2. előadáskmelinda/oktatas/ngb_sz003_1/eloadasok/02... · 2016. 9. 14. · informatika i....
TRANSCRIPT
![Page 1: 2. előadáskmelinda/oktatas/ngb_sz003_1/eloadasok/02... · 2016. 9. 14. · Informatika I. Széchenyi István Egyetem 2. előadás Számítógépek felépítése, alapfogalmak Lovas](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022052100/603a377ed1d667365c000b3f/html5/thumbnails/1.jpg)
Széchenyi István EgyetemInformatika I.
2. előadás
� Számítógépek felépítése, alapfogalmak
Lovas Szilárd, Krankovits MelindaSZE MTK MSZT
[email protected] szoba
![Page 2: 2. előadáskmelinda/oktatas/ngb_sz003_1/eloadasok/02... · 2016. 9. 14. · Informatika I. Széchenyi István Egyetem 2. előadás Számítógépek felépítése, alapfogalmak Lovas](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022052100/603a377ed1d667365c000b3f/html5/thumbnails/2.jpg)
Széchenyi István EgyetemInformatika I.
Nem reprezentatív felmérés – kinek van ilyen számítógépe?
2
![Page 3: 2. előadáskmelinda/oktatas/ngb_sz003_1/eloadasok/02... · 2016. 9. 14. · Informatika I. Széchenyi István Egyetem 2. előadás Számítógépek felépítése, alapfogalmak Lovas](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022052100/603a377ed1d667365c000b3f/html5/thumbnails/3.jpg)
Széchenyi István EgyetemInformatika I.
Nem reprezentatív felmérés – kinek van ilyen számítógépe?
3
![Page 4: 2. előadáskmelinda/oktatas/ngb_sz003_1/eloadasok/02... · 2016. 9. 14. · Informatika I. Széchenyi István Egyetem 2. előadás Számítógépek felépítése, alapfogalmak Lovas](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022052100/603a377ed1d667365c000b3f/html5/thumbnails/4.jpg)
Széchenyi István EgyetemInformatika I.
Nem reprezentatív felmérés – kinek van ilyen számítógépe?
4
![Page 5: 2. előadáskmelinda/oktatas/ngb_sz003_1/eloadasok/02... · 2016. 9. 14. · Informatika I. Széchenyi István Egyetem 2. előadás Számítógépek felépítése, alapfogalmak Lovas](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022052100/603a377ed1d667365c000b3f/html5/thumbnails/5.jpg)
Széchenyi István EgyetemInformatika I.
Nem számítógépnek látszó számítógépek (beágyazott rendszerek)
5
![Page 6: 2. előadáskmelinda/oktatas/ngb_sz003_1/eloadasok/02... · 2016. 9. 14. · Informatika I. Széchenyi István Egyetem 2. előadás Számítógépek felépítése, alapfogalmak Lovas](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022052100/603a377ed1d667365c000b3f/html5/thumbnails/6.jpg)
Széchenyi István EgyetemInformatika I.
Nem számítógépnek látszó számítógépek
6
![Page 7: 2. előadáskmelinda/oktatas/ngb_sz003_1/eloadasok/02... · 2016. 9. 14. · Informatika I. Széchenyi István Egyetem 2. előadás Számítógépek felépítése, alapfogalmak Lovas](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022052100/603a377ed1d667365c000b3f/html5/thumbnails/7.jpg)
Széchenyi István EgyetemInformatika I.
Nem számítógépnek látszó számítógépek
� ABS
� TCS
� ESP
ECUEngine Control Unit
Kormánykerék alatti modul
7
![Page 8: 2. előadáskmelinda/oktatas/ngb_sz003_1/eloadasok/02... · 2016. 9. 14. · Informatika I. Széchenyi István Egyetem 2. előadás Számítógépek felépítése, alapfogalmak Lovas](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022052100/603a377ed1d667365c000b3f/html5/thumbnails/8.jpg)
Széchenyi István EgyetemInformatika I.
Nem számítógépnek látszó számítógépek
MICROCHIP PIC10F200
8
• 4 MHz / 1 MIPS
• 16 Byte adat memória
• 256 szó program memória
![Page 9: 2. előadáskmelinda/oktatas/ngb_sz003_1/eloadasok/02... · 2016. 9. 14. · Informatika I. Széchenyi István Egyetem 2. előadás Számítógépek felépítése, alapfogalmak Lovas](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022052100/603a377ed1d667365c000b3f/html5/thumbnails/9.jpg)
Széchenyi István EgyetemInformatika I.
Nem számítógépnek látszó számítógépek
9
![Page 10: 2. előadáskmelinda/oktatas/ngb_sz003_1/eloadasok/02... · 2016. 9. 14. · Informatika I. Széchenyi István Egyetem 2. előadás Számítógépek felépítése, alapfogalmak Lovas](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022052100/603a377ed1d667365c000b3f/html5/thumbnails/10.jpg)
Széchenyi István EgyetemInformatika I.
Mi is az a számítógép?
feldolgozás(processing)
számítógép
bemenet(input)
kimenet(ouput)
Determinisztikus működés
Tágabb értelemben:
10
![Page 11: 2. előadáskmelinda/oktatas/ngb_sz003_1/eloadasok/02... · 2016. 9. 14. · Informatika I. Széchenyi István Egyetem 2. előadás Számítógépek felépítése, alapfogalmak Lovas](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022052100/603a377ed1d667365c000b3f/html5/thumbnails/11.jpg)
Széchenyi István EgyetemInformatika I.
Mi is az a számítógép?
Szűkebb értelemben a következő felépítésű (architektúrájú) gépeket nevezzük számítógépnek:
� Neumann architektúra� Harvard architektúra � Módosított Harvard architektúra
11
![Page 12: 2. előadáskmelinda/oktatas/ngb_sz003_1/eloadasok/02... · 2016. 9. 14. · Informatika I. Széchenyi István Egyetem 2. előadás Számítógépek felépítése, alapfogalmak Lovas](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022052100/603a377ed1d667365c000b3f/html5/thumbnails/12.jpg)
Széchenyi István EgyetemInformatika I.
Részegységek - hogyan oldunk meg egy feladatot matematika órán?
Szükséges hozzávalók:
� papír� ceruza, kéz� számológép � agy� szem, fül, száj
� memória� busz� ALU� CU� I/O
(Speciális célú alkalmazásokban nem biztos, hogy minden részegységre szükség van)
CPU,processzor
12
![Page 13: 2. előadáskmelinda/oktatas/ngb_sz003_1/eloadasok/02... · 2016. 9. 14. · Informatika I. Széchenyi István Egyetem 2. előadás Számítógépek felépítése, alapfogalmak Lovas](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022052100/603a377ed1d667365c000b3f/html5/thumbnails/13.jpg)
Széchenyi István EgyetemInformatika I.
Neumann elvek
Neumann elvek (1945 First Draft of a Report on the EDVAC):
� Teljesen elektronikus működés� Kettes számrendszer használata� Soros utasítás végrehajtás� Belső memória használata, tárolt program elve� Univerzális gép
13
![Page 14: 2. előadáskmelinda/oktatas/ngb_sz003_1/eloadasok/02... · 2016. 9. 14. · Informatika I. Széchenyi István Egyetem 2. előadás Számítógépek felépítése, alapfogalmak Lovas](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022052100/603a377ed1d667365c000b3f/html5/thumbnails/14.jpg)
Széchenyi István EgyetemInformatika I.
Számítógép - Neumann architektúra
Neumann architektúra:� Vezérlő egység (CU)� Aritmetikai és logikai egység (ALU)� Memória (program + adat)� Input/output egység� Busz
14
![Page 15: 2. előadáskmelinda/oktatas/ngb_sz003_1/eloadasok/02... · 2016. 9. 14. · Informatika I. Széchenyi István Egyetem 2. előadás Számítógépek felépítése, alapfogalmak Lovas](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022052100/603a377ed1d667365c000b3f/html5/thumbnails/15.jpg)
Széchenyi István EgyetemInformatika I.
Számítógép - Harvard architektúra
� Elkülönített program és adat memória� Nagyobb biztonság� Kedvezőbb teljesítmény� Lehetőség eltérő adat és program
memória szervezésre� Nem képes saját programját generálni� Főleg kisméretű számítógépekben
(mikrokontrollerekben) elterjedt
15
![Page 16: 2. előadáskmelinda/oktatas/ngb_sz003_1/eloadasok/02... · 2016. 9. 14. · Informatika I. Széchenyi István Egyetem 2. előadás Számítógépek felépítése, alapfogalmak Lovas](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022052100/603a377ed1d667365c000b3f/html5/thumbnails/16.jpg)
Széchenyi István EgyetemInformatika I.
Számítógép - módosított Harvard architektúra
� Mentes a Neumann architektúra hiányosságaitól
� Képes a saját programját generálni és futtatni
� Esetleges hátrány: az adat és programmemória nem lehet különböző szervezésű
� Az általános célú számítógépekben széleskörűen használt felépítés (például a PC)
16
![Page 17: 2. előadáskmelinda/oktatas/ngb_sz003_1/eloadasok/02... · 2016. 9. 14. · Informatika I. Széchenyi István Egyetem 2. előadás Számítógépek felépítése, alapfogalmak Lovas](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022052100/603a377ed1d667365c000b3f/html5/thumbnails/17.jpg)
Széchenyi István EgyetemInformatika I.
Számítógép - Memória működése
17
![Page 18: 2. előadáskmelinda/oktatas/ngb_sz003_1/eloadasok/02... · 2016. 9. 14. · Informatika I. Széchenyi István Egyetem 2. előadás Számítógépek felépítése, alapfogalmak Lovas](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022052100/603a377ed1d667365c000b3f/html5/thumbnails/18.jpg)
Széchenyi István EgyetemInformatika I.
Számítógép - Memória működése
= 1 bájt (8 vezeték)
18
![Page 19: 2. előadáskmelinda/oktatas/ngb_sz003_1/eloadasok/02... · 2016. 9. 14. · Informatika I. Széchenyi István Egyetem 2. előadás Számítógépek felépítése, alapfogalmak Lovas](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022052100/603a377ed1d667365c000b3f/html5/thumbnails/19.jpg)
Széchenyi István EgyetemInformatika I.
Számítógép - Memória működése
Probléma megoldása:multiplex kezelés(memóriacímek)
� Adatvezetékek közösek
� Memóriát címmel látjuk el
19
![Page 20: 2. előadáskmelinda/oktatas/ngb_sz003_1/eloadasok/02... · 2016. 9. 14. · Informatika I. Széchenyi István Egyetem 2. előadás Számítógépek felépítése, alapfogalmak Lovas](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022052100/603a377ed1d667365c000b3f/html5/thumbnails/20.jpg)
Széchenyi István EgyetemInformatika I.
Számítógép - Memória működése
Neumann elvek:Teljesen elektronikusKettes számrendszer
Kódolni kell a cím és adat értékeket is !
20
![Page 21: 2. előadáskmelinda/oktatas/ngb_sz003_1/eloadasok/02... · 2016. 9. 14. · Informatika I. Széchenyi István Egyetem 2. előadás Számítógépek felépítése, alapfogalmak Lovas](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022052100/603a377ed1d667365c000b3f/html5/thumbnails/21.jpg)
Széchenyi István EgyetemInformatika I.
Számítógép - Memória működése
Példa: w24512A – 64Kx8bit RAM21
![Page 22: 2. előadáskmelinda/oktatas/ngb_sz003_1/eloadasok/02... · 2016. 9. 14. · Informatika I. Széchenyi István Egyetem 2. előadás Számítógépek felépítése, alapfogalmak Lovas](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022052100/603a377ed1d667365c000b3f/html5/thumbnails/22.jpg)
Széchenyi István EgyetemInformatika I.
Számítógép - Busz� Busz
� Adat vezetékek� Cím vezetékek� Vezérlő jelek
� Átvitel� Soros v. párhuzamos� Szinkron v. aszinkron
� Sávszélesség [b/s]� Késleltetés [s]
22
![Page 23: 2. előadáskmelinda/oktatas/ngb_sz003_1/eloadasok/02... · 2016. 9. 14. · Informatika I. Széchenyi István Egyetem 2. előadás Számítógépek felépítése, alapfogalmak Lovas](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022052100/603a377ed1d667365c000b3f/html5/thumbnails/23.jpg)
Széchenyi István EgyetemInformatika I.
Central Processing Unit felépítése – ALU
ALU - Aritmetikai logikai egység:az egyik legfontosabb összetevő -a CPU „számológépe”
Gyakran megvalósított műveletek (CPU függő): +, - , (:,*), AND, OR, XOR, <<, >> (bit mozgatás), NOT (egy operandus)
Eredmény = OP1 művelet OP2
23
![Page 24: 2. előadáskmelinda/oktatas/ngb_sz003_1/eloadasok/02... · 2016. 9. 14. · Informatika I. Széchenyi István Egyetem 2. előadás Számítógépek felépítése, alapfogalmak Lovas](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022052100/603a377ed1d667365c000b3f/html5/thumbnails/24.jpg)
Széchenyi István EgyetemInformatika I.
Central Processing Unit felépítése – Control Unit (CU)
Feladata a működés időzítése, Fetch, Decode, Execute ciklus vezérlése.
Működés:
24
![Page 25: 2. előadáskmelinda/oktatas/ngb_sz003_1/eloadasok/02... · 2016. 9. 14. · Informatika I. Széchenyi István Egyetem 2. előadás Számítógépek felépítése, alapfogalmak Lovas](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022052100/603a377ed1d667365c000b3f/html5/thumbnails/25.jpg)
Széchenyi István EgyetemInformatika I.
CPU – példa egy gépi utasításra
Operandusok száma:� 0,1,2 operandusú utasítások
Címzési módok (mit tartalmaz az utasítás)� Direkt (adat, memória)� Indirekt� Abszolút, relatív
Ortogonális az utasításkészlet, ha minden utasítás minden regiszterrel és címzési móddal használható.
25
![Page 26: 2. előadáskmelinda/oktatas/ngb_sz003_1/eloadasok/02... · 2016. 9. 14. · Informatika I. Széchenyi István Egyetem 2. előadás Számítógépek felépítése, alapfogalmak Lovas](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022052100/603a377ed1d667365c000b3f/html5/thumbnails/26.jpg)
Széchenyi István EgyetemInformatika I.
CPU – utasításkészlet
� Adat vagy memóriakezelő utasítások (regiszter vagy memória olvasása, írása, másolása)
� Aritmetikai utasítások (+, -, /, *, bitmanipulációs műveletek például: eltolás, negáció; összehasonlítás például: kisebb, nagyobb, egyenlő)
� Vezérlő utasítások (feltételes ugrás, feltétel nélküli ugrás)
� Egyéb (például energiagazdálkodást szabályzó utasítások)
Két különböző megközelítés:� RISC (Reduced instruction set computer)� CISC (Complex instruction set computer)
Az utasítások összességét utasításkészletnek (instruction set) nevezzük, amely jellemző az adott processzorra.
26
![Page 27: 2. előadáskmelinda/oktatas/ngb_sz003_1/eloadasok/02... · 2016. 9. 14. · Informatika I. Széchenyi István Egyetem 2. előadás Számítógépek felépítése, alapfogalmak Lovas](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022052100/603a377ed1d667365c000b3f/html5/thumbnails/27.jpg)
Széchenyi István EgyetemInformatika I.
CPU – további építőelemek
� Általános célú regiszter – szabadon használható adatok tárolására pl.: akkumulátor (AC) – hány bites a CPU ?
� Speciális célú regiszterek – a benne található érték valamilyen speciális jelentéssel bír a CPU számára. Például:� Program számláló (Program Counter, PC)� Utasítás regiszter (Instruction Register, IR) � Státusz regiszter
Reset - indításkor a PC regiszter egy bizonyos meghatározott memóriacímre mutat (reset vector) például: Intel x86: FFFFFFF0H
Regiszterek: kisméretű, gyorsan elérhető, tároló elemek a processzoron belül
27
![Page 28: 2. előadáskmelinda/oktatas/ngb_sz003_1/eloadasok/02... · 2016. 9. 14. · Informatika I. Széchenyi István Egyetem 2. előadás Számítógépek felépítése, alapfogalmak Lovas](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022052100/603a377ed1d667365c000b3f/html5/thumbnails/28.jpg)
Széchenyi István EgyetemInformatika I.
CPU – további építőelemek
Multiplexerek: útválasztók, váltókapcsolók
28
![Page 29: 2. előadáskmelinda/oktatas/ngb_sz003_1/eloadasok/02... · 2016. 9. 14. · Informatika I. Széchenyi István Egyetem 2. előadás Számítógépek felépítése, alapfogalmak Lovas](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022052100/603a377ed1d667365c000b3f/html5/thumbnails/29.jpg)
Széchenyi István EgyetemInformatika I.
Órajel
A számítógépek általában szinkron, sorrendi digitális hálózatok,megfelelő működésükhöz szinkronizáló jelre van szükség.
29
![Page 30: 2. előadáskmelinda/oktatas/ngb_sz003_1/eloadasok/02... · 2016. 9. 14. · Informatika I. Széchenyi István Egyetem 2. előadás Számítógépek felépítése, alapfogalmak Lovas](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022052100/603a377ed1d667365c000b3f/html5/thumbnails/30.jpg)
Széchenyi István EgyetemInformatika I.
Input / Output eszközök
Feladatuk a számítógép és a környezet közötti kapcsolat megteremtése. A CPU szemszögéből alapvetően két fajta megközelítés létezik:
� Memóriába ágyazott I/O. Elérés az (adat) memória eléréséhez használt load, store utasításokkal. Ebben a processzor az adott I/O eszközt egy memória területnek látja.
� Dedikált I/O portok használata. Elérés dedikált (kimondottan erre szolgáló) in, out parancsokkal.
30
![Page 31: 2. előadáskmelinda/oktatas/ngb_sz003_1/eloadasok/02... · 2016. 9. 14. · Informatika I. Széchenyi István Egyetem 2. előadás Számítógépek felépítése, alapfogalmak Lovas](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022052100/603a377ed1d667365c000b3f/html5/thumbnails/31.jpg)
Széchenyi István EgyetemInformatika I.
Számítógép felépítése
PIC16f84 mikrokontroller(komplett számítógép)
� Harvard architektúra(14 bites utasítások, 8 bites adatok)
� (adat) memóriába ágyazott I/O
31
![Page 32: 2. előadáskmelinda/oktatas/ngb_sz003_1/eloadasok/02... · 2016. 9. 14. · Informatika I. Széchenyi István Egyetem 2. előadás Számítógépek felépítése, alapfogalmak Lovas](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022052100/603a377ed1d667365c000b3f/html5/thumbnails/32.jpg)
Széchenyi István EgyetemInformatika I.
Összefoglalás
� Nem számítógépnek látszó számítógépek� Számítógép fogalma� Architektúrák, előnyök-hátrányok� Részegységek (memória, busz, ALU, CU, I/O)
felépítése és működése� Kevés technikai részlet
32
![Page 33: 2. előadáskmelinda/oktatas/ngb_sz003_1/eloadasok/02... · 2016. 9. 14. · Informatika I. Széchenyi István Egyetem 2. előadás Számítógépek felépítése, alapfogalmak Lovas](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022052100/603a377ed1d667365c000b3f/html5/thumbnails/33.jpg)
Széchenyi István EgyetemInformatika I.
Ajánlott irodalom, hasznos linkek
� Előadás diák, jegyzet kivonat a C100-ban � Neumann elv
http://web.mit.edu/STS.035/www/PDFs/edvac.pdfhttp://www.feltalaloink.hu/tudosok/neumannjanos/html/neujantal2.htm
� PIC16F84 http://ww1.microchip.com/downloads/en/devicedoc/35007b.pdf� X86 utasításkészlet http://en.wikipedia.org/wiki/X86_instruction_listings� CPU/számítógép szimulátor http://ozark.hendrix.edu/~burch/socs/hymn/
33
![Page 34: 2. előadáskmelinda/oktatas/ngb_sz003_1/eloadasok/02... · 2016. 9. 14. · Informatika I. Széchenyi István Egyetem 2. előadás Számítógépek felépítése, alapfogalmak Lovas](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022052100/603a377ed1d667365c000b3f/html5/thumbnails/34.jpg)
Széchenyi István EgyetemInformatika I.
Feladattípusok zárthelyi dolgozathoz
� Az alábbiak közül mi tartozik a Neumann-elvek közé?soros utasítás-végrehajtás, teljesen elektronikus működés, kettes számrendszer használata, belső memória használata, tárolt program használata, univerzális gép
� Az alábbiak közül mi tartozik Harvard architektúra jellemzői közé?� Mekkora a megcímezhető memória mérete, ha a címbusz „N” bit széles, és a
memória bájtos szervezésű?� Párosítsa a fogalmakat az ábra számmal jelölt részeihez!
Cím, adat, operandus, utasítás, státusz, eredmény, ALU� Hymn Simulator felépítése, utasítások kimenete.
36