Wykład 3: Sprzęt
komputerowy
Wykładowca:
Prof. Anatoly
Sachenko
Technologia Informacyjna
Wykład 3: Sprzęt
komputerowy
Wykładowca:
Prof. Anatoly
Sachenko
Technologia Informacyjna
2
Przegląd wykładu
Centralna jednostka przetwarzająca -
procesor
Pamięć
Urządzenia wejściowe (wejścia)
Urządzenia wyjściowe (wyjścia)
Urządzenia wejścia/wyjścia
Pamięci zewnętrzni
3
Centralna jednostka przetwarzająca
Centralna jednostka
przetwarzająca (ang. CPU)
jest podstawowym elementem komputera
Przeprowadza operacje arytmetyczne i
logiczne, kontroluje procesy obliczeniowe i
koordynuje całą pracę wszystkich urządzeń
PC
Centralna jednostka przetwarzająca (procesor)
zawiera:
Jednostkę arytmetyczno-logiczną (ALU -
Arithmetic Logic Unit)
Układ sterowania (CU - Control Unit)
Magistralę Danych i Magistralę Adresową
(Data bus, addresses bus)
Rejestry (Registers)
Licznik programów
Cache - szybka pamięć lokalna komputera o
małej pojemności (8-1024 Kb)
Matematyczny koprocesor dla liczb
zmiennoprzecinkowych
4
Jednostka arytmetyczno-logiczna (ALU)
- część
procesora wykonująca operacje arytmetyczne i
logiczne na bajtach lub słowach
Układ sterowania (CU)
- kolejna część
procesora, odpowiedzialna za dekodowanie
dostarczonych instrukcji i odpowiednie
sterowanie pozostałymi jego blokami
Rejestry (Registers)
- komórki pamięci o
niewielkich rozmiarach, służące do
przechowywania tymczasowych wyników
obliczeń (rejestry danych) oraz adresów
lokacji w pamięci operacyjnej
Trigger
– podstawowym elementem rejestru
jest elektroniczna tablica, zdolna przechować
jeden numer binarny (cyfrę kodu binarnego)
Centralna jednostka
przetwarzająca
(kontynuacja)
5
Nowoczesne
procesory
są realizowane w formie
mikroprocesorów
Wizualnie (wygląd zew.) mikroprocesor(MP) jest
obwodem scalonym — cienką, prostokątną płytką
krzemową,
wielkości zaledwie kilku milimetrów
kwadratowych
zdolny do wykonywania operacji cyfrowych
według dostarczonych mu instrukcji
Jedna z części MP zajmuje się operacją
gromadzenia kodów, inna – przechowywaniem
kodów adresu
MP jest programowalnym cyfrowo elektronicznym
elementem, który zawiera w sobie funkcje centralnej
jednostki przetwarzającej (procesora), na
pojedynczym półprzewodnikowym obwodzie scalonym
Centralna jednostka
przetwarzająca
(kontynuacja)
6
Jeden lub więcej mikroprocesorów zazwyczaj
służą jako centralna jednostka
przetwarzająca (CPU) w systemie
komputerowym, wbudowanym systemie, lub
w urządzeniach „kieszonkowych”
Centralna jednostka
przetwarzająca
(kontynuacja)
7
Typy rejestrów:
Sumator
jest rejestrem ALU, uczestniczącym w
każdej bieżącej operacji
Licznik instrukcji
jest rejestrem CU, który
odpowiada za adres następnej uruchamianej
instrukcji
Odpowiada za automatyczny wybór programu
z kolejnych komórek pamięci
Rejestr instrukcji
jest rejestrem CU
przechowującym kod instrukcji przez okres
czasu niezbędny do jej realizacji
Szybkości pracy procesora jest: MHz, GHz
1981 PC : 5 MHz
Nowoczesny : ~ 4,000 MHz (4 GHz)
Centralna jednostka
przetwarzająca
(kontynuacja)
8
Pamięć – Jak jest zbudowana?
Pamięć
składa się z elementów systemu
binarnego - bitów,
łączonych w grupy po 8 bitów,
nazywanych bajtami (8 bitów = 1 bajt)
Wszystkie bajty są ponumerowane
Numer bajta jest nazywany jego adresem
Bajty mogą być łączone w komórki
pamięci, które są nazywane słowami
Dla każdego komputera pojemność
słowa jest ustalona jako
dwa, cztery albo osiem bajtów
9
To jednak nie wyklucza użycia przez pamięć
innych, dłuższych komórek pamięci (na przykład
half-word, double word)
Jedna liczba całkowita lub jedno
polecenie(komenda) może być przedstawione w
jednym słowie
Przyjmowane są różne formy prezentowania
informacji
Podział pamięci na słowa dla czterobajtowych
komputerów jest zaprezentowany w tabeli poniżej:
Bajt 0 Bajt 1 Bajt 2 Bajt 3 Bajt 4 Bajt 5 Bajt 6 Bajt
7
PÓŁSŁOWO PÓŁSŁOWO PÓŁSŁOWO
PÓŁSŁOWO
SŁOWO SŁOWO
PODWÓJNE SŁOWO
Pamięć – Jak jest zbudowana?
10
RAM (Random Access Memory) pamięć o
dostępie swobodnym rodzaj szybkiej
pamięci, o niewielkiej pojemności,
przechowująca dane
Jest bezpośrednio połączona z
procesorem i zamierzona do zapisu,
odczytu i przechowywania programów i
przetwarzanych danych
Pamięć RAM jest używana tylko do
czasowego przechowywania danych i
programów, ze względu na fakt, że
wszystkie informacje w pamięci RAM
znikają, gdy komputer zostaje wyłączony
Dostęp do pamięci RAM jest
bezpośredni, co oznacza, że każdy bajt
pamięci posiada swój indywidualny
adres
Przeciętna pojemność wynosi 2GB
Pamięć - RAM
11
RAM pamięcią opartą o półprzewodniki
Przyjmuje formę zintegrowanych obiegów
Pozwala na dostęp do przechowywanych
danych w dowolnej kolejności — to znaczy
dowolnej i bez fizycznego poruszania
ośrodka pamięci lub fizycznie czytającej
główki
Kluczową przewagą (zaletą)
RAMu nad
typami pamięci, które wymagają fizycznego
ruchu jest to, że czasy odpowiedzi są krótkie i
stałe
Krótkie ponieważ nie potrzebny jest ruch
fizyczny
Pamięć - RAM
(kontynuacja)
12
Stałe ponieważ czas potrzebny na
odebranie fragmentu danych nie zależy od
bieżącej odległości od główki fizycznej
Praktycznie tyle samo czasu jest potrzebne
aby uzyskać dostęp do dowolnego
fragmentu danych na chipie RAM
Pamięć - RAM
13
Cache
lub scratchpad memory (pamięć
notatnikowa, pamięć podręczna) jest bardzo
szybką pamięcią o niewielkiej pojemności
Jest używana do wymiany informacji
pomiędzy mikroprocesorem i główną
pamięcią dla zmniejszenia różnicy w
prędkości przetwarzania informacji przez
procesor i wolniejszą pamięcią główną
Pamięć cache jest zarządzana przez
Kontrolera
Kontroler analizuje bieżący program,
próbując przewidzieć
jakie informacje i komendy będą
potrzebne procesorowi w najbliższym
czasie
Pamięć - Cache
14
Pamięć cache wykorzystuje mikro-obwody
statycznej pamięci SRAM (Static RAM)
Jest charakteryzowana szybszą
wydajnością i mniejszą pojemnością niż
pamięć dynamiczna RAM (DRAM ) czy
pamięć synchroniczna RAM (SDRAM)
ROM (Read-Only Memory)
jest pamięcią
tylko do odczytu
Nie jest uzależniona od zasilania
jest używana tylko do gromadzenia
danych
które nie będą nigdy modyfikowane
Jej zawartość jest „szyta” specjalnie dla
danego urządzenia podczas jego
tworzenia, tak, aby dane były
przechowywane w sposób trwały
Pamięć - Cache & Pamięć
specjalna
15
ROM
jest najczęściej używana do rozprowadzania
oprogramowania sprzętowego,
które jest blisko
powiązane z określonym sprzętem
komputerowym
Nowoczesne półprzewodnikowe układy scalone
ROM nie są od razu rozróżniane od podobnych do
nich, układów scalonych takich jak moduł RAM
Układy scalone RAM mogą być odczytywane
szybciej niż większość ROMów
Prędkość zapisu jest zawsze o wiele wolniejsza
niż prędkość odczytu
Pamięć Flash
jest pamięcią, która zależy od
zasilania i obejmuje częste, wielokrotne
zapisywanie informacji
Zawarta w BIOSie (Basic Input/Output System)
Pamięć – Pamięć specjalna
(kontynuacja)
16
BIOS (Basic Input/Output System
) jest to zestaw
programów przeznaczonych do automatycznych
testów urządzeń po podłączeniu komputera i
ładowania systemu operacyjnego
CMOS RAM
jest to pamięć o niskiej prędkości
działania i minimalnym zużyciu energii
Jest używana do przechowywania informacji o
konfiguracji komputera (informacje dotyczące
pamięci, dysków) i trybu jego działania
Pamięć video
(VRAM) jest odmianą pamięci
RAM, gdzie są zachowywane zakodowane obrazy
Jest zorganizowana, więc jej zawartość jest
dostępna jednocześnie dla dwóch urządzeń:
procesora i urządzenia wyświetlającego
Pamięć – Pamięć specjalna
(kontynuacja)
17
Urządzenia wejścia
Urządzenia wejścia
to sprzęt, który
przetwarza dane z zewnątrz, tak aby były
wykorzystane przez komputer
Klawiatura komputera
jest urządzeniem
służącym do wprowadzania danych do
komputera poprzez wysyłanie do niego
sygnałów
Klawiatura posiada standardowy zestaw
klawiszy i kilka dodatkowych elementów
sterujących –przyciski funkcyjne, przyciski
sterujące oraz małą klawiaturę cyfrową
Manipulatory
(mysz, joystick i inne) są
specjalnymi urządzeniami, które są używane
do kontroli kursora
18
Joystick
jest zwykłym bar-pen
Odchylenie od pozycji pionowej prowadzi
do ruchu kursora w odpowiednim
kierunku, po ekranie monitora
Jest często używany w grach
komputerowych (obecnie częściej
gamepad)
Mysz
jest urządzeniem wskazującym,
wykrywającym dwuwymiarowy ruch
względem podpierającej ją powierzchni
Ruch myszy jest tłumaczony na ruch
kursora po ekranie
Urządzenia wejścia
(kontynuacja)
19
Skaner
jest urządzeniem analizującym
obrazy, tekst drukowany i rękopisy i
zamieniającym je na obraz cyfrowy
Kamery internetowe
to małe kamery,
których obrazy mogą być przesyłane przez
sieć www, komunikatory internetowe, lub
aplikacje służące do konferencji
Przykład: program Skype
Mikrofon
jest transduktorem sygnałów
akustycznych na elektryczne lub sensorem
zamieniającym dźwięk na sygnał
elektryczny
Urządzenia wejścia
(kontynuacja)
20
Ekrany dotykowe
to powierzchnie wyświetlające które
posiadają zdolność wyświetlania i
odbierania informacji na tym samym
ekranie.
Dzięki zastosowaniu takich ekranów
można przekształcać dane w
urządzeniu wejścia bez użycia
klawiatury i/lub myszy jak
podstawowego urządzenia wejścia.
Panel dotykowy
to urządzenie wejścia, często używane
w laptopach.
Reagują na ruch palca użytkownika.
Zastępują myszkę komputerową.
Urządzenia wejścia
(kontynuacja)
21
Urządzenia wyjścia
Urządzenie wyjścia
to każda część
komputera która służy do komunikowania
wyników przetwarzania danych,
wytworzonych przez system obróbki
informacji(taki jak komputer), do świata
zewnętrznego.
Projektor
urządzenie projekcyjne służące
do wyświetlania obrazów na ścianie lub
ekranie projekcyjnym.
Wysyła sygnały kontrolujące jasność
wiązki światła, synchronizuje sygnał
wiązki
Monitor przekształci te sygnały w
wizualizacje.
22
Monitor komputerowy
to rodzaj sprzętu
elektronicznego który wyświetla możliwe
do obejrzenia obrazy wygenerowane przy
pomocy komputera. Obrazy mają niestały
charakter.
Rodzaje Monitorów
:
cathode-ray tube (CRT) -
kineskopowe
liquid crystal displays (LCD)
ekrany dotykowe
Istnieją karty graficzne, takie jak SVGA ,
SXGA , UXGA , VGA , pamięć video , XGA
Urządzenia Wyjścia - Monitory
23
Głośnik, głośnik systemowy - przetwornik
elektroakustyczny.
Urządzenie elektryczne (odbiornik energii
elektrycznej) przekształcające sygnał elektryczny
w falę akustyczną.
Wyrażenie głośnik może się odnosić do
pojedynczych urządzeń (lub sterowników), a także
do kompletnych systemów składających się z kilku
głośników, sterowników i dodatkowej elektroniki
Drukarka
to urządzenie drukujące które przenosi
dane wytworzone przez komputer, w postaci
drukowanego tekstu lub obrazów graficznych.
Istnieje kilka rodzajów drukarek (następne slajdy)
Urządzenia Wyjścia
(kontynuacja)
24
Drukarki igłowe
wykorzystują kombinacje
małych igieł uderzających w papier,
które zmieniają sposób uderzenia, w
zależności od tego co chcemy
wydrukować
Każdy znak, wydrukowany na
drukarce, składa się z 9, 18 lub 24
igieł, ustawionych w poziomą
kolumnę.
Wadą tych tanich drukarek jest ich
głośna praca i niska jakość wydruku.
Drukarki laserowe
działają bardzo
podobnie do kopiarek
Komputer tworzy w pamięci obraz
strony tekstu i wysyła ją do drukarki
Urządzenia wyjścia - drukarki
25
Drukarki atramentowe
drukują, tworząc znaki
przy pomocy sekwencji atramentowych punktów
(zobacz następny slajd)
Głowica drukarki posiada malutkie dysze przez
które atrament dostaje się na papier
Te drukarki wymagają papieru dobrej jakości
Kolorowe obrazy są tworzone przy pomocy
kolorowych tuszów
Ploter
to urządzenie drukujące graficznie,
podłączone do komputera
Może tworzyć skomplikowane wzory, w tym
także rysunki inżynierskie, plany
architektoniczne, mapy geograficzne i
meteorologiczne. Niestety, są bardzo wolne z
powodu mechanicznych jednostek
Urządzenia wyjścia - drukarki
26
Urządzenia wyjścia – drukarka
atramentowa
27
Urządzenia wejścia/wyjścia
Wejście/Wyjście
, lub I/O, odnosi się do
komunikacji pomiędzy systemem obróbki
informacji(np.: komputer) i światem
zewnętrznym - zwykle człowiekiem lub
innym systemem obróbki informacji
Wejście to sygnały otrzymywane przez
komputer, a wyjście to sygnały wysyłane
Na przykład klawiatury i myszki to
urządzenia wejścia, a monitory i drukarki
są urządzeniami wyjścia.
Urządzenia służące do komunikacji
pomiędzy komputerami, takie jak
modemy i
karty sieciowe
są urządzeniami
wyjścia i
wejścia
28
Pamięci zewnętrzni - dyskietki
Urządzenie magazynujące
służy do
nagrywania(przechowywania) informacji.
Dyskietka
to urządzenie przechowujące które
składa się z cienkiego i giętkiego dysku
magnetycznego, umieszczonego w plastikowej,
kwadratowej obudowie.
Dyskietki są odczytywane i nagrywane przez stację
dyskietek lub FDD - floppy drive
Wykorzystuje się je do przenoszenia danych
pomiędzy komputerami, a także do dystrybucji
programów
Sposób binarnego nagrywania danych na
dyskietkach nazywany jest kodowaniem
magnetycznym
Bieguny magnetyczne w środowisku układają się
zgodnie z kierunkami biegunów północ-południe
29
Pamięci zewnętrzni – dyskietki
ZIP
Dyskietki Zip są wymienialnymi dyskietkami o
średniej pojemności, wynalezionymi przez
Iomega pod koniec 1994 r.
Początkowo miały pojemność 100 MB, w
późniejszych wersjach wzrosła do 250 MB a
następnie 750 MB
Ten rodzaj dyskietek zdobył największą
popularność ze wszystkich dyskietek o dużych
pojemnościach, jednak nigdy nie udało mu się
zająć miejsca 3,5 calowych dyskietek.
Został wyparty przez system flash a także
przez płyty CD i DVD i już nie jest
wykorzystywany.
30
Pamięci zewnętrzni - kartridże
Taśma magnetyczna
była używana do
przechowywania danych przez ponad 50 lat
Współczesna taśma magnetyczna jest
wykorzystywana w kartridżach i kasetach
Urządzenie które dokonuje właściwego odczytu
lub zapisu danych to napęd taśmowy
Autozmieniarki i biblioteki taśm
są często
używane do automatycznej obsługi kardridży
Przy przechowywaniu dużych ilości danych,
taśma jest tańsza niż inne sposoby
przechowywania.
Taśma magazynująca od zawsze była używana w
dużych systemach komputerowych
Współcześnie używa się jej jako nośnika o dużej
pojemności a także do archiwizowania i
tworzenia kopii zapasowych.
2007 rok- kartridże o najwyższej pojemności
(DLT-S4, LTO-4, SAIT-2) mogą przechowywać
800 GB danych bez kompresji.
31
CD-ROM
(skrót wzięty od "Compact Disc read
only memory" czyli "dysk tylko do odczytu") to
dysk który zawiera dane dostępne dla komputera
Format CD na początku służył tylko do
przechowywania i odtwarzania muzyki, jednak
później został zaadaptowany do
przechowywania jakichkolwiek danych.
CD-ROM'ów używa się do dystrybucji
programów komputerowych, gier i aplikacji
multimedialnych.
Jednak można na nich przechowywać każdy
rodzaj danych(nie większy niż pojemność dysku)
Niektóre płyty CD zawierają dane komputerowe i
muzykę którą można odtworzyć na odtwarzaczu
CD, przy czym dane mogę być wykorzystywane
tylko przez komputer.
Noszą one nazwę : CD Extra i CD Plus,
zawierają muzykę a także dane.
Pamięci zewnętrzni – CD-Rom
32
Pojemność płyt CD sięga 780
Informacja o pojemności jest
wydrukowana na dysku CD i nie ulega
zmianie
Miejsce technologii CD-ROM zajmuje
pomału DVD
DVD ma taki sam rozmiar jak CD,
ale jego pojemność może sięgać 17 GB,
czyli jeden dysk DVD może zastąpić 20
standardowych płyt CD-ROM
Przenośna nagrywarka płyt - może odtwarzać
normalne dane, a także nagrywać dane na
płytach.
Ma pojemność 650 MB
Pamięci zewnętrzni – CD-ROM
(kontynuacja)
33
Dysk twardy
jeden z typów urządzeń
pamięci masowej, wykorzystujących nośnik
magnetyczny do przechowywania danych.
Urządzenie to nagrywa na twardym
podłożu.
Nie zmienna pamięć(Non-valatile
memory)
NVM to rodzaj pamięci
komputera która przechowuje dane nawet
kiedy nie jest podłączona do prądu.
Przykładem NVM są pamięci flash,
większość magnetycznych urządzeń
przechowujących(dyski twarde,
dyskietki), dyski optyczne,
a także używana we wczesnych
komputerach taśma papierowa.
Pamięci zewnętrzni – Dysk
Twardy
34
W przeciwieństwie do dyskietek, dysk
twardy obraca się nieustannie
Został wyposażony we wbudowaną
pamięć cache – 16-32 MB, która
zapewnia jego sprawne działanie
Pamięci zewnętrzni – Dysk
Twardy (kontynuacja)
35
Pamięci zewnętrzni – Dysk
Twardy (kontynuacja)
Dyski Twarde
mają bardzo dużo
pojemność: do TB.
We współczesnych modelach prędkość
obrotów dysku sięga 7200 na minutę.
Oznacza to że czas otrzymania danych
wynosi 9ms, średni przesył danych
wynosi do 60 MB/s
Istnieją dyski zewnętrzne i wewnętrzne
Na przykład, wewnętrzne dyski twarde
mogą być częścią stałych systemów
36
Pamięci zewnętrzni –
Przenośne dyski twarde
Przenośny Dysk Twardy(IHDD
) jest zbudowany
tak samo jak HDD, jest jednak przenośn i łączy
się z komputerem za pomocą łącza
USB(Universal serial bus) – jest to standardowy
sposób połączenia w komputerach.
E-Serial Ata
Na przykład: z Max Connect IHDD, Power
Mac G5 może posiadać 9 dysków
przenośnych, co pozwala systemowi ładować
się z jednego dysku a resztę dysków ustawia
w trybie RAIDED (Redundunt Array Of
Inexpensive Disk)
Powoduje to 8x krotne zwiększenie
prędkości w stosunku do normalnego
Power Mac’a G5
37
Bibliografia
Michalski A.: Dostępność informacji w
organizacji gospodarczej, Wydawnictwo
Politechniki Śląskiej, Gliwice 2007.
Sokół M.: Podstawy obsługi komputera.
Ilustrowany przewodnik, Helion, Gliwice
2005.
Brookshear J.G.: Informatyka w ogólnym
zarysie, Wydawnictwo WNT, Warszawa 2003.
Europejski Certyfikat Umiejętności
Komputerowych ECDL – European Computer
Driven Licence, Syllabus wersja 5.0, 2007.
William Stallings. Computer Organization
and Architecture: Designing for Performance
(6th edition). Prentice Hall , 2002, 750 p.