Zasada działania komputera von Neumana.Model komputera-1946r.Główną cechą modelu komp. V. N. jest pomysł program- zbiór rozkazów, instrukcji, które należy wykonać w określonej kolejności. Program z danymi są przechowywane za pomocą rozkazów w pamięci. Dane przetwarzane są za pomocą rozkazów. Instrukcje wykonywane są jedna po drugiej-układ sekwencyjny. Program jest wykonywany w CPU-jednostkę centralną. Elem.systemu procesorowego(rys)
Cykl rozkazowy uP- wykonuje rozkazy w sposób ciągły- w sposób sekwencyjny. Adres rozkazu jest zapisany w rejestrze mikroprocesora-liczniku rozkazów(Program Counter)PC,(rys.).
Rejestry wewnętrzne uP:a)r.adresowy-MAR, b)r.budowy pamięci- MBR,c)r.rozkazów-IR,d)licznik rozkazów-PC. CU-Control Unit-jednostka sterująca.rys.
Pobieranie rozkazów(rys.).
Faza pobierania.Do licznika rozkazów wpisywany jest kod 1szego rozkazu PC-0.Po magistrali wew.przesyłany jest adres do MAR.Wpisany do MAR adres rozkazu przesyłany jest do pamiEci.Po wykonaniu tego przesyłania na magistrale danych jest wystawiana dana zawarta w komórce określonej adresem 0-tu move 4.Rozkaz ten jest zatrzaskiwany w MBR.Rozkaz ten jest dalej przesyłany do rejestru rozkazów IR.Rozkaz jest dekodowany w CU. Na podst.tego rozkazu jedn.sterująca generuje sekwencje sygnałów. Rodzaj i kolejność wykonywanych operacji zależy od rozkazu.Do wygenerow.sekwencji tych operacji potrzebne jest źródło sygnałów czasowych-zegar.Format rozkazów. Rozkazy w komputerze są przechowywane komputerze postaci binarnej. Postać taka nazywamy kodem maszynowym.Przy bajcie przeznaczonym na rozkaz mamy 28możliwych rozkazów.Rozkazy w języku symbolicznym. Programista pisze program przy użyciu rozkazow symbolicznych. Rozkaz w jęz. symbol. budowany jest z mnemonika, określającego adres argumentu. Po wpisaniu programu w jęz. symbol każdy rozkaz musi być przetworzony na kod maszynowy.Do przetwarzania jęz.symbol.na kod maszynowy służy program zwany assemblerem(program służący do przerabiania programów w języku symbolicznym na system 0-1. Musi być dostosowany do danego mikroprocesora. (język niskiego poziomu-język symboliczny)).rys
Komputer typu IBM PC.Sa obecnie najbardziej rozpowszechnionymi systemami. Posiada konstrukcję modułową ,pozwalająca na konfigurowanie systemu wg potrzeb użytkownika. Każdy komp zawiera: jednostkę systemowa,monitor klawiature, drukarke i inne. Jednostka systemowa zawiera(zawarte w obudowie z zasilaczem):a)płytę główną,b)karty rozszerzeń,czytnik CD,CD-ROM,DVD,c)stacje dysków elastycznych, d)dysk twardy,e)inne. np.moden,tuner TV,stacja taśm magnetycznych. Płyta główna-podst.komponent jednostki systemowej,która zawiera elementy architektury systemu:pamięć operacyjną RAM, pam. podręczną CICHE ,pamięć stałą EPROM, ukł. zarządzające płytą-chipset,baterię litową,inne np. generator liczb losowych.Zawiera również złącza pozwalające dołączyć do systemu,karty rozszerzające funkcje zestawu,sterowniki dysków,karty grafiki,karty dźwiękowe,tuner TV,karty modemowe itp. Gniazda rozszerzeń rozszerzeń szyny. Urządzenia peryferyjne których podst.sterowniki nie są wbudowane w płytę główną wymagają oddzielnych kart,które można osadzić w gniazdach rozszerzeń umieszczanych w płycie głównej. Komputery z magistralą PC Expres:rys
Sprzęgi USB. Szybkość 1,5MB/sek (12MB/s)zgodnie z plug-and-plug, można dołączyć urządzenia bez restartu. Możliwość łączenia szeregu różnych urządzeń: skanery, drukarki,klawiatury,mysz itp.Bardzo wygodne, nie blokują procesora. Huby USB-możliwość połączenia wielu urządzeń przez huby(rozdzielacz).USB ma strukturę drzewiastą(rys.)
Zalety: jeden rodzaj gniazda, sieć samokonfigurująca, elastyczna. Sprzęg szeregowy Firewire (IDEE 1394,i-linki)10-50MB/sek., ma być do 128MB/sek w przyszłości. Podłączenia komkoderów i cyfrowego wideo do komputera. Wprowadzenie sygnału MPEG-2 z cyfrowej TV satelitarnej do komputera.Dyski twarde z tym sprzęgiem.Inne sprzęgi. Sprzęgi bezprzewodowe na podczerwieni stosowane w notebookach, laptopach i drukarkach. Standard IrDa1,0 115kb/sek, lub IrDa 1,1-4Mb/sek=0,5Mb/sek. Podstawowe własności pamięci komputerowych :a) Położenie(rys.):procesor, wewnętrzna (główna),zewnętrzna(pomocnicza) b)Pojemność:rozmiar słowa,liczba słów, c)Jednostka transferu: słowo,blok. d)Sposób dostępu: sekwencyjny, bezpośredni, swobodny, skojarzeniowy. e)Wydajność: czas dostępu,czas cyklu, szybkość transferu, f)Materiał podłoża:półprzewodnikowe magnetyczne, inne. Położenie pamięci: rys
Pojemność pamięci.Pojemnośc określa ilość informacji jaką można przechowywać w danej pamięci. Mierzy się ja w jednostkach informacji tj.bit,bajt.słowo->8,16,64,128bitów.Pojemność pamięci określa się podając liczbę słów. Transfer danych.rys:jednostka transferu<-> pamięć,blok.W przypadku pamięci głównej jednostka transferu to liczba bitów jednocześnie odczytywanych z pamięci lub do nie zapisywanych.W przypadku pamięci zewnętrz.dane są często przekazywane w jednostkach większych niż słowo określanych jako bloki np.w pam.dyskowych-sektory. Szybkość pracy pamięci.Wskazuje na to,jak często procesor lub inne urządzenie może z danej pamięci skorzystać. Jest określana przez parametry:1.czas dostępu-czas jaki upływa od momentu zażądania informacji z pamięci do kiedy ta infor. ukaże się na wyjściu.2.czas cyklu.-czas pomiędzy dwoma zażądaniami dostępu do pamięci.3.Szybkość transmisji-w transmisji/sek lub B/sek.Istotna przy współpracy z pamięciami dyskowymi, gdzie przesyła się całe fragmenty,inform.Hierarchia.pamięci:rejestrowa, podręczna(ciche),operacyjna, masowa, zewnętrzna. Podział pamięci ze względu na sposób dostępu:1.Pam.z dostępem bezpośrednim (swobodna)a)RAM(radan aceesmemory), b)ROM (read onlymemory),2.z dostępem cyklicznym: a)pam.z nieruchomym nośnikiem(zbudowane na rejestrach),b)pam.z ruchomym nośnikiem(kinetyczne pamięci dyskowe),3.Pam. z dostępem sekwencyjnym np. pam.na tasmach magnetycznych.4.Pam.z dostępem asocjacyjnym-inaczej pam.adresowane zawartościa, pamięci skojarzeniowe-podręczne (cache).Pamięć półprzewodnikowa CMOS. Klasyfiacja ogólna:1.RAM:a)SRAM(pamięć statyczna, stanic RAM),b)DRAM(pamięć dynamiczna, dynamic RAM), 2.ROM: MROM,PROM,EPROM, EEPROM, FLASH (jawny cykl kasowania).Zalety pam.CMOS: duża szybkość działania,zdolność do utrzymania zawartości pamięci aż do chwili zaniku zasilania.Wady: stosunkowo nieduże pojemności,relatywnie duży pobór mocy.Zastosowanie:1)komputery:a)pamięci,podręczne(cache),b)pam.zawierające BIOS,2.sieci telekomunik. aparaty i inne podzespoły wchodzące w skład sieci transmisyjnych, 3.inne:np.karty chipowe.Ogólna organizacja pam. półprzew.:rys
Pamięci specjalizowane-konstruowane z myślą o określonym zastosowaniu np. VRAM, FIFO, dwuportowe i inne.Inwerter CMOS-cechą charakter. MOS jest to,że do budowy podstawowych ukł.wykorzystuje się parę tranzystorów: a)z kanałem typu”n”,b)z kanałem typu”p”,pare komplementarną np.inwester MOS.rys
Pamięć nielotna:NURAM (problem z zachowaniem informacji w pamięci po odłączeniu zasilania), zastosowanie- karty chipowe, bankomatowi.NON VOLETILI RAM= NURAM:a)szybkość SRAM (SRAM + bateria), b)możliwość zachowania informacji po odłączeniu zasilania (SRAM+FLASH).Pamięci statyczne SRAM(działa o wiele szybciej niż DRAM).Zasada działania.przed każdą operacją zapisu czy odczytu z komórki następuje ładowanie lini bitu B i nie B do poziomu wysokiego. Zapisujemy w komórce O:1.obie linie ładujemy do poziomu wysokiego,2.linie B rozładujemy do poziomu niskiego.Na linie wiersza jest podawany wysoki poziom napięcia. Tranzystor T3 i T4 przewodzi.Przy podawaniu 0 na inwertor przewodzi T6,a T2 jest zatkany( na wyjściu inwertora 1.Na tym 2 inwertor 1 przewodzi T1,a zatem jest T5.Gdy zdejmujemy zasilanie z lini wiersza to tranzystor pozostaje pod zasilaniem z lini BB i są to stałe zapisane informacje).Odczyt: 1.podaje na B i B wysoki napięcia,2.Wybieramy komórkę podaj wysoki poziom napięcia na linii wiersza.3.przez przewodzący T1 i T3 następuje rozładowanie lini B do 0(przez mase).Wady:6 tranzyst.wchodzi w skład komórki,mogą być małe pamięci i o małych pojemnościach.Płynie cały czas w niej prąd-mA.Pamięć dynamiczna DRAM.W pam.dynam.o dostępie swobodnym informacja jest zapisywana w pamięci ładunku elektrycznego elektrycznego kondensatorze o niewielkiej,pojemności. (rys.)
Zastosowanie: komputery-główne pamięci operacyjne.Pamięć ta wymaga odświeżania. Odczyt:a)linia bitu przechodzi w stan wysokiej impedancji,b)podajemy wysokie napięcie na linie wiersza i wtedy otwieramy.Tranzystor T przewodzi i następuje przepływ ładunku między pojemn. Cs i poj. Cb.Odczyt jest odczytem niszczącymi trzeba po każdym odczycie trzeba od nowa wpisać do komórki.
Pamięć podręczna CACHE. Pomysł działania CACHE związany jest z lokalnością odwołań mikroprocesora .Jest podstawą organizacji pamięci buforowej-rozkazy i dane używane,w krótkich odstępach czasu są zwykle blisko siebie zapisywane w pamięci,stąd aby przyspieszyć pobieranie rozkazów i danych z relatywnie wolnych pam.DRAM,stosuje się rozwiązanie wiążące uP i DRAM poprzez szybką pam.SRAM.(rys.)
Skuteczność pam. podręcznej:zasada lokalności nie gwarantuje obecności kopii danych w pamięci podręcznej.Skuteczność użycia pam. podręcznej określamy za pomocą współczynnika trafień,h=(średnia liczba odwołań do danych w buforze)/(wszystkie odwołania do pamięci).rys.
Pamięć typu RAM.Zas.działania:1.linie kolumn są ładowane do poziomu wysokiego,2.linia wiersza-poziom wysoki i otwierane są tranzystory typu”n”,następnie rozładowanie tych linii kolumn gdzie są tranzystory.PROM-możliwość programowania polegająca na tym że na każdej kolumnie były tranzystory i użytkownik miał je zaprogramować. Pamięci typu EPROM-programowanie i kodowanie na drodze elektrycznej. Możliwe jest tu usunięcie zapisanych inf.i wprowadzenie nowych.Bazuje na wykorzystaniu tranzystorów MOS z tzw.pływającą bramką.Schemat*2
Pamięć nieulotna.Pamięci dyskowe należą do grup pamięci z dostępem cyklicznym.Zasada dział:Każda komórka pamięci jest dostępna dla otoczenia przez pewnien moment określony przez zegar.Moment ten powtarza się okresowo i stąd nazwa rodzaju pamięci.rys
Własności syst. pamięci dyskowych:1.Ruch głowic: głowica nieruchoma(1dn na ścieżkę),gł. ruchoma (1na na powierzchnię),2.wymienność dysku: niewymienny, wymienny, 3.wykorzystanie stron: jednostronny, dwustronny,4.Mechanizm głowicy: kontaktowy, ustalona przerwa, przerwa aerodynamiczna. Adres składa się:nr. powierzchni (nr.głowicy), nr.cylindra (nr.ścieżki),nr.sektora. Organizacja pamięci dyskowej. Cylinder-zbiór odpowiadających sobie ścieżek na poszczególnych powierzchniach talerzy.
Dyskietka 1.44MB-posiada po obu stronach po 80 ścieżek powielonych na 18 sektorów o jednakowej długości 512bajtów.Organizacje danych na ścieżce dyskowej: /BOT/sektor1/sektor2/…/sektor15/EOT/. Sektor składa się:/pole identyfikacji/pole danych/. Pole identyf. zawiera: nr.ścieżki,nr.głowicy, nr.sektora ,inform.o dł.sektora, dwa pola CRC(cykliczna kontrola nadmiarowa),Blok danych zawiera: dane, dwa bajty CRC umieszczane na końcach bloku.Interfejs SCSI-wykorzyst.do sterowania napędów dysków twardych stanowi standard szyny.Jeśli zainstal. Sterownik (adapter)SCSI to otrzymamy nową magistralę do której można podłączyć 8jednostek jednostek konfiguracji łańcuchowej. Gęstość poprzeczna-(liczba ścieżek na jedn. dług.),2-10 ścieżek na mm.Gęstość wzdłużna-(liczba bitów na jedn.dł.wzdłuż ścieżki),200b/min. Budowa dysku CD-ROM.Dysk kompaktowy CD jest poliwęglanowym krążkiem o średnicy 120mm(80 mm) i grubości 1,2mm zaopatrzonym w otwór wewn.o średnicy 15mm.Na jednej z powierzchni krążka znajduje się spiralnie wytłoczona pojedyńcza ścieżka o dł. ok.7km składająca się z mikroskopijnych wgłębień.rys.
Prędkość obrotowa.Zmienia się tak,aby utrzymać stałą szybkość liniową czytanej ścieżki. Standardy zapisu optycznego.Wśród pamięci z optyczną rejestracją na płytach typu CD wyróżnia się dwie główne grupy nośników: a)płyty przeznaczone wyłącznie do odczytu(CD-DA),b)płyty zapisywalne przez użytkownika(CD-R,CD-RW,CD-E).CD-DA wprowadzone przez Philips w 1982r. stały się pkt.wyjścia do określenia kolejnych standardów zapisu:a)RED BOOK-def.płyty CD-Audio , b)YELLOW BOOK-def.połączenia danych fonicznych z danymi komputerowymi, c)GREEK BOOK- możliwość zapisu danych czasu rzeczywistego, rzeczywistego),d)BLUE BOOK-CD-Extra,e)DRANGE BOOK-sposób zapisu kolejnych sesji,f)WHITE BOOK-pliki wideo na płycie CD.Technologia jednokrotnego zapisu WORM: opracowana przez firmy Kodak i Philips do zapisu zdjęć foto. Pokryta warstwą czułego na temp.barwnika zmieniającego spektrum pochłaniania na wskutek lokalnych podgrzań promieniem laserowym w procesie zapisu(wypalanie płyty)..Przechowuje inform.min.8lat.Własności płyt w zależności od wykorzystanego barwnika:1.Cyjanina (błękitny), 2.Ftalocyjanina(bezbarwny),3.Azocyjanina(ciemnoniebieski)Kolor płyt.W wyniku kombinacji metalicznej warstwy odbijającej warstwy barwnej powstają różne odcienie powierzchni odczytywanej przez laser.Kolor płycie nadają 3barwniki oraz warstwa odbijająca którą mogą być złoto lub srebro.Technologia wielokrotnego zapisu i odczytu.1995r.dwufazowa technologia PD opracowana przez Panasonic.Zmiana warstwy barwnika jest umieszczona wastwa stopu Ag-In-Sb-Te.Stop ten w temp.otoczenia występuje w dwóch stanach: 1.amarficzny-słabo odbija światło, 2.krystalicznej-lepszywspółcz.odbicia światła.Technologia monooptyczna MO:Jako nośnika jonooptycznego używa się np.stopu Fe-Tb-Co.Podgrzewając do temp.180C+przyłożone pole magnet. przemagnesowujemy trwle dany obszar magnet.W wyniku tego następuje zmiana polaryzacji światła odbitego.Producenci gwarantują wysoką trwałość nośnika 3050lat zapisywanej inform.Zapis cyfrowy DVD. Wrzesień1995r.-wprowadzony na rynek w 1997r.Cechy technologii DVD:duża pojemność do 17GB,obecnie zapisywalne,zgodność z wcześniejszymi rozwiązaniami, jakość odtwarzanego obrazu wyższa od kasety VIS.Struktura warstw na DVD:dysk jednostronny, d.jednostronny dwuwarstwowy,, d.dwustronny, d.dwustronny dwuwarstwowy. Sieci komputerowe: Połączenie komputerów oraz urządzeń z nimi współpracujących nosi nazwę sieci komp.Sieć komputerowa jest to system w skład którego wchodzi:a)zbiór urządzeń komputerowych połaczonych siecią transmisji danych,b)zestaw reguł funkcjonowania.Węzeł sieci komputery,które komunikują się ze sobą(stacje).Stacja obsługi-komputer centralny zarządzający siecią,stacje robocze-nazwa komputera przy którym pracują użytkownicy.Kryteria klasyfikacji:a)rozległość połączeń-podział ze wzgl.na rozległość:sieć lokalna(LAN),sieć terytorialna-obejmująca swoim zasięgiem kilka budynków,sieć molipolitarna,sieć rozległa-sieć bez ograniczeń terytorialnych,sieć korporacyjna-łączy system wewnątrz organizacji Intranet-sieć w obrębie pojedynczego budynku.b)topologia połączeń. c)używane procedury, d)zastosowanie typu sprzętu, e)użytkownik, f)procedury komutacji. Technologie sieci lokalnej:a)Topologia pierścienia, b)T. wieloboku zupełnego, c)T. gwiazdy,d)T. drzewa, e)Topologia mieszana, f)Topologie szyny.rys
Ośrodki transmisji(medium).Zapewnia połączenie między węzłami.Jest to fizyczny ośrodek rozchodzenia się sygnałów.Ośrodkiem transmisji może byc:a)kabel koncentryczny-2 przewody koncentryczne umieszczone 1wew.2,b)skrętka (nieekranowana-UTP, foliowana-FTP, ekranowana-STP) ,c)światowód, d)otwarta przestrzeń (space)Dana technologia specyfikuje medium łączące stacje.Zalety światłowodów:1.większa osiągana szybkośc transmisji w porównaniu z kablem miedzianym,2.małe straty, a więc zdolność przesyłania inform. na znaczne odległości,3.niewrażliwość na zakłócenia i przesłuchy elektromag.4.wyeliminowanie przesłuchów międzykablowych,5.mała masa i wymiary,6.duża niezawodność popwnie zainstalow. złącza i względnie niski koszt.