tietokoneen toiminta
DESCRIPTION
Juhani Merilinna [email protected] Huone 6025 Materiaali löytyy sivulta: http://myy.helia.fi/~merju. Tietokoneen toiminta. Sisältö. Historiaa Peruskäsitteitä Tietokoneen toimintaperiaate Rakenneosat Assembler Tietokoneen rakenne (PC) Tietoliikenteen perusteita. Historiaa. - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
Tietokoneen toiminta
Juhani [email protected]
Huone 6025Materiaali löytyy sivulta:
http://myy.helia.fi/~merju
Sisältö
Historiaa Peruskäsitteitä Tietokoneen toimintaperiaate
Rakenneosat Assembler
Tietokoneen rakenne (PC) Tietoliikenteen perusteita
Historiaa
Abakus yli 4000 a. (Helmitaulu) Laskutikku 1617 Babbage 1820-luvulla ohjelmoitava
laskulaite Reikäkorttikone 1890 USA:n
väestönlaskentaan. IBM Mekaanisia tietokoneita (releet,
reikänauha) 1940-luvulla Taskulaskin 1970-luvulla
Historiaa, 1. sukupolvi
Ensimmäinen elektroninen tietokone 1946 ENIAC. 18000 elektroniputkea. Sähkönkulutus 150kW. Vikaväli luokkaa 10min.
Suomen ensimmäinen tietokone ESKO 1957. Elektroniputkia ja reikänauha.
Historiaa, 2. sukupolvi
1948 keksittiin transistori. Tietokoneiden nopeus jo luokkaa
10000 laskua sekunnissa. Muisti magneettirengasmuistia
Historiaa, 3.sukupolvi
Texas Instruments kehitti mikropiirin. IBM S/360 (1964) koneita myytiin n.
30000. 1 MIPS raja rikki. Moniajokäyttöjärjestelmä Tietokoneet suuria keskuskoneita
kommunikointi koneen kanssa reikäkortein tai reikänauhoin
myöhemmin kehitettiin kirjoitinpäätteitä ja näyttöpäätteitä
Historiaa, 4. sukupolvi
Intel kehitti ensimmäisen mikroprosessorin 1972 (Intel 4004)
Aluksi 4-bittinen, mutta hyvin pian tuli 8-bittisiä (Intel 8008, 8080 , Motorola MC6800)
Ensimmäiset kotikoneet
PC:n historiaa
1977 Apple II hyvin suosittu yrityksissä VisiCalc ensimmäinen
taulukkolaskentaohjelma 1981 IBM PC.
16KB muistia, pian myös 64KB 8088 prosessori (16/8 –bittinen) ei levyasemaa, tallennus nauhurille,
myöhemmin lisättiin levykeasema ISA 8 väylä
PC:n historiaa
PC XT Kiintolevy Max. 640KB muistia
Ensimmäiset kloonikoneet (Compaq)
1983 Apple Lisa (Mac XL) Graafinen käyttöliittymä Hiiri
PC:n historiaa
1984 PC AT 80286 prosessori max. 16MB muistia, tosin MSDOS ei
osannut käyttää kuin 640KB ISA 16 väylä Vielä 1990-luvulla PC:t olivat
oikeastaan paranneltuja PC AT -koneita
PC:n historiaa
1988 IBM PS/2 uusi väylä, mikrokanava IBM menettämässä johtavan asemansa OS/2 käyttöjärjestelmä
Intel 80386-prosessori 32-bittinen suojattu tila nykyiset prosessorit periaatteessa
paranneltuja 386-prosessoreita Lisätietoja:
http://www.ox.compsoc.net/~swhite/history/
Käyttöjärjestelmien kehitys
Ensimmäiset käyttöjärjestelmät 1950-luvulla. Lähinnä kokoelma peruspalveluja sovelluksille.
Eräajo 1960-luvulla Moniajo Vuorovaikutteisuus 1960-luvun lopussa
pääteajattelu sitä ennen vain reikäkortteja ym
1970 UNIX 1980-luvulla graafiset käyttöliittymät 1990-luvulla verkkokäyttöjärjestelmät
MS-DOS
Alun perin IBM PC:n käyttöjärjestelmän piti olla Digital Research:n CP/M.
Digital Research ei jostakin syystä toimittanut käyttöjärjestelmää, jolloin IBM tilasi käyttöjärjestelmän pikkuyritykseltä nimeltä Microsoft.
Microsoft osti oikeudet Q-DOS:iin (Quick and dirty dos) ja teki ensimmäisen version 1.0. (1981)
IBM korjasi MS-DOS:n virheitä ja toimitti PC:n mukana PC-DOS nimisenä.
MS-DOS on yksiajokäyttöjärjestelmä. Poikkeuksena on MS-DOS 4.01, joka oli tarkoitettu automaatiosovelluksiin.
MS-DOS
MS-DOS 2.0 (1983) hakemistot MS-DOS 3.0 (1984) tuki isoille kiintolevyille
(32MB) ja tiheille levykkeille. MS-DOS 3.1 (1985) verkkotuki ensimmäisen
kerran MS-DOS 3.2 (1985) tuki 3½” –levykkeille
(vain 720KB) MS-DOS 3.3 (1987) 1.44MB levykkeet ja
kiintolevyjen osiointi MS-DOS 4.0 (1988) tuki kiintolevyille 2GB
asti
MS-DOS
MS-DOS 5.0 (1991) tuki yli 640KB muistialueelle (UMB, HMA)
MS-DOS 6.0 (1993) tuki levyn pakkaamiselle
MS-DOS 6.2 levyn pakkaus (DoubleSpace) poistettiin lisenssiriitojen takia
MS-DOS 6.22 uusi versio levyn pakkauksesta (DriveSpace). Viimeinen MS-DOS-versio.
Windows
1985 Windows 1.0 Hyvin vähän käytetty 1987 Windows 2.0 Käytettiin jonkin verran
lähinnä Excel:n takia 1990 Windows 3.0 Ensimmäinen suosittu
Windows. Nosti Microsoftin maailman suurimmaksi ohjelmistotaloksi. Tuki suojatulle tilalle ja yli 640KB muistialueen. Moniajo
1992 Windows 3.1. Vähän paranneltu 3.0. Myöhemmin tuli versio 3.11, johon oli lisätty verkkotuki.
Versioon 3.11 asti kaikki Windows:t käyttävät MSDOS:a apuna.
Windows
1993 Windows NT 3.1 32-bittinen Lineaarinen muistiavaruus
1994 Windows NT 3.5 ja 3.51 1995 Windows 95 1998 Windows 98 2000 Windows 2000 2001 Windows XP 2003 Windows 2003 (XP server) 2006 Windows Vista
UNIX/Linux
1970 Unix kehitys aloitettiin lähinnä Multics-käyttöjärjestelmän miniversiona
1975 ensimmäiset kaupalliset UNIX julkaisut
1991 Linux alkaa Linus Thorwaldsin harrasteprojektina
1994 Linux ytimen versio 1.0 1996 Linux ydin 2.0 1999 Linux ydin 2.2 2001 Linux ydin 2.4
Standardit
Viralliset Suositukset De facto
Standardit
ISO
CEN
SFS
Kansainvälinen
Eurooppalainen
Suomalainen
Yleinen javirallinenStandardointi
Sähköala Tietoliikenne
IECITU
EntisetCCITT ja CCIR
Genelec
SESKO
ETSI
THK
CE
m
erkki
Standardit
ANSI Amerikan standardointi järjestö. Amerikan edustajana ISO:n toiminnassa
IEEE sähkö- ja elektroniikkainsinöörien yhteistyöjärjestö. Käyntännössä ANSI:n alaisuudessa.
EIA. Yhdysvaltalaisten elektroniikka-alan yritysten järjestö. ANSI:n jäsen. Nykyisin yhdessä TIA:n kanssa.
Standardit, Internet
ISOCKattojärjestö
IETFTunnistaaInternetinongelmat
IESGRFC-
dokumentit
WWWConsortiumWWW jaHTML
ICANNVerkko-
tunnukset
Käyttöjärjestelmän tehtävät
Käyttöjärjestelmä on jonkin verran epämääräinen käsite. Sen merkitys vaihtelee kohderyhmän mukaan: Käyttäjäopetuksessa käsitellään yleensä
käyttöliittymää ja apuohjelmia Ohjelmoija on kiinnostunut pääosin
käyttöjärjestelmän palveluista Ylläpitäjä on kiinnostunut rakenteesta,
käyttäjien hallinnasta, tietoturvasta ym.
Käyttöjärjestelmän tehtävät
Perustehtävät: palvelut sovelluksille
Ohjelmointirajapinta Oheislaitteiden käyttö
ohjelmien hallinta käynnistys ja lopetus moniajo suojaus virhetilanteiden hallinta
laitteiston hallinta muistinhallinta suojaus laiteajurit verkkotuki
Käyttöjärjestelmän tehtävät
Käyttöjärjestelmän mukana tulee yleensä: yksi tai useampia käyttöliittymiä apuohjelmia tiedostojen käsittelyyn
ym.
Käyttöjärjestelmän ominaisuuksia
Moniajo/yksiajo Monenkäyttäjän Reaaliaikainen Graafinen/merkkipohjainen
Moniajo 16-bit Windows
Windows
Tehtä
vä 1
Tehtä
vä 1
Tehtä
vä 1
vuoro
Palauttaavuoron
vuoro
Palauttaavuoron
vuoro
Moniajo (32-bit Windows)
Windows
Säie
1
vuoro
Säie
1
Säie
1
vuoro vuorokeskeytys keskeytys keskeytys
Peruskäsitteitä
Bitti pienin yksikkö. Arvo voi olla 0 tai 1. (nibble 4 bittiä. Harvoin käytetty) Tavu (Byte) 8-bittiä. Yleisimmin käytetty
tiedon mittayksikkö. Yleensä tietoalkioille varataan tilaa tavun kokoisina paloina. Esim. vaikka ascii-koodisto on 7-bittinen, jokainen merkki vie yhden tavun.
Sana (word) tarkoittaa alun perin tietokoneen luonnollista tietoalkion kokoa. Esim. 32-bittisellä koneella sana on 32-bittinen. Nykyisin käsitetään sana aina 16-bittiseksi.
Perusyksiköt
Yhdellä bitillä voidaan esittää vain kaksi arvoa 0 tai 1.
Tavulla on 256 mahdollista arvoa (0-255).(28)
16-bittisellä luvulla on 65536 mahdollista arvoa. (216)
32-bittisellä luvulla on 4 294 967 296 mahdollista arvoa.(232)
Peruskäsitteitä
Tavu on pieni yksikkö, siksi yleensä siihen liitetään etuliite kilo, mega, giga tai tera.
Etuliitteillä on kaksi eri tulkintaa, virallinen ja tietotekniikassa yleensä käytetty.
kilo 1000 1024 = 210
mega 1000000 1048576 = 220
giga109 1073741824 = 230
Tera1012 240
Peruskäsitteitä
Valitettavasti tietotekniikassa käytetään molempia merkityksiä sekaisin. Esimerkiksi kiintolevyjen koossa mega tarkoittaa virallista arvoa miljoona. Muistien koossa mega tarkoittaa kuitenkin 1 048 576!
IEC-standardi (1998) määrittelee tietotekniikassa käytettäville etuliitteille uudet nimet, jolloin perinteiset etuliitteet tarkoittavat alkuperäisiä arvojaan.Kibi 210 tebi 240
Mebi 220 pebi 250
Gibi 230 exbi 260
30
Kokonaisluvut
Tietokoneen peruslukutyyppi on binaarinen kokonaisluku.
Kokonaislukujen käsittely on nopea Kokonaisluvuilla on aina rajoitettu koko.
Rajan ylittäminen aiheuttaa virhetoiminnan
Etumerkittömät kokonaisluvut: vain positiivisia arvoja
Etumerkilliset kokonaisluvut: käytetään kahden komplementtiarvoja
Reaaliluvut
Reaalilukujen esittämiseen käytetään BCD-koodausta tai liukulukuja. Nykyisin lähes aina liukulukuja.
BCD-koodauksessa kymmenjärjestelmän luvun jokainen numero muutetaan erikseen binaariseksi.
BCD-koodausta käytetään joissakin vanhoissa ohjelmointikielissä ja taskulaskimissa
Liukuluvut
Luku muutetaan muotoon m*2e
Kerrointa m kutsutaan mantissaksi. E on exponentti. Luvusta tallennetaan vain mantissa ja exponentti.
Liukuluvuilla voidaan käsitellä hyvin suuria lukuja. Huomaa, että tarkkuus ei aina ole suuri.
Liukuluvuilla voi tulla pyöritysvirheitä Yleensä käytetään IEEE:n
suosittelemia liukulukuja
Liukuluvut
Yleisesti käytettyjä liukulukutyyppejä:
Lukualue 1038, tarkkuus 7 numeroa. Koko 3 tavua
Lukualue 10308, tarkkuus 15 numeroa. Koko 7 tavua
Lukualue 104932. Koko 8 tavua
Peruskäsitteitä, merkkikoodistot
Tietokone pystyy varsinaisesti käsittelemään vain lukuja. Siksi tekstin käsittelemiseksi pitää teksti ensin muuttaa luvuiksi.
Jokaiselle merkille on sovittu vastaava luku.
Merkkikoodisto on määritelmä merkkejä vastaavista luvuista.
Useimmat merkkikoodistot perustuvat ASCII-koodistoon.
Peruskäsitteitä, merkkikoodistot
ASCII 7-bittinen. kirjaimet a-z, A-Z ja välimerkkejä Euroopassa käytettiin versiota, jossa jotkin erikoismerkit oli
korvattu skandinaavisilla merkeillä EBCDIC
Käytössä lähinnä IBM:n suurkoneissa. Poikkeaa täysin ASCII:sta. IBM Extended
MS-DOS:n merkkikoodisto. Käytössä myös Windows:n komentorivillä
8-bittinen. 128 ensimmäistä merkkiä ASCII-koodiston mukaisia ANSI
Windows:n koodisto Amerikkalainen versio ISO 8859-1 koodistosta
ISO 8859 8-bittinen eri kielialueversioita, 8859-1, 8859-2, …
UNICODE 16-bittinen 256 ensimmäistä merkkiä iso-koodiston mukaisia.
Peruskäsitteitä, merkkikoodistot
UTF-8 on tapa esittää 16-bittisiä lukuja. Unicode tallennetaan usein UTF-8
muodossa. Vie vähemmän tilaa kuin perusmuodossa.
Ensimmäiset 128 merkkiä esitetään yhdellä tavulla. Seuraavat 4096 merkkiä kahdella tavulla ja loput merkit kolmella tavulla.
UDF-8 määrittelee myös tavujen tallennusjärjestyksen.
Tavujärjestys
Muistiin tallennetaan tietoa tavuina. Samoin tiedonsiirrossa lähetetään tieto tavuina.
16-bittisen luvun tallennus tarkoittaa, että tallennetaan kaksi tavua.
Tavut voidaan tallentaa eri tavoin: little endian. Ylempi tavu ensin. big endian. Alempi tavu ensin. Esim. PC ja MacIntosh tallettavat ei
järjestyksessä.
Peruskäsitteitä
MIPS (mega instructions per second) Käytetään prosessorin nopeuden yksikkönä. Eri prosessorin vertailu on vaikeaa, koska käskyt eivät ole samanlaisia.
MFLOPS (mega floating point operations per second) Suurissa koneissa käytetty nopeuden vertailuarvo.
Peruskäsitteitä
Pääte Monenkäyttäjän
järjestelmissä jokaisella käyttäjällä on oma pääte
Pääte on liitetty keskuskoneeseen yleensä sarjaliitännällä (RS232C)
Nykyisin varsinaiset päätteet ovat harvinaisia. Yleensä käytetään PC:tä ja jotakin pääteohjelmaa (telnet tms.)
Pääte
Pääte
Pääte
RS 232C
modeemimodeemi
RS 232C
Prosessit ja säikeet
Prosessi tarkoittaa käynnissä olevaa ohjelmaa. Oikeammin ohjelman käynnistyskertaa.
Prosessit voi listata Windows Tehtävien hallinta –ohjelmalla. Linux:ssa prosessilistauksen saa ps -komennolla.
Prosesseista käytetään joskus Windows-maailmassa nimitystä task (tehtävä).
Jokainen prosessi on oma erillinen toimintakokonaisuus. Jokaisella prosessilla on oma muistialueensa, jota muut prosessit eivät saa käyttää. Tavoitteena on, että prosessit eivät häiritse toisiaan.
Säikeet
Joskus tarvitaan myös ohjelman sisällä samanaikaisia toimintoja. Esimerkiksi tekstinkäsittelyohjelmassa tavutus toimii samanaikaisesti normaalin toiminnan kanssa.
Tämän takia prosessiin lisättiin säikeet. Prosessi määrittelee resurssit ja säie on prosessin suoritettava osa.
Säikeitä voi olla useita samassa prosessissa.
Moniajo
Tietokoneessa voi suorittaa samanaikaisesti vain yhtä ohjelmaa, jos prosessoreita on yksi. Moniprosessorikoneissa voidaan suorittaa jokaisessa prosessorissa omaa ohjelmaa.
Moniajo toteutetaan niin, että prosessori suorittaa lyhyen ajan jokaista ohjelmaa vuorollaan. Kun ohjelmaa vaihdetaan nopeasti, näyttää kuin ohjelmat toimisivat samanaikaisesti.
Moniajo
Vanhoissa 16-bittisissä Windows-versioissa moniajo toimi niin, että Windows antoi vuoron ohjelmalle. Ohjelma suoritti jonkin lyhyen toiminnan ja luovutti vuoron takaisin.
Jos ohjelma ei luovuttanut vuoroa takaisin, muut ohjelmat eivät saaneet lainkaan suoritusvuoroa.
Moniajo
32-bittisissä Windows-versioissa ja Linuxissa käytetään keskeyttävää moniajoa.
Käyttöjärjestelmä antaa vuoron ohjelmalle ja lyhyen ajan kuluttua keskeyttää ohjelman.
Yksi ohjelma ei voi estää muiden suoritusta.
Prosessit ja säikeet
Alun perin Unix:ssa käyttöjärjestelmä suoritti prosesseja vuorotellen.
Uusissa Unix-versioissa ja Windows:ssa ajetaan säikeitä vuorotellen.
Jokaisella prosessilla on siten ainakin yksi säie. Jos prosessissa halutaan samanaikaisia toimintoja, voidaan käynnistää lisää säikeitä.
Tehtäviä
1. Miksi kiintolevyn valmistajat käyttävät mieluummin Megalla arvoa tasan miljoona?
2. Miksi muistien koossa on kätevämpi käyttää Megalla arvoa 1 048 576 kuin tasan miljoona?
Kuvien esittäminen
Kuva voidaan esittää tietokoneessa bittikarttana tai vektorikuvana. Monet piirto-ohjelmat osaavat käyttää molempia muotoja.
Bittikartta on parempi valokuvien esittämiseen.
Vektorikuva on parempi piirrosten, kuten tekniset piirustukset, esittämiseen.
Bittikarttakuvat
Kuva tallennetaan pisteinä (pikseli). Kuvatiedostosta voi tulla hyvin suuri.
Koko näytön kokoinen kuva koostuu 1024x768 pisteestä (n. 800000 pistettä).
Pisteestä tallennetaan sen väri. Väri kerrotaan perusvärien (punainen, vihreä ja sininen) määrinä.
Esimerkiksi jokaisen perusvärin määrä voidaan kertoa yhdellä tavulla. Tällöin jokaista kuvapistettä varten tarvitaan kolme tavua tietoa.
Paletti
Tilansäästämiseksi kuvapisteen väriä ei usein kerrota suoraan. Kuvassa käytettävien värien arvot laitetaan erilliseen taulukkoon (paletti). Kuvapisteistä tallennetaan vain indeksi palettiin tavun kokoisena lukuna.
Jos kuvapisteen arvo on 15, se tarkoittaa, että paletista valitaan 15. väri.
Paletissa kerrotaan vastaava väri perusvärien osuutena.
Kuvassa voi olla vain rajallinen määrä värejä, mutta värit voidaan valita suuresta joukosta.
Bittikarttakuvat
GIF. Käyttää palettia. Suurin värien määrä on 256. Tiedosto on pakattu. Tiedostot pieniä pakkauksen ja paletin takia. Värien määrä ei riitä hyvälaatuisen valokuvan esittämiseen.
JPEG. Värien määrä max. 16,7miljoonaa. Käyttää häviöllistä pakkausta. Kuvan tallennus poistaa pieniä yksityiskohtia. Käytetään valokuvien esittämiseen, kun halutaan pieniä tiedostoja.
Bittikarttakuvat
TIFF. Joustava tiedostomuoto. Värien määrä voi olla periaatteessa mikä vain. Yleensä käytetään 8 tai 16 bittiä per väri.
Tiedosto voi olla pakattu. Käytetään kuvien käsittelyyn.
Vektorikuvat
Vektorikuvassa talletetaan kuva-alkioita. Esim. viiva alku- ja loppupisteinä.
Vektorikuva sopii piirustusten tallettamiseen.
Jokainen ohjelma käyttää omaa tiedostomuotoaan.
Vektorikuvassa voidaan muuttaa kuva-alkioiden ominaisuuksia jälkeenpäin.
Bezier-käyrä on yleinen vektorikuvan periaate. Siinä kuva-alkiot muodostetaan taitepisteiden avulla.
Tietokoneen toiminta
Kuvassa on yksinkertaistettu toimintaperiaate
Prosessori suorittaa tai ainakin ohjaa kaikkea toimintaa.
Keskusmuisti on työtila, jossa on kaikki suoritettavana olevat ohjelmat ja niiden käyttämä data. (von Neumann)
Data ja ohjelmat varastoidaan levyasemille.
Keskusyksikön sisällä tieto siirretään osien välillä väylien kautta.
Liitäntöjen avulla tietokoneeseen liitetään oheislaitteita.
Prosessori Keskusmuisti
Levyasema
TyötilaTyön tekijä
Varasto
Oheislaite
Liitäntä
Prosessoriväylä
Väylä-ohjain
Lisäkortti
Laajennusväylä
Kotelo
Kotelo voi olla•Pöytäkotelo•Minitornikotelo•Miditornikotelo•Maksitornikotelo•Palvelinkotelo
Lisäksi kotelo voi olla AT- tai ATX-typpinen.
Osat
Emolevy
Virtalähde
Kiintolevy
Levykeasema
Lisäkortti
Keskusyksikkö
Prosessori
SDRAM
Prosessori-väylä
LisäkortitL2 cache
Northbridge
AGP
PCI-väylä
Southbridge
USBEIDE 1
EIDE 2ISA-väylä
MultiI/O
Näppäimistö
Hiiri
LPTCOM
Levykeasema
RTC(kello)
BIOS
29
Käytännössä tietokoneen rakenne on paljon mutkikkaampi.
Nykyisissä koneissa piirisarjoilla on suuri merkitys.
Piirisarja yhdistää eri osia, ohjaa muistia, muodostaa väylät ja toteuttaa liitännät.
Väylä
Fyysisesti väylä on joukko rinnakkaisia johtoja, joiden välityksellä siirretään tietoa osien välillä sähköisinä signaaleina.
Väylän ja liitännän välinen ero on usein häilyvä. Onko esimerkiksi SCSI väylä vai liitäntä?
Nykyisissä tietokoneissa on useita väyliä: Prosessorin väylä, laajennusväylä, muistiväylä.
Prosessorin väylän nopeus ja signaalit riippuvat prosessorista. Laajennusväylä sen sijaan on oltava aina samanlainen, jotta lisäkortit toimisivat eri tietokoneissa.
Väylissä on yleensä osat: ohjausväylä, jonka avulla siirretään erilaista ohjaustieto
kuten luku/kirjoitus osoiteväylä, jolla prosessori valitsee osoitettavan
muistipaikan tai oheispiirin dataväylä, jonka kautta siirretään varsinainen tieto
prosessorin ja muistin tai oheispiirin välillä.
Dataväylä
Dataväylän leveys on alun perin sama kuin prosessorin käsittelemän datan koko eli 16-bittisessä prosessorissa dataväylä olisi 16-bittinen (16 johtoa)
Muistin nopeus on hitaampi kuin prosessorin. Tätä tilannetta on pyritty korjaamaan sillä, että luetaan muistista 64 tai 128 bittiä kerrallaan. Siksi muistiväylässä dataväylä on nykyisissä koneissa enemmän kuin 32 bittiä.
Osoiteväylä
Osoiteväylällä prosessori kertoo muistipaikan tai oheispiirin osoitteen.
Osoiteväylän leveys rajoittaa muistimäärän. 8-bittisissä prosessoreissa muistiväylä on 16 bittinen, jolloin muistia voi olla 216=65536 tavua (64kibitavua)
PC:ssä alun perin käytetyssä prosessorissa 8088 osoiteväylä oli 20-bittinen.
Ohjausväylä
Ohjausväylä sisältää joukon erillisiä signaaleja.
Luku/kirjoitus –signaalilla prosessori kertoo, haluaako se lukea vai kirjoittaa muistiin.
Yhdellä signaalilla prosessori kertoo, haluaako se käsitellä muistia vai jotakin liitäntäpiiriä.
Ohjausväylässä on myös erilaisia ajoitussignaaleja.
Tehtäviä
Mikä periaatteellinen ero on prosessorin väylällä ja laajennusväylällä
RAM-muisti on prosessorin työtila. Käynnissä oleva ohjelma ja sen käyttämä tieto on oltava muistissa. (von Neumannin periaate)
Muistin tarve on kasvanut nopeasti. Ensimmäisissä PC-malleissa oli 16 kibiTavua muistia. Vielä 90-luvun alussa koneissa oli yleensä 640 kibiTavua muistia. Nykyisissä työasemissa 64 mebiTavua tai enemmän
Muistin tarvetta on kasvattanut ennen kaikkea graafinen käyttöliittymä. Sen lisäksi sovellusohjelmien lisääntyneet ominaisuudet ja moniajo lisäävät muistin tarvetta.
RAM / Keskusmuisti
RAM/keskusmuisti
RAM muistia on kaksi perustyyppiä: SRAM (static RAM) jokaista bittiä kohti on
useita transistoreita. Nopea, mutta kallis ja vaatii tilaa. Käytetään yleensä prosessorin välimuisteissa.
DRAM (dynaaminen RAM) jokaista bittiä kohti on yksi transistori ja kondensaattori. Vaatii vähemmän tilaa kuin SRAM, mutta on jonkin verran hitaampi. Tila varataan kondensaattoriin. Varaus säilyy vain n. 10ms. Tila on virkistettävä (refresh). Virkistys tehdään yleensä 2ms välein.
Muistin toiminta
Muisti koostuu peräkkäisistä muistipaikoista. Yhteen muistipaikkaan mahtuu yksi tavu tietoa.
Käsiteltävä muistipaikka valitaan osoitteen avulla. Osoite on binaariluku.
Muistien osoitteet alkavat PC:ssä nollasta.
Kun prosessori lukee muistista, se laittaa ensin halutun muistipaikan osoitteen osoiteväylään. Sen jälkeen prosessori kertoo ohjausväylän avulla, että se haluaa lukea muistista. Tämän jälkeen muisti lähettää halutun muistipaikan sisällön dataväylän kautta.
101101010000
Osoite Muistipaikka
11100101
00000000
11111111
10101010
0000111111110000
0001
0010
0011
0100
0101
0110
0111
Osoiteväylä Dataväylä
11110000
RAM / KeskusmuistiEnsimmäisissä PC:issä muisti oli erillisinä piireinä. Piirit olivat
kannoilla tai usein suoraan juotettuina emolevyille.Nykyisin muistipiirit on liitetty erillisille piirilevyille
muistimoduleiksi.Muistimodulit mahtuvat pienempään tilaan kuin erilliset
muistipiirit ja modulien vaihtaminen on helpompaaMuistimoduleita on erilaisia. Lisäksi muistipiirien sisäisessä
tekniikassa on eri vaihtoehtoja.Moduleita on SIPP, 30p SIMM, 72p SIMM ja DIMM-tyyppisiä.
Uusimmat koneet käyttävät DIMM-moduleita.Muistin nopeus on oltava riittävä koneeseen. Vanhemmissa
muisteissa nopeus ilmoitetaan nanosekuntteina. Uudemmissa muisteissa nopeus ilmoitetaan kellotaajuutena.
Sopiva muistipiiri riippuu emolevystä ja prosessorista. Erityyppisten muistien yhdistämisessä on usein rajoituksia.
RAM / Keskusmuisti
SIMM /Single In-line Memory Module SIMM, lyhyt 30-pinninen (fyysisten kontaktipintojen
lukumääärä) dataväylän leveys 8 tai 9 bittiä riippuen onko pariteettibitti mukana käytetään 386 ja 486-prosessorilla varustetuissa koneissa
9-bittinen 9-piirinen sis. pariteetin tarkistuksen9-bittinen 3-piirinen sis. pariteetin tarkistuksen8-bittinen 8-piirinen8-bittinen 2-piirinen
SIMM 30 pinniä
SIMM, pitkä 72-pinninen (fyysisten kontaktipintojen lukumäärä) dataväylän leveys 32 tai 36 bittiä riippuen onko pariteettibitti mukana Käytetään koneissa, joissa on 486 tai Pentium-prosessori Pentium-koneisiin on lisättävä kaksi moduulia kerrallaan
RAM / Keskusmuisti
SIMM 72-pinninen
DIMM, pitkä 168-pinninen (fyysisten kontaktipintojen lukumääärä)
dataväylän leveys 64, 72 tai 80 bittiä riippuen siitä onko pariteettibitti ja/tai virheenkorjaavan ECC-muistin tarvitsema lisäbitti mukana
työasemissa ei yleensä käytetä pariteettitarkistusta Käytetään Pentium, Pentium II ja Pentium III -koneissa Käytössä olevat muistipiirit: SDRAM, EDO ja FPM -RAM Nopeus ilmoitetaan nanosekuntteina EDO- ja FPM-
muisteille ja megahertzeinä (MHz) SDRAM:ille
RAM / Keskusmuisti
RAM / Keskusmuisti
DIMM, pitkä 168-pinninen (fyysisten kontaktipintojen lukumääärä)
DIMM tukee kahta jännitettä, 3.3 tai 5.0 volttia
DIMMissä käytössä PD (Presence Detect) -tunnukset, joiden avulla järjestelmä tunnistaa muistinnopeuden, - määrän, muistipankkien järjestyksen ja määrän.
RAM / Keskusmuisti
SO-DIMM Vastaa DIMM-muistia, mutta pienempi kooltaan Käytetään kannettavissa tietokoneissa Usein kaksipuolinen, eli modulissa on piirejä
molemmilla puolilla.
Muistitekniikoita StaticColumn BEDO-RAM (Burst EDO-RAM) SDRAM (Syncronous Dynamic RAM) DDR (Double Data Rate SDRAM) CDRAM (Cache Dynamic RAM) / EDRAM
(Enhanced Dynamic RAM) VRAM (Video RAM) WRAM (Window DRAM) Muita suunnitteilla / markkinoilla olevia
muistitekniikoita: SGRAM MDRAM RDRAM 3DRAM
RAM / Keskusmuisti
Nykyiset prosessorit ovat nopeampia kuin SIMM- ja DIMM-moduleissa käytetyt DRAM-piirit. Riittävän nopea muisti on kallista ja vaatii paljon tilaa.
Muistin käsittelyn nopeuttamiseksi käytetään pientä määrää nopeaa muistia välimuistina.
Välimuisteja voi olla useita peräkkäin. Tällöin lähinnä prosessoria olevaa välimuistia kutsutaan L1-tason välimuistiksi ja seuraavaa L2-tason välimuistiksi.
80486-prosessorista lähtien prosessoreihin on integroitu sisäinen L1-tason välimuisti. Pentium Pro, Pentium II ja Pentium III -prosessoreissa on mukana myös L2-tason välimuisti
Cache / Välimuisti
Välimuistin toiminnan tehokkuuden mittaamisessa tutkitaan, kuinka monta kertaa CPU saa muistinkäsittelynsä tarvitseman tiedon välimuistista ilman että se täytyy käydä lukemassa keskusmuistista
HIT ilmoittaa että CPU:n haluama data löytyy välimuistista. Hit Rate -arvolla ilmaistaan, kuinka monta prosenttia
muistinkäsittelykäskyistä voidaan toteuttaa käyttämällä suoraan välimuistia ilman, että joudutaan lukemaan hitaampaa keskusmuistia.
MISS tarkoittaa, että CPU:n pyytämä data on täytynyt lukea keskusmuistista, koska haluttua dataa ei ole löydetty välimuistista
Miss Rate -arvo on käänteinen Hit Rate -arvolle, eli sillä ilmaistaan kuinka monta prosenttia muistinkäsittelykäskyistä on jouduttu lukemaan keskusmuistista.
Tag-piiri, on välimuistiin liittyvä apumuisti, jota käytetään välimuistin ohjaukseen. Lisäksi se sisältää tietoa, mm. mistä kohtaa keskusmuistia mikäkin välimuistissa oleva on peräisin.
Cache / Välimuisti
Eri välimuistin ja keskusmuistin välisiä datansiirtotekniikoita
Write Through Cache prosessori kirjoittaa ns. yhtä aikaa välimuistiin ja keskusmuistiin, tekniikaltaan helpoin.
Posted Write Cache prosessori kirjoittaa vain välimuistiin ja välimuistin ohjainpiiri huolehtii datan kirjoittamisesta keskusmuistiin.
Write Back Cache prosessori kirjoittaa vain välimuistiin, ja välimuistin ohjainpiiri tutkii, ovatko väli- ja keskusmuistin sisällöt identtiset. Tällöin tiedonsiirtoa muistien kesken tapahtuu vain mikäli datasisältö on muuttunut, ja näin vältytään turhalta liikennöinniltä, monimutkaisin.
Cache / Välimuisti
Välimuistit
Välimuistia käytetään tietokoneessa monessa eri paikassa.
Välimuistia käytetään keskusmuistin lisäksi ainakin kiintolevyn nopeuttamiseen.
Käyttöjärjestelmä käyttää osaa keskusmuistista levyvälimuistina
Kiintolevyillä on oma sisäinen välimuistinsa
Suoritin
L2Väli-muisti
Keskus-muisti
L1 väli-muisti
Levyasemansisäinenvälimuisti
Käyttöjärjestelmänlevyvälimuisti
ROM
Read Only Memory ROM-muistin sisältö säilyy, vaikka
tietokoneesta sammutetaan virta. ROM-muistityyppejä on useita:
ROM, pROM, eProm, EEROM, Flash-ROM.
ROM/BIOS PC:ssä käytetään ROM-muistia BIOS-
ohjelman säilyttämiseen. Alunperin BIOS:n päivittäminen tarkoitti
koko piirin vaihtamista. Päivittäminen oli hyvin harvinaista.
Nykyisissä PC:ssä käytetään Flash-ROM-muistia.
Flash-muisti voidaan kirjoittaa uudelleen sopivalla ohjelmalla. Tämä mahdollistaa BIOS-ohjelman päivittämisen.
Emolevy: BIOS
• BIOS:lla on useita tehtäviä:
• POST: kun PC käynnistetään, ensimmäisenä käynnistyy BIOS:ssa oleva testausohjelma, POST, joka suorittaa laitteiston perustestauksen ja tekee joitakin asetuksia.
• SETUP: Jos käynnistyksen jälkeen painaa DEL-näppäintä, käynnistyy BIOS:n setup-ohjelma, jolla voi muuttaa laitteistoasetuksia
• BOOTSTRAP: POST-ohjelman jälkeen BIOS etsii käyttöjärjestelmän levyasemalta ja käynnistää käyttöjärjestelmän
• BIOS: BIOS:ssa on myös ohjaimia eri oheislaitteille. Näitä ohjaimia käyttää lähinnä MS-DOS ja käynnistysohjelmat. Muut käyttöjärjestelmät sisältävät omat ohjaimensa.
BIOS
BIOS on emolevyllä ROM-muistilla oleva ohjelma.
Kun tietokone käynnistetään, BIOS käynnistyy aina ensimmäisenä.
BIOS tekee aluksi joitakin laiteasetuksia ja sen jälkeen testaa laitteistoa. (POST=Power On Self Test)
Lopuksi BIOS käynnistää käyttöjärjestelmän levyasemalta.
BIOS sisältää myös SETUP-ohjelman, jolla voidaan muuttaa joitakin laiteasetuksia.
Prosessori
Kuvassa on yksinkertaistettu prosessorin sisäinen rakenne
Käskytulkki tulkitsee konekielisen käskyn ja kutsuu tarvittaessa ALU:a
ALU (Arithmetic logic Unit) Suorittaa laskentatehtäviä
Rekistereissä on erilaista tilanteesta riippuvaa dataa
ALUDatarekisteriDatarekisterilippurekisteri
IndeksirekisteriPino-osoitinKäskyosoitinKäsky-
tulkki
Osoite-
väylä
Data-
väylä
Ohjaus-
väylä
Prosessori Intel 386-prosessorin sisäinen rakenne
Prosessori, rekisterit
Prosessorin käsittelemä data on yleensä datarekistereissä käsittelyn ajan.
Käskyosoitin kertoo seuraavaksi suoritettavan käskyn osoitteen muistissa
Pino-osoitin kertoo ensimmäisen vapaan paikan pinossa.
Indeksirekisteriä käytetään yleensä epäsuorassa muistiosoituksessa.
Lippurekisteri sisältää tilatietoa. Lippurekisterin tila kuvaa viimeksi suoritetun käskyn toimintaa.
i386 rekisterit
AHEAX ALAX
BHEBX BLBX
CHECX CLCX
DHEDX DLDX
(E) DI
(E) SI
(E) BPDS
CS
SS
ES(E) IP
(E) SP
LIPUT
Automaattisia
Datarekisterit
Datarekistereitä on 8088 prosessorissa neljä: AX, BX, CX ja DX.
Datarekisterien leveys määrää sen, onko prosessori 16- tai 32-bittinen.
8088-prosessori oli 16-bittinen, joten sen rekisterit olivat 16-bittisiä.
i386 prosessorissa rekisterit ovat 32-bittisiä: EAX, EBX, ECX ja EDX.
i386-prosessoria voidaan käyttää 16 bittisenä, jolloin datarekistereistä käytetään vain alemmat 16 bittiä.
Rekisterit
SI ja DI rekistereitä käytetään indeksirekistereinä. Esimerkiksi siirrettäessä tietoa muistialueelta toiselle SI-rekisteriin laitetaan siirrettävän alueen alkuosoite ja DI-rekisteriin osoite, johon tieto siirretään.
IP on käskyosoitin. Se sisältää seuraavaksi suoritettavan ohjelmakäskyn osoitteen. Kun käsky on suoritettu, rekisterin arvo muuttuu automaattisesti osoittamaan seuraavaa käskyä. IP-rekisteriä ei yleensä käsitellä suoraan.
Rekisterit
SP on pino-osoitin. Se sisältää pinossa olevan viimeisen tavun osoitteen. Kun pinoon laitetaan tietoa, SP:n arvo muuttuu automaattisesti.
Rekisterit, segmenttirekisterit
8088 prosessorissa on 4 segmenttirekisteriä.
CS (Code Segment) ohjelman segmentti
DS (Data Segment) datan segmentti SS (Stack Segment) pinon segmentti ES (Extra Segment) ylimääräinen
segmentti.
Tehtäviä
Kun prosessorista sanotaan, että se on 32-bittinen, mitä tämä tarkoittaa.
Jos prosessorin osoiteväylä on 32-bittinen, kuinka paljon muistia voi koneessa olla.
Muistinhallinta
Ohjelmien käyttämät muistiosoitteet ovat virtuaaliosoitteita.
Muistitilaa voidaan vapauttaa siirtämällä osa tiedoista tilapäisesti kiintolevylle.
Muistinhallinta
Prosessorissa on muistinhallinta yksikkö (MMU=memory management unit).
Kun ohjelma käyttää muistia, MMU muuttaa osoitteen todelliseksi muistiosoitteeksi.
Levyasemat
Levylle tallennetaan ympyränmuotoisille urille.
Urat on jaettu sektoreihin.
Sektorin koko on kiintolevyillä ja levykkeillä 512 tavua.
Levyasemat
Levylle tallennetaan ja luetaan aina kokonainen sektori kerralla.
Tiedostojärjestelmät yhdistävät yleensä useita sektoreita varausyksiköksi.
Osiointi (Partitioning)
Osiointi kehitettiin alun perin, jotta MS-DOS voisi käyttää isoja kiintolevyjä. MS-DOS:n ensimmäiset versiot osasivat käyttää korkeintaan 32 MB levyjä. Isommat levyt osioitiin niin, että jokainen osio näytti käyttöjärjestelmälle erilliseltä levyltä.
Osiointi
Nykyisin 32 MB:n raja on poistunut ja osioita käytetään eri syistä: Samalla levyllä on useita
käyttöjärjestelmiä Käytetään useita tiedostojärjestelmiä Ryhmitellään tietoa. Esimerkiksi
käyttöjärjestelmä omalla osiollaan ja datatiedostot omallaan.
Osiointi
Osiointi tehdään erillisellä osiointiohjelmalla (fdisk, PartitionMagic, gdisk) tai käyttöjärjestelmän asennuksen yhteydessä.
PartitionMagic osaa muuttaa olemassa olevien osioiden kokoa. Muilla ohjelmilla voidaan vain luoda uusia tai poistaa osioita.
Osiointi
Osiointi tarkoittaa, että osiointitaulukkoon tallennetaan tieto osion paikasta ja koosta.
Kiintolevyn ensimmäisellä sektorilla (MBR=Master Boot Record) on osiointitaulukko ja käynnistysohjelma, joka käynnistää käyttöjärjestelmän aktiiviseksi merkityltä osiolta.
Yleensä ensimmäinen osio on aktiivinen
Osiointi
MBR:n osiointitaulukossa on tilaa neljän osion tiedoille.
Näitä osiointa kutsutaan primaariosioiksi.
Primaariosioita voi siis olla korkeintaan neljä, kuitenkin vähintään yksi.
Yksi primaariosioista voi olla extended-tyyppinen.
Extended osio
Extended-osio on tavallaan kehys, joka edelleen sisältää loogisia osioita.
Jokaisen loogisen osion alussa on osiointitaulukko, jossa kerrotaan osion koko ja seuraavan osiointitaulukon paikka.
Koska jokaisella loogisella osiolla on oma taulukkonsa, loogisten osioiden lukumäärällä ei ole periaatteessa ylärajaa.
Windows käyttää osioille kirjaintunnuksia (A-Z). Tämä rajoittaa osioiden määrää.
Linuxissa voidaan käyttää korkeintaan 63 osiota jokaisella levyasemalla.
Extended osio
Osiointi MBR:n osiointitaulukko
kertoo primaari- ja extended osioiden tiedot (max 4 osiota)
Osiointitaulukko (MBR)
Primaariosio
Osiointitaulukko
Looginen osio
Osiointitaulukko
Looginen osio
Osiointitaulukko
Looginen osio
Extended osiossa olevat osiointitaulukot kertovat aina yhden loogisen osion tiedot ja seuraavan osiointitaulukon paikan.
Osiointi
Yleensä osiot sisältävät täysiä sylintereitä. Osiointiohjelmat eivät yleensä osaa
tehdä muunlaisia osioita Käyttöjärjestelmät eivät aina osaa
käyttää osioita, joissa on vajaita sylintereitä.
Tiedostojärjestelmät
Tiedostojärjestelmän päätehtävä on pitää kirjaa levyn tai osion sisällöstä. Lista levyllä olevista tiedostoista Lista varatuista ja vapaista sektoreista tai
varausyksiköistä Lisäksi tiedostojärjestelmillä voi olla
käyttöoikeusasetuksia, virheidenkorjausominaisuuksia ym.
Osiolla tai levykkeellä voi olla vain yksi tiedostojärjestelmä
Tiedostojärjestelmät
Windows XP osaa käyttää FAT12, FAT16, FAT32, NTFS, ISO9660 ja UDF tiedostojärjestelmiä
Windows 98 tuntee FAT12, FAT16 ja FAT32 tiedostojärjestelmät
Linux osaa käyttää kymmeniä tiedostojärjestelmiä. NTFS-tuki on puutteellinen
FAT
Kaikki käyttöjärjestelmät osaavat käyttää FAT (16) järjestelmää
FAT vie vähän tilaa. Siksi sitä käytetään levykkeillä
FAT ei sisällä käyttöoikeusasetuksia
FAT16:n suurin levyn (osion) koko on 2GB
NTFS
Suositeltava Windows NT:ssä ja sen seuraajissa (w2000, XP, 2003)
Käyttöoikeusasetukset Suurin levykoko riittävä (16
Eksatavua, tosin Windows rajoittaa 128Teratavuun)
Automaattinen virheiden korjaus
FAT
FAT:n toiminta perustuu kahteen taulukkoon Tilanvaraustaulukko Hakemisto
Hakemistossa on kerrottu tiedostojen nimet ym. Tiedot ja lisäksi tiedoston paikka levyllä.
Tilanvaraustaulukossa on tieto eri varausyksiköiden käytöstä
Varmuuden vuoksi tilanvaraustaulukosta on kopio
FAT
Hakemistossa on yksi tietue jokaista tiedostoa varten
Tilanvaraustaulukko(kopio)
Tilanvaraustaulukko
hakemisto(päähakemisto)
Nimi, 8+3 merkkiä
Päiväys
Kellonaika
Attribuutit (ARHSD)
Koko
Alkukohta levyllä
FAT
Hakemistossa kerrotaan, missä tiedoston ensimmäinen tilanvarausyksikkö on.
Tilanvaraustaulukossa on yksi luku jokaista osion varausyksikköä kohti.
Luku kertoo:missä varausyksikössä tiedosto jatkuu.Varausyksikkö on vapaaVarausyksikkö on viallinenTiedoston viimeinen varausyksikkö
FAT
FAT16 tarkoittaa, että tilanvaraustaulukossa käytetään 16-bittisiä lukuja.
16-bittinen luku rajoittaa varausyksiköiden määrän 65536:een. Siksi varausyksikön kokoa on kasvatettava, kun osion koko kasvaa. Alun perin varausyksikkö oli sektori (512B).
Tällöin osion suurin koko oli 65536*512B=32MB. 2GB osio vaatii 32KB varausyksikön koon
FAT32
Tilanvaraustaulukossa 32-bittisiä lukuja.
Päähakemiston koko ei rajoitettu. Käytetään 4KB varausyksiköitä,
jotta tilanvaraustaulukko ei kasvaisi liian suureksi.
NTFS
NTFS perustuu yhteen taulukkoon MFT (Master File Table)
MFT:ssä on 1kB:n tietue jokaiselle tiedostolle
Tietueessa on kaikki tiedostoon liittyvät tiedot kenttinä, nimi, käyttöoikeudet attribuutit. Lisäksi tiedoston sisältö on yhtenä kenttänä. Jos tiedosto ei mahdu tietueeseen, varataan levyltä lisää tilaa, ja laitetaan tietueeseen lisätilan paikka.
Levyasemaliitännät
Aluksi kiintolevyn ohjain (ohjauselektroniikka) ja levyn mekaniikka olivat erillisiä.
Nykyisissä kiintolevyissä ohjain on kiintolevyssä kiinni (IDE=Integrated Drive Electronics).
Liitäntänä on ATA, S-ATA tai SCSI.
ATA
ATA-liitäntä kehitettiin AT-koneisiin (ATA=AT Attachement).
Liitäntä on AT-koneissa käytetty ISA-väylä. Kiintolevyt eivät siis tarvitse erillistä ohjainkorttia, vaan ne liitetään suoraan väylään. Ns. kiintolevyn ohjainkortit ovat itse asiassa vain yksinkertaisia liitäntäkortteja, joilla kiintolevyltä tuleva lattakaapeli saadaan liitettyä emolevylle.
ATA
Kiintolevyjen kehittyessä on ATA-liitäntää jouduttu nopeuttamaan.
Kiintolevyn tai emolevyn nopeus kerrotaan PIO-moodina ja UDMA-moodina.
PIO-moodi tarkoittaa suurinta nopeutta silloin, kun tietoa siirtää prosessori.
UDMA kertoo suurimman nopeuden, kun tietoa siirretään suoraan kiintolevyn ja muistin välillä.
S-ATA (Serial ATA)
Teknisistä syistä alkuperäisen ATA-liitännän nopeutta on vaikea nostaa riittävän suureksi.
Serial ATA on uusi liitäntä, jonka pitäisi ohjelmille näyttää samalta kuin alkuperäinen ATA.
S-ATA liitännässä käytettävä välikaapeli on kapeampi kuin ATA:ssa. Siksi kaapeli on helpompi sijoittaa koneen sisälle.
Jokaiselle levyasemalle on oma kaapeli. Nopeuksia on määritelty 150, 300 ja 600 MB/s.
Suurimmalla nopeudella toimivia levyasemia ei ole vielä markkinoilla.
SCSI
SCSI on yleinen liitäntä, jota voidaan käyttää skannereiden, tulostimien, levysasemien ym. liittämiseen.
Alkuperäisessä SCSI:ssä voitiin samaan liitäntään liittää 8 laitetta. Uusissa versioissa laitteita voi olla 16.
Huomaa, että SCSI-väylän kannalta myös tietokone on yksi laite. Siten kiintolevyjä voidaan liittää 7 tai 15.
SCSI
SCSI:stä on useita versioita. Eri versioissa käytetään erilaisia
liittimiä. Liitintyyppejä on kymmenkunta erilaista!!
SCSI on selvästi kalliimpi kuin ATA. Siksi sitä käytetään yleensä palvelimissa.
RAID
RAID on tapa käyttää useita kiintolevyjä yhdessä joko nopeuden tai luotettavuuden parantamiseksi.
RAID-versioita on useita. RAID 0 (striping)
Talletettava tieto jaetaan osiin, raitoihin, ja raidat kirjoitetaan vuorotellen eri levyille.
Parantaa nopeutta, koska tietoa voidaan etsiä ja lukea usealta levyltä samanaikaisesti.
Heikentää luotettavuutta, koska yhdenkin levyn vioittuminen muuttaa datan käyttökelvottomaksi.
Raid
RAID 1 (mirroring) Tieto kirjoitetaan samanaikaisesti
usealle levylle, yleensä kahdelle. Parantaa luotettavuutta, koska
samasta tiedosto on aina kopio toiselle levyllä.
Hidastaa levylle kirjoittamista. Levyltä lukeminen ei hidastu, koska
voidaan lukea vain yhdeltä levyltä.
Raid
RAID 2 Data jaetaan biteittäin eri levyille. Jokaista
neljää datalevyä varten tarvitaan yksi levy virheenkorjauskoodia varten.
Harvoin käytetty. RAID 3
Kuten RAID 2, mutta virheenkorjausta varten tarvitaan vain yksi levy, vaikka datalevyjä olisi useita
Harvoin käytetty
RAID
RAID 4 Kirjoitettava data jaetaan raitoihin. Raidat talletetaan vuorotellen eri
levyille. Lisäksi tarvitaan yksi levy
virheenkorjauskoodia varten. Harvoin käytetty
RAID
RAID 5 Data jaetaan raitoihin, jotka
talletetaan vuorotellen eri levyille. Myös virheenkorjauskoodi talletetaan
vuorotellen eri levyille. Parantaa luotettavuutta ja nopeutta Levyjä on oltava vähintään 3 Data voidaan palauttaa, jos yksi levy
hajoaa
Tietoliikenne
Nopeus ilmaistaan yleensä bitteinä sekunnissa, joskus myös tavuina sekunnissa Nopeus bitteinä sekunnissa tarkoittaa ns.
raakanopeutta. Nopeus tavuina sekunnissa tarkoittaa datan
siirtonopeutta. Koska tiedonsiirrossa tarvitaan ohjaustietoa, taukoja ym., datan siirtonopeus on pienempi kuin raakanopeus. Siirrettäessä suuria tiedostoja datanopeus tavuina sekunnissa saadaan jakamalla raakanopeus bitteinä sekunnissa kymmenellä.
Tietoliikenne, siirtotiet
Kuparikaapelit. Yleisin
Valokaapeli Nopea Liitintekniikka kallista
Radiosignaalit WLAN
Infrapuna Lyhyille etäisyyksille, vaatii näköyhteyden
Tietoliikenne
Heijastus Signaali liikkuu kaapelissa äärellisellä
nopeudella. Jos kaapelin pää on avoinna, signaali
heijastuu siitä takaisin.
Tietoliikenne
Heijastus aiheuttaa signaalin puuroutumisen.
Heijastus on ongelma aina, kun signaali on nopea ja kaapeli pitkä. Lähiverkko, kiintolevyliitännät
Heijastus vaimennetaan laittamalla päätevastus kaapelin päihin.
Media
Kuparikaapeli Yleisin, halpa, monia kaapelityypejä
Valokaapeli Nopea, liitoksien teko vaikeaa.
Runkokaapelina Radioaallot, langaton
WLAN Infrapunavalo, langaton
Lyhyt etäisyys, vaatii näköyhteyden
Muut liitännät
• Näppäimistö• Hiiri• Sarjaportit (COM1, 2, 3 ja 4)
• vanha hidas liitäntä, joka on alunperin tarkoitettu modeemin liittämiseen. Käytetään nykyisin harvoin. Paljon asetuksia, jotka on oltava oikein: nopeus, pariteetti, start-, data- ja stop-bitit.
•Rinnakkaisportti• Alunperin kirjoitinta varten ja yksisuuntainen liitäntä• nykysin ”bidirectional”, kaksisuuntainen ja n. 10 kertaa nopeampi kuin alkuperäinen liitäntä (EPP Enhanced Parallel Port, ECP Extended Capability Port)
• USB Universal Serial Bus• nopeus 480, 12 tai 1,5 Megabittiä sekunnnissa• käyttöön vain yksi liitinstandardi• tukee lennostakytkentää• ketjutus, maksimissaan 4:llä tasolla, max. 127 laitetta•Korvaa vanhemmat liitännät
Muut liitännät
• FireWire• tarkoitettu kiintolevyille, kuvanlukijoille ja muille suurta tiedonsiirtonopeutta vaativille laitteille• sarjaväylä• max. 63 laitetta yhtäaikaisessa käytössä• tukee laitteiden lennostakytkemistä• tiedonsiirtonopeudet 12,5, 25 ja 50Megatavua sekunnissa• Sekä USB ja FireWire on tarkoitettu korvaamaan vanhat sarja- ja rinnakkaisportit, näppäimistö- ja hiiriliitännät sekä mahdollistamaan esim. kirjoittimien, scannereiden ja kaiuttimien lisäyksen samaan väylään samalla liittimellä.
• Vaativat tuen emolevyn piirisarjalta (FireWire harvinaisempi kuin USB)
Näytönohjaimen tehtävä on muuttaa näytettäväksi tarkoitettu data monitorin ymmärtämiksi signaaleiksi.
Näytönohjaimia kehitetään tällä hetkellä hyvin nopeasti Ensimmäiset näytönohjaimet olivat yksinkertaisia. Niissä ohjain ei
millään tavalla osallistunut kuvan muokkaukseen. Nykyiset ohjaimet suorittavat erilaisia 2- ja 3-uloitteisten kuvien
käsittelyn vaatimia tehtäviä. Tällä tavalla ne vähentävät pääprosessorin työmäärää.
Lähes kaikki näytönohjaimet toimivat samalla tavalla käytettäessä tekstitilaa (MS-DOS) tai VGA-tarkkuista graafista tilaa. Lisäksi useat ohjaimet tuntevat VESA-määrittelyn mukaiset tarkkuudet.
Kaikkien ominaisuuksien hyödyntäminen vaatii aina näytönohjaimelle sopivan ajuri-ohjelman.
Ohjaimissa kaksi tilaa; grafiikka- ja tekstitila.
Näytönohjain
Näytönohjain
• Ominaisuuksia:• Resoluutio/näytöntarkkuus, arvolla ilmaistaan kuinka monta
pistettä näytöllä esitetään vaaka- ja pystysuunnassa• Horizontal Frequency / Vaakataajuus, ilmoittaa kuinka monta
vaakajuovaa piirretään sekunnissa• Vertical Frequency / kuvataajuus, ilmoittaa kuinka monta kertaa
sekunnissa kuva piirretään uudelleen. Pieni taajuus aiheuttaa välkkyvän kuvan. Yleensä 70Hz on riittävä.
• Interlace / Non-Interlace (lomitettu/lomittamaton) Interlace-toiminnassa kuva piirretään kahdessa osassa. Tämä aiheuttaa kuvassa värinää.
Näytönohjain
Näyttömuisti Ohjainpiiri RAMDAC
Monitorille
Äänikortti PC:ssä on alunperin vain pieni kaiutin äänen muodostukseen. Kaiutin ja
sen ohjauspiiri eivät kykene tuottamaan kuin erilaisia piipittäviä ääniä. Musiikin, puheen tai erilaisten ääniefektien tuottaminen vaatii äänikortin.
kaksi tapaa äänen tuottamiseen FM-synteesi, jossa generoidaan siniaalto toisella aallolla WaveTable, ääninäytteet on digitoitu aitojen soittimen äänistä
Liitännät: linja sisään/ulos, kaiutin, mikrofoni sekä MIDI/Peliportti
Muut oheislaitteet
Keskeytykset
• Kesketysten avulla oheislaitteet kiinnittävät prosessorin huomion. Esimerkkinä näppäimistön toiminta:
• kun käyttäjä painaa jotakin näppäintä, näppäimistö lähettää prosessorille keskeytyspyynnön. Prosessori keskeyttää sen hetkisen toimintansa, lukee näppäimistöltä annetun merkin. Sen jälkeen prosessori jatkaa keskeytynyttä toimintaansa.
• Keskeytyksiä oli ensimmäisissä PC-koneissa 8. Nykyisissä koneissa keskeytyksiä on 24. Tämä tarkoittaa, että 24 eri laitetta voi käyttää kesketyksiä. Alunperin vain yksi laite voi käyttää yhtä keskeytystä. PCI-väylällä olevat laitteet voivat jakaa samoja keskeytyksiä. Tämä ominaisuus ei kuitenkaan tunnu täysin toimivan.
Laitekeskeytykset• Laitekeskeytystuloja on PC:ssä 15 tai uusimmissa
20-24 (APIC)• PCI-väylässä samaa keskeytystä voi käyttää usea
laite
CPUPIC 1
PIC 2
IRQ0IRQ1IRQ2IRQ3IRQ4IRQ5IRQ6IRQ7
IRQ8IRQ9IRQ10IRQ11IRQ12IRQ13IRQ14IRQ15
Kuvassa on PC AT:n keskeytyspiirien periaate. Käytössä 1985-2000 valmistetuissa koneissa.Nykyisissä koneissa on yksi piiri, jossa 24 tuloa.
AT ja ATX
• Ensimmäisten PC:iden kotelot olivat PC/XT-tyyppisiä• Nämä ovat nykyisin hyvin harvinaisia. Ne eivät ole yhteensopivia muiden
tyyppien kanssa• AT-kotelo on seuraava edistysaskel.• ATX-kotelo on uusin tyyppi. ATX määrittelee aiempia tyyppejä enemmän
ominaisuuksia.• ATX kotelot eivät ole yhteensopivia muiden tyyppien kanssa• ATX määrittelee:
• kotelon mitat• emolevyn mitat, kiinnitysreiät ja osittain osien sijoittelun emolevyllä• Virtalähteen ominaisuudet ja liittimen
Virtalähde
• Virtalähteen tehtävä on muokata sähköverkon jännite tietokoneen osille sopiviksi tasajännitteiksi (3.3V, 5V, 12V ja -12V)
• Virtalähteestä tulee erilliset virtajohdot emolevylle ja levyasemille• XT, AT ja ATX-koteloiden virtalähteet ovat erilaisia. Emolevylle tuleva
liitin ja jännitteet ovat erilaisia• Virtalähteestä ilmoitetaan yleensä suurin teho. Teho on yleensä välillä 150-
250W. Normaalin käytön aikana kuluva teho on selvästi pienempi, yleensä n. 30-50W. Käynnistyksen aikana tietokone saattaa hetkellisesti tarvita yli 100W tehon.
• Palvelimissa on usein kaksi virtalähdettä joko tehon tai varmistuksen takia.• Virtalähteessä on tuuletin, joka työasemissa on yleensä ainoa tuuletin.
Emolevy
MuistipiiritProsessori
Laajennus-väylän liittimet
Piirisarja
BIOS
Emolevy Uusissa koneissa emolevy määrää useimmat koneen
ominaisuuksista Prosessorin tyypin ja nopeudet Muistin tyypin, määrän ja nopeudet Laajennusväylät
Emolevyjen kokoonpano vaihtelee melko paljon. Suuntana näyttää olevan emolevyllä olevien toimintojen lisääminen. Monissa emolevyissä on mukana äänipiirit, näytönohjain ja verkkoliitäntä
Emolevyjen valmistajia on useita. Suurin osa valmistajista on Kauko-Idässä
Emolevyn tyyppi
Aina ei emolevyn tyyppi ole tiedossa. Esimerkiksi tietokoneen mukana tulevat manuaalit ovat hukassa tai manuaaleissa ei kerrota emolevyn tyyppiä.
Ns. merkkimikroissa (Compaq, Dell, …) on yleensä valmistajan oma emolevy, mutta muissa koneissa on joltakin emolevyn valmistajalta ostettu levy.
Emolevyn tyyppi selviää koneen käynnistyksen jälkeen näytön alareunassa näkyvästä koodista. Koodi on vain lyhyen ajan näkyvissä, mutta useimmissa koneissa voi painaa Pause-näppäintä, jolloin käynnistys keskeytyy ja tieto jää näytölle.
Kun koodi on selvillä, emolevyn tyyppiä voi selvittää esimerkiksi www-sivulta:http://www.wimsbios.com/index.htm?/numbers.shtml
Emolevy Emolevyn tärkeimpiä osia ja niiden tehtävät / tarkoitus
Väylät: väylä on yleisnimitys, mutta yleensä tarkoitetaan emolevyllä laajennusväyliä: (ISA8), ISA16, (MCA, EISA), PCI, PCI express
BIOS: (Basic Input Output System) alunperin rom tai eprom, nykyisin flash rom.
Lisäksi liitännät, kuten Näppäimistö, Hiiri, USB, Rinnakkaisportti, Sarjaportti sekä eri valmistajan laitteistokohtaiset liitännät, kuten näytönohjain, äänikortti tai verkkokortti. Lisäksi liitännät summerille, RESET-, Power-valoille ja kytkimille sekä virtaliitin virransyöttöä varten.
Välimuistit, paikat keskusmuistille, laajennusväylät (ISA, EISA, MCA, VLB, PCI) sekä levylle integroidut levykeasema- ja kiintolevyliitännät (primary ja secondary), jotka ovat aikaisemmin olleet erillisellä Multi I/O -kortilla.
Emolevy Piirisarjat / Chipset
tehtävänä ohjata koko emolevyn toimintaa, eli hoitavat datan siirron CPU:n, Cachen, keskusmuistin välillä sekä keskeytysten IRQ että DMA:n hallinnan ja ohjauksen.
Määrittelevät myös kuinka monta CPU:ta emolla voi olla, välimuistin (L2) tyypin ja maksimimäärän (SRAM, PipelineBurst), keskusmuistin tyypin ja max. määrän (DRAM, EDO-RAM, SDRAM), PCI-väylän ja esimerkiksi tuen USB:lle (Universal Serial Bus) ja AGP:lle (Accelerated Graphics Port).
Esim. OPTI 82C943 / 82C382 80486-prosessoreille Intel 430 FX / TX Pentium -prosessoreille Intel 440 FX / GX / KX Pentium Pro -prosessoreille Intel 440 LX / BX Pentium II -prosessoreille
AGP Accelerated Graphics Port pohjautuu PCI-väylään, mutta on oma nopea väylä näytönohjaimille käyttää koneen RAM-muistia osalle toiminnoistaan vaatii 440LX-piirisarjan tai uudemman (oltava tuki AGP:lle) toimii 66 MHz:n kellotaajuudella mahdollistaen n. 500 MB/s
tiedonsiirtonopeuden
Emolevy: BIOS
• Emolevyllä on muistipiiri, jossa on BIOS-ohjelma.• Muistipiiri on ns. ROM-muisti eli read-only-muisti. Tämä tarkoittaa, että
muistin sisältö ei muutu, kun tietokoneesta sammutetaan virta.• Uusissa koneissa muisti on Flash-muisti. Flash-muistin voi ohjelmoida
uudelleen sitä varten tarkoitetulla ohjelmalla.
Väylä tarkoittaa yleensä liitäntää, jonka kautta siirretään tietoa tietokoneen osien välillä
Yleensä puhuttaessa väylästä tarkoitetaan liitäntää, jolla emolevylle voidaan liittää lisäkortteja
Tyypillisiä emolevylle laitettavia lisäkortteja ovat verkkokortti, näytönohjain, äänikortti
Nykyisissä koneissa on yleensä 1-3 AT-laajennusliitintä, 3-5 PCI-laajennusliitintä ja 1 AGP-liitin
AT-väylässä voi käyttää edullisia lisäkortteja PCI-väylässä käytetään lisäkortteja, jotka vaativat suurta
nopeutta AGP-väylä on näytönohjainta varten
Laajennusväylät
LaajennusväylätPC:ssä on käytetty vuosien mittaan erilaisia laajennusväyliä
PC-väylä (ISA-8) Ei käytössä nykyisin. Tosin AT-väylä sisältää PC-
väylän 8-bittinen, eli tietoa siirretään tavukerrallaan
lisäkortin ja prosessorin välillä AT-väylä (ISA-16)
Suunniteltu IBM:n PC/AT-koneeseen vuonna 1984 Yleisin väylä. Käytössä myös nykyisissä
tietokoneissa. 16-bittinen, mutta voidaan käyttää 8-bittisenä PC-
väylänä
MCA eli Mikrokanava IBM:n PS/2 -tietokoneisiin kehitetty väylä Ei käytössä nykyisin Ei yhteensopiva minkään muun väylän kanssa
EISA Mikrokanavan kilpailijaksi kehitetty Ei käytössä nykyisin Yhteensopiva ISA-väylän kanssa
VLB (Vesa Local Bus) Lähinnä nopeita näytönohjaimia varten kehitetty väylä Ei käytössä nykyisin
Laajennusväylät
PCI , Peripheral Component Interconnect / Interface Nykyisissä koneissa on yleensä sekä PCI- että AT-
väylä. AT-väylälle tarkoitettuja lisäkortteja on laajempia valikoima ja kortit ovat halvempia. Siksi AT-väylä on säilynyt
PCI-väylä on selvästi AT-väylää nopeampi. AT-väylän nopeus ei riitä esim. 100MBit/s verkkokortille
Intelin kehittämä ensimmäinen versio julkaistiin 1992 ja seuraava versio
vuonna 1993 PCI-väylä käyttää siihen kytkettyjen laitteiden
automaattista tunnistusta (Plug&Play) väylänä ei yhteensopiva muiden kanssa PCI-väylästä on eri versioita. Käytännössä tämä ei
aiheuta toistaiseksi ongelmia. Tosin vanhempien koneiden väylissä voi olla toimintahäiriöitä.
Laajennusväylät
AGP AGP on näytönohjaimia varten kehitetty väylä AGP on teknisesti lähellä PCI-väylää AGP nopeuttaa näytönohjaimen käyttöä.
Nopeus on suurempi kuin PCI-väylä. AGP-väylä voi toimia samanaikaisesti PCI-väylän kanssa
Laajennusväylät
Laajennusväylät
PCI Express, PCI-X
Massa muisteilla tarkoitetaan lähinnä levyasemia, mutta myös muita tiedontallennuslaitteita kuten nauha-asemat ja puolijohdelevyt
Massamuistit ovat hitaampia kuin keskusmuisti, mutta niissä tieto säilyy vaikka tietokoneesta katkaistaan virta
Yleisimmät massamuistit PC:ssä ovat kiintolevy, levykeasema ja CD-asema. Nauha-asemia käytetään lähinnä palvelimien varmistukseen.
Tallennuskapasiteetti ilmoitetaan Mega- ja/tai Gigatavuina.
Huomaa, että kiintolevyissä Mega tarkoittaa yleensä tasan miljoonaa, ei siis Mebiä.
Massamuistit
Levykeasema 80-luvulla levykeasema oli vielä monissa koneissa
ainoa tallennusväline. Levykeasemien tallennuskapasiteetti ei ole kasvanut
tilatarpeen kasvun mukana. Siksi levykeaseman merkitys on vähentynyt
Nykyisissä koneissa on lähes poikkeuksetta 1.44MTavun levykeasema. Muut levykekoot ovat kadonneet markkinoilta
Massamuistit / levyke
Nauha-asemat ovat peräkkäissaantimuisteja, joita käytetään pääasiallisesti varmistuskopiointien ottamiseen
Nauha-asema tyyppejä on useita: DAT, DLT, … Nauhavarmistus tehdään yleensä vähintään kerran viikossa, usein
kerran päivässä. Tavallisesti tehdään ensi täysi kopio ja sen jälkeen varmistetaan
vain muuttuneet ja lisätyt tiedostot (inkrementaalinen varmistus).
Massamuistit / nauha-asemat
Levyllä oleva tieto tallennettu spiraalimaiseen uran, josta tietoa luetaan keskustasta reunoille päin (huom. kovalevyille tieto tallennetaan useille samankeskeisille urille)
Tiedon lukunopeus on vakio, jolloin CD:n pyörimisnopeus vaihtelee riippuen mistä kohtaa uraa/levyä tietoa luetaan.
Levyn tallennuskapasiteetti on n. 650MB, mutta laskennallinen kapasiteetti on suurempi, noin 681mb. Ajallisesti ilmoitettuna levyn pituus on 74 minuuttia
Levyn nopeus ilmoitetaan aina perusnopeuden kerrannaisena seuraavastiIlmoitettu Siirto-nopeus nopeus 1X 150 kt/s 2X 300 kt/s 4X 600 kt/s 8X 1200 kt/s10X 1500 kt/s12X 1800 kt/s
Massamuistit / CD-ROM -asemat
CD-ROM -asemien standardit kulkevat eriväristen kirjojen nimellä. Kukin kirja sisältää tietyn standardin määritykset, kuten tiedon tallennusmuodon levylle tai kuinka tieto luetaan levyltä.
Red Book CD-DA (Digital Audio) => digitaalisen äänen tallentaminen levylle Yellow Book CD-ROM => Red Book -kirjaan lisämääritykset, joilla/miten tekstiä
ja ohjelmia voidaan tallentaa levylle äänen lisäksiCD-ROM-XA => laajennettu ja parannettu versio Yellow Book:n
määrittelemästä standardista. (tehokkuus / silta CD-i:n välillä) Green Book CD-i (/CD-Interactive) määrittelee myös laitteistovaatimukset Orange book CD-R (Compact Disc Recordable) määrittelyt tietojen
kirjoittamisen/polttamisen levylle. Jakautuu kahteen osaan, joista 1.osa määrittelee Magneto Optical CD-MO -standardin ja 2. osa CD-R-
standardin (CD-WO).
Massamuistit / CD-ROM -asemat
White Book Philipsin tekemä standardi, joka määrittelee kuinka CD-i-tietoa tallennetaan XA- levyille. Määrittelee myös Video CD -standardin, jonka mukaan CD-levylle tallennetaan MPEG 1 -muotoista videokuvaa. Tallennuskapasiteetti 74 minuuttia.
Multisession määrittelee, miten levylle voidaan kirjoittaa tietoa useissa jaksoissa (esim. PhotoCD). Määriteltävä ensimmäisellä kirjoituskerralla, koska muuten levylle ei voida enää kirjoittaa vaikka kapasiteettia olisikin.
CD-R-levyn neljä tilaa: - Tyhjä - Osittain kirjoitettu, mutta merkitty
täydeksi - Täysin kirjoitettu - Jaksoittain kirjoitettu
Massamuistit / CD-ROM -asemat
Jokainen levy on jaettu ympyrän muotoisiin uriin, ja jokainen ura on jaettu sektoreihin = pienin tallennusyksikkö (512tavua). Päällekkäisillä levyillä olevat sektorit ja yhteen sektoriin kuuluvat urat muodostavat sylinterin.
Levyn tallennuskapasiteetti voidaan laskea alla olevan kaavan mukaisesti:
Levypintojen lkm * sylinterien lkm * sektorien lkm * sektorikoko
jolloin kokonaiskapasiteetti saadaan tavuina Seek Time = aika, joka kuluu luku-/kirjoituspäiden siirtymiseen uralta
jollekin toiselle mielivaltaiselle uralle Track-To-Track Seek Time = aika, joka kuluu luku-/kirjoituspäiden
siirtymiseen viereiselle uralle Latency = pyörähdysviive, aika joka levyn pyörähtämiseen luettavan
kohdan lukupään kohdalle Average Access Time = keskimääräinen hakuaika, ilmoittaa
keskiarvon mielivaltaisessa uralta uralle siirryttäessä, ilmoitetaan millisekunteina, ms.
Massamuistit / Kiintolevyt
Data Transfer Rate = tiedonsiirtonopeus, eli kuinka nopeasti luettava tieto siirtyy levyltä keskusmuistiin tai kuinka nopeasti tietoa pystytään tallentamaan
Interleave = lomituskerroin, kertoo, missä järjestyksessä kiintolevyn sektoreita käytetään, aikaisemmin käytössä saattoi olla esim. 3:1 lomituskerroin, jolloin joka kolmatta sektoria käytettiin. Nykyisin lomituskerroin on 1:1, jolloin järjestelmä pystyy käsittelemään aina heti perään tulevaa sektoria.
Normaali IDE -väylään voidaan kytkeä kaksi kiintolevyä, joistatoinen on jumpperoitava Master-levyksija toinen Slave-levyksi (Isäntä-Orja)
Laajennetussa EIDE-väylässä voidaan kytkeä yhteensä neljä IDE-liitäntäistä
laitetta, jolloin Primary-porttiinjumpperoidaan Master- ja Slave-levyt javastavalla tavalla myös Secondary-porttiin
Massamuistit / Kiintolevyt
ATA-3 vasta tulossa oleva standardi käsittää uusia komentoja ja levytoimintoja enemmän kuin
tiedonsiirtonopeuden kasvattamista esim. lukitukset, salasanasuojaukset, analysointi ja raportointi
vikatilanteissa
Tiedonsiirtomenetelmät PIO määritteleee kuinka nopeasti tieto siirtyy kiintolevylle.
Tiedonsiirrossa esim. kahden kovalevyn välillä PIO-menetelmällä kulkee kaikki data prosessorin rekistereiden lävitse.
PIO-arvo tiedonsiirtonopeus liitäntä0 3,3 MB/s ATA1 5,2 MB/s ATA2 8,3 MB/s ATA3 11,1 MB/s ATA-24 16,6 MB/s ATA-25 20,0 MB/s STANDARDI VASTA SUUNNITTEILLA
Massamuistit / Kiintolevyt
DMA Direct Memory Access / suorasaantimuisti Siirtotapa, jossa dataa siirretään DMA:ta tukevien laitteiden ja
muistin välillä ilman, että prosessori toimii välissä tiedon kauttakulkupaikkana.
Tavallisessa DMA:ssa siirrosta huolehtii erillinen DMA-ohjainpiiri ja paikallisväyläisissä koneissa toimivasta BusMaster DMA siirrosta huolehtii paikallisväyläliitännän ohjainpiiri (chipset)
ULTRA-DMA Uusin siirtomenetelmä, joka mahdollistaa 33MB/s siirtonopeuden,
jolloin tietoa siirretään kaksinkertainen määrä yhdellä kellojaksolla vaatii tuen piirisarjalta
KESKEYTYKSET, laitteisto-IRQ tapa, jolla CPU:lle saadaan esim. tieto sarjaportilta (UART) sen
puskurissa olevasta datasta toteutettu ohjelmoitavalla PIC 8259 keskeytyspiirillä, alun perin
yksikappale mutta IBM:n AT-malliin lisättiin toinen 8259-piirisarjaan. käytössä arvot IRQ0-15, joista vain osa vapaita lisälaitteille (esim.
verkkokortti)
Massamuistit / Kiintolevyt
Small Computer System Interface ei varsinainen kiintolevyliitäntä, vaan omaan BIOS:iin perustuva
lisälaiteväylä tarvitsee oman ohjainkortin, johon voidaan liittää useita laitteita
kuten kiintolevyt, scannerit, CD-ROM-asemat ja esim. DAT-asemat jokaiselle väylällä olevalle laitteelle annetaan yksilöivä ID-numero ketjun molemmissa päissä oltava päätevastukset (terminaattorit) ohjainkortista riippuen siihen voidaan liittää esim. 2, 8 tai 16
laitetta, josta itse ohjainkortti varaa aina yhden ID-tunnuksen
Massamuistit / SCSI
käytetään palvelinkoneissa/tehotyöasemissa Standardiversiot:
SCSI 1 (8 bitin väylä) SCSI 2 (8 ja 16 bitin väylä max 32b, 8/15 laitetta) Wide SCSI => 16 bitin väylä Ultra SCSI => tuplattu kellotaajuus
käytetään RAID-levynhallintajärjestelmissä Adaptecin kehittämä ASPI (Advanced SCSI Programming
Interface) on yleisin ja parhaiten tuettu ajuristandardi SCSI-laitteille
Massamuistit / SCSI-liittimet