Podstawowe wiadomości o komputerach. Wojciech Sobieski

Transkrypt

1 Podstawowe wiadomości o komputerach Wojciech Sobieski Olsztyn

2 Historia komputerów Starożytność - liczenie na czarnych i białych kamieniach, liczydła (Soroban, Abacus). Soroban Soroban Abacus Abacus

3 Historia komputerów Leonardo da Vinci ( ) - 13 marca 1967 roku amerykańscy naukowcy pracujący w Madrycie w Bibliotece Narodowej Hiszpanii napotkali dwie nieznane dotąd prace Leonarda da Vinci nazwane "Codex Madrid". Dotyczyły one maszyny liczącej. Dr Roberto Guatelli znany ekspert w dziedzinie twórczości Leonarda, w roku 1968 odtworzył tą maszynę (dzisiejsze dzieje tej repliki są nieznane i nie wiadomo gdzie ona się znajduje).

4 Historia komputerów Projekt maszyny Współczesna replika

5 Historia komputerów Na początku XVII wieku John Neper ( ) opublikował najpierw swoje dzieło o logarytmach a następnie przedstawił system wspomagający wykonywanie mnożenia, zwany pałeczkami Nepera. Genialność tego systemu polegała na sprowadzeniu mnożenia do serii dodawań. Pomysł Nepera wykorzystało wielu konstruktorów urządzeń liczących, jemu współczesnych i żyjących po nim.

6 Historia komputerów Pałeczki Nepera

7 Historia komputerów Za twórcę pierwszej w historii mechanicznej maszyny do liczenia jest uznawany Wilhelm Schickard ( ), który przez długie lata był zupełnie zapomniany. Schickard opisał projekt swojej czterodziałaniowej maszyny, wykorzystując udoskonalone pałeczki Nepera w postaci walców, w liście do Keplera, któremu miała ona pomóc w jego astronomicznych rachunkach. Niestety jedyny zbudowany egzemplarz maszyny spłonął w niewyjaśnionych okolicznościach, a dzisiejsze jej repliki zostały odtworzone dopiero niedawno na podstawie opisu z listu Keplera.

8 Historia komputerów Maszyna Schickarda

9 Historia komputerów Blaise Pascal ( ) zbudował Pascalinę, maszynę pomagającą w pracy ojcu Pascala, który był poborcą podatkowym. Część maszyn (około 50) była przeznaczona do obliczeń w różnych systemach monetarnych, a część - dla różnych miar odległości i powierzchni (z przeznaczeniem dla geodetów). Pascalina wykonywała tylko dwa działania (dodawanie i odejmowanie). Schickard i Pascal wprowadzili w swoich maszynach mechanizm do przenoszenia cyfr przy dodawaniu i odejmowaniu. Obie maszyny miały także pewne możliwości zapamiętywania niektórych wyników pośrednich.

10 Historia komputerów Pascalina

11 Historia komputerów Gottfried Wilhelm Leibniz ( ) odkrył na nowo pochodzący ze starożytnych Chin system dwójkowy (zwany także binarnym) do zapisu liczb. Przypisuje się jemu także zbudowanie pierwszej mechanicznej maszyny mnożącej. Chociaż w tym czasie istniała już Pascalina i Leibniz miał możność zapoznania się z nią w Paryżu, projekt swojej "żywej ławy do liczenia" opisał przed pierwszą wizytą w Paryżu. W maszynie tej wprowadził wiele części, które zostały użyte w późniejszych maszynach biurowych.

12 Historia komputerów Maszyna Leibnitza

13 Historia komputerów Abraham Stern ( ), z zawodu zegarmistrz, wykonał serię maszyn, które poza czterema działaniami podstawowymi, wyciągały także pierwiastki kwadratowe. Jedna z jego maszyn, raz uruchomiona, potrafiła wykonać za pomocą mechanizmu zegarowego wszystkie operacje bez ingerencji człowieka. Maszyny skonstruowane przez Sterna okazały się jednak mało praktyczne ze względu na wyjątkowo delikatną budowę.

14 Historia komputerów Joseph-Marie Jacquard ( ) ukoronował w 1805 r. kilka wieków rozwoju urządzeń z kodem sterującym procesami (pozytywki itp.), konstruując we Francji krosna, w których kod na taśmie perforowanej sterował haczykami wybierającymi nici odpowiedniego koloru do wzorów na tkaninach. Pomysł ten inspirował Babbage'a i Holleritha, a jego wpływ sięgał aż po von Neumanna, którego ojciec bankier kredytował na Węgrzech inwestycje związane z krosnami Jacquarda.

15 Historia komputerów Krosna Jacquarda

16 Historia komputerów Charles Babbage ( ) - uważany jest powszechnie za najwybitniejszego twórcę maszyn liczących, żyjącego przed erą elektroniczną. Swoją pierwszą maszynę nazwaną maszyną różnicową, (gdyż wykonywała obliczenia metodą różnicową), konstruował przez ponad 10 lat. W odróżnieniu od maszyn Leibniza i Pascala, po ręcznym ustawieniu początkowego stanu, dalsze działania maszyny różnicowej nie wymagają już żadnej ingerencji użytkownika poza kręceniem korbą.

17 Historia komputerów W projekcie Babbage zawarł jednak wiele pomysłów zrealizowanych dopiero we współczesnych komputerach. Między innymi rozdzielił pamięć (zwaną magazynem) od jednostki liczącej (młyna), czyli miejsce przechowywania danych od jednostki wykonującej na nich działania. Obie te części maszyny analitycznej miały być sterowane za pomocą dodatkowego urządzenia kontrolnego, które otrzymywało polecenia na kartach perforowanych, udoskonalonych i rozpowszechnionych przez Jacquarda do programowania maszyn tkackich. Można więc uznać maszynę analityczną Babbege'a za pierwszy pomysł kalkulatora sterowanego programem zewnętrznym.

18 Historia komputerów Maszyna Babbage'a

19 Historia komputerów Opis działania maszyny analitycznej trafił w ręce Ady (jej pełne nazwisko: Ada Augusta hrabina Lovelace), znanej w owych czasach z błyskotliwego umysłu. Urzeczona doskonałością projektu uważała, że... "maszyna analityczna tkać będzie wzory algebraiczne, tak jak krosna Jacquarda tkają liście i kwiaty...". Nie czekając na skonstruowanie maszyny (czego i tak by nie doczekała), Ada zajęła się sporządzaniem opisów jej używania do rozwiązywania konkretnych zadań obliczeniowych. Opisy te nazwano by dzisiaj programami, dlatego uważa się ją za pierwszą programistkę komputerów.

20 Historia komputerów George Boole ( ) - matematyk z uniwersytetu w Cork (Irlandia), choć nie skonstruował żadnej maszyny, ma unikalny wkład w konstrukcję bramek logicznych komputera, które są budowane według praw stworzonej przezeń algebry, zwanej algebrą Boole'a. Ta sama algebra zapoczątkowała w połowie XIX w. logikę matematyczną, dostarczającą teoretycznych podstaw informatyki (zagadnienia obliczalności itp.) i metod automatycznego dowodzenia twierdzeń.

21 Historia komputerów Herman Hollerith ( ) - jako pierwszy sięgnął po elektryczność, jako źródło impulsów i energii maszyny liczącej. Rozwinął także postać karty perforowanej, na której zapisywano dane i zbudował elektryczny czytnik - sorter kart. Olbrzymim sukcesem Holleritha okazał się spis ludności w Stanach Zjednoczonych w 1890 roku, którego wyniki zostały całkowicie opracowane za pomocą jego urządzeń na podstawie danych zebranych na jego kartach. W następnych latach Hollerith dostarczał lub wypożyczał swoje urządzenia do przeprowadzenia spisów w wielu krajach, w tym także w Europie, między innymi w Rosji.

22 Historia komputerów Maszyna Holleritha Karta do Maszyny Holleritha

23 Historia komputerów Alan Turing ( ) - opublikował 1936 roku przełomową pracę dotyczącą teorii maszyn obliczeniowych i algorytmów; był również konstruktorem popularnych w owym czasie maszyn liczących. Turing sformułował tezę, że na maszynach jego pomysłu można zrealizować każdy algorytm. Do dzisiaj nie obalono tej tezy. Zauważa się, że w związku z tym można przyjąć, iż algorytmem jest dowolny opis wykonania obliczeń na maszynie Turinga. Alan Turing brał również udział w pracach nad deszyfracją kodów Enigmy. Prace nad maszyną deszyfrującą Enigmę przyczyniły się do powstania pod koniec wojny w Wielkiej Brytanii kalkulatorów elektronicznych.

24 Historia komputerów W 1941 roku Konrad Zuse ( ) ukończył w Niemczech prace nad maszyną Z3, która wykonywała obliczenia na liczbach binarnych zapisanych w reprezentacji, nazywanej dzisiaj zmiennopozycyjną, sterowane programem zewnętrznym podawanym za pomocą perforowanej tamy filmowej. Maszyna Z3 została całkowicie zniszczona w czasie bombardowania w 1945 roku. Następny model maszyny Zusego, Z4 przetrwał i działał do końca lat pięćdziesiątych. Maszyny Zusego były kalkulatorami przekaźnikowymi. W tym czasie znane już były prace Claude Shannona dotyczące działań binarnych (logicznych) za pomocą układów elektronicznych zgodnie z regułami Boole'a.

25 Historia komputerów Z1

26 Historia komputerów W roku 1942 zespół specjalistów pod kierunkiem J.W. Mauchly'ego i J.P. Eckerta zaprojektował i zbudował maszynę ENIAC (Electronic Numerical Integrator And Computer). Pierwsze obliczania maszyna ta wykonała w listopadzie 1945 roku. Maszyna ENIAC jest uznawana powszechnie za pierwszy kalkulator elektroniczny, chociaż w 1976 roku okazało się, że wczeniej zaczęły pracować w Wielkiej Brytanii maszyny Coloss I i II. Maszyna ENIAC była konstrukcją złożoną z 50 szaf o wysokości 3 metrów zawierających około 20 tysięcy lamp. Słabością tej maszyny było: użycie zwykłego systemu dziesiętnego, brak rozdziału między funkcjami liczenia i pamiętania oraz uciążliwy sposób programowania.

27 Historia komputerów ENIAC

28 Historia komputerów John von Neumann ( ) - z pochodzenia Węgier, był w swoich czasach jednym z najwybitniejszych matematyków. W 1946 roku zainspirował on prace w projekcie EDVAC (Electronic Discrete Variable Automatic Computer), których celem było zbudowanie komputera bez wad poprzednich konstrukcji. Zaproponowano architekturę, zwaną odtąd von neumannowską, według której buduje się komputery do dzisiaj.

29 Historia komputerów architektura von neumanowska pamięć moduł arytmetyczny moduł kontrolny moduł wejścia-wyjścia

30 Historia komputerów Inżynierowie z Harvardu budują komputer Mark I.

31 Historia komputerów J. Presper Eckert i John Mauchly budują komputer EDVAC.

32 Historia komputerów J.P. Eckert i J.W. Mauchly uruchamiają pierwszą maszynę liczącą wykorzystującą lampy elektronowe William Bradford Shockley, J. Bardeenem i W.H. Brattainem wynajdują tranzystor, za co otrzymują Nagrodę Nobla John von Neumann proponuje architekturę komputerów stosowana praktycznie do dnia dzisiejszego Richard Hamming opracowuje sposób wykrywania błędów w programach Johna Mauchly tworzy pierwszy językiem programowania wysokiego poziomu: Short Order Code.

33 Historia komputerów John Mauchly i John Eckert budują UNIVAC I, pierwszy komercyjny komputer.

34 Historia komputerów IBM produkuje komputer o nazwie 650, pierwszy wytwarzany masowo (programowany przy pomocy kart perforowanych) Bell Telephone Labs produkuje pierwszy komputer oparty na tranzystorach.

35 Historia komputerów IBM opracowuje pierwszy twardy dysk, nazywany RAMAC Programiści IBM tworzą język programowania FORTRAN J.Kolby opracowuje dla Texas Instruments pierwszy układ scalony Grace Murray Hopper i Charles Phillips tworzą COBOL Powstaje język programowania Algol 60.

36 Historia komputerów powstaje PDP-1, pierwszy komputer wyposażony w monitor i klawiaturę.

37 Historia komputerów Opracowana zostaje pierwsza gra video Douglas Engelbart opracowuje mysz w Stanford Research Institute Rozpoczęto seryjne wytwarzanie komputera Odra 1003.

38 Historia komputerów Digital Equipment Corporation buduje pierwszy minikomputer Zostaje stworzony uproszczony język programowania BASIC Texas Instruments produkuje na potrzeby armii pierwszy komputer oparty na układach scalonych z pamięcią półprzewodnikową Ole-Johan Dahl i Kristen Nygaard z Norwegian Computing Centre opracowują język Simula - pierwszy obiektowo zorientowany język programowania Robert Noyce, Andy Grove i Gordon Moore zakładają firmę Intel.

39 Historia komputerów Departament Obrony USA zleca utworzenie sieci ARPA-NET, która połączyła uniwersytety UCLA, UC w Santa Barbara, SRI i University of Utah Dennis Ritchie i Kenneth Thomson opracowują system operacyjny Unix w firmie Bell Labs Niklaus Wirth opracowuje język programowania Pascal Ray Tomlinson z firmy Bolt Beranek and and Newman wysyła pierwszy e- mail Dennis Ritchie opracowuje język programowania C w firmie Bell Labs.

40 Historia komputerów W laboratoriach PARC powstaje obiektowy języka programowania Smalltalk, stworzony przez Alana Kaya Powstaje procesor Intel 8008 (200 KhH), pierwszy 8 bitowy układ.

41 Historia komputerów Powstaje dyskietka 5 1/2 cala Naukowcy z Xerox PARC opracowują eksperymentalny komputer PC. Używa on myszy, sieci Ethernet i GUI W kwietniu powstaje 8 bitowy procesor 8080 (2 Mhz).

42 Historia komputerów Powstaje pierwszy PC - Altair W kwietniu Bill Gates i Paul Allen zakładają firmę Micro-Soft.

43 Historia komputerów Steve Jobs i Steve Wozniak budują komputer Apple I.

44 Historia komputerów Gary Kildall pisze system operacyjny CP/M działający na 8bitowych komputerach z procesorem Intel Powstaje Wordstar, pierwszy procesor tekstu.

45 Historia komputerów W grudniu firma Atari wypuściła komputery Atari 400 i 800 z procesorem 6502.

46 Historia komputerów maja Don Bricklin i Bob Franston piszą pierwszy arkusz kalkulacyjny VisiCalc Powstaje język programowania Ada Sinclair Research przedstawia komputer ZX80, wykorzystujący 8-bitowy procesor NEC 3,25 Mhz i mający 1 Mb RAM oraz 4KB ROM IBM prezentuje pierwszy komputer z serii IBM PC z systemem MS DOS IBM opublikował dokumentację komputera PC.

47 Historia komputerów SINCLAIR wypuszcza ZX SPECTRUM.

48 Historia komputerów Intel prezentuje 16-bitowy procesor (6 Mhz) APPLE sprzedaje pierwszy komputer z graficznym interfejsem użytkownika (GUI) Microsoft tworzy system Windows 1.0 dla IBM PC Pojawia się pierwszy komputer przenośny z ekranem ciekłokrystalicznym.

49 Historia komputerów SINCLAIR prezentuje pierwszego palmtopa CAMBRIDGE COMPUTER Z88.

50 Historia komputerów W Internecie pojawia się samoreplikujący się program-wirus, Internet Worm Tim Berners Lee tworzy Sieć - World Wide Web Intel wprowadza procesor i486.

51 Historia komputerów W Internecie pojawiają się źródła systemu Linux Intel wprowadza procesor Pentium Powstaje procesor Pentium Pro.

52 Historia komputerów Microsoft prezentuje system Windows Powstaje tania alternatywa PENTIUM II CELERON Pojawiają się konkurencyjne AMD K6-2 oraz AMD K6-III 3DNow! 1999 Powstaje INTEL PENTIUM III i AMD ATHLON powstają procesory 64 bitowe....

53 Historia komputerów Itanium2 Opteron

54 Historia komputerów Generacje komputerów: I generacja komputery lampowe II generacja komputery tranzystorowe III generacja komputery na układach scalonych IV generacja komputery w technologii VLSI

55 Definicja Komputer (dawne nazwy: elektroniczna maszyna cyfrowa, maszyna matematyczna) w najszerszym tego słowa znaczeniu to maszyna licząca, służąca do przetwarzania wszelkich informacji, które da się zapisać w formie ciągu cyfr, albo sygnału ciągłego. Komputer od tradycyjnego kalkulatora odróżnia zdolność wykonywania wielokrotnie, automatycznie powtarzanych obliczeń, wg algorytmicznego wzorca zwanego programem, gdy tymczasem kalkulator może wykonywać tylko pojedyncze działania.

56 Rodzaje komputerów Superkomputer - komputer który ma jedną z największych mocy obliczeniowych na świecie w danym momencie. Jest to pojęcie względne gdyż moc obliczeniowa komputerów rośnie nieustannie i dany superkomputer pozostaje w tej klasie zwykle tylko kilka lat. Pierwsze superkomputery powstały w latach 60-tych według projektów Seymour Cray'a w Control Data Corporation. W latach 70-tych Cray założył własną firmę produkującą superkomputery, Cray Research i słowo Cray stało się prawie synonimem superkomputera. Obecnie (2004) najszybszym superkomputerem na świecie jest Earth Simulator firmy NEC w Japonii. Najszybszym superkomputerem w Polsce jest obecnie (lipiec, 2004) klaster komputerowy 'holk' w Centrum Informatycznym Trójmiejskiej Akademickiej Sieci Komputerowej. Na światowej liście superkomputerów jest na pozycji 487.

57 Rodzaje komputerów

58 Rodzaje komputerów Stacja robocza - odmiana komputera osobistego wyposażona jednak w CPU o dużej mocy obliczeniowej, monitor wysokiej klasy, dysk twardy o dużej pojemności oraz dużą ilość pamięci RAM. Stacje robocze są często wykorzystywane do tworzenia profesjonalnej grafiki i animacji telewizyjnych lub też do obliczeń numerycznych.

59 Rodzaje komputerów Stacja robocza

60 Rodzaje komputerów Serwer jest to program komputerowy udostępniający różne usługi dla oprogramowania klienckiego w schemacie klient-serwer. Serwerami nazywa się także komputery które pełnią takie funkcje.

61 Rodzaje komputerów Serwer

62 Rodzaje komputerów Komputer osobisty - komputer o stosunkowo niewielkiej mocy obliczeniowej, przeznaczony dla pojedynczego użytkownika. Przed powstaniem komputerów osobistych projektowano jedynie komputery dla dużych firm, które przyłączały do jednej dużej jednostki szereg terminali dla pojedynczych użytkowników. Od końca lat osiemdziesiątych rozwój technologii pozwolił na budowę mniejszych maszyn - najpierw 8bitowych komputerów, następnie coraz lepszych. Komputer osobisty wyposażony jest w procesor, klawiaturę, monitor, dysk twardy, a także urządzenia peryferyjne. Przykładem komputerów osobistych są pecety (Personal Computer) i Macintoshe.

63 Rodzaje komputerów imac PC

64 Rodzaje komputerów Minikomputer jest to rodzaj komputera osobistego, ale o bardzo małych wymiarach. Komputer taki mam zazwyczaj małe możliwości rozbudowy, ale zajmuje mało miejsca i może spełniać dodatkową rolę, np. radia, odtwarzacza CD, bez konieczności uruchomienia systemu.

65 Rodzaje komputerów Minikomputer

66 Rodzaje komputerów Laptop (lub notebook) jest to mały, przenośny komputer osobisty. Zbudowany przeważnie jako pojedyncze niewielkie zamykane urządzenie, w którym znajdują się wszystkie podzespoły wewnętrzne (procesor, pamięć, itd.), wybrane wejścia dla nośników (CD-ROM, dyskietki), urządzenia komunikacji z użytkownikiem (klawiatura, ekran LCD oraz trackball lub touchpad). Laptopy mają wewnętrzne akumulatory pozwalające na kilka godzin pracy bez napięcia sieciowego, oraz zewnętrzne zasilacze umożliwiające pracę oraz ładowanie akumulatorów z sieci elektrycznej.

67 Rodzaje komputerów Laptop

68 Rodzaje komputerów Palmtop - Miniaturowy notatnik elektroniczny mieszczący się w dłoni człowieka. Palmtopy nie mają napędu dyskietek, napędu CD-ROM i dysku twardego (dane przechowują na karcie CompactFlash), są za to lekkie i bez problemu mieszczą się w kieszeni. W ich pamięć wbudowano na stałe podstawowe oprogramowanie (edytor tekstu, arkusz kalkulacyjny, bazę danych) oraz scheduler. Popularnym systemem operacyjnym do palmtopów jest Windows CE. Wiele z nich ma również wbudowane modemy i porty komunikacyjne, miniaturowe klawiatury i podświetlane kolorowe wyświetlacze. Większe modele wyglądem przypominające miniaturowe notebooki nazywane są Handheld PC (HPC). Mają one nieco większe możliwości niż zwykłe palmtopy.

69 Rodzaje komputerów Palmtop

70 Rodzaje komputerów Tablet PC - konstrukcja bardzo popierana przez Microsoft, przenośne tabliczki z Windows XP lub Linuxem, dotykowym ekranem, graficznymi notatkami, rysikiem zamiast klawiatury, 1-2 kg, ekran 8-10", z zintegrowaną łącznością bezprzewodową, kamerą USB, DVD; oferowane przez wielu producentów, ale nadal mało popularne.

71 Rodzaje komputerów Tablet PC

72 Rodzaje komputerów PDA (Personal Digital Assistan) - Tym terminem określa się kieszonkowe komputery i organizery. Typowy PDA nie ma klawiatury i dane wprowadza się do niego za pomocą specjalnego rysika, pisząc na wyświetlaczu ciekłokrystalicznym (niektóre PDA potrafią też rozpoznawać mowę). Możliwości PDA: programy aplikacyjne: komputer o możliwościach PC, dołączane klawiatury i możliwość korzystania z rysika, możliwości pracy w Internecie, rozszerzenia typu PC-Card jak dla notebooków.

73 Rodzaje komputerów PDA

74 Rodzaje komputerów Komputery sterujące (Embedded computers) - mikroprocesory wbudowane w różne urządzenia, np. samochody, pralki, tostery, windy, maszyny do szycia.

75 Rodzaje komputerów Embedded computers

76 Rodzaje komputerów Komputery które się nosi (Wearable computers) komputery rozszerzające możliwości człowieka: ciągła informacja o otoczeniu, bezpośrednia łączność, wspomaganie pamięci, monitoring stanu zdrowia, itp.

77 Rodzaje komputerów Wearable computers

78 Założenia budowy komputera Podstawowe założenia logiczne budowy komputera: pamięć jest uporządkowana w sposób jednowymiarowy (komórka pamięci ma adres wyrażony liczbą), instrukcje i dane są przechowywane w pamięci (w postaci liczb - nierozróżnialne), interpretacja (znaczenie) danych nie jest przechowywane wraz z nimi, instrukcje są wykonywane sekwencyjnie.

79 Architektura komputera Architektura neumanowska Architektura współczesna

80 Moduły PC Podstawowe części, z których buduje się współczesne komputery: obudowa + zasilacz płyta główna procesor + układ chłodzenia pamięć kontrolery karty rozszerzeń karta graficzna karta sieciowa karta muzyczna karta TV inne kontroler dysków: FDD HDD CD, DVD inne kontroler urządzeń IO: monitor klawiatura mysz drukarka ploter skaner inne

81 Procesor Procesor (processor) - urządzenie cyfrowe sekwencyjne potrafiące pobierać, interpretować i wykonywać ciąg rozkazów. Wykonuje on bardzo szybko dowolny ciąg prostych operacji wybranych ze zbioru operacji podstawowych. Procesor składa się z: zespołu rejestrów do przechowywania danych i wyników, jednostki arytmetycznej (arytmometr) do wykonywania prostych operacji na danych, układu sterującego przebiegiem obliczeń, rejestru rozkazów, czyli operacji podstawowych. Obecnie buduje się procesory w architekturze CISC lub RISC.

82 Procesor Architektura procesorów: CISC (Complex Instruction Set Computer - komputer o złożonym zbiorze rozkazów) cechuje się dużą ilością złożonych rozkazów (mikrokodowanych) mających zmienny format, małym zestawem rejestrów strukturalnych oraz zazwyczaj rozbudowanym sposobem adresowania.

83 Procesor Cechy architektury CISC: duża liczba rozkazów (setki), mała optymalizacja - niektóre rozkazy potrzebują dużej ilości cykli procesora do wykonania, występowanie złożonych, specjalistycznych rozkazów, duża ilość trybów adresowania, do pamięci może się odwoływać bezpośrednio duża liczba rozkazów, duża częstotliwość taktowania procesora.

84 Procesor Architektura procesorów: RISC (Reduced Instruction Set Computers) - nazwa architektury mikroprocesorów która została po raz pierwszy zaprezentowana ok roku w teoretycznych pracach na uniwersytecie Berkley. Ówczesne procesory (budowane w architekturze CISC) charakteryzowały się bardzo rozbudowaną listą rozkazów, ale jak wykazały badania tylko nieliczna ich część była wykorzystywane w statystycznym programie.

85 Procesor Wyniki badań - kod: ponad 50% rozkazów w kodzie to zwykłe przypisania (zapis zawartości rejestru do pamięci i odwrotnie). Wyniki badań działanie programu: podczas działania programu ok % wykonywanych instrukcji to instrukcje wywołania podprocedur lub instrukcje obsługujące pętle, ok % to wspomniane przypisania, 7-21% to instrukcje warunkowe (jeśli warunek to...), natomiast reszta to tylko 1-3%.

86 Procesor Cechy architektury RISC: mała liczba rozkazów (dziesiątki), redukcja trybów adresowania, ograniczenie komunikacji pomiędzy pamięcią, a procesorem, zwiększenie liczby rejestrów, wszystkie rozkazy wykonują się w jednym cyklu maszynowym, większa wydajność niż CISC.

87 Procesor Przykłady procesorów RISC: Przykłady procesorów CISC: PowerPC MIPS Alpha ARM Motorola AMD x86 Pentium MC68000

88 Procesor Działania wykonywane przez procesor: Podział procesorów: 4-bitowe 8-bitowe 16-bitowe 32-bitowe 64-bitowe 128-bitowe 6-bitowe 12-bitowe 24-bitowe działania arytmetyczne: dodawanie, odejmowanie, porównywanie dwóch liczb, dodawanie i odejmowanie jedności, zmiana znaku liczby, działania logiczne: iloczyn logiczny - AND, suma logiczna - OR, suma modulo2 (różnica symetryczna) - XOR, negacja - NOT, przesunięcie bitów w lewo lub prawo, działania na bitach.

89 Procesor Rodziny procesorów: Intel x86 (komputery PC): 16 bitowe: 8086/88, 80286, 32 bitowe: i386, i486, Pentium, Pentium Pro, Pentium II, Celeron, Pentium III, Celeron II, Pentium IV, Xeon, 64 bitowe: Itanium (architektura EPIC), Itanium2, AMD (zgodna z x86): 32 bitowe: AMD486, 5x86, K5, K6, Athlon, Duron, 64 bitowe: Opteron, Motorola 68k (komputery Apple): 68000, (16-bit), 68030, 68040, (32-bit), architektury RISC (32, 64-bitowe systemy UNIX): Alpha (DEC/Compaq), MIPS (SGI), SPARC (Sun), PA (HP), Power (IBM), PowerPC (IBM/Motorola).

90 Procesor Przykłady procesorów

91 Prawo Moora Prawo Moora - mówi, że liczba tranzystorów w układzie scalonym podwaja się co 18 miesięcy. Obserwację tą, przypisuje się Gordonowi Moore, jednemu z założycieli firmy Intel. Prawo Moora jest miarą technologicznego postępu jaki rozpoczął się w latach 70-tych na polu produkcji układów półprzewodnikowych. Dzięki tak ogromnemu wzrostowi liczby elementów w jednym układzie, możliwe stało się zbudowanie coraz szybszych i mniejszych komputerów. Prawo Moora jest często rozszerzane na inne dziedziny techniki. Z wzrostem liczby tranzystorów następuje spadek ceny, oraz wzrost szybkości układu. Zwiększa się też wielkości pamięci operacyjnej oraz pojemność nośników danych. Rewolucja informatyczna jest możliwa dzięki stałemu wysiłkowi firm informatycznych, który utrzymuje aktualność prawa Moora.

92 Prawo Moora Ilustracja prawa Moore'a liczba tranzystorów

93 Prawo Moora Prawo Moore'a w odniesieniu do rozmiaru pamięci RAM

94 Płyty główne Płyta główna (motherboard) - tablica obwodów drukowanych łączących wszystkie elementy komputera wraz ze sterującymi układami elektronicznymi i standardowymi gniazdami I/O. Na płycie głównej znajdują się złącza dla procesora, pamięci, kart rozszerzających, zasilacza oraz niektórych urządzeń zewnętrznych (port szeregowy, port równoległy, USB, złącze klawiatury, złącze myszy). Płyta główna zawiera też zegar systemowy.

95 Płyty główne

96 Płyty główne

97 Chipsety Chipsety - układy zarządzające komunikacją pomiędzy procesorem, pamięcią, magistralami dołączającymi urządzenia I/O. W znacznym stopniu decydują o funkcjonalności komputera (możliwościach rozbudowy). Chipsety zbudowane zwykle z 2 obwodów scalonych zwanych mostkami. Produkowane są przez wielu producentów: Intel, AMD, VIA, ALI, SIS. Mostek północny (Northbridge) - pojedynczy układ scalony w chipsecie logiki płyty głównej, który łączy procesor z pamięcią systemową oraz magistralami AGP i PCI. Mostek południowy (Southbridge) - układ w chipsecie logiki płyty głównej, który kontroluje magistralę IDE, USB, obsługę plug-n-play, mostek PCI-ISA, sterownik klawiatury/myszy, zarządzanie zużyciem energii oraz inne urządzenia peryferyjne.

98 Magistrale Magistrale wejścia-wyjścia: ISA (Industry Standard Architecture) 16 bit. EISA (Extended Industry Standard Architecture) 32 bit. VLB (Vesa Local Bus) 32 bit. PCI (Peripheral Component Interconnect) 16 lub 32 bit, P&P. AGP (Accelerated Graphic Port) PCI Express

99 Magistrale AGP PCI Express PCI ISA

100 Porty Porty: port szeregowy (Serial Ports) COM, port myszy, modemu, itp. port równoległy (Parallel Ports) LPT, port drukarki. port PS/2 klawiatura, mysz. port USB (Universal Serial Bus) Fire Wire

101 Porty PS/2 COM LPT USB Fire Wire

102 Pamięci RAM - pamięć, do której komputer ładuje aktualnie używane dane, tak, aby były one błyskawicznie dostępne dla procesora. RAM jest dużo szybszy (tzn. ma znacznie krótszy czas dostępu, liczony w nanosekundach) od pamięci masowych, takich jak dyski twarde, napędy CD-ROM czy napędy dyskietek. Jednak w przeciwieństwie do tych typów pamięci dane zawarte w RAM giną po wyłączeniu komputera - a więc RAM do pracy wymaga stałego źródła zasilania (wyjątkiem są moduły Static RAM).

103 Pamięci DDR RAM SD RAM Video RAM DRAM Static RAM RAMBUS

104 BIOS BIOS (Basic Input/Output System) - program zapisany w pamięci ROM każdego peceta. Testuje on sprzęt po włączeniu komputera, uruchamia system operacyjny, kontroluje transfer danych pomiędzy komponentami takimi jak dysk twardy, procesor czy napęd CD-ROM. Za pomocą wbudowanego w BIOS programu setup można zmieniać standardowe ustawienia BIOS-u, np. parametry podłączonych dysków twardych lub zachowanie się komputera po jego włączeniu (np. szybkość testowania pamięci RAM), a także włączać/wyłączać niektóre elementy płyty głównej, np. porty komunikacyjne. Podstawowe typy BIOS-ów: - AWARD BIOS, - AMI BIOS.

105 BIOS Ami Bios

106 BIOS Award Bios

107 Zarys działania komputera Inicjalizacja systemu BIOS (Basic Input/Output System) umieszczony w ROM: testowanie podstawowych elementów komputera (Power On Self Test), rozpoznanie konfiguracji sprzętowej, odnalezienie urządzenia startowego (boot device), załadowanie programu ładującego (loader) z pierwszego sektora urządzenia (boot sector), ładowanie systemu operacyjnego przez loader.

108 Zarys działania komputera Zadania systemu operacyjnego: ponowne rozpoznanie konfiguracji sprzętowej (załadowanie programowych sterowników urządzeń), uruchomienie domyślnej konfiguracji programowej, obsługa zadań generowanych przez urządzenia I/O (tzw. przerwań interrupts), ładowanie programów użytkowych do pamięci, udostępnianie zasobów sprzętowych programom użytkowym pamięć wirtualna, wielozadaniowość, obsługa komunikacji z urządzeniami I/O, usuwanie programów z pamięci.

109 Dziękuję za uwagę Wojciech Sobieski Olsztyn