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.