a hardver a szoftver architektúrája - wordpress.com...a hardver elemei: a ház és a tápegység...
TRANSCRIPT
Készítette: Csatlós István
A hardver
architektúrája
A szoftver
architektúrája
2
Mit értsünk architektúra alatt?
• Egy digitális számítógép bizonyos szintű általános specifikációja, beleértve az utasításkészletének, társzervezésének és címzési módjainak, az I/O műveleteknek (és vezérlésüknek) a felhasználói leírását is. (Ebben az értelemben lehetnek hasonló architektúrával rendelkező számítógépcsaládok, melyeknél a megvalósítás különbözhet. A felhasználó, programozó szempontjából az architektúra azonossága biztosítja a kompatibilitást.)
• Egy másik (villamosmérnöki, hardvertervezői) szempontból az architektúra egy számítógép (rendszer) lényeges részeinek, fő elemei kapcsolódásának leírását jelenti. Ez lehet blokkdiagram, kapcsolási rajz (különböző részletességben), de lehet a felépítés (részben) szöveges leírása is.
Mi a tanulmányaink első (nagyobbik) részében az un. Neumann-architektúrájú
számítógépekkel foglalkozunk.
3
A számítógépes hardver szerkezete
• A számítógép feladatai:
– Adatok bevitele
– Adatok tárolása
– Adatok feldolgozása
– Adatok kivitele
Számítógép blokkvázlata
4
A számítógépes szoftver szerkezete
• Azon programok összessége, amelyek a felhasználó feladatait oldják meg:
• Hasznos segédprogramok, melyek a felhasználó
munkáját könnyítik meg:
• Azok a programok, pontosabban az a
programrendszer, amely a gép egyes berendezéseit
működteti:
Felhasználói szoftver
Rendszerközeli szoftver
Rendszerszoftver
5
A különböző architektúrák
elkészítésének alapelve
• Rétegezettség (Layered architecture) elve, lényege:
– Egy alsóbb réteg szolgáltatásokat biztosít a felső rétegnek.
Biztosít egy magasabb absztrakciós szintű virtuális
utasításkészletet.
– A felső réteg nem látja az alatta lévő réteg megvalósítását,
annak részleteit, csak a virtuális utasításkészletét. A még
lejjebb lévő rétegek részletei pedig teljesen el vannak rejtve a
felső réteg elől: a közvetlen alatta lévő réteg elszigetel.
– Jól meghatározott protokollok és interfészek kellenek az
egyes rétegek között.
6
A hardver elemei: a ház és a tápegység • Háztípusok
1. Baby ház
– Fekvő elrendezésű ház. A meghajtó bővítő-helyek száma
gyártófüggő. A számítógépház alján különböző furatok teszik
lehetővé az alaplap biztonságos rögzítését.
– A fedél rögzítése háromféleképpen történhet:
1. Csavarok tartják, melyek kicsavarása után a fedél az előlappal
együtt lehúzható a fém tartóvázról.
2. Csavarok rögzítik a fedelet, ez azonban nincs összeépítve az
előlappal, így a fedél felfelé egyszerűen leemelhető a házról.
3. A fedél hátsó részét csavarok, míg az első részt két retesz
rögzíti.
A reteszeket benyomva a ház fedele felnyitható.
7
A hardver elemei: a ház és a tápegység
• Háztípusok
2. Mini torony
• Az előlapon találhatók a kezelőszervek. Általában két meghajtó építhető bele, de ez gyártótól függ. Az alaplap függőlegesen helyezkedik el és egy fémlemezre van szerelve. Ezt a lemezt csavarok rögzítik a ház keretéhez. Így a kártyák vízszintesen
helyezkednek el. A fedél csavarokkal van rögzítve a kerethez.
3. Midi torony
• Hasonló, mint a mini torony, azonban a bővítő-helyek számát megnövelték és a doboz méretei nagyobbak. Általában három meghajtó szerelhető bele.
8
A hardver elemei: a ház és a tápegység
• Háztípusok
4. Torony, vagy nagytorony
• A toronyházak közül a legnagyobb méretű. Általában a nagyteljesítményű szerverekhez használják. Minimum öt meghajtó építhető bele.
5. Slim (vagy baby) ház
• Ez is egy fekvő ház, azonban a magassága pontosan akkora, hogy egy 3,5” floppy függőlegesen elfér benne. Az alaplap vízszintesen fekszik benne, de a bővítőkártyák nem férnek el függőlegesen. A megoldás egy olyan bővítőkártya használata, melyen két kártyacsatlakozó hely van és az alaplap csatlakozójába dugható. Így a bővítőkártyák is vízszintesen helyezkednek el.
9
A hardver elemei: a ház és a tápegység
• Háztípusok
6. ATX ház
• A mai legkorszerűbb házak. Kialakításukkor megalkottak egy szabványt, melyet ATX szabványként ismerünk. Ez kimondja, hogy minden csatlakozó az alaplapra kerüljön előre rögzített helyre. Az alaplap méreteit is és a felfogatás helyeit is meghatározták. Az ATX alaplapoknak új típusú tápcsatlakozójuk van, melyen keresztül kihasználhatják az ATX ház intelligens tápjának tulajdonságait.
• Ezek közül a szolgáltatások közül a legfontosabb, hogy az előlapon lévő POWER kapcsoló közvetlenül nem a tápot kapcsolja le, hanem csak takarék üzemmódba helyezi azt. (Általában ezeknek a házaknak a tápegységeit is kikapcsolhatjuk a ház hátulján található kapcsolóval.)
10
A hardver elemei: a ház és a tápegység
• Tápegység
Követelmények a tápegységgel szemben:
– A rendelkezésre álló tápforrás feszültségének átalakítása a készülék üzemeltetéséhez szükséges egyenfeszültséggé.
– Az előállított feszültség stabilizálása.
– Rövid időtartamú bemeneti feszültség-kimaradás esetén a kimeneti feszültség szünetmentes biztosítása.
– A táplált áramkör védelme a bemenetről származó tranziensektől vagy a tápegység meghibásodásától.
– A tápegység kimenetének a bemenettől való galvanikus leválasztása.
11
A hardver elemei: a ház és a tápegység
• Tápegység (elektromos)
Üzemmód szerinti csoportosítás:
– Lineáris tápegység: kisebb elektronikus eszközökben használják.
– Kapcsolóüzemű tápegység: a számítógépekben ezt a típust alkalmazzák.
– Előszabályozott tápegység: csak ritkán, speciális esetekben használatos.
A kapcsolóüzemű (stabilizált) tápegység a számítógép
áramkörei részére 4 féle feszültséget állít elő: +5 V, -5 V,
+12 V, -12 V, valamint a hűtőventillátor számára egy külön
+12 V-os feszültséget.
12
A hardver elemei: a ház és a tápegység
• Tápegység – kapcsolóüzemű tápegység vázlata:
• Egyenirányító
• DC-DC konverter
– A kapcsolóval néhány tíz
kHz-es négyszögjelet
képezünk.
– Nagyfrekvenciás trafó, mely a
galvanikus elválasztást is
biztosítja.
– Az átalakított feszültséget újra
egyenirányítjuk és szűrjük. - A stabilizálást a szabályozó és a meghajtó
áramkör végzi. (Power-Good jel)
13
A hardver
elemei: az
alaplap
AT (spec.) alaplap
felépítése
14
A hardver elemei: az alaplap
• Mikroprocesszor (µP):
NMOS, ill. CMOS technológiával készülő nagy bonyolultságú és magas integráltsági fokú félvezető lapka. Pl. egy Pentium II-es chip, melynek mérete 15x15 mm, 7,5 millió tranzisztort tartalmaz, a rajta lévő vezető vonalak mérete 0,25 µm. Ugyanakkor a belső tápfeszültsége 2 V, így igen nagy a hőfejlődés (disszipáció), amelytől a processzort védeni kell.
(Erre a célra hűtőbordákat és hűtőventillátort alkalmaznak.)
15
A hardver elemei: az alaplap
• Mikroprocesszorok csoportosítása:
- szóhosszúság 4 .. 128 bit;
- utasításformátum CISC, RISC,
MMX, SSE, SSE2, SSE3, SSSE3;
- utasításkészlet 100 .. 1000;
- ciklusidő 4,77 .. >2 GHz;
- címezhető memória 64 kB .. 64 GB;
- buszrendszer 8 .. 256 bit , 8 .. 533 Mhz.
16
A hardver elemei: az alaplap
• Mikroprocesszorok részei, működése:
17
A hardver elemei: az alaplap
• Mikroprocesszorok részei: Regiszterek
- A mikroprocesszor regiszterei nagyon gyors működésű átmeneti tárolók.
- Statikus RAM-ok ból alakítják ki őket, így elérési idejük ns nagyságrendű, ez 10-szer, 100-szor gyorsabb, mint a számitógép operatív táráé.
- A processzor típusától függően 8, 16 … 512 db regisztertárat tartalmaz.
- Egy regiszter tárolókapacitása általában egy szó (32 bit).
- Léteznek rendszerregiszterek, melyekhez a felhasználó nem férhet hozzá, és általános célú regiszterek, melyeket a programok is használhatnak.
18
A hardver elemei: az alaplap • Mikroprocesszorok részei: Regiszterek
Tipikus regiszterek:
- Akkumulátor (A): Az akkumulátor tárolja az aritmetikai/logikai műveletek operandusait, és általában az eredmény is ide kerül.
- Az akkumulátoron kívül a processzornak van még B, C, D, E, H és L regisztere, a H és L regiszter a memória címzésére szolgál, a többi rendeltetése tetszőleges.
- Utasításregiszter (IR): Itt tárolja a processzor a végrehajtandó utasítás műveleti kódját, tartalmát a vezérlőegység értelmezi és előállítja a műveletek végrehajtásához szükséges vezérlő jeleket.
- Utasításszámláló (PC): Mindig a következő végrehajtandó utasításra mutat, tartalma automatikusan inkrementálódik, értéke programozottan módosul, a megcímzett rekesz tartalma általában az utasításregiszterbe kerül.
- Adatszámláló regiszter (DC): A beolvasandó adatra mutat, a megcímzett rekesz tartalma általában az akkumulátorba kerül, értéke programban módosítható.
- Címregiszterek - Adatregiszterek
- Rendszerregiszterek: - Címbusz regiszter (Memory Address Register)
- Adatbusz regiszter (Memory Data Register)
19
A hardver elemei: az alaplap • Mikroprocesszorok részei: Aritmetikai és logikai egység
ALU feladatai:
1. Bináris összeadás
2. Boole-algebrai
műveletek: (AND, OR, XOR, NOT)
3. Léptetés jobbra-balra
4. Komplemens képzés
5. Állapotjelzők előállítása
(Flag)
20
A hardver elemei: az alaplap • Mikroprocesszorok részei: Aritmetikai és logikai egység
Boole-algebra műveletei:
- Tagadás (INVERTÁLÁS, NOT): F=A
- ÉS (AND) : F2=A B ( Ha a változók egyidejűleg egyeznek, akkor igaz ! )
- VAGY (OR) : F2=A+B ( Ha legalább az egyik igaz, igaz a függvény is ! )
- NAND (NEM-ÉS) : F2=A B ( Akkor hamis a függvény, ha mindkettő igaz ! )
- NOR (NEM-VAGY) : F2=A+B ( Akkor igaz, ha mindkettő hamis ! )
- XOR, (ANTIVALENCIA, KIZÁRÓ VAGY) : F2= +
( Akkor hamis, ha mindkettő ugyanaz ! )
- MEGENGEDŐ ÉS : F2= + ( Akkor igaz, ha mindkettő azonos ! )
21
A hardver elemei: az alaplap • Mikroprocesszorok részei: Aritmetikai és logikai egység
Az aritmetikai műveletek mind visszavezethetők az előbb látott
logikai műveletekre. Ezeket a műveleteket az ALU belsejében
kapuáramkörökkel valósítják meg.
AND NAND OR NOR NOT XOR MEGENGEDŐ VAGY
Például a bináris összeadást visszavezetjük egy bináris XOR,
valamint AND műveletre, mely utóbbi az „átlépést” végzi.
22
A hardver elemei: az alaplap
• Mikroprocesszorok részei: Aritmetikai és logikai egység Boole-algebra azonosságai:
23
A hardver elemei: az alaplap • Mikroprocesszorok részei: Vezérlőegység (CU)
-A vezérlőegység kiolvassa a
memóriából a szükséges adatokat,
utasításokat, értelmezi és
végrehajtja az utasításokat, vezérli
az ALU-t, engedélyező jeleket
generál.
-Összehangolja a CPU többi
egységének működését.
-Tartalmazza a mikroprogram-
tárat. (Utasításkészlet függ tőle.)
- A vezérlőegység feladata, hogy a
megfelelő adatok a megfelelő
helyen és a megfelelő időben
rendelkezésre álljanak.
24
A hardver elemei: az alaplap
• Az Intel Pentium Pro – az első 6. generációs processzor mikroarchitektúrája
- 64 bites adatsín és 36 (32+4) bites címsín így 64 GB a max. címezhető
memória.
- 2,9 V-os tápfeszültséget igényel.
- Socket7, majd Socket8 foglalatba helyezhetők voltak.
- Három utas szuperskalár architektúrájú, vagyis 3 utasítást tud egy órajel
alatt végrehajtani.
-2 db 8 kB-os L1 cache, és 1 db 256 kB-os L2 cache (,mely 1 MB-ig
bővíthető)
- Először 0,6 m (P54-esben), majd 0,35 m-es technológia (P54C-ben).
- Teljesen CMOS gyártástechnológiával készült.
25
A hardver elemei: az alaplap
• Az Intel Pentium II processzor architektúrája
-MMX bővített utasításkészlettel rendelkezik a Pentium Pro alapokra
épülő Pentium II processzor (P55C), melyet már SLOT1 csatlakozóval
láttak el, utasításkészlete kiegészül 57 MMX utasítással.
- E processzorban megnövelték az L1 cache méretét 32 kB-ra.
- Tápfeszültsége 2,8 V.
- S 512 kB külső cache is elhelyezésre került benne.
- A 0,35 m-es technológiára épül, és 7,5 millió tranzisztort tartalmaz.
- A Celeron processzor a PII egyszerűsített változata, nincs benne L2
cache.
- A Xeon jelzésű felső kategóriás processzort szerverekbe szánták.
26
A hardver elemei: az alaplap
• Az Intel Pentium III processzor architektúrája
-Az első ilyen processzor magja Katmai kódnéven jelent meg 1999
februárjában. Nagyon hasonlított az elődjeihez.
- A legszembetűnőbb változás az SSE utasításkészlet támogatása, mely a
multimédiás és 3D grafikát segítette.
- Az L1 cache méretét 32 kB, melyből 16 kB az adatoké, 16 kB az
utasításoké. A másodlagos cache 512 kB méretű.
- A buszsebesség 100 MHz
-Először 0,25 m-es, majd 0,18 m-es (1999 – Coppermine), végül 0,13
m-es technológia (Tualatin). (Átlépik az 1 GFLOPS-os álomhatárt.)
- A Celeron processzor a PIII egyszerűsített változata.
- A Xeon jelzésű felső kategóriás processzort szerverekbe szánták.
27
A hardver elemei: az alaplap
• Az Intel Pentium IV processzor architektúrája
-A Pentium szériát a PIV követte, melyben a Tualatin kódnevű mag
dolgozott. Ami alapul szolgált egy másik processzorcsaládhoz, a Pentium
M-hez is.
- A 0,13 m-es technológia esetében, mely 2001-ben került piacra, 1
GHz – 1,4 GHz-es órajel mellett, 133 MHz-es FSB (Front Side Bus)-t
használ, s Socket 370-es foglalatba helyezhető.
- A másik vonal a Pentium 4-nél a NetBurst, ami az energiatakarékos
Intel Core architektúra alapjává vált.
28
A hardver elemei: az alaplap • Az Intel Pentium Dual-Core processzor
architektúrája - Core 2 alapú, kétmagos processzor, 1 v. 2 MB L2 cache-sel, később 3
MB, 4MB, ill. 6MB
- Az első változat, az (Allendale) csökkentett 200 MHz-es FSB-vel jelent
meg. A későbbi változatokban ezt megnövelték 266 MHz-re, majd 333
MHz-re. E változat neve: Core 2 Duo.
- A 65 nm-es gyártástechnológiának és egyéb architektúrális
változtatásoknak köszönhetően gyorsabb, mint egy azonos órajelű
Pentium D processzor, és a hőtermelése is kisebb. A technológia további
fejlődésével 45nm-re csökkentették a méretét. E változat neve: Core 2
Duo (Merom ill. Conroe kódnévvel, rendkívül energiatakarékosak).
- Az új változat további nagy újítása, hogy hardver szinten támogatja a
Virtualizációs Technológiát (Intel VT).
29
A hardver elemei: az alaplap
• Chipset - chipkészlet
-1996-ban az új PII-höz kifejlesztették az FX jelzésű chipsetet, mely sok
tekintetben megegyezik az előzővel HX ill. VX-szel.
- Az LX jelűtől kezdődően e chipek közül az egyik feladatai: processzor,
memória, PCI slot-ok, grafika (AGP) kezelése, valamint a Power
Management megvalósítása.
- a másiké pedig: az EIDE vezérlése (Ultra DMA, PIO Mode, Bus
Master IDE adatátvitel), USB portok kezelése, ISA busz és slot-ok
megvalósítása, valamint a billentyűzet, az RTC (Real Time Clock), és a
BIOS kezelése.
- Az RS232-es soros, ill. az LTP párhuzamos port-okat, valamint az IrDa
infra port-ot, egy újabb chip valósítja meg.
Párhuzamosság fejlődése
30
Temporal parallelism(by pipelining)
20001980 1985 1990 1995 20051978
Issue parallelism(by superscalar issue)
Intra-instr. parallelism(by SIMD instr.)
SMP
SMP/w. SMT
8086 286
386
4861. G.
2. G.
SMT/HT
1. G.
2. G.
Pentium
PPro
2.5 G.
3. G.
PII
PIII
1. G.
2. G.
3. G.
P4
ILP
TLP
PLP Level of parallelism
(IPC/OPC)
Performance
Complexity
Memory Bandwidth
Branch prediction
accuracySMT: Symmetrical Multithreading SMP: Symmetric Multiprocessing OPC: Operations per CycleIPC: Instructions per Cycle
Sequential
processoringt
(Smithfield)
*
*
*
*
*
**
*
*
*
PD*
P EE 840
31
A hardver elemei: az alaplap
• Intel 440LX, Intel 440EX és Intel 440ZX
- Használható PII-vel, vagy Celeronnal
- Támogatja a 2 processzoros rendszert.
- Használható 100 és 66 MHz-es buszfrekvencián.
- 1 GB SDRAM-ot támogat.
- Az EX az LX Celeronra optimalizált változata.
- A ZX a BX kisöccse. Nem támogat
2 processzort, és csak 256 MB
SDRAM kezelésére alkalmas.
32
A hardver elemei: az alaplap
• Intel 440GX és Intel 450NX
- Kétprocesszoros PII Xeon rendszerekre került kifejlesztésre.
- Frekvencia: 250 MHz, max. 2 GB operatív RAM támogatás.
- Négyprocesszoros Xeon rendszer támogatására fejlesztették ki a
450NX chipset-et. Max. 8 GB EDO/DRAM-ot kezel. Az AGP-t nem
támogatja, csak a PCI-t.
33
A hardver elemei: az alaplap
• Intel 810
- Új grafikus chippel (i752) integrált chipset (1999 április). A 440BX
AGP chipset-re épül.
- Támogatja a PII, PIII processzorokat, 64 bites 100 MHz-es SDRAM-
ból 2 modult támogat.
- Rendszerbusz frekvenciája 66 és 100 MHz között lehet.
- Két I/O vezérlőt ajánl, a 82810AA chip-et, ill. a 82810AB jelűt.
- A chipset 3. alkotó eleme a 82802AB (ill. 82802AC) chip, mely a
rendszer és a videó BIOS-t tartalmazza.
34
A hardver elemei: az alaplap • Intel 845
- Az Intel Pentium 4 processzorhoz tervezték. Ezt a processzort
eredetileg Intel 850 chipset támogatással vezették be, de a 845-ös chipset
kiegészíti a 850-est, hiszen támogatja a költség hatékony PC133
SDRAM-okat, és a nygy sávszélességű DDR200/266 SDRAM-okat is.
- A 845-ös chipset 1. fő része a 82845-ös memóriavezérlő, mely
támogatja a 400 MHz-es rendszerbusz frekvenciát, s a fent leírt
memóriamodulok használatát, valamint az AGP 4X (1,5 V) interface-en
keresztül a grafikát.
- A másik fő része a 82801BA I/O controller hub, mely a perifériákhoz
való gyorsabb hozzáférést biztosítja. (E termék támogatja az i815, i810,
i850-es chipset-eket is!)
- Egyéb szolgáltatásai: LAN Connect Interface, Dual USB, Ultra
ATA/100, Intel Alkalmazás Gyorsító, AC97, Alvó üzemmód (Pov. Man.)
35
A hardver elemei: az alaplap • Intel 850
- Az Intel Pentium 4 processzorhoz tervezték. Az Internet és különféle
üzleti alkalmazások támogatására. Az Intel kezdetben a RAMBUS-ban
látta a PIV-esekhez szükséges nagy sávszélességű RAM-ok egyetlen
megoldási lehetőségét.
- Direkt audió és videó pipeline
- A másik fő része a 82801BA I/O controller hub, mely a perifériákhoz
való gyorsabb hozzáférést biztosítja. (E termék támogatja az i815, i810,
i850-es chipset-eket is!)
- Egyéb szolgáltatásai: LAN Connect Interface, Dual USB, Ultra
ATA/100, Intel Alkalmazás Gyorsító, AC97, Alvó üzemmód (Pov. Man.)
36
A hardver elemei: az alaplap
• További rendszereszközök: Órajelgenerátor
• A számítógép digitális elektronikára épül.
• Képzeljük csak el milyen kavarodás lehetne abból, ha a különböző
egységek össze-vissza küldenék jeleiket, hiszen egyik előbb
elkészülne mondjuk, mint a másik. Ez persze csak az egyik gond
ami miatt a számítógép un. szinkron módon működik. Ez azt
jelenti, hogy a különböző egységek egyazon "ütemre" működnek.
• Ez az ütem az órajel, amely egy állandó frekvenciájú impulzus
sorozatot jelent. Ezt a jelet állítja elő az órajelgenerátor. E jel
sebességétől, gyorsaságától függ elsősorban a számítógép
műveletvégző sebessége.
• Ez az eszköz az összes elemre be van kötve, de csak egy irányban.
Ez az egyetlen egység amelyet nem vezérel a CPU.
37
A hardver elemei: az alaplap
• További rendszereszközök: BIOS -A BIOS tartja a kapcsolatot a
hardver és az operációs rendszer
között.
-Az operációs rendszerre épülnek
a felhasználói programok.
-A BIOS teszi lehetővé, hogy az
operációs rendszer elérhesse a
számítógép áramköreit
(erőforrásait).
-A BIOS-t az alaplap gyártója
készíti el az alaplapra integrált
áramköröket figyelembe véve. A
BIOS tehát önálló
programmodulok gyűjteménye.
Boot folyamat:
- Bekapcsolási önteszt,
feladata a tápfeszültség
vizsgálata, ha rendben tápjel
küldés az alaplapnak.
- Működésbe lép az alaplap
órajel generátora.
- A processzor, s a többi áramkör működni kezd.
- A processzorban megtalálható az a cím, ahonnan az 1.
utasítást be kell olvasni. Itt egy ugró utasítás van, amely
átadja a vezérlést a ROM-BIOS-nak.
- BIOS kiolvas egy jelzőbitet, amely alapján eldönti,
hogy hideg-, vagy melegindítás történt-e.
- Hidegindításkor lefut egy diagnosztikai program,
(Post: Power-On Self Test), hibaüzenet (POST kód).
- Majd megkeresi az aktuális lemezen a Boot rekordot.
38
A hardver elemei: az alaplap • További rendszereszközök: Belső tároló (memória)
Félvezető memóriákkal szembeni elvárások:
- Növekszik az igény a kapacitás növelésére (egyben a címtartomány növelésére), méghozzá az egységnyi költségre eső kapacitás növelésére.
- Még jelentősebben növekszik az igény az elérési idő csökkentésére. A mai processzorok általában sokkal gyorsabbak, mint a kommerciálisan beszerezhető memóriák: pl. nem különleges egy 30 MHz-es órajelű, ezzel 33 ns ciklusidejű processzor, míg egy átlagos dinamikus RAM elérési ideje nagyobb, mint 100 ns.
39
A hardver elemei: az alaplap •További rendszereszközök: Belső tároló (memória)
–Memóriatípusok
DRAM (Dynamic Random Access Memory) csipek. Ezeknél a tároló kialakítása folytán magához a tároláshoz megkövetelt a tárolt adatok "mozgatása", ciklikus kiolvasása és "frissítése" (jelszintek megemelése). Jó példa ezekre a MOS (Metal Oxid Semiconductor), ill. MOS alapú (CMOS, NMOS stb.) technológiákkal megvalósított tároló család. Továbbfejlesztése az SDRAM.
Az SRAM-ok (Static RAM) külön említést érdemelnek. Ezek "random elérésűek" és írható olvasható memóriák, kiolvasási idejük hallatlanul gyors, szinte nulla idejű. Viszont relatíve drágák és jelentős az energiaigényük. Kialakításuk nemcsak drága, hanem különleges hűtési viszonyokat is igényelnek. Mindenesetre ilyenekből szokás kialakítani az ún. cache tárakat, a gyorsítótárakat.
SDRAM (Synchrounus DRAM)
• RDRAM (Rambus DRAM)
• DDR RAM (Doubel Data Rate SDRAM)
•
40
A hardver elemei: az alaplap •További rendszereszközök: Belső tároló (memória)
–Memóriatípusok
ROM (Read Only Memory) típusú félvezető tárolólapkák nem vesztik el adataikat a gép kikapcsolásakor sem. Ezekbe a tartalmat a gyártásuk során töltik be Elérésük szintén "random" jellegű, azaz rekeszeik, byte-jaik véletlenszerűen címezhetők és kiolvashatók, viszont nem írhatók. Címezhetőségük, címtartományuk megegyezhet a DRAM-ok címezhetőségével, címtartományával.
PROM-oknak (Programable Read Only Memory) nevezzük azokat a lapkákat, melyeknél a felhasználó is elvégezheti a "beégetést, EPROM-oknak (Erasable PROM) azokat, melyeket ultraviola (UV) fénnyel törölni, majd újraégetni lehet.
EEPROM (Electrically EPROM) esetében elektromosan lehet ugyanezt elvégezni. Ezeket nevezzük másképpen Flash memóriáknak. Jellemzőjük, hogy az írási, ill. olvasási idejük viszonylag lassú.
41
A hardver elemei: az alaplap • További rendszereszközök: DMA
• Közvetlen memória hozzáférést (Direct Memory Access) lehetővé
tevő elektronikus áramköri egység.
• Erre az áramkörre azért van szükség, mert a processzor úgy
dolgozik, hogy minden adatot beolvas a regisztereibe.
• A DMA maga is egy vezérlőegység, méghozzá speciális esetek
(memóriaműveletek) végrehajtására kiképezve. E műveleteket
gyorsabban végzi, mint a processzor.
• Ha egy ilyen művelet bekövetkezik, akkor a DMA átveszi az irányítást. A
processzor ilyenkor "lekapcsolódik" a sínekről, majd várakozó állapotba
helyezkedik. Ezek után a DMA végrehajtja a két egység közötti memória
műveletet, és visszaadja az irányítást a CPU-nak.
• A PC-s alaplapokon két darab DMA vezérlő van, és ezek egymással sorba
vannak kötve, méghozzá úgy, hogy az egyik DMA egy erre a célra kijelölt
speciális kimenete a másik DMA egyik bemenetére van kötve. Mivel a
DMA-knak egyenként 4 darab bemenetük van, ezért a két DMA összes
bemenete 7 darab lesz. Ezt nevezzük kaszkádosításnak.
42
A hardver elemei: az alaplap • Adatátviteli rendszer: csatornarendszerű
– Az információ átvitele csatornarendszer mellett mindig a központi egységben lévő operatív tár és a periféria között zajlik le.
– Ennek a folyamatnak a vezérlése sok művelettel jár, ezért a csatornarendszert különválasztották a mikroprocesszortól, ezzel megszabadítva a CPU-t egy sor nem közvetlenül belső művelettől.
– Az átviteli folyamat vezérlésére a gépekbe külön processzort építenek be, ez a csatorna.
– A perifériák munkáját a perifériavezérlő szervezi és irányítja. A perifériavezérlő áll közvetlen kapcsolatban a csatornával, értelmezi annak utasításait és végrehajtatja azokat a rákötött perifériákkal.
– A csatorna technikailag ugyanolyan programozható eszköz, mint a központi processzor. A különbség abban rejlik, hogy a felhasználónak a csatorna programozására nincs lehetősége, a csatornaprogram a gép része.
– Működhet monopol és multiplex üzemmódban is.
43
A hardver elemei: az alaplap + • Adatátviteli rendszer: csatornarendszerű
•Az adatátvitel irányítása az ún. felügyelőprogram feladata. A felügyelőprogramot az
operációs rendszer központi magja tartalmazza. Feladata a különböző programokban a
különböző perifériákkal kezdeményezett adatátvitel megindítása, a beérkező megszakítások
kezelése, ezen keresztül a műveletek koordinálása, az esetleges hibák jelzése, illetve
javítása.
•A processzor utasításkészletében a be/kiviteli utasítások 32 bit hosszúságúak, kétcímesek. A
cím két összetevőből áll, a csatorna és a periféria címéből, mindkettő nyolcbites, így
összesen 256 periféria címezhető.
44
A hardver elemei: az alaplap + • Adatátviteli rendszer: sínrendszerű
• A sínrendszerű átvitel
alapelveiben lényegesen
különbözik a csatornarendszertől.
Míg a csatornarendszerben
központi, hierarchikus irányítás
vezérli a műveleteket, a
sínrendszer esetén bármely, a
rendszerre kapcsolódó
funkcionális egység vezérelheti a
rendszert.
• A központi vezérlőegység, a
perifériavezérlők és egyéb
csatlakozó egységek egy közös
adatátviteli berendezésre, a
sínrendszerre kapcsolódnak. A
sínrendszer címvonalak,
adatvonalak, vezérlők összessége.
A vezérlés elve itt bonyolultabb, mint a
csatornarendszer esetén, de számos előnye miatt
korszerűbbnek mondható: - Lehetőség van a központi processzor és/vagy a perifériák
közötti közvetlen adatátvitelre.
- Nincsenek I/O utasítások.
- Átvitel koordinálása a megszakítási rendszerrel történik.
45
A hardver elemei: az alaplap + • Adatátviteli rendszer: sín-, vagy buszrendszerű
PC-k buszrendszereinek fejlődése:
PC AT (1984) rendszerbusza a később ISA (Industry Standard
Architecture) néven elnevezett és szabványosított busz: -16 bites adatbusz, de 8 bites kártyák is csatlakoztathatók.
- Címbusza 24 bites, ami 16 Mbyte címtartomány kezelhet.
- Külső egység is vezérelheti.
- Eredetileg 6 MHz-es, később 8,33 MHz-es órajelet továbbított az
adaptereknek, de a sínen folyó adatátvitelnek nem kell ehhez az órajelhez
igazodnia, vagyis az ISA aszinkron sín.
- Átviteli sebességének elvi maximuma 8 MB/sec, a gyakorlatban 4-6 MB/sec
érhető el rajta.
EISA (Extended Industry Standard Application) busz. - 32 (16, 8) bites adatszélességű, 33 Mbyte/sec sebesség érhető el.
- 32 bites címbusz, 4 Gbyte a címtartomány.
- Szinkron sín, az átvitelét az órajele ütemezi.
46
A hardver elemei: az alaplap + • Adatátviteli rendszer: sín-, vagy buszrendszerű
PC-k buszrendszereinek fejlődése:
Az IBM PS/2 személyi számítógépeihez kidolgozott
buszrendszer az MC (Micro Channel) busz: -32 bites adat és címszélességű.
- Nem kompatibilis az ISA-val, EISA-val.
- Nem nyílt szabvány, azaz alkalmazásához jogdíjat kell fizetni.
- Nem terjedt el, végül az IBM is lemondott róla.
A leginkább elterjedt local busz a VESA local busz: -A local (helyi) busz az alaplapra épített, gyors busz,
- Elsősorban a grafika, másodsorban gyors merevlemezek kiszolgálására.
- Erősen processzorfüggő, közeli kapcsolatban van a mikroprocesszorral.
Az Intel többszáz számítógépgyártó céggel összefogva új,
iránymutató koncepciót dolgozott ki 1992-ben. Ez a PCI
(Peripheral Component Interconnect) local busz. (Szabványa folyamatosan fejlődik.)
47
A hardver elemei: az alaplap + • Adatátviteli rendszer: sín-, vagy buszrendszerű
PC-k buszrendszereinek fejlődése:
A PCI (Peripheral Component Interconnect) local busz:
- A PCI busz illesztőhelyeire merevlemez-vezérlő, hálózati kártya,
grafikus kátrya, multi-média bővítő stb. csatlakozhat.
- Az összes jel- és tűkiosztás szabványos.
- A mikroproceszor ugyanolyan sebességgel tudja kezelni az eszközöket,
mint a memóriát.
- Egyszerűbben kezelhető, mint a hagyományos PC buszok, egy-egy
bővítőkártya beépítése során nem kell "jumperelni", "setup"-olni: minden
bővítőkártyához rendeltek egy ún. konfigurációs regisztert, amit bootoláskor
a mikroprocesszor kiolvas, és felismeri, milyen kártya van az illesztőhelyen,
s azonnal le is futtat egy installáló, inicializáló programot.
- Nem processzorfüggő, nemcsak Intel processzorokkal, hanem bármilyen
RISC processzorral is. Így nemcsak az "asztali" gépeknél, hanem
munkaállomásoknál, szervereknél is jól alkalmazható. Az 5 V-ot és a 3 V-ot
is képes kezelni, így a hordozható gépeknél is jó megoldás (PCIe).
48
A hardver elemei: az alaplap + • Adatátviteli rendszer: csatoló- és bővítőkártyák
Monitorvezérlő kártyák fejlődése:
VGA és SVGA kártya:
- Az emberi szem 16 millió színárnyalatot képes
megkülönböztetni. Erre a régebbi (CGA, Hercules,
EGA) grafikus kártyák nem képesek.
- A videomemória mérete a felbontás miatt
igencsak megnőtt. A memóriaigényt
kiszámíthatjuk, ha adott felbontásban a pixelek
számát megszorozzuk a megjeleníteni kívánt
színek számának ábrázolásához szükséges bitek
számával.
- Minden VGA kártyának van saját BIOS-a. Ez a
bejelentkező üzenetet kiírja a képernyőre a
számítógép indulása esetén.
- Természetesen lehetőség van a színmélység
növelésére is, a videomemória megnövelésével.
Felbontás
Színmély-
ség
640x480
16,7 millió
800x600
32768
1024x768
256
1280x1024
16
49
A hardver elemei: az alaplap + • Adatátviteli rendszer: csatoló- és bővítőkártyák
Monitorvezérlő kártyák fejlődése:
Videó gyorsítókártyák:
- A grafikus rendszerek elterjedésével a videokártyák sebessége már nem
megfelelő. Ennek az a magyarázata, hogy az ablakok megnyitása, a
menüpontok kiválasztása esetén mindig újra kell rajzolni a képet. A műveletet
gyorsítani kell, melynek egyetlen hatékony módja a hardveres gyorsítás.
- 1992-ben jelent meg az első gyorsítókártya. Az elképzelés szerint egy
intelligens processzor átveszi a számítógép CPU műveleteinek azon részét,
mely a képalkotással foglalkozik. A grafikus operációs rendszerek gyakori
eljárásait hardveresen oldják meg.
- A kártya központi eleme a grafikus gyorsító áramkör. Ez egy speciálisan erre
a célra optimalizált processzor.
- A gyorsítás érdekében a grafikus kártyákon elhelyeztek ún. videó RAM-ot is
(VRAM). A VRAM és a DRAM között nincs túl nagy különbség, a működés
elve azonos. Azonban a VRAM két adatporttal rendelkezik (Dual Port RAM).
50
A hardver elemei: az alaplap + • Adatátviteli rendszer: csatoló- és bővítőkártyák
Monitorvezérlő kártyák fejlődése:
Videó gyorsítókártyák:
- Továbbá a monitorok analóg
jelekkel működnek, viszont a
számítógépek digitálisak. Ezt
hidalják át a digitális-analóg
átalakítók (DA konverter). Ezek a
digitális jeleket RGB analóg
jelekké alakítják.
- Valamint ahhoz, hogy a kártyát
képes legyen a CPU elérni,
szükség van egy áramkörre, amely
a címdekódolást elvégzi.
- Beépített grafikus eljárások.
51
A hardver elemei: az alaplap + • Adatátviteli rendszer: csatoló- és bővítőkártyák
Monitorvezérlő kártyák fejlődése:
Az AGP (Accelerated Gpaphics Port) gyorsított videó kártyák:
- Előnye, hogy nem kell csak a kártya memóriájával megelégednünk. Ha
szükség van a nagy méretű 3D-s képek kirajzolásához memóriára, akkor a kártya
képes a rendszer memóriáját is használni.
- Másik előnye, hogy erre közvetlenül, késleltető elemek közbeiktatása nélkül is
képes. (DIME – Direct Memory Execute)
- Az adatátvitel sebessége a rendszer órajelével egyezik meg.
- A memóriának gyorsnak kell lennie, ezért erre csak az SDRAM megfelelő.
52
A hardver elemei: az alaplap + • Kommunikációs rendszer: I/O kártyák
A perifériáknak is van architektúrája.
Valamilyen módon az I/O-val kapcsolatosak, adatáramlás van az eszköz-sín-memória (CPU) között, ami rendszerint kétirányú adatforgalom.
• Aktív és passzív elektronikai elemekből épülő
nyomtatott áramkörök.
• Kapcsolódó felületet (interface) biztosítanak a
rendszerbuszhoz.
• Lehet saját "intelligenciájuk", saját
mikroprogramjuk.
• Rendszerint van saját memóriájuk: saját
regisztereik (adatregiszterek, vezérlő
regiszterek), puffereik (átmeneti tárolóik).
Egy vezérlő rendszerint több eszközt is
képes vezérelni, többször különböző
eszközöket (multicontroller kártyák).
• Sokszor ipari szabvány a kapcsolódó
felület a vezérlő és az eszköz között.
53
A hardver elemei: az alaplap + • Kommunikációs rendszer: I/O kártyák
A controller, vagy vezérlő feladatai:
• Interface biztosítás a buszon keresztül a számítógép többi
részéhez, oda-vissza adatforgalom biztosítás.
• Képesség a busz vezérlésére (néha).
• Kiadni a jeleket, melyek az eszköz(ök) mozgatásához
szükségesek (pl: diszk fordulatszám szabályozás,
író/olvasó fejek pozícionálása stb.)
• Ellenőrzött adatforgalmat biztosítani a vezérlő bufferei és
az eszköz között. Szükség esetén hibakezelés: adott
számban ismételt írás/olvasás.
• A szinkronizálás megoldása: interrupt (megszakítás)
generálása.
54
A hardver elemei: az alaplap + • Kommunikációs rendszer: I/O kártyák
Multi IO kártyák fejlődése:
1. AT buszos Multi IO, vagy másképpen IDE (Integrated Device Electronic),
integrált eszköz-elektronika kártya A kártya feladata a rendszer IO
eszközeinek összekapcsolása a rendszersínnel és ezzel együtt a
processzorral. Az alaplapra integrált IDE vezérlők már 32 bites
PCI-s EIDE (Enhanced IDE) csatolók, Az EIDE vezérlő lényege, hogy
megszüntette a hagyományos IDE merevlemezek 504 MB-os maximálisan
kezelhető kapacitását, és ezt a korlátot 8,4 GB-ra növelte. Ezt úgy érte el,
hogy az alaplapon lévő BIOS kezelni tudja az úgynevezett LBA (Logical
Block Addressing) rendszert, melynek segítségével az 1024 cilinder, 16 fej
és 63 szektor címzési korlátot feloldja oly módon, hogy 16 helyett 256
látszólagos író/olvasó fejet tudjon kezelni. Az IDE kártya az alábbi
részegységeket tartalmazhatja:
merevlemez vezérlő, hajlékonylemez vezérlő,
soros port, párhuzamos port,
játékport.
55
A hardver elemei: az alaplap + • Kommunikációs rendszer: I/O kártyák
Multi IO kártyák fejlődése:
1. IDE kártya jellemzői:
A csatoló két merevlemezes egység kezelését teszi lehetővé. Az egyik
meghajtót MASTER-nek, míg a másikat SLAVE-nek kell beállítani. Az
illesztőkártya egy 40 eres szalagkábellel van összekötve a merevlemezes
meghajtóval. Az IDE meghajtók 1-4 Mbyte/s adatátviteli sebességre képesek.
A kártyával 120, 300 és 500 Kbit/s adatátvitel valósítható meg. Egy kártya
négy meghajtó csatlakoztatását teszi lehetővé.
A lemezes egységek kapacitásának és átviteli sebességének a növelését a
tárolási sűrűség fokozásával, a forgási sebesség, a mágneslemezek, és a
fejegységek számának növelésével lehet elérni. A nagyobb tárolási sűrűség
érdekében a fejeknek a lehető legközelebb kell kerülniük a lemezek
mágneses felületéhez. Ennek eléréséhez a lemezeket merev anyagokból kell
készteni és tiszta, pormentes, zárt rendszerben üzemeltetni. A meghajtók
kapacitásának és sebességének növekedésével együtt növelni kellett a
meghajtó-áramkörök átviteli sebességét is!
56
A hardver elemei: az alaplap + • Kommunikációs rendszer: I/O kártyák
Multi IO kártyák fejlődése:
2. Az SCSI csatolón folyó adatforgalom jellemzői:
Az adatforgalom a sínen megadott ütem szerint történik, ezeket fázisoknak
nevezzük.
• Szabad fázis: A sín szabad, nincs kijelölt egység, nincs adatforgalom.
Ez a sín alapállapota.
• Sínhozzáférési fázis: Ez alatt veheti át egy egység a sínvezérlési jogot.
• Választási fázis: A győztes kezdeményező kiválaszt a rendszer eszközei
közül egy célt.
• Újraválasztási fázis: A fázisban a célegység újra felveheti a kapcsolatot
egy korábban megkezdett művelet befejezése céljából.
• Parancsfázis: Ebben a fázisban kap a cél (target) eszköz parancsot a
kezdeményezőtől. Összesen 40 parancs van különböző paraméterekkel.
• Adatfázis: Tulajdonképpen ebben a fázisban történik az adatok továbbítása,
vagy fogadása.
• Állapotinformáció fázis: Az állapotfázisban a célegység állapotáról kap
információt a kezdeményező. (Good Status, Check Condition, Busy Status)
• Üzenetfázis: Hasonló az előzőhöz, de néhány üzenet ellentétesen is futhat.
57
A hardver elemei: az alaplap + • Kommunikációs rendszer: I/O kártyák
Multi IO kártyák fejlődése:
2. Az SCSI (Small Computer System Interface), melyhez szükség van egy
viszonylag drágább vezérlő kártyára is. A vezérlő elektronika az egységen
található, mivel így lehet elérni a legnagyobb adatátviteli sebességet. Ez a
kártya azonban nem csak a merevlemezünk vezérlésére képes, sokkal több
annál. Egy SCSI kártyához hat egység csatlakoztatható, melyet a vezérlő, a
"host adapter„ kezel. Ezek az egységek lehetnek: szalagos archiváló egységek
(streamerek), digitális DAT szalagok, lapolvasók (scannerek), CD olvasók,
CD írók, stb. Mivel az SCSI kártyákon külső csatlakozó is található, így
bármelyik külső, hordozható eszköz is lehet. A legnagyobb kapacitású,
leggyorsabb archiváló eszközök általában SCSI rendszerűek. Majdnem
minden CD író SCSI rendszerű. A SCSI egységek gyakran tartalmaznak
saját gyorsító memóriát, amelyben az adatokat átmenetileg tárolni lehet. Az
adatok tényleges felhasználása alatt, melyet már az eszköz végez el, a többi
egység már kommunikálhat a számítógéppel. A szabványos SCSI csatoló 50
pólusú szalagcsatlakozó, amelyben 9 vezérlővezeték és 9 adatvezeték fut.
58
A hardver elemei: az alaplap + • Kommunikációs rendszer: I/O kártyák
Multi IO kártyák fejlődése:
3. ATA, ill. SATA vezérlő felépítése
Az illesztőkártyák
(interfaces) fejlődése
napjainkig!
59
A hardver elemei: az alaplap + • Kommunikációs rendszer: I/O kártyák
Soros (serial) kommunikációs port fejlődése:
1. A soros vonali illesztőt Amerikában az RS-232C, míg Európában a CCITT
V24/V28 szabvány jelöli. (Az előbbi terjedt el.).
Egy vezetéken egyirányú átvitel valósítható meg. Az adatátvitelnek szigorú
szabályai, ún. protokollja van. Az interfész nem TTL szintű jeleket használ.
Az RS-232-ben a 0 logikai szintnek +3 és +15 V, a logikai 1 szintnek –3 és
–15 V közötti értékek felelnek meg. Az RS-232 interfész táplálása +5 V-ról
történik, a –12 és +12 V-ot használja fel segédfeszültségnek. A gyakorlatban
a kimeneteken 9 és 12 V közötti értékeket tudunk mérni. Az átviteli
sebesség a soros átvitelnél csak diszkrét értékeket vehet fel. Tipikus
értékek:
56 75 110 300 600 1200 2400 4800 9600 19200 38400 bit/s.
A PC BIOS-a négy soros interfész használatát támogatja. Ezek neve rendre
COM1-COM4.
60
A hardver elemei: az alaplap • További rendszereszközök: Megszakításvezérlő egység
• A számítógép hardverének megszakításait speciális kezelő áramkör végzi.
• Az eszköz ilyenkor egy aszinkron esemény bekövetkezésére utaló
jelzést küld a CPU-nak.
• Az aktuális utasításfolyam végrehajtása ideiglenesen
felfüggesztődik (megszakad), és az IT-től függő utasítássorozat
hajtódik végre.
• Az IT kezelő (Interrupt Handler) lekezeli a megszakítási
instrukciósorozatot, s ezután folyatódik az eredeti
instrukciófolyam végrehajtása.
• Megszakítási okok prioritás szerinti sorrendben:
1. Géphiba: A számítógépen belüli áramköri hiba (pl. szakadás), melynél a
megszakítási rutin megpróbálja megtalálni a hiba okát. Az eredményt kijelzi, vagy
eltárolja a memóriában, és a számítógépet várakozó állapotba kapcsolja.
2. Programhiba: Olyan utasítás kiadása amelyik nem is létezik, vagy hibásan lett
megadva, vagy un. védett területet sért meg.
3. Külső okok miatti megszakítás: Pl. amikor a dinamikus memóriát kell frissíteni.
61
A hardver elemei: az alaplap + • Kommunikációs rendszer: I/O kártyák
Soros (serial) kommunikációs port fejlődése:
2. USB (Universal Serial Bus).
Az USB szabványt nagy számítástechnikai cégek hozták létre, mint a Compaq, a Digital
Equipment, az IBM, az Intel, a Microsoft, az NEC és a Northern Telecom 1995-ben. A
szabványt arra találták ki, hogy csökkenthetők legyenek mind a hardware gyártók, mind
a felhasználók költségei, hiszen így a szabványos csatlakozók segítségével elkerülhető
például egyes kiegészítő kártyák megvásárlása. Ezenkívül elhagyható a sok egyéb
periféria által igényelt hálózati adapter használata is, mivel az USB kábeleken nem csak
adatok közlekednek, hanem áram is folyik. A két utas adatcsatornával rendelkező USB
eszközök támogatják a hot-swapping technológiát, így a gép üzemelése közben minden
gond nélkül ki-be csatlakoztathatók új eszközök. Az USB port maximálisan 12
megabit/másodperc-es adatátviteli sebességre képes, mely sávszélességből a lassabb
eszközök, mint például a billentyűzet csak 1.5 Mbps-t foglalnak el. Az úgynevezett USB
hub-ok segítségével többszintes csillag topológiával maximum 127 darab USB eszköz
csatlakozhat egyetlen személyi számítógépre. A biztos működés és a nagyobb sebesség
miatt öt méternél hosszabb USB kábeleket nem szokás használni. Az USB 2.0-s
szabvány már 480 megabit/sec-os adatátviteli sebességet jelent.
62
A hardver elemei: az alaplap + • Kommunikációs rendszer: I/O kártyák
Soros (serial) kommunikációs port fejlődése:
2. USB (Universal Serial Bus).
USB porttal már a legtöbb mai asztali számítógép rendelkezik, így a továbbfejlesztett
USB támogatással rendelkező Windows 98, vagy az ennél újabb operációs rendszerek
segítségével ki is használhatók az USB technológia által nyújtott, az eddigieknél sokkal
egyszerűbb külsőperiféria-csatlakoztatási megoldások. Mivel manapság már a legtöbb
periféria USB-s csatlakozó felülettel kerül forgalomba, könnyen abba a helyzetbe
kerülhetünk, hogy akár több mint négy USB portra is szükségünk lehet (ennél több
csatlakozási pont általában nincs a gépen). Ebben az esetben az USB hub-ok használata
jelentheti a megoldást, melyek segítségével több USB-s eszköz is ráfűzhető egy gépre.
Két fajta USB hub létezik; az egyikhez nem kell külön tápegység, a másiknál szükség
van erre. A külön tápegység nélküli hub-ok az USB csatorna által biztosított 500
milliamperes árammal működnek, ez gátat szabhat a csatlakoztatható eszközök
számának. Jobb megoldásnak számítanak az AC adapteres USB hub-ok. Egy négy
portos USB hub AC adaptere 2 amperes, míg egy hét portos USB hub adaptere legalább
3,5 amperes. Kiegészítő USB kábel vásárlás esetén fontos, hogy minél rövidebb és
megfelelő szigeteléssel ellátott kábeleket vegyünk.
63
A hardver elemei: az alaplap + • Kommunikációs rendszer: I/O kártyák
Párhuzamos (paralel) kommunikációs port fejlődése:
• A régebbi interfészek csak egyirányú adatátvitelre alkalmasak, az újabb
párhuzamos csatolók már két irányban képesek kommunikációra.
• A páthuzamos interfész párhuzamosan küldi az adatokat a vevő felé, az
adatszélesség 8 bit. A párhuzamos interfészek minden jele TTL kompatíbilis.
Az adatátvitel nyugtázása két módszer szerint történhet. Ennek megfelelően
két- és háromvezetékes protokollt alkalmazhatunk.
• Ha a vevő rendelkezik egy átmeneti tárral, addig az átvitel nagyon gyors, ha
azonban ez megtelik, meg kell várni míg kiürül.
• A BIOS négy párhuzamos port használatát támogatja. Ezek elnevezései:
LPT1-LPT4.
64
A hardver elemei: az alaplap + • Kommunikációs rendszer: I/O kártyák
Játék (game) port fejlődése:
• A PC botkormányok csak olyanok lehetnek, melyek elmozdulását
potenciométer érzékeli.
• A kártya négy kitérés és négy kapcsoló bemenettel rendelkezik.
• Ezzel a módszerrel két kétdimenziós vagy egy négydimenziós egység kezelését
oldja meg. A kétdimenziós botkormány két kapcsolóval rendelkezik és egy-egy
érzékelő bemenetet használ fel az X és az Y irányba történő elmozdulás
érzékeléséhez. A kapcsoló bemenetekre érkező logikai szint közvetlenül
kiolvasható. A potenciométerek pillanatnyi értékét egy multivibrátorral
impulzussorozattá alakítja a kártya. A kiadott impulzus ideje arányos az
ellenállás értékével.
• A potenciométerek 100 k értékű, középmegcsapolásos kialakításúak.
65
A hardver elemei: az alaplap + • Kommunikációs rendszer: I/O kártyák
Hangkártya (sound card) fejlődése: • A számítógép digitális működéséből következik, hogy a hangot is digitális formában
kell tárolni. Ehhez szükség van egy analóg-digitális átalakítóra. Ha viszont a
számítógépen tárolt vagy előállított hangot szeretnénk megszólaltatni, akkor egy
digitális-analóg átalakítót kell használnunk. Az analóg-digitális és a digitális-analóg
átalakítást a CODEC végzi el.
• A Wavetable (hullámtábla) elnevezésű egység végzi el a hangmintákkal kapcsolatos
műveleteket és átadja a feldolgozott mintákat a CODEC-nek.
• A ROM tartalmazza a beépített hangmintákat. Mivel ezt csak olvasni tudjuk, ezért itt
nincs lehetőségünk saját mintákat eltárolni. Ha szeretnénk ilyet készíteni és azokat
később a hangalkotásnál majd felhasználni, akkor el kell tárolnunk a hangkártya saját
RAM-jában.
• Az FM jelzésű blokk az FM szintézis megvalósításáért felelős.
• A Mixer elnevezésű egység feladata kettős: a különböző forrásból származó jeleket a
CODEC-re kapcsolja, s a CODEC kimeneti jelét a meghatározott kimenetre kapcsolja.
• Rendszerint a hangkártyák tartalmaznak egy kis teljesítményű erősítőt, melyre
közvetlenül hangszóró (vagy aktív hangfal) kapcsolható.
66
A hardver elemei: az alaplap + • Kommunikációs rendszer: I/O kártyák
Hangkártya (sound card) fejlődése: • Ma már a legtöbb esetben a hangkártya funkcióit az alaplapra integrálják.
• E funkciók meglétéről árulkodnak a hangkártya és a külvilág közötti be- és kimenetek:
• Természetesen a
Házi mozi rendszerű
többcsatornás
hangvisszaadáshoz
ma is különálló
hangkártyát kell
beszereznünk.
Line Out - Vonali, tehát kis szintű kimenet. A kimeneti feszültség általában maximum 0,745 V, mely
alkalmas erősítő eszközre csatlakoztatásához.
Speaker Out - Egy erősített kimenet, mely lehetővé teszi hangszórók közvetlen meghajtását.
Aux In - Nagyjelű bemenet, mely külső eszközről származó analóg jelek feldolgozását teszi lehetővé.
Mic In - Mikrofon bemenet. Mivel a mikrofonnak a kimeneti jele meglehetősen alacsony, ezért a bemenet
tartalmaz egy erősítőt.
Joystick/MIDI - Botkormány vagy elektronikus hangszer csatlakoztatását teszi lehetővé.
67
A hardver elemei: háttértárak • Mágneses elven működő adattárolók
Mágnesszalagos adattároló fejlődése:
•Az adatok a szalagon kilenc
hosszanti sávon, ún. csatornán
kerülnek felírásra. A kilenc
csatornán egymás mellett lévő
kilenc bitből nyolc egy byte-ot
alkot, a kilencedik az
ellenőrzési célra használt
paritásbit.
• A mágnesszalag nem
címezhető adathordozó, azaz
magán a szalagon nincsenek
olyan fizikai jelek, amelyeket a
berendezés a felírt
adattartalom olvasása nélkül
megkereshetne (soros elérésű).
68
A hardver elemei: háttértárak • Mágneses elven működő adattárolók
Mágnesszalagos adattárolók:
•A szalagon az adatokat ún. adatblokkokban tároljuk, a blokkok között üres hézagot
hagyunk, ezt gap-nek nevezzük. A blokk több byte-ból áll, méretét a programozó
határozza meg.
• A blokkon belül a karaktereket a gép egymás után rögzíti. A mágnesszalagnál az
írás és olvasás blokkonként történik, azaz a blokk az a legkisebb adatmennyiség,
amelyet a szalagra a CPU-ból kivihetünk, vagy amelyet onnan a CPU-ba
bevihetünk. A hézag nagysága nem állandó, mérete normál körülmények között
kb. 15 mm.
69
A hardver elemei: háttértárak • Mágneses elven működő adattárolók
Mágnesszalagos adattárolók:
Műveletvégzés a mágnesszalagon: blokk írása, blokk törlése, blokk olvasása,
szalagmozgatás. • Az írás, törlés és olvasás műveletét az író-, olvasó- és törlőfej végzi, miközben a
szalagtovábbítási mechanizmus a szalagot folyamatosan mozgatja.
• A szalagon megkülönböztetünk értékes adatokat és tájékozódást segítő, szalagjel
(tape mark, TM) blokkokat. A szalagjelblokk speciális jelkombináció, ami
elkülöníthető a tartalmi jelentéssel bíró adatoktól. Szalagjeleket a programozó bárhova
írhat a szalagra.
• A blokkok törlése nulla értékű jelek felvitelét jelenti a szalagra.
• A blokk olvasása a blokk megkeresésével kezdődik, s az adatok kiolvasásával
folytatódik.
• A szalag mozgatása a szalagkezdet jel, a szalagjelek és az adatblokkok alapján
történik.
(A mágneskazettás adattárolásnál a tárolás elve megegyezik a mágnesszalagos
adattárak működési elveivel, a különbség a méretekben, a meghajtó-mechanikában és
a szalagformátumokban van.)
70
A hardver elemei: háttértárak •Mágneses elven működő adattárolók
Mágneslemezes adattárolók:
1. A merevlemezes tároló (winchester) nagy sebességű és nagy tárolókapacitású
háttértároló. Fizikailag egy vagy több közös tengelyen elhelyezett lemezből áll,
melynek bevonata mágneses mezőre érzékeny.
• Minden lemez mindkét oldala írható és olvasható, ez alól csak a két szélső lemez
burkolat felőli oldala a kivétel. Minden oldalhoz tartozik egy író- és egy
olvasófej. Ezeket általában egybeintegrálva készítik el. Az összes fej egyszerre
mozdul el, a fejmeghajtó elektronika biztosítja, hogy az összes lemezoldalra
egyszerre történjen meg az írás vagy olvasás.
• A fej típusa nyitott lágyvas, melyen egy tekercset helyezünk el. Ha a tekercsre
váltakozó feszültséget kapcsolunk, akkor a vasmag két vége közti nyílásban
mágneses mező indukálódik. A mágneses erővonalak „kigyűrődnek” a vasmag
síkjából. Ezek az erővonalak érintkeznek tulajdonképpen a lemezzel. Az
erővonalak iránya a lemezbevonat részecskéit a megfelelő irányba állítják.
• Mivel a számítógép digitális működésű és bináris kódolást használ, ezért a
jeleknek csak két állapota lehet, 0 és 1.
71
A hardver elemei: háttértárak •Mágneses elven működő adattárolók
Mágneslemezes adattárolók – Fizikai lemezkezelés I.
• A lemezeket forgató motor fordulatszáma azonban nem állandó, bizonyos
tűrési tartományon belül mozog. Ennek az eredménye, hogy a lemez forgási
sebessége is ingadozni fog. Ez a beolvasásnál is és az írásnál is komoly
probléma, mert így a szektorhatárokat nehéz megtalálni. Ennek
kiküszöbölésére az információt kódoljuk és a kódolásba beépítünk olyan
információt, mely megoldja a szinkronizációt.
• A lemez kezelésében különböző részeket különböztetünk meg:
1. A lemezeket koncentrikus körökre osztjuk, ezeket nevezzük sávoknak. A sávok
a fejek sugárirányú elmozdulásával érhetők el.
2. Minden sávot megadott számú, egyenlő hosszúságú részre osztunk, ennek az
elnevezése szektor. Ez a kezelhető legkisebb adategység.
3. Az egymás fölött elhelyezkedő sávokat nevezzük cilindernek.
• A merevlemezes tárolóba beépítettek egy hibafelismerő és egy hibajavító
áramkört. Ezek használatával felismerhetők az adatátvitel során bekövetkező
hibák, valamint ki is javíthatók.
72
A hardver elemei: háttértárak •Mágneses elven működő adattárolók
Mágneslemezes adattárolók – Fizikai lemezkezelés II.
• A szektorokat felépítésük alapján két részre oszthatjuk: a szektorfejre és az
adatblokkra. Ez utóbbi a lemezre írt adatokat tartalmazza.
• A szektorfej adminisztratív célokat szolgál. Tartalmazza a sáv számát, a fej
sorszámát, a szektor számát és a hosszának kódját.
• Mindkét részt egy speciális jel előzi meg, hogy a különválasztás megbízható
legyen. Az adatblokkot az adatjel (Data Mark, DM), míg a szektorfejet az
azonosító jel (Identifier Mark, IM) vezeti be. A DM értéke normál és törölt
állapotot tartalmazhat. Ha írunk a lemezre, a vezérlő ezt a jelzést felülírja.
• Ahhoz, hogy a lemezen létrejöjjenek a sávok és a szektorok, egy speciális
műveletet kell végrehajtanunk, amit formázásnak hívunk. A formázásnak két
része van: az alacsony szintű (Low Level Format) és a logikai formázás.
• Az alacsony szintű formázásnál a merevlemez vezérlő a szektorokat
megszámozza 1-től kezdve folytonosan egyesével növelve. Az ideális az lenne,
ha a vezérlő a szektorokat folyamatosan növekvő sorszám szerint olvasná be,
de ...
73
A hardver elemei: háttértárak •Mágneses elven működő adattárolók
Mágneslemezes adattárolók – Logikai lemezkezelés I.
• Megoldást a logikai formázás jelent, melyet az operációs rendszer végez el.
• A merevlemez fizikai kezelése tulajdonképpen a következő sáv- és
szektorszintű műveleteket jelenti: szektorok írása és olvasása, törölt jelzésű
szektorok írása és olvasása, azonosító olvasása.
• A logikai lemezkezelés alapja a több szektorból álló szektorcsoport, idegen
szóval cluster.
• Ebben a blokkcsoportban tartja nyilván az operációs rendszer a lemezterületek
foglaltságát, a file-ok elhelyezkedését. Annak érdekében, hogy kezelni tudjuk a
clustereket, azok számozására van szükség. Ez a számozás azonban független
a lemezegység fizikai paramétereitől. Az átvitel gyorsaságának növeléséhez a
szektorokat nem folyamatosan számozzuk, hanem két egymást követő szektor
között annyi távolságot hagyunk, hogy ennyi idő alatt a vezérlő fel tudja
dolgozni az adatokat.
• A fizikai és a logikai sorszámok közötti kapcsolatot az átlapolási tényező
(Interleave Faktor) adja meg, az alacsony szintű formázásnál lehet beállítani.
74
A hardver elemei: háttértárak •Mágneses elven működő adattárolók
Mágneslemezes adattárolók – Logikai lemezkezelés II.
• A merevlemez vezérlő elektronikája írni és olvasni a merevlemezt csak
clusterenként tudja. Ez azt jelenti, hogy a legkisebb írható vagy olvasható
méret a clustermérettel egyenlő.
• Minél nagyobb a lemez mérete, annál nagyobb a cluster mérete is. Hogy ez ne
okozzon problémát, a lemezt logikai részekre, partíciókra kell felosztani.
Minden merevlemez egy fizikai partícióból áll, ennek mérete a lemez teljes
területével egyenlő. A fizikai partíciót osztjuk fel logikai partíciókra.
• Kétféle logikai partíciót különböztetünk meg, az elsődleges és a másodlagos
logikai partíciót. A logikai partíciókat úgy látjuk, mintha külön merevlemez
volna, külön-külön tudjuk írni és olvasni őket. A partíciók felhasználásával
több operációs rendszer futtatására is lehetőségünk nyílik. A partíciók
információit a merevlemezen el kell tárolni, hogy azokat az operációs rendszer
képes legyen felismerni és kezelni. Erre a célra szolgál a merevlemez partíciós
táblája.
75
A hardver elemei: háttértárak •Mágneses elven működő adattárolók
Mágneslemezes adattárolók – Logikai lemezkezelés III.
• A partíciós tábla mindig a 0. számú logikai szektor, a 0. sávon a 0. fejjel
elérhető 1. fizikai sorszámú szektor. A partíciós tábla a szektor végén található.
• A szektor első részében egy programot találunk, ami az igazi partíciós táblát
értelmezi és a betöltésre kijelölt partíció betöltő szektorát beolvassa. A
program neve betöltő rekord (Master Boot Record, MBR). Ezt a szektort
ellenőrzi, és ha hibátlan, el is indítja. A szektornak körülbelül a fele üres
terület. Ide kerülnek azok a programok, melyek az MBR-rel kapcsolatosan
végeznek műveleteket.
• A ROM-BIOS program az önteszt és a kezdeti paraméterek beállítása után az
első fizikai szektort (MBR és partíciós tábla) betölti, majd átadja a vezérlést.
Ezután elindul az MBR-ben található program futása.
76
A hardver elemei: háttértárak •Mágneses elven működő adattárolók
Mágneslemezes adattárolók – Logikai lemezkezelés IV.
• Az állomány-elhelyezési tábla (FAT, File Allocation Table) az állományok
rekordjainak lemezen történő elhelyezkedését tárolja. A lemez legkisebb
egysége a szektor, azonban az operációs rendszer által kezelt legkisebb egység
a cluster. Az ebben található szektorok száma mindig 2-nek valamelyik
hatványa, valamint összefüggésben van a partíció méretével. A FAT ezen
clustereknek a foglaltságát tárolja, vagyis innen tudjuk meg, hogy hol van
szabad hely a lemezen.
• Az állomány-elhelyezési tábla egy táblázat, melynek bejegyzései vannak.
Minden bejegyzésnek van száma, amivel azonosítjuk és természetesen van
tartalma is. A bejegyzések száma függ a bejegyzések méretétől.
• A bejegyzések száma tulajdonképpen egy clusterszám, vagyis a bejegyzések
száma és a hozzá tartozó lemezterület között közvetlen a kapcsolat.
• Az állománykezelési táblát két példányban tároljuk egymás mögött a lemezen.
77
A hardver elemei: háttértárak •Mágneses elven működő adattárolók
Mágneslemezes adattárolók – Logikai lemezkezelés V.
• Az állományokat a lemezen katalógusokban tároljuk (könyvtárak, vagy
mappák). A katalógusrendszert mi (felhasználók) hozzuk létre, és fa
struktúrájú a felépítése. Ez azt jelenti, hogy a file-ok katalógusokban vannak,
melyek még egymásba is ágyazhatók. Egy állomány vagy katalógus helyét
megkapjuk, ha azokat a könyvtárakat, amelyeken át kell haladni, hogy elérjünk
oda, ahová szeretnénk, leírjuk egymás mögé \ jellel elválasztva.
• A főkatalógus, amely minden más alkatalógus (subdirectory) „szülő
könyvtára” a két FAT után következik a lemezen, és még a FAT szerkezetnek a
része.
78
A hardver elemei: háttértárak •Mágneses elven működő adattárolók
Mágneslemezes adattárolók – Hajlékony lemezek
• Az AT típusú számítógépekhez egy új
5,25 ”-os floppyegységet fejlesztettek ki.
Erre a lemezre már nem 40 hanem 80 sávot
lehet felírni, így az elérhető kapacitás 720
Kbyte. Megfelelő floppy lemezeknél ez az
egység képes sávonként 15 szektort felírni a
lemezre, ekkor a kapacitás 1,2 MB.
• Ezek mellet megjelent egy új floppyegység
is. Ez 3,5 ”-os lemezzel dolgozik. Ezek a
lemezek rendelkeznek a legnagyobb
kapacitással. Sávonként 18 szektort írnak a
lemezre, az így elérhető kapacitás 720 KB,
illetve 1,44 MB attól függően, hogy DD
(Double Density) vagy HD (High Density)
technikát alkalmaznak (Ma már csak az
utóbbi van forgalomban, ill. a 2,88 MB-os
változata.).
79
A hardver elemei: háttértárak •Optikai elven működő adattárolók
Optikai lemezes adattárolók - Lézertechnika
• A LASER rövidítés a Light Amplification by Simulated Emission of Radiation
kifejezésből származik.
• A közönséges fénysugarak szétszóródnak a tér minden irányába, szakszóval nem
koherensek. Ez azt eredményezi, hogy nem tudjuk semmilyen eszközzel egy megadott
pontba fókuszálni. A lézerfény alapjában különböző a látható fehér fénytől. Ennek a
fénynek egyetlen színe van, ami koherens. Ilyen például a piros és a sárga szín.
• CD-ROM lemez szerkezeti felépítése:
•A szabványos CD-ROM lemez 4,75” (120 mm)
átmérőjű és 1,2 mm vastag.
•Átlátszó polikarbonát műanyag hordozóra alumínium
(vagy arany) réteget, majd egy lakkréteget visznek fel.
•A tükröző réteg felületét land-nek, a bemélyedéseket
pedig pit-nek hívják. A pitek spirál alakban
sorakoznak a lemezen belülről kifelé.
•A lézersugár a pitekről és land-ekről különböző
módon verődik vissza, ami gyakorlatilag megfelel az
„egyeseknek” és „nulláknak”.
80
A hardver elemei: háttértárak •Optikai elven működő adattárolók
Optikai lemezes adattárolók – CD meghajtók I.
• A CD meghajtó a mágneslemez egységgel szemben olyan technikát használ, amely
képes megváltoztatni a forgási sebességet attól függően, hogy éppen a lemez mely
részét olvassa. Így biztosítani lehet, hogy a lemez és a lézerfej egymáshoz viszonyított
sebessége állandó maradjon. Mivel az adatsűrűség állandó, a tárolható információ
mennyisége sokkal nagyobb, mint a mágneslemezeknél. Ugyanakkor a hozzáférési idő
valamelyest nő, mivel a lemez szögsebességét a lézersugár helyzetének függvényében
állandóan változtatni kell. •Míg a tömegben gyártott CD-ken a pit-eket a gyártás
során hozzák létre, a CD-R lemezek üresek. A CD-R
lemezek polikarbonát hordozója hasonló a CD-ROM -
okéhoz, de a gyártás során felvisznek a lemezre egy
spirális sávot, ami az íráskor a lézersugár
pozicionálását segíti.
•Az alumíniumréteg helyett egy szerves festékréteget
használnak, majd erre egy vékony aranyréteg kerül.
Az aranyréteg jó visszaverő képességű és nem
korrodál a festékréteggel érintkezve. Ezután
védőlakkréteget visznek fel.
81
A hardver elemei: háttértárak •Optikai elven működő adattárolók
Optikai lemezes adattárolók – CD meghajtók II.
• A CD-ROM-ok fejlődésével egyre gyorsabb és gyorsabb meghajtókat hoztak
forgalomba. Alapsebességnek az audio CD sebességét tekintjük, a CD-ROM-ok
sebességét az ehhez viszonyított szorzószámmal fejezzük ki. Az audio CD sebessége
150 kbyte/s, ez az 1x sebesség.
• A 8x-nál nagyobb sebességű CD-ROM-ok egy speciális tulajdonsággal rendelkeznek.
Ahhoz, hogy ezt a sebességet nyújtani tudják, a fordulatszámot nagyon meg kellett
növelni. Sok energiapazarlással járna, ha a lemez mindig forogna. Azért, hogy ez ne
legyen így, ha nincs lemezművelet, a forgást leállítják a meghajtók.
• A CD író a lézersugarat a festékrétegre fókuszálja és az írás során beégeti azt. Ilyen
módon a pit-hez hasonló elváltozás lép fel a rétegen. Ennek megfelelően gyakorlatilag
az összes szabványos CD-meghajtó képes az ilyen módon elkészített lemezeket
olvasni. A pit-ek 1,6 mikron távolságra vannak egymástól az egyes sávokon.
• A nagyüzemi gyártás során az adatokról elkészítik az első ún. one-off lemezt. Ez nem
más, mint egy tesztváltozat. Ha ez minden kívánalomnak megfelel, akkor erről
készítenek egy üvegből készült mesterlemezt. Ebbe lézerrel vágják bele az adatoknak
megfelelő pit-eket. Ezek után minden további változat erről a lemezről készül.
82
A hardver elemei: háttértárak •Optikai elven működő adattárolók
Optikai lemezes adattárolók – CD meghajtók vezérlése
A CD meghajtó 4 féle módon csatlakoztatható a
számítógéphez: Saját vezérlőkártyával. A vezérlőkártya általában nagyon egyszerű felépítésű. A
címdekóderen és az illesztő-leválasztó fokozaton kívül nem is tartalmaz mást.
A csatlakoztatást egy 40 pólusú csatlakozó teszi lehetővé. Ez az eljárás csak
régi 1x és 2x CD meghajtók esetén volt használatos.
EIDE interfészre csatlakozik. erre négy egység köthető rá, melyek lehetnek
CD-ROM-ok is. A CD-ROM tartalmazza a meghajtó elektronikát, a kábel
csak a rendszerjelek meghosszabbítását végzi el.
Hangkártya megfelelő interfésze végzi az illesztést. A hangkártyák is
tartalmaznak olyan meghajtó fokozatokat, melyek a CD-ROM meghajtását
lehetővé teszik.
SCSI interfészre kapcsolható egység. Léteznek ilyen meghajtók, de az áruk miatt
nem terjedtek el. A CD írók esetében viszont szinte kizárólagosnak mondható
ez a csatlakoztatási mód.
83
A hardver elemei: háttértárak •Optikai elven működő adattárolók
Optikai lemezes adattárolók – DVD meghajtók
• A DVD Digital Video Disk (Digitális Videó Lemez), vagy egy másik meghatározás
szerint Digital Versatile Disk (Digitális Sokoldalú Lemez).
• Olyan adattároló eszköz, mint a hagyományos CD csak a kapacitása lényegesen
nagyobb, legegyszerűbb változata is több mint 7-szer több adatot (4,7 GB) képes
tárolni, mint a CD lemezek. S ez még csak egyoldalú, egyrétegű! A létező
legbonyolultabb szabvány kétoldalú, kétrétegű lemezének kapacitása 17 GB.
• A DVD gyakorlati fejlesztése 80-s évek végén kezdődött. A fejlesztést az adathordozó-
gyártók kezdték (3M, Verbatim, Sony, IBM). 1995-ben a Sony, Philips és a Panasonic
vezérletével megalakult a DVD-Consorcium, amely 8 nagy céget olvasztott magába. 2
éves munka után hozták nyilvánosságra kutatási eredményeiket.
• Az igazi újdonság a klasszikus CD technikával szemben a nagyobb tárolókapacitás és
az olvasási gyorsaság volt. A megnövekedett tárolókapacitást kisebb pontmérettel és
sűrűbb sávszerkezettel sikerült elérni. Ezenkívül a lézerfény hullámhosszát is
csökkentették, míg a hagyományos CD-meghajtók 780 nanométeres infravörös
fénnyel dolgoznak, a DVD rendszer 635 nanométeren üzemel.
• A DVD-RAM ill. a többrétegű DVD és a Blue-Ray lemez az új fejlesztési irány!
84
A szoftver: processzor utasítások •A programok végrehajtása
• A számítógépet a program működteti. A processzor közvetlenül
csak a gépi kódú programokat képes értelmezni. A gépi kódú
utasítás az elvégzendő művelet kódjából és a művelet
operandusaiból áll. Maga az utasítás nem más, mint nullák és
egyesek sorozata.
• Az utasítások műveletikód-része adja meg a processzor
számára, hogy milyen műveleteket kell elvégezni. Az
operandusrész tartalmazza azt az információt, hogy a műveletet
mivel kell elvégezni. A processzor által értelmezhető műveletek
összességét a processzor utasításkészletének nevezzük.
85
A szoftver: processzor utasítások •A programok végrehajtása
• A gépi kódú utasítások
egy műveleti részből és
egy operandusrészből
állnak. Az
operandusrész
általában összetett.
• A 4 és 3 címes
utasításszerkezetek
nagy hibája a
helyfoglalás.
• A korszerű
számítógépek utasításai
kétcímesek, azaz két
operandushivatkozást
tartalmaznak.
86
A szoftver: processzor utasítások • Címzési módok
• Közvetlen adathivatkozás, vagy direkt címzés (immediate)
Az operandus helyén nem egy adat címe, hanem maga az adat áll.
• Közvetlen címzés, vagy
direkt rekesz címzés
Az operandus itt egy közvetlen
tárcím, azaz egy bináris szám.
87
A szoftver: processzor utasítások •Címzési módok
• Indirekt regiszteres címzés
Az indirekt címzés azt jelenti, hogy az utasítás operandusa egy olyan címre való
hivatkozás, amelyen a tényleges adat címe található. A regiszteres indirekt
címzésnél az operandus annak a regiszternek a címe, amelyben az adat tárbeli címe
található.
• Indirekt memória címzés
Ennél a címzési módnál az operandus olyan tárcímre mutat, amelyen az adat címe
található. Itt egy adat eléréséhez kétszer kell a tárhoz fordulni. Ez az utasítástípus
akkor használatos, ha a gép olyan, hogy az utasítás operandusrésze nem elég
hosszú a teljes tár címzésére.
88
A szoftver: processzor utasítások •Címzési módok
• Bázisregiszteres címzés
A bázisregiszteres címzési módnál az adat tárcíme két címkomponens összege. Az
egyik a vezérlőegység egy regiszterében, a bázisregiszterben található címkonstans,
az ún. báziscím, a másik az ún. eltolási cím. Az utasításban a bázisregiszteres
címzést alkalmazó operandus két részre oszlik. Az első részben található a
bázisregiszter címe, a másikban az eltolási érték. A tényleges cím kialakításához az
ALU összeadja a báziscímet és az eltolási értéket.
A bázisregiszteres címzés az alapja a programok áthelyezhetőségének. A
programok áthelyezhetősége, azaz a lehetőség, hogy a programok a tár bármely
részében azonosan működhetnek, a feltétele annak, hogy a gépet egyszerre több
program használhassa.
89
A szoftver: processzor utasítások •Utasításkészlet •Az INTEL 8088-as 16 bites µP, 4 különböző típusú regiszterrel rendelkezik
Általános regiszterek: Akkumulátor (AX) Bázisregiszter (BX)
Számolóregiszter (CX) Általános regiszter (DX)
Címzési regiszterek: Indexregiszter (SI) Indexregiszter (DI)
Verem-bázisregiszter (BP)
Vezérlő regiszterek: Verem-mutató (SP) Utasításmutató (IP)
Jelzőszó (flag)
Szegmensregiszterek: Kódszegmens-regiszter (CS)
Adatszegmens-regiszter (DS)
Második adatszegmens-regiszter (ES)
Veremszegmens-regiszter (SS) Az általános regiszterek különböző funkciók ellátására alkalmasak, általában adatok tárolására
használjuk őket. A BX bázisregiszteres utasítások bázisregisztere lehet, a CX számolóként
működhet. Az SI és DI indexregiszterek használhatók indexregiszterként, illetve adattömbben
mutatóként (indexként), a BP egy speciális rendeltetésű tárolórész, bázisregiszterként
használható. Az SP regiszter a verem elemeinek mutatója, IP az utasításszámláló. A flag 16
bitből áll, a bitek aritmetikai és egyéb műveletek végrehajtásánál használt jelzők.
90
A szoftver: processzor utasítások •Utasításkészlet
• IBM PC utasításformátuma (2 címes utasítás):
•Az utasításkészlet igen rugalmas, hiszen a második operandus címét a
veremmutató, a bázisregiszter, valamint az indexregiszterek együttes
felhasználásával lehet kialakítani. Azt, hogy a második operandus tartalmából
hogyan kell kiszámítani a tárcímet, azt a „mod” két bitje és az r/m három bitje
dönti el.
• Az utasítás első operandusa csak regiszterben lehet. A regiszter címét adja meg a
három „reg” bit. A „d” bit azt mutatja, hogy az operandust a regiszterből veszi-e
ki az utasítás (d=0), vagy oda teszi be (d=1). A „w” bit az operandus hosszát
jelöli, w=0 nyolcbites, w=1 pedig 16 bites operandust jelöl.
91
A szoftver: megszakítás •Szoftveres interrupt
• A számítógép a program igényeinek megfelelően
használja a különböző berendezéseket, a be/kiviteli
eszközöket, a processzort, a tárolókat, a gép ún.
erőforrásait. Ha a gépen egyszerre több program fut, az
egyszerre egy erőforrást tud használni, a gép többi része
kihasználatlanul áll.
• A futó programokat megszakítják a processzoron, ha a
processzort valamely okból egy fontosabb (erősebb)
program igényli. Amikor a futó program visszakapja a
vezérlést, ugyanonnan kell tudni indulnia, ahol befejezte
működését. Tárolni kell tehát a program állapotának
leírását. Ez a vezérlőegység egyik regiszterében történik
meg. Ez a regiszter az ún. programállapotszó (Program
Status Word – PSW) regiszter.
• A programok „erősségét” prioritásnak nevezzük.