SYSTEMY KOMPUTEROWE W TI - Budowa komputera - WI PS
ARCHITEKTURA KOMPUTERA cz. 1
BUDOWA KOMPUTERA
" Zarys historii komputerów
" Procesor (budowa i jego rola)
" Magistrala (rodzaje, funkcje)
" Pamięci wewnętrzne i zewnętrzne (ROM, RAM, HDD)
SYSTEMY KOMPUTEROWE W TI - Budowa komputera - WI PS
Projekt programowalnego
komputera mechanicznego
Projekt komputera mechanicznego opracowany przez
Charles a Babbage a w 1830 roku w Cambrige.
Pierwszy program został napisany przez Adę Lovelace
w 1942.
Charles Babbage
(1791-1871)
W 1970 roku pracownicy Muzeum
Techniki w Londynie stworzyli ową
maszynę. Wybrane parametry:
" wymiary: 2.1 x 3.4 x 0.5 [m]
" waga: 3 tony
" 4000 części
" poprawne wyniki do 31 cyfr
znaczących
" jeden wynik (siódma potęga
liczby całkowitej) wymagał
wykonania 27 000 obrotów korbą
Maszyna Babbage a
1
SYSTEMY KOMPUTEROWE W TI - Budowa komputera - WI PS
I GENERACJA
KOMPUTERÓW
Komputery lampowe.
Komputer ENIAC
" 1942 - ABC (J. Atansoff, C. Berry) - 1 500 lamp elektronowych.
" 1944 - Mark I (Howard Aiken) - wym. 17 x 2 x 1 [m]; 3000
przełączników mechanicznych, 750 000 lamp elektronowych, 800 km
przewodów, dodawanie 0.3 s., mno\
enie 6 s., dzielenie 12 s.
" 1946 - ENIAC (J. Mauchly, P. Eckert) - 17 468 lamp elektronowych,
pobór prądu 130 kW, 5 tyś. dodawań na sek., 300 mno\
eń na sek.,
pamięć - 20 liczb, układ dziesiętny.
SYSTEMY KOMPUTEROWE W TI - Budowa komputera - WI PS
Tranzystor, trioda półprzewodnikowa
II GENERACJA
(obecnie głównie krzemowa), element
KOMPUTERÓW
czynny układów elektronicznych słu\
ący
Komputery tranzystorowe.
do wzmacniania sygnałów elektrycznych.
" Ka\
da lampa musiała posiadać
oddzielne zasilanie.
" Tranzystory są mniej podatne
na uszkodzenia.
" Tranzystory są mniejsze i
umo\
liwiają miniaturyzacje.
Pierwszy tranzystor, ostrzowy (o
małych mo\
liwościach zastosowań
praktycznych), zbudowali w 1948 J.
Bardeen i W.H. Brattain. Tranzystor
bipolarny skonstruował w 1949 W.B.
Shockley.
Pierwszy tranzystor
2
SYSTEMY KOMPUTEROWE W TI - Budowa komputera - WI PS
III GENERACJA
KOMPUTERÓW
Scalony układ - zminiaturyzowany
półprzewodnikowy układ elektroniczny
Układy scalone.
zawierający od setek do wielu mln.
" Obejmują większe lub
elementów składowych (tranzystorów lub
mniejsze fragmenty struktury
diod, oraz rezystorów lub kondensatorów)
komputera.
powstających równocześnie w jednym
cyklu produkcyjnym.
" Bardzo małe rozmiary,
niewielki pobór prądu.
Pierwsze scalone układy wytworzono w
1958 w USA. Tanie, masowo wytwarzane
scalone układy otrzymuje się metodą
fotograficznego maskowania i trawienia
płytek krzemowych.
Twórcami pierwszych układów scalonych
byli: Jack Kilby (Texas Instruments) oraz
Robert Noyce (Fairchild Semiconductor).
Pierwszy układ scalony
SYSTEMY KOMPUTEROWE W TI - Budowa komputera - WI PS
IV GENERACJA
KOMPUTERÓW
Procesor.
Procesor - układ scalony będący
" Prosta modułowa budowa
podstawową częścią komputera.
komputera.
Wykonuje on elementarne instrukcje
programów takie jak np. podstawowe
" Niski koszt produkcji
instrukcje matematyczne czy kopiowania
" Integracja wielu jednostek
danych.
logicznych w jednym układzie.
15 listopada 1971 opracowano procesor
Intel 4004, początkowo był on
wykorzystywany w kalkulatorach firmy
Busicom. Liczba tranzystorów: 2 300.
Szybkość: 108 kHz
Intel 4004
3
SYSTEMY KOMPUTEROWE W TI - Budowa komputera - WI PS
V GENERACJA
KOMPUTERÓW
VLSI.
" Miniaturyzacja.
" Ogromny wzrost wydajności
elementów komputera.
" Znaczne obni\
enie kosztów
produkcji komputera.
" Komputery trafiają pod
strzechy.
SYSTEMY KOMPUTEROWE W TI - Budowa komputera - WI PS
Wydajność i cena komputerów
Porównanie rozwoju wydajności i ceny komputerów na
przykładzie przemysłu motoryzacyjnego (Rolls-Royce):
W 1979 roku, ów samochód powinien kosztować 2.75 $ i
na jednym litrze benzyny pozwalał przejechać blisko 1
mln kilometrów.
W 1988 roku cena tego najlepszego
na świecie auta powinna wynosić
poni\
ej 1 $, a 15 gram benzyny
wystarczał by na 20 lat jazdy.
4
SYSTEMY KOMPUTEROWE W TI - Budowa komputera - WI PS
Co to jest komputer
Komputer, uniwersalny system cyfrowy zdolny do wykonywania
pewnego zbioru rozkazów (ró\
norodnych operacji elementarnych),
w którym u\
ytkownik mo\
e określić sekwencję wykonywanych
rozkazów konieczną do realizacji postawionego zadania.
SYSTEMY KOMPUTEROWE W TI - Budowa komputera - WI PS
Szkic budowy komputera
Podstawowe elementy
komputera to:
" Procesor
" Magistrala
" Pamięć (wewnętrzna,
zewnętrzna)
" Urządzenia we/wy
5
SYSTEMY KOMPUTEROWE W TI - Budowa komputera - WI PS
Procesor
Procesor, układ scalony będący podstawową częścią komputera.
Wykonuje on elementarne instrukcje programów takie jak np.
podstawowe instrukcje matematyczne czy kopiowania danych.
Wszystkie mikroprocesory zawierają podobne elementy:
" układ sterowania i synchronizacji, który kontroluje pracę procesora i
wytwarza sygnały potrzebne do sterowania niektórymi elementami
komputera
" arytmometr, czyli układ, który wykonuje operacje arytmetyczne i logiczne
(niektóre procesory mają kilka arytmometrów)
" rejestry, tj. układy pamięci
" wewnętrzne szyny łączące elementy procesora
SYSTEMY KOMPUTEROWE W TI - Budowa komputera - WI PS
Procesor
ZASADA DZIAA
ANIA
Ze względu na przepływ danych i rozkazów w procesorze, mo\
na wyró\
nić w nim
kilka zasadniczych modułów:
" Blok wstępnego pobierania i dekodowania instrukcji. Odpowiada on za
dostarczenie kolejnych poleceń z pamięci operacyjnej i przekazanie ich do
odpowiedniej jednostki wykonawczej.
" Jednostka arytmetyczno logiczna ALU to główny blok wykonawczy. Zapewnia
ona prawidłowe przetworzenie wszystkich danych stałoprzecinkowych. ALU
wyposa\
ony jest w niewielką zintegrowaną pamięć, nazywaną zestawem
rejestrów. Ka\
dy rejestr to pojedyncza komórka u\
ywana do chwilowego
przechowywania danych i wyników.
" FPU, czyli koprocesor wykonujący wszystkie obliczenia zmiennoprzecinkowe
" Po zakończeniu "obliczeń" dane będące wynikiem przetwarzania trafiają do
modułu wyjściowego procesora. Jego zadaniem jest przekierowanie
nadchodzących informacji np. do odpowiedniego adresu w pamięci operacyjnej
lub urządzenia wejścia/wyjścia.
6
SYSTEMY KOMPUTEROWE W TI - Budowa komputera - WI PS
Magistrala
Magistrala (angielskie bus), połączenie (wiązka przewodów lub
ście\
ek na płytce obwodu drukowanego), którym drogę do i z jednostki
centralnej pokonują sygnały pochodzące od jednego lub większej
liczby urządzeń zewnętrznych. W definicji magistrali, prócz samych
przewodów, mieści się ściśle zdefiniowany protokół, precyzujący zbiór
komunikatów, które mo\
na tymi
przewodami przesyłać.
W komputerach osobistych
występuje wiele standardów szyn:
PCI, SCSI, PCMCIA i inne.
Magistrala = szyna danych + szyna sterująca + szyna adresowa
SYSTEMY KOMPUTEROWE W TI - Budowa komputera - WI PS
Pamięci Wewnętrzne
W komputerze wyró\
niamy dwa rodzaje pamięci. Są to:
" Pamięć ROM (ang.Read Only Memory) - inaczej pamięć tylko do odczytu. Zostaje
ona zapisana podczas procesu produkcji. Wyłączenie komputera nie wpływa na jej
zawartość. Najczęściej przechowuje ona informacje o systemie operacyjnym,
który umo\
liwia zainicjowanie pracy zaraz po wyłączeniu komputera.
" Pamięć RAM (ang.Random Access
Memory)- inaczej pamięć o dostępie
swobodnym. Przechowuje program i
dane do tego programu tylko podczas
zasilania komputera. Po wyłączeniu
zasilania informacja znika.
Wybrane parametry:
" czas dostępu
" pojemność (bit, bajt, KB, MB, TB)
7
SYSTEMY KOMPUTEROWE W TI - Budowa komputera - WI PS
Pamięci Zewnętrzne
Nazwa Zastosowanie Pojemność Cena za 1Gb
FDD 1.44 Przenoszenie danych 1.44 MB 714
HDD Przechowywanie danych w komputerze 40  120 GB 6,25
CD ROM Nośnik danych, archiwizacja 650-800 MB 2,8
Streamer Archiwizacja danych 4-120 GB 2 - 5
SYSTEMY KOMPUTEROWE W TI - Budowa komputera - WI PS
Budowa dysku twardego
Oś
Oś na której
Obudowa
osadzone
są ramiona
Silnik krokowy
lub
Głowica
Voice Coils
Talerze
Taśma łącząca
głowice z układami
elektronicznymi
IBM SCSI server hard disk
36 GB, 10 000 obr/min
8
SYSTEMY KOMPUTEROWE W TI - Budowa komputera - WI PS
Budowa dysku twardego
Do ka\
dego talerza głowica osadzona na ramieniu
Wszystkie głowice osadzone na tej samej osi
Talerze wirują z du\
ą prędkością
Głowice wraz z ramionami poddawane du\
ym przecią\
eniom - jedno ze z
ródeł hałasu
Talerz powleczony warstwą nośnika
magnetycznego
ście\
ka
sektor
9
Cylinder - ście\
ki o tym samym numerze poło\
one na kolejnych talerzach
SYSTEMY KOMPUTEROWE W TI - Budowa komputera - WI PS
Urządzenia wejścia wyjścia (in/out)
Urządzenia wejścia
" klawiatura
" mysz, trackball,
touchpad
" mikrofon
" kamera
" skaner
Urządzenia wyjścia
" drukarka
" monitor
" głośnik
10