz



1981 PC : 5 MHz



Nowoczesny : ~ 4,000 MHz (4 GHz)

Centralna jednostka

przetwarzająca

(kontynuacja)

8

Pamięć – Jak jest zbudowana?



Pamięć

składa się z elementów systemu

binarnego - bitów,



łączonych w grupy po 8 bitów,



nazywanych bajtami (8 bitów = 1 bajt)



Wszystkie bajty są ponumerowane



Numer bajta jest nazywany jego adresem



Bajty mogą być łączone w komórki

pamięci, które są nazywane słowami



Dla każdego komputera pojemność

słowa jest ustalona jako



dwa, cztery albo osiem bajtów

9



To jednak nie wyklucza użycia przez pamięć

innych, dłuższych komórek pamięci (na przykład

half-word, double word)



Jedna liczba całkowita lub jedno

polecenie(komenda) może być przedstawione w

jednym słowie



Przyjmowane są różne formy prezentowania

informacji



Podział pamięci na słowa dla czterobajtowych

komputerów jest zaprezentowany w tabeli poniżej:

Bajt 0 Bajt 1 Bajt 2 Bajt 3 Bajt 4 Bajt 5 Bajt 6 Bajt

7

PÓŁSŁOWO PÓŁSŁOWO PÓŁSŁOWO

PÓŁSŁOWO

SŁOWO SŁOWO

PODWÓJNE SŁOWO

Pamięć – Jak jest zbudowana?

10



RAM (Random Access Memory) pamięć o

dostępie swobodnym rodzaj szybkiej

pamięci, o niewielkiej pojemności,

przechowująca dane



Jest bezpośrednio połączona z

procesorem i zamierzona do zapisu,

odczytu i przechowywania programów i

przetwarzanych danych



Pamięć RAM jest używana tylko do

czasowego przechowywania danych i

programów, ze względu na fakt, że

wszystkie informacje w pamięci RAM

znikają, gdy komputer zostaje wyłączony



Dostęp do pamięci RAM jest

bezpośredni, co oznacza, że każdy bajt

pamięci posiada swój indywidualny

adres



Przeciętna pojemność wynosi 2GB

Pamięć - RAM

11



RAM pamięcią opartą o półprzewodniki



Przyjmuje formę zintegrowanych obiegów



Pozwala na dostęp do przechowywanych

danych w dowolnej kolejności — to znaczy

dowolnej i bez fizycznego poruszania

ośrodka pamięci lub fizycznie czytającej

główki



Kluczową przewagą (zaletą)

RAMu nad

typami pamięci, które wymagają fizycznego

ruchu jest to, że czasy odpowiedzi są krótkie i

stałe



Krótkie ponieważ nie potrzebny jest ruch

fizyczny

Pamięć - RAM

(kontynuacja)

12



Stałe ponieważ czas potrzebny na
odebranie fragmentu danych nie zależy od
bieżącej odległości od główki fizycznej



Praktycznie tyle samo czasu jest potrzebne
aby uzyskać dostęp do dowolnego
fragmentu danych na chipie RAM

Pamięć - RAM

13



Cache

lub scratchpad memory (pamięć

notatnikowa, pamięć podręczna) jest bardzo

szybką pamięcią o niewielkiej pojemności



Jest używana do wymiany informacji

pomiędzy mikroprocesorem i główną

pamięcią dla zmniejszenia różnicy w

prędkości przetwarzania informacji przez

procesor i wolniejszą pamięcią główną



Pamięć cache jest zarządzana przez

Kontrolera



Kontroler analizuje bieżący program,

próbując przewidzieć



jakie informacje i komendy będą

potrzebne procesorowi w najbliższym

czasie

Pamięć - Cache

14



Pamięć cache wykorzystuje mikro-obwody

statycznej pamięci SRAM (Static RAM)



Jest charakteryzowana szybszą

wydajnością i mniejszą pojemnością niż

pamięć dynamiczna RAM (DRAM ) czy

pamięć synchroniczna RAM (SDRAM)



ROM (Read-Only Memory)

jest pamięcią

tylko do odczytu



Nie jest uzależniona od zasilania



jest używana tylko do gromadzenia

danych



które nie będą nigdy modyfikowane



Jej zawartość jest „szyta” specjalnie dla

danego urządzenia podczas jego

tworzenia, tak, aby dane były

przechowywane w sposób trwały

Pamięć - Cache & Pamięć

specjalna

15



ROM

jest najczęściej używana do rozprowadzania

oprogramowania sprzętowego,

które jest blisko

powiązane z określonym sprzętem

komputerowym



Nowoczesne półprzewodnikowe układy scalone

ROM nie są od razu rozróżniane od podobnych do

nich, układów scalonych takich jak moduł RAM



Układy scalone RAM mogą być odczytywane

szybciej niż większość ROMów



Prędkość zapisu jest zawsze o wiele wolniejsza

niż prędkość odczytu



Pamięć Flash

jest pamięcią, która zależy od

zasilania i obejmuje częste, wielokrotne

zapisywanie informacji



Zawarta w BIOSie (Basic Input/Output System)

Pamięć – Pamięć specjalna

(kontynuacja)

16



BIOS (Basic Input/Output System

) jest to zestaw

programów przeznaczonych do automatycznych

testów urządzeń po podłączeniu komputera i

ładowania systemu operacyjnego



CMOS RAM

jest to pamięć o niskiej prędkości

działania i minimalnym zużyciu energii



Jest używana do przechowywania informacji o

konfiguracji komputera (informacje dotyczące

pamięci, dysków) i trybu jego działania



Pamięć video

(VRAM) jest odmianą pamięci

RAM, gdzie są zachowywane zakodowane obrazy



Jest zorganizowana, więc jej zawartość jest

dostępna jednocześnie dla dwóch urządzeń:

procesora i urządzenia wyświetlającego

Pamięć – Pamięć specjalna

(kontynuacja)

17

Urządzenia wejścia



Urządzenia wejścia

to sprzęt, który

przetwarza dane z zewnątrz, tak aby były

wykorzystane przez komputer



Klawiatura komputera

jest urządzeniem

służącym do wprowadzania danych do

komputera poprzez wysyłanie do niego

sygnałów



Klawiatura posiada standardowy zestaw

klawiszy i kilka dodatkowych elementów

sterujących –przyciski funkcyjne, przyciski

sterujące oraz małą klawiaturę cyfrową



Manipulatory

(mysz, joystick i inne) są

specjalnymi urządzeniami, które są używane

do kontroli kursora

18



Joystick

jest zwykłym bar-pen



Odchylenie od pozycji pionowej prowadzi
do ruchu kursora w odpowiednim
kierunku, po ekranie monitora



Jest często używany w grach
komputerowych (obecnie częściej
gamepad)



Mysz

jest urządzeniem wskazującym,

wykrywającym dwuwymiarowy ruch
względem podpierającej ją powierzchni



Ruch myszy jest tłumaczony na ruch
kursora po ekranie

Urządzenia wejścia

(kontynuacja)

19



Skaner

jest urządzeniem analizującym

obrazy, tekst drukowany i rękopisy i
zamieniającym je na obraz cyfrowy



Kamery internetowe

to małe kamery,

których obrazy mogą być przesyłane przez
sieć www, komunikatory internetowe, lub
aplikacje służące do konferencji



Przykład: program Skype



Mikrofon

jest transduktorem sygnałów

akustycznych na elektryczne lub sensorem
zamieniającym dźwięk na sygnał
elektryczny

Urządzenia wejścia

(kontynuacja)

20



Ekrany dotykowe



to powierzchnie wyświetlające które

posiadają zdolność wyświetlania i

odbierania informacji na tym samym

ekranie.



Dzięki zastosowaniu takich ekranów

można przekształcać dane w

urządzeniu wejścia bez użycia

klawiatury i/lub myszy jak

podstawowego urządzenia wejścia.



Panel dotykowy



to urządzenie wejścia, często używane

w laptopach.



Reagują na ruch palca użytkownika.



Zastępują myszkę komputerową.

Urządzenia wejścia

(kontynuacja)

21

Urządzenia wyjścia



Urządzenie wyjścia

to każda część

komputera która służy do komunikowania

wyników przetwarzania danych,

wytworzonych przez system obróbki

informacji(taki jak komputer), do świata

zewnętrznego.



Projektor

urządzenie projekcyjne służące

do wyświetlania obrazów na ścianie lub

ekranie projekcyjnym.



Wysyła sygnały kontrolujące jasność

wiązki światła, synchronizuje sygnał

wiązki



Monitor przekształci te sygnały w

wizualizacje.

22



Monitor komputerowy

to rodzaj sprzętu

elektronicznego który wyświetla możliwe

do obejrzenia obrazy wygenerowane przy

pomocy komputera. Obrazy mają niestały

charakter.



Rodzaje Monitorów

:



cathode-ray tube (CRT) -

kineskopowe



liquid crystal displays (LCD)



ekrany dotykowe



Istnieją karty graficzne, takie jak SVGA ,

SXGA , UXGA , VGA , pamięć video , XGA

Urządzenia Wyjścia - Monitory

23



Głośnik, głośnik systemowy - przetwornik

elektroakustyczny.



Urządzenie elektryczne (odbiornik energii

elektrycznej) przekształcające sygnał elektryczny

w falę akustyczną.



Wyrażenie głośnik może się odnosić do

pojedynczych urządzeń (lub sterowników), a także

do kompletnych systemów składających się z kilku

głośników, sterowników i dodatkowej elektroniki



Drukarka

to urządzenie drukujące które przenosi

dane wytworzone przez komputer, w postaci

drukowanego tekstu lub obrazów graficznych.



Istnieje kilka rodzajów drukarek (następne slajdy)

Urządzenia Wyjścia

(kontynuacja)

24



Drukarki igłowe

wykorzystują kombinacje

małych igieł uderzających w papier,

które zmieniają sposób uderzenia, w

zależności od tego co chcemy

wydrukować



Każdy znak, wydrukowany na

drukarce, składa się z 9, 18 lub 24

igieł, ustawionych w poziomą

kolumnę.



Wadą tych tanich drukarek jest ich

głośna praca i niska jakość wydruku.



Drukarki laserowe

działają bardzo

podobnie do kopiarek



Komputer tworzy w pamięci obraz

strony tekstu i wysyła ją do drukarki

Urządzenia wyjścia - drukarki

25



Drukarki atramentowe

drukują, tworząc znaki

przy pomocy sekwencji atramentowych punktów

(zobacz następny slajd)



Głowica drukarki posiada malutkie dysze przez

które atrament dostaje się na papier



Te drukarki wymagają papieru dobrej jakości



Kolorowe obrazy są tworzone przy pomocy

kolorowych tuszów



Ploter

to urządzenie drukujące graficznie,

podłączone do komputera



Może tworzyć skomplikowane wzory, w tym

także rysunki inżynierskie, plany

architektoniczne, mapy geograficzne i

meteorologiczne. Niestety, są bardzo wolne z

powodu mechanicznych jednostek

Urządzenia wyjścia - drukarki

26

Urządzenia wyjścia – drukarka

atramentowa

27

Urządzenia wejścia/wyjścia



Wejście/Wyjście

, lub I/O, odnosi się do

komunikacji pomiędzy systemem obróbki

informacji(np.: komputer) i światem

zewnętrznym - zwykle człowiekiem lub

innym systemem obróbki informacji



Wejście to sygnały otrzymywane przez

komputer, a wyjście to sygnały wysyłane



Na przykład klawiatury i myszki to

urządzenia wejścia, a monitory i drukarki

są urządzeniami wyjścia.



Urządzenia służące do komunikacji

pomiędzy komputerami, takie jak

modemy i

karty sieciowe

są urządzeniami

wyjścia i

wejścia

28

Pamięci zewnętrzni - dyskietki



Urządzenie magazynujące

służy do

nagrywania(przechowywania) informacji.



Dyskietka

to urządzenie przechowujące które

składa się z cienkiego i giętkiego dysku

magnetycznego, umieszczonego w plastikowej,

kwadratowej obudowie.



Dyskietki są odczytywane i nagrywane przez stację

dyskietek lub FDD - floppy drive



Wykorzystuje się je do przenoszenia danych

pomiędzy komputerami, a także do dystrybucji

programów



Sposób binarnego nagrywania danych na

dyskietkach nazywany jest kodowaniem

magnetycznym



Bieguny magnetyczne w środowisku układają się

zgodnie z kierunkami biegunów północ-południe

29

Pamięci zewnętrzni – dyskietki

ZIP



Dyskietki Zip są wymienialnymi dyskietkami o

średniej pojemności, wynalezionymi przez

Iomega pod koniec 1994 r.



Początkowo miały pojemność 100 MB, w

późniejszych wersjach wzrosła do 250 MB a

następnie 750 MB



Ten rodzaj dyskietek zdobył największą

popularność ze wszystkich dyskietek o dużych

pojemnościach, jednak nigdy nie udało mu się

zająć miejsca 3,5 calowych dyskietek.



Został wyparty przez system flash a także

przez płyty CD i DVD i już nie jest

wykorzystywany.

30

Pamięci zewnętrzni - kartridże



Taśma magnetyczna

była używana do

przechowywania danych przez ponad 50 lat



Współczesna taśma magnetyczna jest

wykorzystywana w kartridżach i kasetach



Urządzenie które dokonuje właściwego odczytu

lub zapisu danych to napęd taśmowy



Autozmieniarki i biblioteki taśm

są często

używane do automatycznej obsługi kardridży



Przy przechowywaniu dużych ilości danych,

taśma jest tańsza niż inne sposoby

przechowywania.



Taśma magazynująca od zawsze była używana w

dużych systemach komputerowych



Współcześnie używa się jej jako nośnika o dużej

pojemności a także do archiwizowania i

tworzenia kopii zapasowych.



2007 rok- kartridże o najwyższej pojemności

(DLT-S4, LTO-4, SAIT-2) mogą przechowywać

800 GB danych bez kompresji.

31



CD-ROM

(skrót wzięty od "Compact Disc read

only memory" czyli "dysk tylko do odczytu") to

dysk który zawiera dane dostępne dla komputera



Format CD na początku służył tylko do

przechowywania i odtwarzania muzyki, jednak

później został zaadaptowany do

przechowywania jakichkolwiek danych.



CD-ROM'ów używa się do dystrybucji

programów komputerowych, gier i aplikacji

multimedialnych.



Jednak można na nich przechowywać każdy

rodzaj danych(nie większy niż pojemność dysku)



Niektóre płyty CD zawierają dane komputerowe i

muzykę którą można odtworzyć na odtwarzaczu

CD, przy czym dane mogę być wykorzystywane

tylko przez komputer.



Noszą one nazwę : CD Extra i CD Plus,

zawierają muzykę a także dane.

Pamięci zewnętrzni – CD-Rom

32



Pojemność płyt CD sięga 780



Informacja o pojemności jest

wydrukowana na dysku CD i nie ulega

zmianie



Miejsce technologii CD-ROM zajmuje

pomału DVD



DVD ma taki sam rozmiar jak CD,



ale jego pojemność może sięgać 17 GB,

czyli jeden dysk DVD może zastąpić 20

standardowych płyt CD-ROM



Przenośna nagrywarka płyt - może odtwarzać

normalne dane, a także nagrywać dane na

płytach.



Ma pojemność 650 MB

Pamięci zewnętrzni – CD-ROM

(kontynuacja)

33



Dysk twardy

jeden z typów urządzeń

pamięci masowej, wykorzystujących nośnik

magnetyczny do przechowywania danych.



Urządzenie to nagrywa na twardym

podłożu.



Nie zmienna pamięć(Non-valatile

memory)

NVM to rodzaj pamięci

komputera która przechowuje dane nawet

kiedy nie jest podłączona do prądu.



Przykładem NVM są pamięci flash,

większość magnetycznych urządzeń

przechowujących(dyski twarde,

dyskietki), dyski optyczne,



a także używana we wczesnych

komputerach taśma papierowa.

Pamięci zewnętrzni – Dysk

Twardy

34



W przeciwieństwie do dyskietek, dysk

twardy obraca się nieustannie



Został wyposażony we wbudowaną

pamięć cache – 16-32 MB, która

zapewnia jego sprawne działanie

Pamięci zewnętrzni – Dysk

Twardy (kontynuacja)

35

Pamięci zewnętrzni – Dysk

Twardy (kontynuacja)



Dyski Twarde

mają bardzo dużo

pojemność: do TB.



We współczesnych modelach prędkość

obrotów dysku sięga 7200 na minutę.



Oznacza to że czas otrzymania danych

wynosi 9ms, średni przesył danych

wynosi do 60 MB/s



Istnieją dyski zewnętrzne i wewnętrzne



Na przykład, wewnętrzne dyski twarde

mogą być częścią stałych systemów

36

Pamięci zewnętrzni –

Przenośne dyski twarde



Przenośny Dysk Twardy(IHDD

) jest zbudowany

tak samo jak HDD, jest jednak przenośn i łączy

się z komputerem za pomocą łącza

USB(Universal serial bus) – jest to standardowy

sposób połączenia w komputerach.



E-Serial Ata



Na przykład: z Max Connect IHDD, Power

Mac G5 może posiadać 9 dysków

przenośnych, co pozwala systemowi ładować

się z jednego dysku a resztę dysków ustawia

w trybie RAIDED (Redundunt Array Of

Inexpensive Disk)



Powoduje to 8x krotne zwiększenie

prędkości w stosunku do normalnego

Power Mac’a G5

37

Bibliografia



Michalski A.: Dostępność informacji w

organizacji gospodarczej, Wydawnictwo

Politechniki Śląskiej, Gliwice 2007.



Sokół M.: Podstawy obsługi komputera.

Ilustrowany przewodnik, Helion, Gliwice

2005.



Brookshear J.G.: Informatyka w ogólnym

zarysie, Wydawnictwo WNT, Warszawa 2003.



Europejski Certyfikat Umiejętności

Komputerowych ECDL – European Computer

Driven Licence, Syllabus wersja 5.0, 2007.



William Stallings. Computer Organization

and Architecture: Designing for Performance

(6th edition). Prentice Hall , 2002, 750 p.