Dydaktyka Informatyki budowa i zasady działania komputera

Transkrypt

1 Dydaktyka Informatyki budowa i zasady działania komputera Instytut Matematyki Uniwersytet Gdański

2 System komputerowy System komputerowy układ współdziałania dwóch składowych: szprzętu komputerowego oraz oprogramowania.

3

4

5 Komputer złożony z pamięci, procesora i urzadzeń zewnętrznych będzie prawidłowo funkcjonował, o ile coś nada mu rytm pracy tym elementem jest zegar systemowy (wszystkie elementy systemu komputerowego zmieniaja swój stan w takt zegara). Częstotliwość zegara to liczba cykli sygnału zegarowego na sekundę. Zwiększenie częstotliwości zegara zwiększa szybkość zmian stanu elementów systemów komputerowego, a zatem zwiększa szybkość pracy komputera. Szybkość komputera mierzona jest w MIPS milion (2 20 ) rozkazów wykonywanych przez procesor na sekundę oraz Megaflop milion (2 20 ) operacji zmiennoprzecinkowych wykonywanych przez procesor na sekundę.

6

7

8 Rozkazy procesora to dane zapisane w postaci binarnej (zero jedynkowej), przy czym każdemu rozkazowi odpowiada inna sekwencja danych. Fizycznie rozkazy istnieja w komputerze w postaci impulsów elektrycznych. Przyjmuje się, że obecność impulsu odpowiada liczbie 1, a brak impulsu liczbie 0 (ze względu na właściwości materiałów, z jakich wykonane sa elementy półprzewodnikowe, niskie napięcie jest zbliżone do zera).

9 Procesor jest najważniejszym elementem każdego komputera, który odpowiada za wszelkie operacje obliczeniowe. Z tego względu to właśnie procesor pośredniczy w wykonywaniu w zasadzie wszystkich zadań w komputerze. Od jego jakości zależy wydajność naszego systemu oraz co za tym idzie sam komfort pracy. Należy zaznaczyć, że procesor jest skomplikowanym układem, którego budulcem jest krzem. Ma on niewielkie rozmiary, ale za to wielka moc obliczeniowa. Dzięki postępujacej minimalizacji na niewielkiej powierzchni chipa można już zmieścić miliony tranzystorów, pozwalajacych na osiagnięcie mocy obliczeniowej, o której kiedyś mogliśmy tylko marzyć. Nie każdy potrzebuje najlepszych i najbardziej nowoczesnych procesorów komputerowych. Do prac biurowych i surfowania po Internecie na pewno nie będzie nam potrzebny super wydajny i nowoczesny procesor kilkurdzeniowy, którego cena będzie bardzo wysoka.

10 Jedna z najważniejszych cech przypisywanych procesorom, jest taktowanie, czyli prędkość procesora. Jest ono podawane w giga Herzach (GHz) i mówi ile operacji jest w stanie wykonać procesor. Im wyższe taktowanie, tym bardziej wydajny procesor. Szybkość obecnych procesorów wynosi kilka gigaherców, zatem w jednej sekundzie taki procesor potrafi wykonać kilka miliardów operacji (w przypadku procesorów wielordzeniowych liczbę tę należy pomnożyć przez ilość rdzeni procesora). Generalnie, istnieje zasada, że wydajny i mocny procesor jest kompletowany do karty graficznej o podobnych cechach. Jeśli zestawimy świetna kartę graficzna ze słabym procesorem, nie będzie ona funkcjonowała prawidłowo. Będzie musiała czekać na wyniki obliczeń procesora. Mocny procesor w parze ze słaba karta graficzna jest już lepszym wyborem.

11

12 Magistrala systemowa jest zbiorem połaczeń pomiędzy podstawowymi modułami komputera, tj. procesorem, pamięcia operacyjna i urzadzeniami wejścia/wyjścia. Na ogół fizycznie sa to połaczenia przewodnikiem elektrycznym (np. miedziane ścieżki, przewody). Istnieja też rozwiazania wykorzystujace np. światłowody lub połaczenia radiowe (np. Bluetooth). Ważna cecha charakterystyczna magistrali jest jej szerokość, która mówi o liczbie linii (połaczeń) w ramach tej szyny a tym samym o liczbie bitów informacji, która może zostać przesłana jednocześnie ta magistrala. Przepustowość magistrali (prędkość transmisji) jest liczba bitów przesyłanych w jednostce czasu

13

14

15 Podstawowe parametry pamięci operacyjnej: 1) Czas dostępu czas od rozpoczęcia do zakończenia operacji zapisu lub odczytu pojedynczego słowa. 2) Długość słowa liczba bitów w słowie (np. 8, 16, 32 bity). 3)Pojemność pamięci liczba słów tworzacych pamięć. 4) Trwałość pamięci przy braku zasilania zależne od technologii zachowywanie badź nie danych w pamięci przy zaniku zasilania.

16

17

18 Popularne sterowniki to: karta dźwiękowa, karta graficzna i karta sieciowa.

19

20 Podstawowym parametrem karty dźwiękowej jest częstotliwość próbkowania, która określa, ile razy w czasie sekundy sa wysyłane lub pobierane dane sygnały dźwiękowe. Im wyższa jest częstotliwość próbkowania, tym wyższa jakość nagrywaniego dźwięku.

21

22 Podstawowym parametrem karty graficznej jest rozmiar (pojemność) jej pamięci. Im większy ten rozmiar, tym więcej stanów (np. kolorów) danego punktu można pamiętać.

23 Urzadzenia zewnętrzne Pamięci zewnętrzne pamięci masowe, takie jak twardy dysk, dyskietki, CD, DVD, pen-drive, do trwałego przechowywania olbrzymich ilości informacji potrzebnych do realizacji przez komputer różnych zadań. Ze względu na zjawiska fizyczne wykorzystywane do pamiętania informacji, pamięci zewn. możemy podzielić na: magnetyczne (dyski twarde, elastyczne dyskietki) optyczne (CD, DVD, Blu-ray) elektroniczne (Flash)

24 Urzadzenia zewnętrzne

25 Urzadzenia zewnętrzne Pamięci elektroniczne półprzewodnikowe Solid State disk (pamięć flash) urzadzenie służace do przechowywania danych zbudowane w oparciu o masowa pamięć półprzewodnikowa. Podstawowa zaleta SSD jest brak ruchomych części. Dodatkowo zdecydowanie krótszy czas dostępu do danych (kilkadziesiat razy), cicha praca oraz o wiele większa odporność na uszkodzenia mechaniczne (powodowane np. upadkiem z wysokości).

26 Urzadzenia zewnętrzne

27 Urzadzenia zewnętrzne

28 Urzadzenia zewnętrzne Inne urzadzenia zewnętrzne

29 Urzadzenia zewnętrzne

30 Urzadzenia zewnętrzne

31 Urzadzenia zewnętrzne

32 Prawo Moore a W 1965 roku Roger Moore, współzałożyciel firmy Intel, wyraził hipotezę dotyczac a rozwoju technologii produkcji układów elektronicznych. Główne założenia Moore a: 1) Podwojenie ilości tranzystorów w układzie scalonym co dwa lata. 2) Podwojenie mocy obliczeniowej procesora co 1,5 roku. 3) Czterokrotne zwiększenie ilości pamięci komputera co 3 lata. 4) Podwojenie wydajności pamięci operacyjnej co 10 lat. 5) Podwojenie wydajności kompletnego komputera w stosunku do jego ceny w okresie krótszym niż dwa lata.