A
Napjaink számítógépe nem sokban különböznek a fél évszázaddal korábbiaktól. A gépek az adatfeldolgozást teljesen elektronikusan végzik. A megoldandó matematikai problémákat a lehető legegyszerűbb lépésekre fel lehet bontani. Ez sok esetben, az elvégzendő műveletek összeadások sorozatára történő visszavezetését jelenti. Az alkalmazott elektromos eszközök miatt kettes számrendszert használják. Egy kettes számrendszerbeli számjegy az elektronikus alkatrészben két jól megkülönböztethető feszültségszinttel reprezentálható. Alan Mathison Turing munkássága alapján tudjuk, hogy ha gép képes néhány alapművelet elvégzésére, akkor tetszőlegesen összetett műveletek is elvégezhetőek vele. A számítógépen belül a műveletek végrehajtásának irányításáért a központi műveletvezérlő egység (CPU) a felelős. Az adatok és utasítások a belső memóriában helyezkednek el. A műveletvezérlő egység innen veszi a soron következő utasítást, a hozzá tartozó adatokat, és a műveletek eredményét ide helyezi el. A nagyobb mennyiségű adatok tárolására külső tárolóeszközt használnak.
Lényegében a fenteket írta le Neumann János 1945-ben, az ENIAC számítógép megépítésével kapcsolatos tapasztalatok összegzésében, amely leírás a tervezés alatt álló EDVAC számítógép teljes leírását adta. Ezeknek az elvárásoknak megfelelő gépeket nevezik Neumann-elvű számítógépeknek.
Neumann elvek:
A napjainkban elterjedt személyi számítógépek felépítése típustól, gyártótól függetlenül azonos elveket követ. Adott egy alaplap, melynek feladata a számítógépet alkotó alkatrészek közötti kommunikáció biztosítása, és tartalmazza azokat a csatlakozási lehetőségeket, melyek segítségével modulárisan bővíthető a számítógép.
CPU (Central Processing Unit)
A CPU (angol: Central Processing Unit – központi feldolgozóegység) más néven processzor, a számítógép „agya”, azon egysége, mely az utasítások értelmezését és végrehajtását vezérli, félvezetős kivitelezésű, összetett elektronikus áramkör. A bemeneti eszközök segítségével kódolt információkat feldolgozza, majd az eredményt a kimeneti eszközök felé továbbítja, melyek ezeket az adatokat információvá alakítják vissza.
A processzor által ismert műveletek és utasítások összességét értjük a processzor utasításkészlete alatt. Legelőször a RISC (Reduced Instructions Set Computer) utasításkészletet használták, ez leegyszerűsített, rövid utasításokat tartalmazott. Elsődlegesnek tekintette a sebességet, és az egyszerűséget. Később a CISC-et (Complex Instructions Set Computer) alkalmazták, ez már több, hosszabb utasítást tartalmazott, ám a túl sok, bonyolult utasítás nem bizonyult célravezetőnek, ezért visszatértek a RISC-hez. A mai processzorok olyan magas frekvencián dolgoznak, hogy egyszerűen elolvadnának az elektromos áram hőhatása miatt: ezt kell hűtőrendszerrel orvosolni.
Memóriák
A számítógép működéséhez a központi feldolgozóegységen kívül elengedhetetlenül szükséges az operatív memória. Ez tárolja az éppen végrehajtás alatt álló programokat és a hozzájuk kapcsolódó adatokat.
Több szempontból lehet a számítógép memóriáját osztályozni:
Hagyományosan az elsődleges memória a processzor által aktívan használt, igen gyors elérésű memória, amelyeket a futó programok használják. Legtöbbször nem maradandó. Ezt a memóriát ugyanakkor fő memóriának is lehet nevezni.
A másodlagos memória (periférikus memóriának is nevezik) olyan információkat tárol, amelyek nem rögtön szükségesek. Általában lassúbb, mint az elsődleges memória és többnyire maradandó.
Statikus memória (SRAM) A bennük tárolt adat a tápfeszültség megszűnéséig marad meg. Az adatokat félvezető, ún. flip-flop memóriában tárolják. Ciklusidejük megegyezik az elérési idejükkel. Energiatakarékos, gyors, a szicíliumlapkán nagy helyigényű, ellenben drágák.
Dinamikus memória (DRAM) A tartalmát meghatározott időközönként frissíteni kell mivel bizonyos idő után az adatok elvesznek. Ennek oka, hogy a benne található, sűrűn elhelyezett néhány piko Farad kapacitású kondenzátorok, melyek a memória elemi cellái, egy idő után kisülnek. Előállításuk miatt olcsó
A tetszőleges hozzáférésű memória bármelyik részéhez hozzá lehet férni egy adott pillanatban. A félvezető RAM és a mágneses lemezek jó példák erre. A szekvenciális memóriát sorosan végig kell olvasni, a tartalomtól függetlenül. A mágneses szalag és egyes flash memóriák ilyen típusú adathordozók.
A tetszőleges hozzáférésű memória bármelyik részéhez hozzá lehet férni egy adott pillanatban. A félvezető RAM és a mágneses lemezek jó példák erre. A szekvenciális memóriát sorosan végig kell olvasni, a tartalomtól függetlenül. A mágneses szalag és egyes flash memóriák ilyen típusú adathordozók.
Az alaplap a központi vagy elsődleges áramköri lapkája egy számítógépes rendszernek vagy más összetett elektronikai rendszernek.
A számítógép elektronikus elemei az alaplapra vagy alapkártyára vannak építve. Az alaplap egy többrétegű nyomtatott áramköri lap, amelyen az egyes elemek fogadására több, különböző méretű és alakú csatlakozó, illetve néhány előre beépített eszköz helyezkedik el.
Az alaplapokon általában megtalálható elemek:
· áthidaló kapcsolók (jumperek), állapotjelző LED-ek stb.
A háttértár olyan
számítógépes
hardver elem,
mely
adatokat
tárol, és azokat a számítógép kikapcsolása után is megőrzi. A mai számítógépek
legtöbbje digitális, azaz számokkal dolgozik, minden adatot (kép, hang, egyéb)
számokká alakítva kap meg, így számokat dolgoz fel és azokat kell, hogy
eltárolja. A tároló eszközök különböző (mechanikai,
mágneses,
elektronikus
és
optikai)
elveken tárolják az adatokat.
Napjaink egyik legelterjedtebb számítástechnikai tárolóeszköze a merevlemezes
tároló, a hard diszk, amit egyszerűen csak winchesternek nevezünk. A diszk olyan
elektromechanikus tárolóberendezés, amely az adatokat mágnesezhető réteggel
bevont merev lemezen tárolja, a forgó lemez felett mozgó író/olvasó fej
segítségével. Az adatok rögzítése soros. Az adatlemez legkisebb fizikailag
címezhető része a szektor. A merevlemez-egységek tárolási kapacitása néhány
megabájttól több gigabájtig, sőt akár terabájtig is terjedhet.
Csak olvasható optikai tárolók a ROM (Read Only Memory) típusú
CD-k. Ezek a legelterjedtebb típusok és ezekre gondolunk először, amikor a CD
szót meghalljuk. Ide sorolható a háttértárolóként használt CD-ROM, a digitális
hang rögzítésére használt CD-DA (Digital Audio). (továbbá: CD-A, CD+G, CD-ROM,
CD-I, CD-I Ready, CD-I, Karaoke CD, V-CD, CD-V, prerecorded (vagy premastered)
MD, stb.)
Az egyszer írható és többször olvasható tárolók a CD-WO-k (Compact
Disc - Write Once). Ezt a típust csak CD-R-ként (Compact Disc Recordable),
írható CD-ként emlegetjük.
Újraírható, törölhető, olvasható optikai tárolók a CD-RW (650, 700 MB tárkapacitással) és a CD-MO (Compact Disc - Magneto-Optical, jellemzően 650 MB tárkapacitással) típusúak.
A napi gyakorlatban elterjedt és használt CD típusok (CD-ROM, CD-R, CD-DA)
jellemző tárolókapacitása: 74 perc (650 MB), illetve 80 perc (700 MB).
A legegyszerűbb DVD-lemez, a DVD5 egyoldalas, egyrétegű lemez, a
kapacitása 4,7 GB.
A kétrétegű egyoldalas lemez, a DVD9 kapacitása 8,54 GB. A két réteg
távolsága 20-70 µm, és tiszta gyanta választja el egymástól.
A kétoldalas, oldalanként egy rétegű DVD lemez, a DVD10 kapacitása 9,4 GB. A gyártása annyiban tér el a DVD5-lemezétől, hogy mindkét 0,6 mm vastagságú lemezben kialakítanak lyukakat összeragasztás előtt. A második oldal olvasásához a lemezt meg kell fordítani a lejátszóban.
A kétoldalas, oldalanként két rétegű DVD lemez, a DVD18 kapacitása 17,08 GB. A működés elve hasonló a DVD9 lemezekéhez, azonban itt a lemez mindkét oldalán kialakítják a két-két adathordozó réteget. A bonyolultabb gyártási eljárás miatt ez a típus viszonylag ritka, helyette szívesebben használnak két, DVD9 típusú lemezt.
B
A számítógép elvi felépítése, napjaink számítógépe
A számítógép meghatározása
Egy műszaki berendezés, amely lehetővé teszi az adatok tárolását, feldolgozását, képes számítási, logikai műveletek elvégzésére, a betáplált program utasításainak megfelelően.
A számítógép feladata
Az adott információ (szám, szöveg, hang, kép) eljuttatása majd felismerése és átalakítása egységes (bit) jelekké (segédeszközök, pl.: mikrofon, szkenner).
Osztályozási szempontok
· Feldolgozási sebesség: /MIPS/ (millió művelet másodpercenként)
· Tárkapacitás
· Szóhosszúság: A gép központi egységében egyidejűleg feldolgozott byte-ok száma
· Adatátviteli sebesség: A számítógép egymás közötti és a perifériákkal való kapcsolattartás jellemzője (bit/sec)
· Csatlakoztatható perifériák köre
Felépítés
Mikroprocesszor
· CPU, központi vezérlőegység
Az az egység, amely az adatokkal elvégzi a program utasításai által előírt műveleteket. A RAM-ból idekerülnek az adatok és itt hajtódnak végre.
Legfontosabb feladatai
· a számítógép működésének vezérlése
· a perifériákkal való kapcsolattartás
· matematikai műveletek végzése
· a táron belüli adatáramlás lebonyolítása
· az adatforgalom lebonyolítása a perifériákkal
Processzor fajták
· IBM kompatíbilis gépeknél: Intel, AMD, Cyrix
· Macintosh: saját fejlesztésű processzor
Szerkezetük, nyelvezetük, struktúrájuk más, ezért az egyikre megírt program nem futtatható a másikon. A megfelelő hőmérséklet tartását processzor-hűtő felszerelésével érhetjük el.
II. Memória
A számítógépek felhasználható (operatív) memóriája. A számítógép kikapcsolásakor a RAM memória tartalma elvész, mivel az adatok tárolása elektromos feszültségszintek felhasználásával történik. A RAM 1 bájt nagyságú egységekre (rekeszekre, regiszterekre) tagozódik. A rekeszekkel kétféle művelet végezhető: olvasás és írás. Olvasáskor a processzor kiolvassa a tárból az adatot. Ekkor a rekesz tartalma változatlan marad. Íráskor a processzor a benne lévő adatot a tárrekeszbe tölti. Ekkor a rekesz tartalma megváltozik.
III. Alaplap
Ide csatlakoztatjuk a számítógép működéséhez nélkülözhetetlen perifériákat.
BIOS
A BIOS szolgál az asztali PC-k redszerváltozóinak tárolására, ezek az adatok mind a BIOS, mind a processzor számára hozzáférhetőek, és ezek az adatok szükségesek a különböző alkatrészek és perifériák kezeléséhez. A BIOS egy memóriaegység, amelyben ezek a fontos változások kerülnek tárolásra. Kis áramfelvétele miatt elég egy akkumulátornak táplálnia, hogy ne veszítse el a tartalmát.
Feladata pl. winchester felismerés, jelszó megadás, bootolás esetleges sorrendjének megadása, egyéb segédparancsok.
BUS
Feladata a kapcsolattartás. Sok párhuzamos huzal, melyen adatok áramlanak, ezeken vannak felfűzve egységek. A busz eleje és vége a gépben van. Pl.: 8 helyből a 0 általában a winchesteré, a processzoré pedig a 7-es. A köztes 6 helyet pedig belső winchesternek, CD-ROMnak van fenntartva.
Adatforgalom szempontjából soros és párhuzamos (gyorsabb) adattovábbítást különböztetünk meg, ezek adatok továbbítására szolgáló egy vagy több drótszál. Pl.: 32 drótszál esetén nevezik a gépet 32 bitesnek.
BUS fajtái: VESA, ISA, PCI, AGP
Háttértárak
· Winchester: akár több száz GB-ig
· Floppy: 1,44 MB, lassan eltűnik
· CD-ROM: 650/700 MB, (2x, 4x,...48x), egyszer vagy többször írható (CD-R/RW)
· SYQUEST: 44MB, 88MB, 200MB, 230MB
· Zip Drive: 100MB
· A:Drive: 120MB
· Jaz Drive: 1GB
· DVD: kb. 4 GB, főleg filmekhez használják
· Flash-drive: USB-porton csatlakoztatható, 30-512 MB-ig
Monitor
Az információ megjelenítésére használatos. Felbontása 800*600-1600*1200-ig. Méretei: 14”, 15”, 17”, 20”, 21” (1 inch=2,54cm) Ezt a képátló megmérésével kapjuk, de ez nem egyenlő a felhasználható képernyő felületével. A látható kép minősége, felbontása szoros összefüggésben van a monitorvezérlő kártyával. Függ még a márkától és fajtától.
Egyre elterjedtebbek az LCD (TFT/sík) monitorok. Ezeknél az átmérő a látható képet jelzi, így egy 15”-os LCD monitor „nagyobb” egy hasonló paraméterű katódsugaras monitornál.
Egyéb perifériák, hardverek, berendezések
· Billentyűzet: adatbevitelre szolgál, 101 vagy 106 gombos a legelterjedtebb
· Egér, fényceruza
· Modem: fax és Internet hozzáférés
· Hangkártya
· Szkenner: kézi, lap (2400 dpi), dob (5000-8000 dpi)
· Nyomtatók: mátrix, lézer, tintasugaras, termotranszfer, termoszublimációs
Külső ház
· mini
· midi
· baby