Budowa komputera
Ze względu na postać przetwarzanych danych wyróżniamy 3 rodzaje komputerów:
· analogowe - wszystkie wartości (dane wejściowe, wyniki pośrednie i końcowe) zmieniają w sposób ciągły
· cyfrowe - wszystkie wartości przedstawiają w postaci cyfr. Wyniki mają postać dyskretną (skwantowaną)
· hybrydowe - realizują część swych funkcji poprzez sygnały ciągłe, część poprzez sygnały dyskretne
Komputery swą pozycję uzyskały dzięki następującym cechom: zdolności zapamiętywania dużej ilości danych na dowolny okres (eliminuje to konieczność wielokrotnego wprowadzania tych samych danych) oraz możliwości pracy na danych w rożnych postaciach i z dużą szybkością (dużej wydajności obliczeń)
Podział komputerów na generacje dokonuje się ze względu na takie czynniki, jak: technika budowy maszyn (i związana z nią szybkość obliczeń), struktura maszyny, możliwości w zakresie sposobów użytkowania maszyny cyfrowej oraz ze względu na dziedzinę zastosowań: komputery do przetwarzania danych, do obliczeń numerycznych, do sterowania procesami.
Komputer jest zbiorem specjalizowanych urządzeń technicznych, wzajemnie powiązanych w procesach przetwarzania danych, które przebiegają w tych urządzeniach pod nadzorem oprogramowania.
jednostka centralna komputera
1) wykonywanie operacji arytmetycznych i logicznych na zawartości komórek pamięci operacyjnej i rejestrów jednostki centralnej (czyli na pewnych argumentach)
2) automatyczne wykonywanie programów według ustalonej kolejności
3) inicjowanie komunikacji między pamięcią operacyjną a urządzeniami zewnętrznymi
4) koordynowanie czasowe współpracy układów jednostki centralnej i całego systemu
wyróżnić więc można:
· jednostkę arytmetyczno-logiczną (arytmometr) - wykonuje działania arytmetyczne i logiczne (robi to sumator) na danych umieszczonych w rejestrze wejściowym (czyli rodzaju pamięci – złożonym z przechowujących po jednym bicie elementów) a wynik trafia do rejestru wyjściowego (rejestr w arytmometrze to akumulator - wejściowy i wyjściowy równocześnie)
· pamięć operacyjną – przechowuje aktualnie potrzebne (do przetworzenia) dane w komórkach pamięci (to z reguły bajt lub słowo; komórki posiadają swój unikalny numer identyfikacyjny zwany adresem); oprócz komórek jest tu jeszcze bufor (rejestr przejściowy, w którym umieszczana jest zawartość wskazanej komórki aby móc ją dalej przesłać) oraz układ synchronizujący (który wyznacza cykl pracy pamięci)
· układ sterowania – nastawia arytmometr na wykonanie odpowiedniej operacji, podaje w tym celu adresy argumentów operacji i określa czas jej trwania oraz co zrobić z wynikiem i co zrobić po zakończeniu, synchronizuje pracę wszystkich układów; 1) rozkaz pobierany z pamięci (adres przekazywany do rejestru adresów RA, może być zmianiona w modyfikatorze a adres następnego rozkazu przygotowywany jest w liczniku rozkazów RA zwiększanym oprócz rozkazów skokowych o 1 ), 2) przechodzi przez rejestr pośredniczący (BU) i trafia do głównego w układzie - rejestru rozkazów (RR), 3) deszyfracja, 4) trafia do innych układów jednostki centralnej;
· system wejścia wyjścia – umożliwia wymianę informacji pomiędzy pamięcią a urządzeniami zewnętrznymi poprzez po zapoczątkowane przez jednostkę centralną kanały we-wy (zbudowane z podkanałów: urządzeń do przesyłania danych, zawierających własną pamięć służącą do przechowywania adresów, informacji o stanie podkanału oraz informacji sterujących);
◦ przesyłanie informacji może odbywać się dwoma sposobami: selektorowym (monopol na dostęp do kanału, nie można zacząć nowej instrukcji we-wy, jeden podkanał) i multiplekserowym (operacje podzielone na krótkie odcinki czasu, można zainicjować operację na nowym urządzeniu, wiele podkanałów);
◦ operacje we-wy (operacje wprowadzania, wyprowadzania i zakończenia przesyłania danych) są sterowane przez: instrukcje na poziomie programu interpretowane przez j.c., komendy na poziomie kanałów i urządzeń zewn., polecenia na poziomie jednostki sterującej danym urządzeniem zewn.; (instrukcje i komendy zawarte są w tzw. słowie sterującym kanału i pobierane są z pamięci);
◦ kanały przesyłania informacji są połączone z urządzeniem zewnętrznym poprzez jednolity (ze względu na przewody jak i parametrów elektronicznych i mechanicznych) system połączeń zwany łączem standardowym; umożliwia to elastyczne tworzenie komputerowych konfiguracji dostosowanych do potrzeb użytkownika
urządzenia zewnętrzne:
· pamięci zewnętrzne - nazywane masowymi ze względu na nieograniczoną pojemność (przy wymiennym nośniku) służą do przechowywania danych, które w danym momencie nie są przetwarzane (można dzięki temu racjonalnie i efektywnie wykorzystać ograniczoną w swej pojemności pamięć operacyjną). Ze względu na rodzaj nośnika, mamy: pamięci na taśmach magnetycznych, na dyskach magnetycznych (twardych i elastycznych) i na dyskach optycznych.
Każda jednostka pamięci zbudowana jest z trzech podstawowych modułów:
1) jednostki napędowej, której zadaniem jest przesuwanie taśmy lub wprawianie w ruch wirowy pakietu dyskowego,
2) głowic czytająco-piszących wraz z układem sterowania,
3) nośnika danych (medium) (l i 2 łącznie nazywane są jednostką transportową lub stacją pamięci).
· urządzenia wejścia / wyjścia – to urządzenia jednokierunkowe (1 i 2) oraz zwrotne (3) dzielące się w poniższy sposób:
1) urządzenia do wprowadzania danych – bezpośrednio do pamięci (przez odpowiednie urządzenia lub dokumenty źródłowe) lub pośrednio przez urządzenia pamięci zewnętrznej (najpierw gromadzone a później partiami przetwarzane); typowe urządzenia to: klawiatura, automatyczne czytniki, np. graficzne (skanery), pisma magnetycznego, kart magnetycznych, kodów kreskowych.
2) urządzenia do wyprowadzania danych – bezpośrednio (w sposób czytelny dla użytkownika) lub pośrednio (np. na jednostki pamięci zewnętrznej komputera); klasyczne urządzenia to: drukarki, monitory, plotery (coś jak drukarki)
3) urządzenia dialogowe – podstawowym jest monitor ekranowy połączony z klawiaturą; użytkownik wprowadza dane za pośrednictwem klawiatury, natomiast informacje wynikowe otrzymuje na ekranie monitora, bądź na drukarce jeśli taką posiada; zalety: duża szybkość transmisji, dogodna interakcja człowiek-maszyna, dobra detekcja i łatwa korekcja błędów.
Mikrokomputer jest elektronicznym urządzeniem liczącym, które automatycznie (w oparciu o program) przetwarza dane:
· mikroprocesor (wraz z układem synchronizacji wewnętrznej) – jądro, jednostka centralna mikrokomputera - układ scalony o dużym stopniu integracji (VLSI) czyli zawierający na małej powierzchni dużą liczbę elementów elektronicznych, składający się z:
1) układu sterowania – zapewnia połączenie z innymi urządzeniami i synchronizuje (za pomocą ciągu sygnałów zegara) wszystkie wykonywane operacje;
2) jednostki arytmetyczno-logicznej (ALU) – wykonującej działania arytmetyczne i logiczne na danych, podporządkowanej układowi sterowania i instrukcjom pobieranym z pamięci
3) rejestrów – służących do zapisu i odczytu danych; blok rejestrów to: licznik rozkazów (przechowuje adresy komórek pamięci lub układów we-wy), wskaźnik stosu (umożliwia wprowadzenie kolejności i hierarchii wykonywanych działań), rejestry ogólnego przeznaczenia (przechowywanie danych i adresów oraz pośredniczenie), akumulator (pobierany pojedynczy argument i wrzucany wynik), rejestr stanu (zawiera pewne cechy wyniku operacji np. parzystość, znak)
4) szyny (łącza) przesyłowe – łączą wszystkie elementy mikroprocesora; ze względu na rodzaj przesyłanych danych wyróżniamy: szynę adresową (adresy komórek), danych (informacje w komórkach), sterującą (jaki rodzaj operacji, np. zapis, odczyt, skąd dokąd)
· pamięć operacyjna – służy do przechowywania rozkazów wykonywanych przez mikroprocesor i danych których rozkazy te dotyczą (swoisty brudnopis komputera); wyróżniamy RAM – pamięć o swobodnym dostępie, kasowaną przy zaniku zasilania elektrycznego, i ROM – trwałą, zapisaną fabrycznie i z której komputer może tylko czytać (oczywiście nie bawimy się tutaj w rozróżnianie PROM, EPROM, EEPROM czy innych FLASH-ów bo to nie polibuda)
· układy we-wy – zbudowane z rejestrów (zwanych portami) we-wy pozwalających mikroprocesorowi wykonywać procesy na urządzeniach we-wy w sposób podobny do operacji na komórkach pamięci; może to robić na zasadzie współpracy bezpośredniej, wzajemnych potwierdzeń, przerwań, bezpośredniego dostępu na pamięci;
system przerwań zapewnia przekazywanie sterowania do programu obsługi we-wy w chwili gotowości urządzenia (dane mogą być obsługiwane podczas wykonywania innych zadań, multitasking)
Sieci komputerowe
Sieć komputerowa do system przesyłania informacji, łączący komputery znajdujące się w różnych miejscach. W architekturze sieci wyróżnia się komputery pełniące funkcję serwera lub klienta, łącza transmisji danych oraz oprogramowanie. Serwer to element sieci świadczący usługi dla klientów (np. wyszukaj, aktualizuj, drukuj); wyróżniamy serwery komunikacyjne, archiwizacji (kopie zapasowe), aplikacji (udostępnianie), baz danych, poczty elektronicznej, faksowe, drukarek, usług katalogowych (np. informacje TCP/IP).
Rodzaje sieci:
· LAN – łączy użytkowników pracujących na stosunkowo niewielkim obszarze (np. budynek, firma), można wydzielić na jej obszarze tzw. wirtualne sieci lokalne (VLAN)
· CN – sieci kampusowe – składają się z wielu segmentów LAN i działającą na większym obszarze, np. kilku budynków
· MAN – miejskie sieci komputerowe – obejmujące swym zasięgiem obszar miasta (do 100km), postawione głównie na światłowodach
· WAN – sieci rozległe – łączące odległe geograficznie powyższe sieci (przez kable, światłowody, mikrofale i satelitę)
Topologia sieci:
gwiazda – jeden komputer centralny i satelity od niego (z: łatwość rozbudowy, lokalizacji uszkodzeń, uszkodzenie jednego nie przerywa sieci, w: wymagana duża niezawodność komputera centralnego, więcej idzie kabla na łącze)
pierścień – wszystkie komputery mają ten sam status, coś jak połączenie szeregowe (z: niskie koszty, bo np. brak komputera centralnego, łatwość lokalizacji i usuwania awarii, można rozciągnąć na dużej przestrzeni, bo na każdym kompie sygnał ulega wzmocnieniu, w: dowolny komp siada i cała sieć siada, problemy z rozbudową)
magistrala – wszystkie kompy połączone są z centralnym ośrodkiem transmisji (szyną) (z: duży transfer, łatwość rozbudowy, jeden komp siada sieć nie siada, w: czasem opóźnienia transmisji, trudność lokalizacji niektórych awarii)
Elementy transmisji danych
Urządzenia transmisji danych służą do przesyłania danych na odległość za pomocą: łącz przewodowych (telegraficznych, telefonicznych, kablówki) i bezprzewodowych (radiowe, mikrofalowe). Rozróżnia się jednokierunkowe (simplex) czyli tylko nadawcze albo odbiorcze, dwukierunkowe przemienne (half-duplex) i dwukierunkowe jednoczesne (full-duplex).
Linie przesyłowe:
· komutowane – linie telekomunikacyjne, z których korzysta wielu użytkowników naraz,
· dzierżawione – przeznaczone do wyłącznej dyspozycji danego użytkownika,
· seansowe – to linie komutowane, które są dzierżawione w pewnych ustalonych okresach czasu.
Terminal (urządzenie końcowe) to dowolne urządzenie do przesyłania i odbierania informacji za pomocą kanału telekomunikacyjnego; wyróżniamy inteligentne (zdolne do samodzielnego wykonywania obliczeń i sterowania pracą) i nieinteligentne, oraz niezależne (gromadzące dane) i zależne (połączone z komputerem i sterowane przez niego)
Adam Mickiewicz "Dziady część III"