budowa i dzia‚anie komputera

Download Budowa i dzia‚anie komputera

Post on 11-Jan-2017

222 views

Category:

Documents

4 download

Embed Size (px)

TRANSCRIPT

  • BUDOWA I DZIAANIE KOMPUTERA

    I

    Dariusz SkibickiWydzia Inynierii Mechanicznej

    Uniwersytet Technologiczno-Przyrodniczyim. Jana i Jdrzeja niadeckich w Bydgoszczy

    dariusz.skibicki(at)utp.edu.pl

  • Historia maszyn liczcych

  • Historia maszyn liczcych

    Abacus (pol. liczydo) pierwsze znane

    mechaniczne urzdzenie liczce,

    powstae okoo 5000 lat temu w Azji

    Okoo 1500 - Codex Madrid maszyna liczca

    zaprojektowana przez Leonarda da Vinci

    Pascaline 1642, maszyna liczca

    zbudowana na potrzeby sumowania

    podatkw przez Blaise PascalaGottfried Wilhem von Leibniz 1671,

    zbudowa maszyn liczc ktra oprcz

    zliczania potrafia rwnie mnoy

  • Historia maszyn liczcych

    W 1822 Charles Babbage zbudowa

    maszyn rnicow, ktrej zadaniem

    byo automatyczne obliczanie

    tablic matematycznych.

    W 1834 Charles Babbage wymyli

    maszyn analityczn, ktrej budowa

    zapowiedziaa architektur przyszych

    komputerw cyfrowych.

    Maszyna miaa uywa ptli utworzonych z

    serii kart perforowanych Jacquarda w

    celu sterowania automatycznym

    kalkulatorem, ktry mg podejmowa

    decyzje na podstawie wynikw

    poprzednich oblicze.

    Maszyna miaa by wic wyposaona w

    kilka cech spotykanych we wspczesnych

    komputerach, mianowicie takich jak

    sterowanie sekwencyjne, rogazienia oraz

    ptle programu.

    Charles Babbage

    (1791 1871)

    It had 5 crucial features:

    o Input device (punched cards)

    o Storage facility for numbers to

    be processed

    o Processor / Number calculator

    o Control unit to direct tasks to

    be performed

    o Output device (for printing)

  • Historia maszyn liczcych

    W 1937 Turing Alan Mathison stworzy tzw.

    Maszyn Turinga abstrakcyjn maszyn

    obliczeniow do badania teoretycznych

    ogranicze matematyki.

    Turing Alan Mathison

    (1912-1954)

    W 1943 Alan Turing wraz z

    zespoem buduje jednej z

    pierwszych

    programowanych

    komputerw lampowych

    (1800 lamp) - Collosus

  • Historia maszyn liczcych

    1943 do 1946 John William Mauchly i John

    Presper Eckert Junior zbudowali komputer

    elektroniczny oglnego przeznaczenia

    ENIAC uznany (mimo istnienia maszyny

    Atanasoffa i komputera Collosus) jako

    pierwszy elektroniczny komputer oglnego

    przeznaczenia.

    W 1945 John von Neumann

    udokumentowa w pracy Pierwszy

    szkic koncepcj komputera

    przechowujcego program.

    Dosownie wszystkie komputery

    cyfrowe od tamtej pory s oparte

    na tej wanie architekturze.

    Komputer = pami + jednostka

    obliczeniowa + jednostka sterujca

    ENIAC:

    42 szafy o rozmiarach

    3 m * 30 cm * 60 cm kada

    18800 lamp,

    6000 przecznikw,

    1500 przekanikw,

    70000 opornikw,

    10000 kondensatorw

    Pobr energii: 140 kW;

    chodzenie: 40 kW

    Masa: 30 ton

    Moc obliczeniowa:

    5000 dodawa na sekund,

    385 mnoe na sekund

  • Historia maszyn liczcych

    W 1958 Jack Kilby wytworzy kilka elementw

    elektronicznych na pojedynczym kawau

    pprzewodnika. By to pierwszy ukad scalony.

    W 1950 Shockley wynalaz nowy element pprzewodnikowy,

    zwany tranzystorem o zczu bipolarnym. Tranzystory miay

    wyprze lampy ktre stosowano do budowy komputerw.

    Dalszy postp produkcji tych ukadw pozwoli umieszcza w jednej "kostce" dziesitki tysicy

    tranzystorw a obecnie miliony. Obwody takie nazwano ukadami wielkiej skali integracji (VLSI z

    ang. - Very Large Scale of Integration).

    1957 Pierwszy komputer osobisty IBM 610

    Do poowy lat 70-tych opracowywano podobne do IBM 610

    opracowywano maszyny ktrych podstawow wad bya

    bardzo wysoka cena.

    1975 - Ed Roberst opracowa mikrokomputer Altair 8800

    pierwszy tani mikrokomputer

  • Historia maszyn liczcych

    Generacje komputerw:

    Pierwsza generacja komputery lampowe

    Druga generacja komputery tranzystorowe

    Trzecia generacja komputery zbudowane na uk. scalonych

    Czwarta generacja komputery w technologii VLSI

    W 1976 Steve Woniak i Steve Jobs

    stworzyli komputer Apple 1

    1981 Pierwszy komputer IBM PC

    W 1977 powsta mikrokomputer

    Commodore PET

  • Komputery - prognozy

    liczba

    milionw

    instrukcji

    na sekund

  • Komputery - prognozy

  • Komputery - prognozy

  • Komputery - prognozy

  • Architektura komputera

    Urzdzenia wejcia

    klawiatura

    mysz

    ekran dotykowy

    skaner

    Urzdzenia wyjcia

    drukarka

    suchawki

    monitor

    karta sieciowa

    Jednostka centralna

    pami operacyjna

    procesor

  • Architektura komputera

    Koncepcja von Neumanna

    Procesor Pami Urzdzeniawe/wy

    sterowanie

    mag. danych

    mag. adresowa

  • Architektura komputera

    Urzdzenia

    wyjcia

    Urzdzenia

    wejcia

    Jednostka Centralna =

    Procesor + Pami Operacyjna

    Komputer = Jednostka Centralna + Urzdzenia Zewntrzne

  • Architektura komputera

    Procesor

    Sterowniki ukadw pamici (chipset):

    interfejs magistrali PCI,

    Interfejs magistraliAGP

    (IRQ, DMA)

    Pami podrczna (CACHE)

    Pami RAM

    Magistrala lokalna PCI

    Kartadwikowa

    Kartatelewizyjna

    Kartasieciowa

    Kontroler dyskw

    InterfejsMagistrali

    zewntrznej

    MagistralaISA, EISA Lub MCA

    StandardoweUrzdzenia wejcia

    i wyjcia

    Interfejs magistrali

    SCSI

    Mag

    istr

    ala

    SC

    SI Urzdzenia

    SCSI

    Mag

    istr

    ala

    AG

    PKartagraficzna

    Monitor

    Pyta gwna

  • Architektura komputera

  • Pami podrczna

    Cache to podrczna pami procesora. Charakteryzuje si wyjtkowo krtkim

    czasem dostpu. Jest ona uywana do przechowywania danych, ktre bd

    w niedugim czasie przetwarzane. Rozrniamy dwa rodzaje pamici Cache:

    Pierwszego poziomu (Cache L1) zintegrowana z

    procesorem z ktrym porozumiewa si z

    czstotliwoci rwn czstotliwoci wewntrznej

    procesora, Tego typu pami ma zwykle pojemno

    od 16 do 64 KB.

    Drugiego poziomu (Cache

    L2) znajdujca si zwykle na

    pycie gwnej gdzie z

    procesorem porozumiewa si z

    czstotliwoci taktowania

    zewntrznego. W

    nowoczesnych komputerach jej

    pojemno wynosi zwykle 512,

    a czasem nawet 1024 KB.

    Kontroler Cache

    Pami Cache

    Pami

    CPU

    Pami podrczna wspomaga pami gwn

  • Rodzaje pamici komputerowej

    Poziom 2

    Poziom 1

    Pami podrczna Cache

    Rejestry procesora

    RAM fizyczny

    RAM

    Pami wirtualna

    Dyski twarde

    Urzdzenia pamici masowej

    PenDrive CD DVD Karty pamici

    Klawiatura

    Urzdzenia wejcia

    Mysz Kamera Skaner

    Pr

    dko d

    zia

    ania

    Wie

    lko

  • Kanay DMA

    DMA (ang. Direct Memory Access) oznacza bezporedni dostp do pamici

    komputera dla urzdze peryferyjnych (np. karta dwikowa, dysk itp.)

    Ukady we-wy Procesor Pami

    Kontroler DMA

    Idea bezporedniej

    komunikacji ukadw

    wejcia-wyjcia z pamici

    Kontroler DMA realizuj transmisj danych pomidzy urzdzeniami

    peryferyjnymi oraz pamici komputera poprzez kanay DMA.

    Kanay DMA s przypisywane poszczeglnym urzdzeniom a te komunikuj

    si z kontrolerem za pomoc sygnaw DREQ.

    DMA 0 Przeznaczony do zastosowa wewntrznych, wykorzystywany tylko w sytuacjach awaryjnych.

    DMA 1 Wolny, najczciej rezerwowany przez karty dwikowe.

    DMA 2 Obsuguje napdy dyskietek, niedostpny dla uytkownika

    DMA 3 Wolny

    DMA 4 Przeznaczony do zastosowa wewntrznych, niedostpny dla uytkownika

    DMA 5 Wolny, najczciej rezerwowany przez karty dwikowe.

    DMA 6 Wolny

    DMA 7 Wolny

  • Kanay IRQ

    IRQ, Interrupt Request, danie przerwania, w informatyce jest to rozkaz zaprzestania

    wykonywania aktualnego zadania i rozpoczcia wykonywania innego, wydany

    procesorowi przez jedno z urzdze zewntrznych bd system operacyjny.

    W komputerach klasy PC jest 15 kanaw IRQ, przy czym wikszo z nich jest

    przydzielona do standardowych urzdze, takich jak np. porty COM. Urzdzenia

    instalowane przez uytkownika (jak np. karty graficzne bd dwikowe) maj

    przydzielane pozostae IRQ. W zalenoci od systemu operacyjnego oraz typu karty,

    IRQ jest przydzielane za pomoc odpowiedniego oprogramowania lub zostaje

    automatycznie przydzielone przez system.

    Zarzdzaniem kanaami IRQ zajmuje si tzw. kontroler przerwaIRQ Urzdzenie

    0 Zegar systemowy

    1 Klawiatura

    2 Wyjcie kaskadowe dla ukadu SLAVE

    3 COM2

    4 COM1

    5 LPT2

    6 Kontroler napdu dyskw elastycznych

    7 LPT1

    IRQ Urzdzenie

    8 Zegar czasu rzeczywistego

    9 Wywoanie przerwania IRQ2

    10 Zarezerwowane

    11 Zarezerwowane

    12 Zarezerwowane

    13 Koprocesor arytmetyczny

    14 Kontroler dysku twardego

    15 zarezerwowane

  • Budowa komputera

    Zabudowany w

    sankach napd CD,

    podobnie montowane

    s napdy CD-RW,

    DVD, ZIP, FDD itp.

    Zasilacz

    Zabudowany w

    sankach Napd HDD

    Obudowa

    komputera

    typu TOWER

    Proces wraz z

    chodzeniem

    Pami RAM

    Karta grafiki Sloty umoliwiajce

    podczenie innych

    urzdze

    wewntrznych

    Pyta gwna

    komputera

    Gniazda

    wtykowe do

    podczenia

    urzdze

    zewntrznych