Shrnutí předcházející přednášky

Transkript

1 Shrnutí předcházející přednášky Von Neumannova architektura počítače, princip činnosti počítače, základníčásti, charakteristika operační paměti, CPU, řadiče, ALU, střadače, registrů Operační paměť - organizace, RAM, velikost (kapacita) paměti - vztah B, KB, MB, GB, přístupová doba Činnost procesoru při provádění programu Charakteristiky výkonu počítače: frekvence, strojový cyklus, vzájemný vztah, MIPS, FLOPS Vývoj procesorů Intel, další výrobci KIT ČZU 1

2 Operační paměť paměť - integrovaný obvod se schopností ukládat binárně kódovanou informaci předávat ji na výstupu operační (hlavní) paměť pro ukládání programů a dat typu RAM - závislá na napájení (při přerušení napájení je její obsah zničen) dva druhy paměti pro PC SRAM (statická RAM) data se nemusí průběžně obnovovat rychlejší, dražší - použití v cache DRAM (dynamická RAM) obsah nutno pravidelně obnovovat (2-3ms) refresh levnější, pomalejší KIT ČZU 2

3 důležité parametry kapacita a rychlost rychlost výměny dat mezi procesorem a pamětí závisí na rychlosti procesoru, paměti a sběrnice mezi nimi kapacita paměti v MB a GB 1 KB = 2 10 = 1024 B 1 MB = 2 20 = 1024 KB 1 GB = TB = 2 40 vybavovací (přístupová) doba v nanosekundách 10-3 = ms 10-6 = mikrosekunda 10-9 = ns KIT ČZU 3

4 zrychlení přístupu k paměti EDO (Extended Data Out), Burst EDO SDRAM (synchronní DRAM) DDR SDRAM (Double Data Rate SDRAM) RDRAM (Rambus DRAM) kapacita paměti PC 32 MB, 64MB, 128 MB, 256 MB, 512 MB realizace paměti destička s paměťovými čipy, zásuvka bank, 2-4 dříve SIMM moduly (Single Inline Memory Module) (4, 8, 16, 32 MB) DIMM moduly (Dual Inline Memory Module) (32, 64, 128, 256, 512 MB) RIMM moduly (obch.značka Rambus Inc.) lze kombinovat velikost modulů (např ) - DDR dnes používaný typ paměti KIT ČZU 4

5 Paměťový modul RDRAM, DDR SDRAM, SDRAM P. Trousil, Ta pravá paměť, CHIP 12/01 KIT ČZU 5

6 Virtuální paměť technika správy paměti modeluje zdánlivou (virtuální) paměť na disku rozčlenění adresního prostoru operační paměti na bloky konstantní velikosti (např. 4 KB) - stránky (pages) stránky se přesouvají mezi operační pamětí a diskovým prostorem lze spouštět i programy, které svojí velikostí přesahují velikost operační paměti KIT ČZU 6

7 Cache paměť IBM 1968, od procesoru malá kapacita, vyšší rychlost než operační paměť ukládají se data pro následné využití procesorem urychluje se komunikace rychlého procesoru s pomalejší pamětí udržuje zásobu instrukcí a dat před (i po) jejich provedením interní (primární) L1 vestavěná v procesoru, desítky KB část pro data, část pro instrukce (např. Pentium II 16KB +16KB) L2 cache druhé úrovně dříve mimo procesor, od Pentia Pro přímo na čipu procesoru, stovky KB, zrychluje přístup do L1 L3 zrychluje přesuny mezi operační pamětí a L2 KIT ČZU 7

8 ROM paměť (Read Only Memory) nezávislost na napájení obsah dán výrobcem pro uložení ROM BIOS BIOS - Basic Input/Output System SW (programy) pro ovládání komponent počítače na základní úrovni (BIOS základní desky, BIOS videokarty) PROM (Programmable ROM) obsah vypálen do prázdného čipu EPROM (Erasable PROM) obsah lze smazat pomocí ultrafialového světla a znova naprogramovat pomocí speciálního zařízení EEPROM (Electrically EPROM) - Flash lze elektricky vymazat a přepsat bez speciálních zařízení přemazání paměťových buněk jedním elektrickým nábojem KIT ČZU 8

9 Flash paměti mechanicky odolné - neobsahují žádné mechanické součástky uchovají data bez přístupu elektrického napětí až deset let postačující rychlosti čtení a zápisu použití v paměťových kartách pro digitální fotoaparáty, MP3 přehrávače, kapesní počítače, atd. CompactFlash (od roku 1995, až 4 GB, velké) SmartMedia (Olympus, do 128 MB na ústupu) SD Secure Digital ( až 512 MB, miniaturní rozměry) MMC MultiMediaCard (až 128 MB kapesní počítače) MemoryStick (Sony, až 1 GB) xd Picture Card (FujiFilm a Sony, 512 MB až 1 GB) D.Šimonovič, Paměťový blesk po kapsách, Computer 12/03 KIT ČZU 9

10 CMOS (Complementary Metal Oxid Semiconductor) konfigurační paměť paměť typu SRAM obsah udržován pomocí vnitřní baterie počítače změna pomocí Setup (Delete při startu počítače) informace o základní sestavě počítače a jeho parametrech ukládá se sem základní nastavení (datum a čas, heslo, informace o instalovaných periferiích např. pevných discích, typ displeje) data pro BIOS KIT ČZU 10

11 Sběrnice spojovací vedení pro přenos signálů mezi jednotlivými částmi počítače FSB (High Speed Front Side Bus) pro propojení základního procesoru s operační pamětí pro propojení s ostatními komponentami - vodiče vyvedeny na tzv. sloty, kde se připojují karty (rozšiřující desky) sběrnice -členění podle funkce řídící - přenos řídících signálů adresová - přenos adres datová - přenos dat vliv šířky sběrnice adresové - maximální velikost paměti datové - rychlost počítače KIT ČZU 11

12 Typy sběrnic ISA (AT Bus) Industry Standard Architecture nejstarší, 16 bitová, pro pomalejší zařízení (pracuje na frekvenci 8 MHz) černý slot výkon (rychlost) 8 MB/s 1. generace sběrnic EISA (Extended Industry Standard Architecture) dražší, spolehlivá, 32 bitová, 8MHz, 32 MB/s KIT ČZU 12

13 Typy sběrnic - pokračování PCI (Peripheral Component Interconnect) rychlá sběrnice vyrobená firmou Intel 2. generace 32 bitová pro rychlejší zařízení - pracuje na frekvenci 33 MHz (bílý slot), 132 MB/s nestačí pro potřeby grafiky Compaq, IBM,+HP přišly se specifikací PCI-X PCI-X 1.0, 2.0, bitů, 133 MHz, 1GB/s - 8,5 GB/s PCI Express 3. generace sériová sběrnice, vodiče jednosměrné, jsou tam dvakrát zatím se používala paralelní struktura sběrnic - přenos několika bitů po více vodičích, stejné vodiče pro oba směry KIT ČZU 13

14 Typy sběrnic - pokračování AGP (Accelerated Graphics Port) vysoce výkonná specializovaná sběrnice určená pro připojení 3D grafického akcelerátoru je rozšířením stávající sběrnice PCI pro připojení grafické karty rychlý port, který je fyzicky, logicky i elektricky zcela nezávislý na PCI (grafické karty se dříve připojovaly do ISA a později do PCI slotů) obsluhuje čistě potřeby grafické karty (zobrazování na monitoru) umožňuje rychlé zobrazování 3D grafiky je více specifikací 2x, 4x, 8x (vícenásobná přenosová kapacita) KIT ČZU 14

15 Typy sběrnic - pokračování USB (Universal Serial Bus 1.1, 2.0) připojení až 127 zařízení (klávesnice, myš, tiskárna, modem, skener, čidla, UPS, audio zařízení jako mikrofony a digitální reproduktory, digitální kamery a ostatní multimediálně orientovaná zařízení) sériové rozhraní, rychlá komunikace 100x rychlejší než sériové sběrnice 10 x rychlejší než paralelní rozhraní (tiskárna) podpora Plug and Play připojení nového zařízení za chodu počítače IEEE Fire Wire až 64 zařízení rychlá (dnes 800 Mb/s) sériová sběrnice pro přenos digitálního video nebo audio signálu (připojení multimediálních periferií - digitální videokamery, fotoaparátu, hudebních nástrojů) připojení externích pevných disků real-time přenos vysokého objemu dat malé, trvanlivé a flexibilní kabely a konektory umožňující propojení celéřady periferií Plug&Play - možnost připojení periferií za provozu (bez nutnosti restartu počítače) doplňuje USB KIT ČZU 15

16 KIT ČZU 16

17 Plug and Play (PnP) podpora pro automatickou a dynamickou úpravu sestavy počítače bez zásahu uživatele (nastavení HW parametrů) tzn. možnost připojení periferií za provozu (bez nutnosti restartu počítače) podporuje Intel, Microsoft a stovky dalších firem základní desky, síťové a zvukové karty atd. podporující PnP KIT ČZU 17

18 Přídavné desky (rozšiřující karty) Pro doplnění a rozšíření konfigurace zasouvají se do slotů videokarta síťová karta zvuková karta faxmodemová karta televizní karta dříve řadič diskových jednotek (nyní integrován na základní desce) některé funkce mohou být integrovány na základní desce + karta nezabírá místo, rychlejší komunikace - při poruše komponenty výměna celé základní desky KIT ČZU 18

19 Rozhraní PC komunikační rozhraní pro komunikaci s dalšími zařízeními mimo skříň z desky jsou na zadní skříň vyvedeny konektory - porty řídící jednotka na základní desce sériové pro připojení myši, externího modemu označení COM1, COM2 konektor 9pólový s kolíčky paralelní (nazývané Centronics) rychlejší než sériové pro připojení tiskárny, scanneru konektor 25pólový s otvory PS2 vyvinut IBM pro připojení myši (kulatý zelený konektor) a klávesnice (fialový) USB sériové rozhraní, většinou dva obdélníkové konektory lze připojit klávesnici, myš, tiskárnu, modem, skener aj. KIT ČZU 19

20 Videokarta (zobrazovací adaptér) obsluhuje monitor počítače uchovává data pro zobrazení vytváří výstupní signál pro monitor Parametry rozlišení (kvalita zobrazení) počet bodů (pixelů - picture element), které lze zobrazit 640x480, 800x600, 1024x768, 1280x1024, 1600x počet barev (barevná hloubka) 16, 256, (High-Color), (True-Color) (4, 8, 16, 24 bitů/pixel ve videopaměti) velikost vlastní paměti KIT ČZU 20

21 HGC adaptér (Hercules) monochromatický, problémy s češtinou CGA, EGA - nepoužívá se VGA adaptér barev SVGA adaptéry různá rozlišení - až 1280x1024 různý počet barev 16, mil. (True Color 24 bitů na 1 pixel) video RAM (VRAM) pro ukládání zobrazovaných dat (4-8 MB) DAC digitálně-analogový převodník moderní AGP grafické karty mají vlastní grafický čip 2D nebo 3D a velkou vlastní paměť pro multimedia, náročnou grafiku a hry KIT ČZU 21

22 Zvuková karta Zvuky reproduktor počítače zvuková karta pro multimediální aplikace (do slotu PCI,často integrována na základní desce) Digitalizace zvuku vzorkování signálu (sampling) vzorků za sekundu hodnoty se aproximují a uloží do 8 bitů nebo 16 bitů (256 resp hodnot) WAV soubory velké soubory se všemi informacemi MP3 soubory komprimovaný zvuk Vytváření zvuků syntéza FM (frekvenční modulace) MIDI obvodem (Musical Instrument Digital Interface) zvuky vytvářeny uměle elektronikou (syntetizátorem) rozklad zvuku na nástup, pokles, trvání, doznívání tabulková syntéza (Wavetable) tabulka předem nahraných zvuků reálných hudebních nástrojů je uložena v paměti karty zvuková karta skládá základní zvuky přirozenější, dražší dražší karty umí vytvořit prostorový zvuk (3D) nutné 4 reproduktory KIT ČZU 22

23 Rozhraní pevných disků (řadič) pro komunikaci disku se základní deskou pro přenos mezi vnější pamětí a operační pamětí, integrována disková cache ovlivňuje rychlost přenosu dat max. počet instalovatelných pevných disků druh diskových jednotek použitelnou kapacitu diskových jednotek ATA (AT Attachment) IDE alternativní název pro ATA (standard ATA-1) EIDE, FASTATA, FASTATA-2 (standard ATA-2) rychlejší přenos dat Ultra ATA (standard ATA/ATAPI-4 Ultra DMA 33) (přídavná karta do PCI slotu s řadičem Ultra ATA 133 s teoretickou přenosovou rychlostí až 133 MB/s) řadič má dva kanály, připojit lze až 4 IDE zařízení (pevné disky, ATAPI zařízení) podporuje disky do kapacity až 128 GB ATAPI (EIDE CD-ROM rozhraní) SCSI připojení 7 nebo 15 zařízení rychlejší než EIDE, u dražších počítačů SATA Serial ATA nejnovější verze ATA (dřívější verze PATA-paralel) 23

24 Pevné disky - výrobci Western Digital Seagate Hitachi Samsung Maxtor KIT ČZU 24