3. Computerens opbygning.

Transkript

1 3. Computerens opbygning. Computere er konstrueret med henblik på at skulle kunne behandle og opbevare data og det er de som nævnt i noterne om Bits og Bytes vældig gode til. Som overordnet model for computere illustrerer følgende figur arbejdsfordelingen mellem enhederne i computere: Data ind: - Tastatur - Mus - Scanner. Data Behandling CPU Data ud: - Skærm - Printer Opbevaring af data: - midlertidigt / flygtigt arbejdslager/ram - permanent / ikke-flygtigt diskette / harddisk optiske drev Data-ind enhederne tager sig af at bringe tekst, billeder, lyd, på digital form, så computeren kan forstå det. Data-ud enhederne tager sig omvendt af at bringe de behandlede data fra digital form tilbage til tekst, lyd, billeder, som vi så forhåbentlig kan forstå. Lagring/Opbevaring af data kan foregår på 2 pricipielt forskellige typer af lagermedier: Flygtigt lager (volatilt). Denne type lager er baseret på integrerede kredsløb, som skal have konstant strømtilslutning for at holde på informationen. Det vil sige at informationen forsvinder, i det øjeblik strømmen afbrydes. Til gengæld går det hurtigt med at få adgang til data. Kostbar lagertype. (Eks. computerens arbejdslager / RAM) Ikke-flygtigt lager (non-volatilt, permanent). Denne type lager kan være baseret på magnetisme el laserlys+huller. Informationen bibeholdes ved afbrydelse af strømmen. Til gengæld er der langsommere adgang til data. Mindre kostbar lagertype. (Eks. diskette, harddisk, CD-Rom, DVD) Data-behandlingen varetages af processorer. En processor er en enhed, der kan behandle data. Der kan findes flere processorer i en computer, men én af dem er den centrale den kaldes CPU (Central Processing Unit). CPU en er den som udfører eller igangsætter alle de opgaver, som du sætter din computer til. Computerens Opbygning Datalogi Tilvalg 2002 / BW 1

2 Nedenstående figur er hentet fra og den illustrerer tydeligt CPU ens centrale placering. Forbindelsen fra CPU til alle øvrige komponenter skabes via BUSser og en række controllere, der knytter an til den enkelte type enhed. CPU en (Processoren, Centralenheden). CPU en eller Processoren, som den også kaldes, er som sagt den der udfører eller igangsætter alle de opgaver, som du sætter din computer til. CPU en er typisk en lille sag på størrelse med 3-4 femkroner stablet oven på hinanden. Det elektriske kredsløb er kapslet ind i en langt større plastik-firkant. Det er for at give plads til alle de elektriske kontakter, der benyttes til at forbinde bundkortet med CPU en. De enkelte kontakter kaldes pins. Det store antal pins gør, at soklen er nødt til at være relativt stor. CPU en kan instrueres i at udføre en opgave via et meget simpelt sprog kaldet maskinkode (el. instruktionssættet), der er indbygget i CPU en. CPU en kan kun udføre nogle ret simple instruktioner. Den kan Flytte data Sammenligne indholdet af 2 registre Lægge 2 (binære) tal sammen (ALU, Coprocessor) Men den er meget hurtig og sikker i sit arbejde. Computerens Opbygning Datalogi Tilvalg 2002 / BW 2

3 CPU en har nogle få lagerceller indbygget, hvori der opbevares data, der kan arbejdes på direkte fra maskinkoden. Disse lagerceller kaldes registre. Der findes maskinkode-instruktioner til at gemme værdier i registrene. Behandling af data, der ligger i registre går ekstremt hurtigt. Der kan være få eller mange registre og hvert register kan lagre ét eller flere tegn. De sidste to størrelser er medvirkende til, hvor hurtig CPU en er. CPU ens hastighed måles i MegaHertz (MHz), hvilket angiver hvor mange micro-instruktioner computeren kan nå at udføre på 1 sekund. Dvs. at en 300 MHz CPU kan udføre micro-instruktioner i sekundet. Det er da helt pænt klaret. Dog er dagens standard væsentligt højere. ØVELSE 1: Undersøg hvor hurtig en moderne CPU er!? De data, der står for at skulle behandles af CPU en skal ifølge det foregående jo være anbragt i en lagerceller. Her kan man som computerkonstruktør jo vælge mellem et flygtigt eller ikke-flygtigt lager eller registre i CPU en. ØVELSE 2: Overvej fordele og ulemper ved hver af de 3 typer lager. Hvad gør man i praksis? Hukommelse (arbejdslager, RAM). Data, der står for at skulle behandles af CPU en, skal ligge på et lagermedie, hvortil der er hurtig adgang. Og så skal der være plads til en passende stor mængde data heri. I modsat fald bliver databehandlingen alt for langsommelig. Derfor knytter man et lagerområde af den flygtige og hurtige type tæt til CPU en. Dette kalder man for CPU ens arbejdshukommelse. Hukommelse er betegnelsen for de elektroniske komponenter i en computer, der kan opbevare data og instruktioner. Teknisk set er alle computerens lagerenheder hukommelse. Men som regel bruges betegnelsen arbejds-hukommelse for de dele af computerens hardware, der opbevarer data og instruktioner inden de sendes til CPU en, hvor de analyseres og afvikles.betegnelsen RAM er blevet ensbetydende med computerens primære arbejdshukommelse (system-hukommelsen). Ordet RAM er en sammentrækning af Random Access Memory, der oversat til dansk betyder Hukommelse med vilkårlig adgang, hvilket vil sige at RAM er opbygget på en måde, der giver mulighed for adgang til indholdet på vilkårligt placerede hukommelses-celler. I modsætning hertil står de sekventielle lagermedier, hvor man kun kan læse eller skrive fra en ende af (eks. kassettebånd). Computerens Opbygning Datalogi Tilvalg 2002 / BW 3

4 RAM og CPU arbejder meget tæt sammen. Alle data og instruktioner skal ind omkring RAM før CPU en kan få adgang til dem. Den mest karakteristiske egenskab ved arbejds-hukommelsen / RAM er at denne type hukommelse er flygtig (volatil). Det betyder at den skal have en aktiv strømforsyning for at kunne opbevare sit indhold. Når strømmen afbrydes, forsvinder alle de data og instruktioner, der opbevares i RAM. Arbejds-hukommelsen / RAM er forbundet til CPU en med en kraftig datakanal (system-bussen, intern bus), der muliggør hurtig udveksling af data mellem de to. De elektroniske komponenter som arbejds-hukommelsen / RAM er lavet af gør det muligt at få hurtig adgang til data heri. Den hastighed hvormed man kan få adgang til data i hukommelsen har stor betydning for dens evne til at samarbejde med computerens øvrige komponenter. For få år siden lå RAM-hastighederne mellem 80 og 120 ns. I dag ligger de ofte under 10 ns. DDRram Måleenheden for størrelsen af RAM er Byte som regel i MegaByte eller GigaByte. Som illustration af størrelsesforhold kan nævnes at 1 byte kan opbevare et enkelt bogstav, 1KB kan opbevare omkring én side tekst med dobbelt linieafstand, 1 MB kan opbevare en roman (uden illustrationer), ØVELSE 3: Hvilke RAM-størrelser er typiske i dagens computere? Hvor meget RAM er der i skolens computere? ØVELSE 4: Der findes flere typer RAM. En af dem kaldes DDR-Ram, som vist på billedet. Find selv flere type-betegnelser på RAM. Hvad står de enkelte type-betegnelser for? Computerens Opbygning Datalogi Tilvalg 2002 / BW 4

5 Bundkortet. Forbindelsen mellem CPU og arbejds-hukommelse (RAM) etableres på Bundkortet. Faktisk binder bundkortet alle computerens komponenter sammen. Bundkortet er derfor bygget op omkring nogle meget kraftige datakanaler (kaldet busser). Desuden er der forskellige typer stik (slots, sokler), hvori man kan montere forskellige komponenter. Der er ikke bare én bus på et bundkort - der er flere. Men de er alle forbundet, så data kan løbe ud i selv den fjerneste afkrog af bundkortet. Man kan sige at bussystemet er underopdelt i flere grene. Nogle af computerens enheder arbejder med enorme datamængder, hvor andre klarer sig med meget mindre. F.eks. afleverer tastaturet kun ganske få bytes i sekundet, mens arbejdslageret (hukommelsen, RAM) kan aflevere og modtage flere gigabyte i sekundet. Derfor monterer man ikke tastatur og RAM på samme bus. Busserne er de datakanaler, der forbinder computerens enheder. Nogle er beregnet til små overførsler, andre til store. Billedet her til højre viser et eksempel på et bundkort. Herpå er angivet en række de komponenter som typisk vil være på et bundkort. En del af komponenternes rolle / betydning vil kort blive forklaret nedenfor. Computerens Opbygning Datalogi Tilvalg 2002 / BW 5

6 AGP-port: (Accellerated Graphics Port) Muliggør avanceret grafik og hurtigere dataoverførsler fra arbejdshukommelsen (RAM) til skærm- og grafikkort. Udvidelses-slots: Stik der muliggør at flere enheder kan får forbindelse til bundkortet og dermed CPU en. Her kan være tale om CD-ROM, harddisk, scanner, Sammen med den nye enhed leveres et printkort, der dels passer ned i et stik (slot) på bundkortet og dels kan have påmonteret et stik, der kommer til at kigge bag ud af computer-kabinettet. Herfra kan man så med en ledning skabe forbindelse direkte over til f.eks. en scanner. Chipsæt (2 stk.): Al datatransport på bundkortet styres af chipsættet. De 2 benævnes ofte hhv. sydbroen og nordbroen. Chipsæt og BIOS er afgørende for om computeren er hurtig eller langsom, ligesom det er disse 2 komponeneter der gør computeren PC-kompatibel (eller ikke). CMOS: CMOS er en lagerkomponent som indeholder systemopsætningen samt alle ændringer af systemet, der har at gøre med indstillinger for ydre enheder. Da der kan ændres i CMOS-data har den brug for strøm. Men den bruger meget lidt strøm og kan derfor opbevare konfigurationsdata i mange år med et batteri som strømkilde. Hvad står bogstaverne CMOS for? BIOS: Basic Input Output System udgør kernen i al kommunikation mellem CPU en og omverdenen. BIOS har 3 hovedfunktioner: BIOS booter (starter) computeren. BIOS kontrollerer de oplysninger, den har fået om de interne og ydre enheder, der er tilsluttet computeren. Oplysningerne hentes i CMOS. BIOS fungerer som interface (bindeled) mellem hardwaren (tilsluttede enheder) og softwaren (operativsystem, drivere og programmer). ROM: En ROM-chip er en type hukommelseschip, hvori indholdet ikke kan ændres det kan kun læses. ROM-hukommelse er ikke flygtig (som RAM er det), altså beholder den sit indhold selvom strømmen afbrydes. ROM står for Read Only Memory. Porte: Strømtilslutning: I/O-tilslutninger: Fast Lager (ikke-flygtigt, permanent lager). Når strømmen afbrydes forsvinder alle data og programmer (instruktioner), som ligger i RAM. Hvis man ikke vil læse alle sine data og programmer ind på ny hver gang computeren tændes, så har man behov for at kunne gemme sine data på et lager hvis indhold IKKE forsvinder, når der slukkes for strømmen. Det er her de ikke-flygtige lagertyper som disketter, harddiske, m.fl. kommer ind i billedet. Computerens Opbygning Datalogi Tilvalg 2002 / BW 6