Podstawowe pojęcia

Architektura komputera to sposób

organizacji elementów tworzących

komputer. Termin ten rozumiany

ogólnie może oznaczać zarówno

organizację połączeń pomiędzy

poszczególnymi elementami

składowymi komputera jak i bardziej

szczegółowo tzw. model programowy

procesora.Przy okazji owej organizacji

strukturalnej komputera przyjrzymy się

zarówno strukturze fizycznej

komputera jak i mechanizmowi

niektórych procesów zachodzących w

jego wnętrzu.

Podział architektur ze

względu na połączenie

procesora i pamięci



taksonomia Flynna – komputer przetwarza

strumienie danych na podstawie strumieni

instrukcji, a klasyfikować komputery należy wg

liczby tych strumieni (od 2 do n)



taksonomia Skilicorna – oparta na

„abstrakcyjnym”, bo nie mającym odpowiednika

w fizycznej strukturze komputera układzie

składników (procesory instrukcji i danych oraz

hierarchię pamięci instrukcji i danych, procesor

współpracuje z odpowiadającą mu hierarchią,

liczba strumieni danych od 1 do n, strumieni

instrukcji od 0 do n)

Typy architektur w

taksonomii Flynna



SISD –typ standardowy



SIMD –procesor macierzowy



MISD- nie do końca jasny typ



MIMD –wieloprocesorowość

Wg Flynna komputery bez strumieni instrukcji

mogą przetwarzać dane (maszyny sterowane

strumieniami danych), ale urządzenia bez

strumieni danych nie są komputerami. Dziś z

taksonomii Flynna największe znaczenie mają

podane wyżej 4-literowe nazwy

Typy taksonomii ze względu na

sposób organizacji pamięci i

wykonywania programów



architektura von Neumanna (instrukcje tak jak dane są

przechowywane w komórkach pamięci oraz są

wykonywane przez procesor kolejno-cykl von Neumanna)



architektura Harvard –wariant architektury von

Neumanna z oddzielnymi hierarchiami pamięci instrukcji

i danych (programy wbudowane)



architektura Princeton – wzorcowa maszyna von

Neumanna ze wspólnymi hierarchiami pamięci instrukcji

i danych (nieograniczona możliwość modyfikowania

programów w pamięci i ..samo-modyfikacji)



architektura mieszana Harvard-Princeton (pełna

kontrola systemu operacyjnego nad programami-

dzisiejsze PC-ty)

Ważne elementy składowe

jednostki centralnej

komputera PC



Płyta systemowa (główna)



Procesor



Pamięć operacyjna



Chipset



Karty rozszerzające



Urządzenia związane z pamięcią
zewnętrzną

Ewolucja struktury

wewnętrznej komputera



architektura pamięciowo-
centryczna (1960)



architektura szynowa (1970)



architektura dwuszynowa



architektura trójszynowa



architektura współczesnych PC

Kilka uwag

architekturach

strukturalnych



architektura szynowo-centryczna: procesor

dołączony do pamięci,duże gabaryty, mała

elastyczność, szybka wymiana informacji z pamięcią

zewnętrzną, duży koszt



architektura szynowa - modułowość (równoważne

moduły+szyna), łatwość rozbudowy, mniejszy koszt,

wolna transmisja i wolny dostęp procesora do

pamięci



architektura dwuszynowa- logicznie dla procesora

jedna szyna, zwiększenie szybkości, dzięki

odłączeniu urządzeń zewnętrznych z jednej szyny

(ale niektóre z nich z czasem też „żądały” szybkiej

szyny)

Kilka uwag

architekturach

strukturalnych



architektura trójszynowa – spełnienie
wymagań szybkich urządzeń zewnętrznych,
ale dla podsystemu graficznego wolna
szyna z czasem stała się za wolna



architektura PC- wzrost wydajności
procesora zwiększa zapotrzebowanie na
szybkie łącze z pamięcią, docelowo łącze
wieloprocesorowe wobec tendencji
rozwojowych

Płyta systemowa

Płyta z materiału izolacyjnego z połączeniami

elektrycznymi, na której umieszczono najważniejsze

podzespoły komputera: procesor, pamięci, gniazda

do instalacji kart rozszerzających do ( które dziś

często integruje się z płytą), urządzenia składujące

(dyski, napędy), zasilacz. Na płycie głównej

umieszczony jest także zegar czasu rzeczywistego.

Płyta jest pośrednikiem w komunikacji pomiędzy

innymi elementami. Standard płyty systemowej ma

duży wpływ na jakość procesu przetwarzania

informacji, jest również konstrukcyjnie związany z

typem procesora, montowanymi gniazdami itp.

AT, ATX, BTX, WTX, Mobile-ITX

Procesor (CPU) to jeden z najważniejszych

elementów komputera. Jest urządzeniem

zdolnym do samodzielnego pobierania i

wykonywania rozkazów (danych

interpretowanych jako rozkazy) z pamięci

operacyjnej komputera.

W efekcie odgrywa podstawową rolę w

procesie przetwarzania danych, a także

sterowania pracą innych elementów

sprzętowych. Częstotliwość taktowania CPU

jest parametrem mającym decydujące

znaczenie dla szybkości przetwarzania

informacji (dla liczby cykli rozkazowych

wykonywanych w tym samym czasie, w

konsekwencji liczby operacji wykonywanych

w tym samym czasie).

Wykonywane rozkazy pochodzą z listy rozkazowej

procesora. Konstrukcyjnie stanowi układ scalony.

Parametry: bitowość (zdolność do przetwarzania

słów określonej długości), szybkość (taktowanie)

Współczesne procesory są taktowane zegarami

o częstotliwości rzędu 2-3.5 GHz i wykonywane

wg nowych technologii realizujących

wieloprocesorowość (wielordzeniowość).

Współczesne komputery posiadają oprócz

procesora głównego szereg procesorów

pomocniczych: obrazu (GPU), dźwięku,

koprocesory arytmetyczne.

Wytwórcy:

INTEL (80386,80486, PS/2 Pentium, Core 2,

QUAD)

AMD (Athlon 64 X2, Phenom)

Motorola

Motorola Schemat blokowy
procesora

Pamięć operacyjna– część składowa

komputera służąca do

przechowywania danych

Pamięć operacyjna- pamięć o strukturze
integralnej, adresowana i dostępna bezpośrednio
dla procesora służąca do przechowywania
kodu aktualnie wykonywanych programów
i innych niezbędnych danych. Obecnie wyłącznie
elektroniczna
Najogólniej wyróżniamy w jej ramach pamięci
trwałe, nieulotne (ROM, EPROM) oraz pamięć
swobodnego dostępu, generalnie nietrwałą
(RAM).

Typy pamięci



pamięć RAM (dynamiczna pamięć
operacyjna przeznaczona dla danych i
programów użytkownika)



pamięć ROM (pamięć stała zawierająca
procedury inicjalizujące oraz tzw. BIOS)
i inne pokrewne pamięci trwałe



pamięć EPROM (procedury BIOS –
zestaw podstawowych procedur obsługi
urządzeń wejścia-wyjścia)

Inne pokrewne pamięci

operacyjnej pojęcia



pamięć podręczna cache (swoisty

pośrednik procesor-pamięć

umożliwiająca szybki dostęp do

danych ostatnio pobieranych,

technologicznie o wyższej jakości,w

praktyce jest to często szeregowy

układ takich pamięci)



pamięć obrazu



bufor drukarki

Pamięć zewnętrzna (masowa)- pamięć

stanowiąca trwałe zabezpieczenie

pamięci operacyjnej, zapewniająca

przechowanie danych

i programów na różnego typu nośnikach

zewnętrznych

Ze względu na sposób jej organizacji i

typ nośnika może mieć charakter

sekwencyjny (np. taśmowa ) lub

sekwencyjno-cykliczny (np. dyskowa).

Wybrane nośniki pamięci

zewnętrznej dawniej i

obecnie



Bęben magnetyczny



Taśma magnetyczna



Dysk magnetyczny (dysk twardy, dyskietka)



Karta magnetyczna



Dysk optyczny (CD, DVD, technologie

wysokiej gęstości zapisu)



Dysk elektroniczny



Pendrive



Karty pamięci

Fizyczne aspekty zapisu danych

na nośnikach dyskowych



dyskietka- głowica zapisująco-
odczytująca+sterowanie elektroniczne
(kontroler napędu dysków elastycznych)



dysk twardy – talerze + napędy +kontroler
dysku



sektor=512 bajtów jako podstawowy
element struktury fizycznej dysku
wchodzący w skład ścieżki (jednakowe
koncentryczne okręgi w przypadku
dyskietki, cylindry na dysku)

Dysk twardy-struktura



ze względu na strukturę fizyczną dysku twardego mamy

dyski, gdzie występują cylindry (przestrzennie ułożone na

kolejnych talerzach dyskowych ścieżki o tych samych

numerach obsługiwane przez odpowiednie zespoły głowic

poruszane jednym mechanizmem)- dyski HDD. Struktura

najnowszych dysków (SSD) oparta jest o inne rozwiązania

(karty pamięci), ale ich pojemność tylko do 64 GB



w strukturze logicznej dysku pojawia się pojęcie klastrów

(jednostek alokacji dla cylindrów) oraz partycji czyli kolejno

numerowanych sektorów albo przyległych cylindrów(zależnie

od sposobu adresowania powierzchni roboczej dysku) .

Partycje mogą być administrowane tak jak napędy logiczne

(można im przypisać oznaczenie literowe). Szczegółowe dane

o położeniu partycji i liczbie składających się na nią sektorów

są pamiętane (sposób zależy od tzw. systemu plików)

Dysk twardy-standardy

dyskowe, uzupełnienia



szczegóły obsługi dysku i współpracy z nim

przez inne urządzenia opisuje tzw. standard

dysku. Przez lata dominował tzw. standard ST.

Potem były: IDE, ESDI,SCSI. ATA. Najnowsze

dyski to standard SATA- mowa o typie HDD



problem ew. ograniczeń pojemności od

początku wiązał się z kwestia możliwości

zaadresowania (objęcia) całej powierzchni

dysku



technika dostępu do powierzchni dysku była

zależna od systemu operacyjnego oraz BIOSU

Dysk optyczny- dysk przechowujący informacje które są

odczytywane przy pomocy promienia laserowego

(odtwarzacz laserowy). Używane często do zapisu

informacji o bardziej złożonym charakterze (grafika

animowana, muzyka, obraz TV). Mamy dyski tylko do

odczytu oraz także możliwe do zapisu (jednokrotny lub

wielokrotny).

Zapis informacji na dysku optycznym wymaga

wyposażenia komputera nie w standardowy napęd

optyczny, ale w nagrywarkę takich dysków. Może być

dwustronny i dwuwarstwowy

Standard CD istnieje od 1982 – pojemność do 800 MB.

Następca były standardy DVD różnych producentów

gwarantujące możliwości zapisu od 4,6 Gb do 17 Gb.

Jeszcze nowsze rozwiązania: stanowią HD DVD, a

zwłaszcza technologia Blue Ray, która przy

standardowych 2 warstwach daje możliwość zapisu 50

Gb, a przy 8 warstwach nawet 200 Gb poprzez

zmniejszenie długości światła laserowego oraz

zwiększenie zdolności skupiającej soczewki lasera

Pamięci USB



różnorodne nazewnictwo, liczne modele



mała wielkość



elastyczność użycia (bezpośrednio podłączana do portu

USB)



duża trwałość (np. w porównaniu z dyskietką)



wysoka szybkość transferu informacji



duża pojemność



nie wymaga dodatkowych sterowników



niskie użycie energii



specyfika:niskie tempo pracy z małymi plikami



ewolucja (przy złączu 2.0) przyczyna ograniczeń

szybkości transferu tkwi już na ogół po stronie pamięci

Karta rozszerzająca- układ

elektroniczny pośredniczący w

wymianie informacji pomiędzy

komputerem,a urządzeniem

zewnętrznym.

•

karta graficzna-układ sprzęgający komputer z

monitorem, zajmuje się generowaniem obrazu i

przekształcaniem go do sygnału wizji

interpretowanego przez monitor

•

karta muzyczna (dźwiękowa)

•

karta TV (graficzna z wyjściem TV)

•

karta sieciowa

Obecna tendencja : silna integracja kart z płytą

systemową

Karta graficzna-element zapewniający

wyświetlanie tekstów i grafiki na ekranie

monitora. Ma związek m.innymi z :

•

rozdzielczością

•

układem kolorów (maksymalna
liczba kolorów)

•

kształtem i wielkością znaków w
trybie tekstowym

X na Y – rozdzielczość monitora

Pamięć obrazu



statyczna strona obrazu zajmuje:

P= p*l*c

    p*l – rozdzielczość
    c- liczba bajtów potrzebna do
        przedstawienia koloru piksela (np. w
        trybie True Color 3 bajty)

Np. na obraz High Colour potrzeba w trybie 600*480 około 600

KB.

Znaczne obciążania pamięci wiążą się z akceleratorem 3D.

Kolorowy obraz Windows (2

barw ) w trybie 1024*768 to już 1, 6

MB pamięci graficznej

Pamięć obrazu musi być pamięcią bardzo szybką, niezauważalnie

godząc opcje zapisu obrazu i jego odczytu.

Magistrala AGP –dedykowana magistrala obsługująca kontroler

grafiki

Współpraca karty

graficznej z innymi

elementami komputera

Monitor

Akcelerator

graficzny

Pamięć

lokalna

Chipset

CPU

AGP

Pamięć

operacyjna

AGP nie przyspiesza operacji graficznych,

ale zwiększa wydajność procesora graficznego

Tryby kart-tekstowy



wyświetlanie znaków w trybie tekstowym

odbywa się dość szybko, gdyż wiąże się z

przesłaniem dwóch bajtów (jeden to kod

znaku, drugi jego atrybut)



standardowe zestawy znaków zapisane są w

pamięci stałej



pamięć obrazu może przechować około 8

stron tekstu



główne tryby tekstowe dokonują podziału

ekranu na 25 wierszy na 80 kolumn, albo na

25 wierszy na 40 kolumn

Ewolucja kart graficznych



dzisiejsze karty mają rozdzielczości ponad

2000 w istocie stanowią akcelerator 3D,

zawierający akcelerator video

( rozkodowywanie klatek w czasie

rzeczywistym,przeskalowanie obrazu na cały

ekran, odciążenie od procesora) , procesor

graficzny konkurencyjny ze zwykłym , coraz

większa pamięć rzędu Gb (choć standard

poniżej 1 Gb), wspomaganie odtwarzania

sygnału z płyt DVD – rozwój kart w dużej

mierze wiązał się z rozwojem sektora gier

komputerowych

Kilka słów o monitorze



optymalne wykorzystanie możliwości karty graficznej

gwarantuje monitor o odpowiednich parametrach



słaby monitor nie zagwarantuje trybów wysokiej rozdzielczości

oferowanych przez kartę, dobry marnuje się przy karcie niskiej

jakości (np.bez akceleracji 3D, ze słabą rozdzielczością)



monitor, by mógł sprostać wymogom rozdzielczości musi mieć

odpowiednia częstotliwość tzw. odświeżania poziomego.

Zależność tych dwóch wielkości określa odpowiedni wzór.

Przekroczenie maksymalnej określonej w instrukcji

częstotliwości odświeżania danego monitora nawet o 5 % grozi

brakiem synchronizacji z kartą



ergonomiczna częstotliwość odświeżania karty to więcej niż 72



monitory LCD (gabaryty, brak podświeżania, ostrość,

geometria obrazu, ograniczone promieniowanie)

Urządzenia zewnętrzne (peryferyjne)

– urządzenia nie będące częścią

składową jednostki centralnej, ale z

nią sprzężone

i przez nią sterowane poprzez układy

(urządzenia) wejścia-wyjścia. Służą

do wprowadzania i wyprowadzania

informacji komputera w postaci

użytecznej dla człowieka.

Urządzenia zewnętrzne -

przykłady

Drukarka- urządzenie wyprowadzające

informacje

w postaci drukowanej (tak tekst jak i grafikę).
Jednym z podstawowych parametrów jest

rozdzielczość drukarek mierzona w tzw. DPI

(liczba punktów na cal). Ze względu na sposób

drukowania wyróżniamy m.innymi drukarki:



igłowe



atramentowe



laserowe



termiczne

Urządzenia zewnętrzne-

przykłady



mysz



skaner- urządzenie umożliwiające wprowadzanie

do pamięci komputera obrazów dzięki

wyposażeniu w specjalny czytnik optyczny



plotter – urządzenie kreślące sterowane przez

komputer, często wykorzystywany do

wykonywania prac projektowych, różnokolorowy



modem – urządzenie elektroniczne

wykorzystywane do transmisji informacji pomiędzy

komputerem, a siecią telekomunikacyjną

(modulacja, demodulacja), modemy ISDN



laserowy czytnik kart

Wybrane inne urządzenia

zewnętrzne



kamera cyfrowa



aparat cyfrowy z własną pamięcią



pióro świetlne



projektor



urządzenia zabezpieczające i
stabilizujące napięcie ( UPS, filtry,
bezpieczniki)



urządzenia bezprzewodowe

Port USB



stał się próbą utworzenia jednolitego standardu wobec

mnogości urządzeń podłączanych współcześnie do

komputera (różnorodność gniazdek i wtyczek), w efekcie

do taniej i prostej magistrali można podłączyć ogromny

zakres urządzeń peryferyjnych o różnej klasie i

prędkości z jednoczesnym zagwarantowaniem

optymalnego wykorzystania przepustowości pasma

(kanały przepustowości)



magistrala jest typu szeregowego (stąd przejął

skutecznie rolę portu COM)



magistrala automatycznie rozpoznaje podłączane

urządzenia i konfiguruje się automatycznie podczas

pracy, urządzeniom identyfikator przyznaje kontroler

USB

Co możemy podłączyć do

portu(złącza) USB



klawiatury i myszy wykonane w standardzie USB



drukarki ze złączem USB



skanery



większość urządzeń peryferyjnych nowej generacji: kamery

cyfrowe, aparaty cyfrowe, czytniki kart i szerzej różnych

kompaktowych mediów (np.. Czytniki kart kredytowych)



kontrolery gier



systemy zabezpieczeń (np. rozpoznawania linii papilarnych)



kieszenie USB umożliwiają montaż dysku i napędów innych

nośników wymiennych (drobne ograniczenia przy napędach

dysków optycznych z możliwością zapisu)



na bazie złącza USB można tworzyć prostą sieć

komputerową (dwa komputery)

Document Outline