Wykład 2 Polski
Download
Report
Transcript Wykład 2 Polski
Technologia Informacyjna
Wykład 2: Sprzęt
komputerowy
(39 slajdów)
Wykładowca:
Prof. Anatoly Sachenko
2
Przegląd wykładu
Centralna jednostka przetwarzająca - procesor
Pamięć
Urządzenia wejściowe (wejścia)
Urządzenia wyjściowe (wyjścia)
Urządzenia wejścia/wyjścia
Nośniki danych
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 komputera
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
(kontynuacja na kolejnym slajdzie)
4
Centralna jednostka przetwarzająca
(kontynuacja)
Cache - szybka pamięć lokalna komputera o małej
pojemności (8-1024 Kb)
Matematyczny koprocesor dla liczb zmiennoprzecinkowych
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)
5
Centralna jednostka przetwarzająca
(kontynuacja)
Nowoczesne procesory są realizowane w formie
mikroprocesorów
(wygląd zew.) mikroprocesor
jest obwodem scalonym — cienką,
prostokątną płytką krzemową, wielkości
zaledwie kilku milimetrów
kwadratowych, zdolny do wykonywania
operacji cyfrowych według
dostarczonych mu instrukcji
Wizualnie
Jedna
z części mikroprocesora zajmuje się
operacją gromadzenia kodów, inna –
przechowywaniem kodów adresu
Typy rejestrów:
6
Centralna jednostka przetwarzająca
(kontynuacja)
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.
Microprocessor jest programowalnym cyfrowo
elektronicznym elementem, który zawiera w sobie funkcje
centralnej jednostki przetwarzającej (procesora), na
pojedynczym półprzewodnikowym obwodzie scalonym
(kolejny slajd)
7
Centralna jednostka przetwarzająca
(kontynuacja)
Jeden lub więcej mikroprocesorów zazwyczaj służą jako
centralna jednostka przetwarzająca (CPU) w systemie
komputerowym, wbudowanym systemie, lub w
urządzeniach „kieszonkowych”
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
Pamięć – Jak jest zbudowana?
(kontynuacja)
To jednak nie wyklucza użycia przez pamięć innych,
dłuższych komórek pamięci (na przykład half-word,
double word)
Jedna liczba całkowita lub jedno polecenie 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
10
Pamięć - RAM
RAM (Random Access Memory) 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 od 512 do 2048 Mb
11
Pamięć - RAM
(kontynuacja)
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
(kontynuacja na następnym slajdzie)
12
Pamięć - RAM
(kontynuacja)
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
13
Pamięć - Cache
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 polecenia będą
potrzebne procesorowi w
najbliższym czasie
14
Pamięć - Cache & Pamięć specjalna
(kontynuacja)
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
15
Pamięć – Pamięć specjalna
(kontynuacja)
Jest najczęściej używana do rozprowadzania
oprogramowania sprzętowego – oprogramowania,
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)
16
Pamięć – Pamięć specjalna
(kontynuacja)
BIOS (Basic Input/Output System) jest to zestaw
CMOS RAM jest to pamięć o niskiej prędkości działania i
minimalnym zużyciu energii
programów przeznaczonych do automatycznych testów
urządzeń po podłączeniu komputera i ładowania systemu
operacyjnego
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
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
Urządzenia wejścia (kontynuacja)
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
19
Urządzenia wejścia (kontynuacja)
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
Przykład:
program Skype
20
Urządzenia wejścia (kontynuacja)
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.
21
Urządzenia wejścia (kontynuacja)
Skaner to urządzenie które analizuje obrazki, drukowany
tekst i pismo ręczne, po czym przekształca je w cyfrowy
obraz.
Kamery Internetowe to małe kamery z których obraz
można wykorzystywać w sieci WWW, do szybkiego
przesyłania danych a także do video konferencji.
Przykład:
program Skype
Mikrofon to urządzenie służące do przetwarzania fal
dźwiękowych na impulsy elektryczne.
Przykład:
program Skype
22
Urządzenia wyjścia
Urządzenie wyjścia to każda część komputera która
Projektor urządzenie projekcyjne służące do
służy do komunikowania wyników przetwarzania
danych, wytworzonych przez system obróbki
informacji(taki jak komputer), do świata
zewnętrznego.
wyświetlania obrazów na ścianie lub ekranie
projekcyjnym.
Wysyła
sygnały kontrolujące jasność wiązki
światła, synchronizuje sygnał wiązki
Monitor przekształci te sygnały w
wizualizacje.
23
Urządzenia Wyjścia - Monitory
Monitor komputerowy to rodzaj sprzętu
Rodzaje Monitorów:
elektronicznego który wyświetla możliwe do
obejrzenia obrazy wygenerowane przy pomocy
komputera. Obrazy mają niestały charakter.
cathode-ray tube (CRT) - kineskopowe
liquid crystal displays (LCD)
ekrany dotykowe
Istnieją karty graficzne, takie jak SVGA , SXGA ,
UXGA , VGA , pamięć video , XGA
24
Urządzenia Wyjścia (kontynuacja)
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)
25
Urządzenia wyjścia - drukarki
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
26
Urządzenia wyjścia - drukarki
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 mechanizmów
Urządzenie wyjścia – drukarka
atramentowa
27
28
Urządzenie 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
Na przykład klawiatury i myszki to urządzenia wejścia,
a monitory i drukarki są urządzeniami wyjścia.
wyjście to sygnały wysyłane
Urządzenia służące do komunikacji pomiędzy
komputerami, takie jak modemy i karty sieciowe są
urządzeniami wyjścia i wejścia
29
Urządzenia magazynujące - 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(tego skrótu nie powinno się mylić z
"fixed disk drive", który odnosi się do dysków twardych)
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
Urządzenia magazynująca – 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
31
Urządzenia magazynujące - kardridże
Taśma magnetyczna była używana do przechowywania
danych przez ponad 50 lat
Współczesna taśma magnetyczna jest wykorzystywana w
kardridżach 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.
W 2007 roku, kardridże o najwyższej pojemności (DLT-S4,
LTO-4, SAIT-2) mogą przechowywać 800 GB danych bez
kompresji.
32
Urządzenia Magazynujące – CD-Rom
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 Enchanced CD, lub też CD Extra i
CD Plus, zawierają muzykę a także dane.
Urządzenia Magazynujące – CD-Rom
(kontynuacja)
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
33
Urządzenia magazynujące – Dysk
Twardy
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.
34
Urządzenia magazynujące – Dysk
Twardy (kontynuacja)
W przeciwieństwie do dyskietek, dysk twardy
obraca się nieustannie
Został wyposażony we wbudowaną pamięć
cache – 8 Mb, która zapewnia jego sprawne
działanie
35
Urządzenia magazynujące – Dysk
Twardy (kontynuacja)
Dyski Twarde mają bardzo dużo pojemność:
od 40 do 750 GB. 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
Urządzenia magazynujące –
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.
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
38
Porównanie urządzeń magazynujących
Rodzaj
Magazynowania
Pojemność
Prędkość
Koszt
$
IHDD
160 GB – 1
TB
1.5 Gb/s – 3
Gb/s
50-500
HDD
20 GB- 500
GB
4800 Mb/s
(USB 2.0)
786 Mb/s
(Firewire
1394)
100300
Dyskietka Zip
250 MB – 750
MB
2.1 Mbit/s –
133 Mbit/s
50-150
CD-ROM
700 MB
2.1 Mbit/s –
133 Mbit/s
15-20
Kardridże
128 MB- 16
GB
4800 Mb/s
(USB 2.0)
20-340
Urządzenia Magazynujące –
Formatowanie dysków
Formatowanie dysku jest procesem przygotowania partycji
lub innego nośnika danych do zapisu danych.
Duże dyski mogę być podzielone na partycje, podzielone na
sekcje logiczne, które posiadają własny system plików.
Formatowanie dysku można podzielić na dwa różne
porcesy, formatowanie niskowoluminowe i
wysokowoluminowe.
Formatowanie niskowoluminowe to formatowanie
powierzchni dysku instalowanie numerów sektorów,
które są rozpoznawane i wykorzystywane przez
kontroler dysku
Formatowanie wysokowoluminowe to proces tworzenia
wolnego miejsca dla plików, a także tworzenie sektora
rozruchowego dysku.
39
40
Bibliografia
European Computer Driven Licence, Syllabus version 4.0, 2006.
Lecture Notes. Fundamentals of Informatics (e-version). Based on a
book by L.Z.Shaucukova. Informatics (in Russian). Moscow, 2002. –
420 p. (translated and edited by Anatoly Sachenko).
William Stallings. Computer Organization and Architecture: Designing
for Performance (6th edition). Prentice Hall , 2002, 750 p.
Tucker (Editor-in-Chief), R. Cupper, F.P. Deek, and R. Noonan
(Editorial advisors), Computer Science Handbook, Second edition,
CRC Press, 2004, 2752 p.
Hysa B., Piekoszewska B., Rakowiecka K., Sobota M., SołtysikPiorunkiewicz A., Zdonek D., Zdonek I., : Laboratorium z podstaw
informatyki w zarządzaniu. Część II. Wprowadzenie do MS Windows.
MS Word. Wydawnictwo PŚ. Gliwice 2003. Skrypt nr 2324.
Kowalczyk G.: Word 2000 PL. Ćwiczenia praktyczne. Helion, Gliwice
2000.
J. Glenn Brookshear. Computer science an overview, Sixth edition,
Addison Wesley, 2001, 688 p.