TantárgyakInformatikaEmelt szintA számítógép felépítése
ProfilJegyzet beküldéseGYIKRólunk
Ez a jegyzet félkész. Kérjük, segíts kibővíteni egy javaslat beküldésével!

A számítógép felépítése

A Neumann által megfogalmazott elvek, és ezek hatása a számítógépek fejődésére. A Neumann-elvű számítógép elvi felépítése, az egyes részegységek feladata.
A ma használatos számítógépek elvi felépítése és a Neumann elvek.

Neumann általl megfogalmazott elvek, és ezek hatása a számítógép fejlődésre:

  • Szekvenciális működés: az utásításokat sorrendben hajtja végig, egyszerre csak egyet.
  • Kettes számrendszeren használata: Kétállapotú elemekkel a kétféle számjegy könnyen modellezhető (Hatása: a mechanikus részek elvételével jelentősen csökkentek a méretek.)
  • Belső memória használata: tárolja a feldolgozás alatt álló adatokat és végrehajtandó program utasításokat
  • Univerzális legyen a számítógép: különféle szoftverekkel különböző feladatok ellátására alkalmas

Ezeken az 1946-ban pulbikált elveken alapulnak a mai számítógépek nagy része is.

A Neumann-elvű számítógép elvi felépítése, az egyes részegységek feladata:

  • Memória: a feldolgozást vezérlő program és a feldolgozandó adatok tárolóhelye működés közben.
  • Cache: gyorsítótár, a memóriából idekerül a feldolgozandó tartalom
  • CU: Vezérlőegység, ez az utasítás regiszterek tartalma alapján a többi egység működését vezérli
  • Regiszterek: a CU itt tárolja az éppen végrehajtott utasításokat
  • ALU: számoló és logikai egység
  • Bemeneti perifériák(eszközök): adatot tartalmazó egység, amit a gép beolvas
  • Kimeneti perifériák: adatot kiíró egységek

Két fő funckionális egység a számítógépben: központi egység(CPU) és periféria. Az első ami a tevékenységeket irányítja,
az utóbbi ami biztosítja a kapcsolatot a központi egység és annak környezete / a felhasználó között.

A ma használatos számítógépek elvi felépítése és a Neumann elvek:

  • CPU: központi feldolgozó egység
  • Busz rendszer: kapcsolatot teremt a CPU és a memiróa/egyes perifériák között (vezetékek, vezérlő áramkörök)
  • Memória: végrehajtás alatt tárolja a programot és a szükséges adatokat; ROM - Csak olvasható; RAM - Ítható és olvasható
  • Merevlemez: elsődleges háttértár, a programokat és adatokat tartalmazza (nem felhasználás közben, lsd. Memória)
  • Optikai lemez: legelterjedtebb cserélhető lemehezes háttértároló
  • Egyéb:
    • Alaplap: kisegítő áramkörök, órajelgenerátor, buszrendszerek, csatoló felületek egységbe foglalása
    • Tápegység: a számítógép egyes részeit árammal látja el
    • Ház: egybe foglalja a számítógépet

A mai (személyi) számítógépek részei és ezek jellemző paramétereinek bemutatása. Az egyes részek funkciói.

Központi feldolgozóegység, jellemző értékek.

Közismertebb nevén processzor. Többmillió tranzisztorból áll.
Feladatai:

  • a program utasításainak értelmezése és végrehajtása
  • ezek alapján a gép részegységeinek vezérlése
  • az adodó számítási műveletek elvégzése

Részei:

  • CU (vezérlőegység): értelmezi a program utasításait, előállítja a végrehajtáshoz szükséges vezérlőjeleket
  • ALU (aritmetikai és logikai egység): aritmetikai és logikai műveleketek elvégzése
  • Regiszterek (fajtái):
    • Programszámláló: (végrehajtásnál a következő utasítás címét tartalmazza
    • Veremtár mutató: alprogramok hívásánál a visszatérési címet és a CPU állapotát tartalmazó veremre mutat
    • Akkumulátr: Általános célú regiszter, utasítások használják (pl. aritmetikai eredmények ide kerülnek).
  • Gyorsítótár: A többi, különböző sebességgel működő eszközzel való adatcserénél használatos átmeneti tár, gyorsítja a műveleteket.
  • Belső órajel: Feladatok elvégzésének gyorsaságát biztosítja, manapság 3GHz is lehet.
  • Külső órajel: A frekvencia, amivel a processzor a környezetével kommunikál, manapság 800 MHz is lehet.

A processzor lehet 32 vagy 64 bites, ez a legnagyobb adatméretet jelöli, amivel a processzor dolgozhat.

Memória: memóriafajták, jellemzők és felhasználási területük.

RAM (közvetlen hozzáférésű memória) - Operatív memória.
Az éppen futó programok és az általuk használt adatok tárolása. A már nem szükséges adatok helyére újat ír. Megcímzett rekeszekben tárolja az egyes adatelemeket.
A megcímezhető tartomány függ a mikroprocesszortól; Pl.: 32 bites címzés esetén maximum 4GB memória megcímzése lehetséges.
A RAM működése dinamukis; áramkörrel folyamatosan frissíti tartalmát, mp-nként akár több százszor is kiolvassa majd újraírja a tárolt adatokat.
Hozzáférési idő: a tárolócella címzése és a neki megfelelő adat megjelnése között eltelt idő (dinamikus RAM-nál: 90ns). Feszültség hiányában törlődnek róla az adatok. Legfőbb jellemző paraméterei:

  • Típus: DDR, DDR-II, DDR-III
  • Kapacitás: 512 MB, 1 GB, 2GB
  • Órajel: 533MHz, 667MHz, 800MHz (hozzáférés üteme)

ROM - Csak olvasható memória
Számítógép bekapcsolásakor a hardverkomponensek ellenőrzéséhez szükséges adatok, az operációs rendszer betöltését végző programok tárolása.
Kicsi kapacitás, megbízható tároló, tartalmát csak ritkán kell módosítani. RAM-mal ellentétben nem igényel áramellátást az adatok megőrzéséhez.
Fajtái:

  • ROM: Csak olvasható, ált. gyári beállításokkal rendelkezik.
  • PROM: Egyszer írható, egyébként csak olvasható tároló. Írás speciális eszközökkel.
  • EPROM: Újraírható tároló, törlése UV fénnyel történik. Írás speciális eszközökkel.
  • EEPROM: Újraírható tároló, elektronikusan törölhető és írható.
  • flash: Hasonló az EEPROMHOZ, de nem byte-onként, hanem 512 blokkonként kezelhetőek az adatok. Pendrive-ok, mp3 lejátszo, fényképezőgépek, telefonok.

Buszrendszer, interfészek, tápegység, hűtés, ház: típusok, jellemzők.

Buszrendszer

Azonos feladatot ellátó vezetékcsoportok, egyes vezetékein csak két feszültségszint jelenhet meg. Vezetékek számával a busz mérete is nő.
Egy busz erén keresztül egy bitnyi információ továbbítható egyszerre. A CPU ezekkel a csatornákkal csatlakozik az operatív tárhoz és a periféria vezérlőkhöz.

Ezen CPU és buszok 3 nagy csoportja:

  • Adatbusz: Ez teszi lehetővé az adatcserét.
  • Címbusz: A címzéssel foglalkozik. (RAM)
  • Vezérlőbuszok: Számítógép működését vezérlő és összehangoló vezetékek

Interfészek(illesztőegységek)

Fizikailag és logikailag összekötik a CPU-t és a perifériákat. Típusai:

  • Soros illesztők/port: bitekénti adatátvitelre alkalmas (pl. egér illesztése)
  • Párhuzamos illesztők/port: egyszerre 8 bit átvitelére alkalmas (pl. nyomtató illesztése)

Tápegység (PSU):

A számítógép működéséhez szükséges feszültségeket állítja elő. Fajtái:

  • Külső tápegység (pl: Commodore 64)
  • AT: operációs rendszer nem tudja vezérelni
  • ATX: Az alaplap folyamatosan kap egy alacsony feszültséget, így lehetséges a szoftveres leállítása, és a külső, hardveres indítása.
  • BTX: Még nem elterjedt (?)

Hűtés:

A számítógép egyes részei (tápegység, processzor, egyéb) hőt termelnek. Hűtőberendezés szükséges az elvezetéshez. Fajtái:

  • Léghűtéses: A processzora felszerelt hűtőborda, elvonja a hőt és kivezeti a ventillátoron keresztül.
  • Vízhűtéses: A hűteni kívánt egységre vizet cirkuláló csöveket szerelnek.

Kevésbé elterjedtek:

  • Peltier hűtés: Peltier elemre kerül a hűtő egység. Az elem az egyik oldalára vezető a hőt, a másik hideg marad
  • Hidrogénes hűtés, hőcsöves hűtés, folyékony nitrogénes hűtés

Ház:

Részegységek komplex, működő halmazát tartalmazza. Lényeges jellemzői:

  • Méret: meghajtóhelyek
  • Tápegység: (lsd. feljebb)
  • Külső csatlakozások (USB, kártyaolvasók, stb.)
  • Alaplap:közör kapcsolódási felület a számítógép egyes részegységei számára

A perifériák jelentősége, csoportosítása (bemeneti és kimeneti eszközök). A manapság használatos perifériák besorolása az egyes csoportokba.
A főbb perifériák bemutatása és jellemző paraméterértékei: monitor, nyomtató, háttértárak, egér, billentyűzet.

A ma jellemzően használatos monitorfajták (CRT, LCD, TFT) és ezek működési elve. A monitorokkal kapcsolatos fogalmak: felbontás, frissítési frekvencia, képátló, képpont.
A monitortípusok összehasonlítása a felhasználási terület szempontjából.

CRT(Cathode Ray Tube): A CRT monitorban egy katódsugárcső található, elektronágyúval az egyik végén, foszforral bevont képernyővel a másik végén.
Az elektronágyú elektronnyalábot lő ki, ezt elektromágneses térrel térítik el. Az elektronnyaláb a foszforborításba ütközik és felvillan, majd elhalványodik.
Ha elég gyorsan követik egymást az elektronnyalábok, akkor az a pont nem halványodik el.
Tehát az elektronágyúk írnak a képernyőre a számítógép utasításának megfelelően, balról jobbra, egy másodperc alatt többször is frissítve a képpontokat.
Az első monitorok egyetlen szín árnyalatait tudták megjeleníteni (monokróm): a fekete-fehér mellett a borostyán sárga és a zöld színűek is elterjedtek voltak.

LCD(Liquid Crystal Display):
Az LCD , azaz a folyadékkristályos kijelző lelke egy folyadékristály réteg, melyen polarizált fény halad keresztül.
A látható fény (nem polarizált) először áthalad egy ún. polárszűrőn, melynek következtében az polarizálódik (a fény rezgései csak egy síkban történnek).
Az ember szabad szemmel nem tudja megkülönböztetni egymástól a polarizált és a nem polarizált fényt.
A kijelzőben az immár polarizált fény áthalad a folyadékkristályt tartalmazó rétegen, melyet két elektród közé teszünk.
Az áthaladás után a polarizált fény síkja 90 fokkal elfordul a folyadékkristállyal való kölcsönhatás következtében.
Amennyiben feszültséget kapcsolunk a folyadékkristályos rétegre, akkor nem a polarizált fény síkja nem fordul el.
A különleges rétegen áthaladó polarizált fény ismét egy polárszűrőre esik, melyen csak akkor halad át, ha a fény síkja a fentire merőleges.
Ha áthalad rajta, akkor az alul elhelyezkedő tükörről visszaverődve a kijelzőn világosságot látunk.
Amennyiben a folyadékkristályos rétegre, vagy annak egy részére feszültséget kapcsolunk, a kijelzőn sötétséget észlelünk.
A folyadékkristályos réteg kiképzésétől függően számokat, betűket, rajzokat is meg lehet jeleníteni a kijelzőn.

TFT(Thin Film Transistor): Az LCD technológián alapuló TFT minden egyes képpontja egy saját tranzisztorból áll, amely aktív állapotban elő tud állítani egy világító pontot.
Az ilyen kijelzőket gyakran aktív-mátrixos LCD-nek is szokás nevezni.
Felbontás: Megadja, hogy a képernyő hány képpontból áll.(pl: Full HD:1920*1080)
Frissítési frekvencia: Megadja, hogy egy másodpercen belül hányszor frissül a képernyőn megjelenített kép.(Általánoss értékek pl.: 60Hz, 75-110Hz)
Képátló: A képernyő egyik sarkától a szemközti sarkáig terjedő távolság, hüvelykben (1 inch = 2,54 cm) mérik.
Képpont(pixel): A képpont a legkisebb megcímezhető illetve szerkeszthető alkotóeleme a képnek vagy képernyőnek.

A ma jellemzően használatos nyomtatási technológiák jellemzői. A nyomtatók működési elve (tűs, tintasugaras, lézer). A nyomtatókkal és a nyomatással kapcsolatos fogalmak.
A nyomtatók összehasonlítása a felhasználási területük szempontjából. A ma jellemzően használatos háttértárak. A technológiák ismertetése (mágneses elvű, optikai).
Az egyes eszközök felépítése, működése.
Az adatok tárolásának fizikai megvalósítása. A winchesterek üzembe helyezése, működése közben fellépő fizikai problémák, ezek megelőzése, javítási lehetőségei.

A ma jellemzően használatos adattárolók fajtái és ezek jellemzői (CD, CD-ROM, CDR, CDRW és DVD lemezek).

Optikai tárak:speciáilis felületű műanyag korongról az olvasó egység lézersugár segítségével, fényvisszaverődés elvével olvas.

  • CD: Audió és videó anyagok tárolására, lejátszására használták.
  • CD-ROM: Hosszabb élettartam, nagyobb tárolási sűrűség, kapacitáshoz mérten alacsony ár, cserélhető és hordozható (Átlag kapacitás: 650MB)
  • CD-R: Írható lemez, íráskor lézersugár égető az adatokat jelentő lyukakat
  • CD-RW: Újraírható lemez, az adatok nem égnek be a lemezbe, kémiai változással tárolódnak az adatok
  • DVD: Nagyobb adatsűrűség; sokkal nagyobb kapacitás, már filmek és jobb minőségű mutlimédiás fájlok tárolására is alkalmas. Lehetséges a két oldalas és atöbb réteges írás. Fajtái:
    • DVD5: Egy réteg egy oldalon (kapacitás: 4,7GB)
    • DVD9: Két réteg egy oldalon (8,5GB)
    • DVD10 Egy-egy réteg két oldalon (9,4GB)
    • DVD17 Két-két réteg két oldalon (17GB)
  • Blu Ray Disc: Vörös lézerfény helyett kékkel olvas, kisebbb a hullámhossza, kisebb felületre koncentrálható; nagyobb adatsűrűség

A számítógép részeinek és a perifériáinak fizikai karbantartása (tisztítása, szállítása, tárolása).

A gépházat időről időre éremes kitisztítani.
A ventillátor a levegővel együtt port is beszív a gépházba, ami leülepszik az alkatrészekre. Pára lecsapódhat rá, ami rövidzárlatot okozhat.
Billentyűzet, monitor és egér tisztiása saját kezűleg elvégezhető. Görgős egérnél a mozgást érzékelő hengerekre is rá mehet a kosz.

A (személyi) számítógépek részeinek összekapcsolása, és a számítógép üzembe helyezése. Az üzembe helyezés és biztonságos működtetés feltételei.

  • Kicsomagolás: Hűvős, párás időben kicsomagolás után várni, hogy a páracseppek megszáradjanak.
  • Csatlakoztatások: Csatlakozók a mintor és a számítógép hátoldalán. Mindent oda kell dugni, ahova erőlködés nélkül, simán belemegy ( ͡° ͜ʖ ͡°)
  • Úgy készülnek, hogy csak a hozzá tartozó foglalatba lehessen bedugni (Tűk lyukak elhelyezése, méret)
  • Tápfeszültség ellátás: A számítógépet és a monitort csatlakoztatni kell a hálózathoz (?)
  • Adatkapcsolatok: A számítógép egyes részeinek csatlakoztatása (perifériák).
    • Bekapcsolás:
    • Perifériák bekapcsolása (monitor, nyomtató)
    • Számítógép bekapcsolása a megfelelő gombbal (Power)
  • Power LED bekapcsolt állapotban végig világít, a Hard disk LED jelzi, hogy dolgozik a merevlemez.

A hálózatok kialakításának jelentősége. A hálózatok csoportosítása kiterjedtség szerint. A hálózatok topológiája, a topológiák jellemzése.
A hálózati kialakításhoz szükséges eszközök, ezek jellemzői (hálózati közeg, hálózati kártya, kapcsolók, útválasztók, jelerősítők).

A tárolt adatokkal folgalkozó gépek számának növekedésével felmerült a gépek közötti kapcsolat kiépítésének ötlete.
Hálózat: Számítógépek összekapcsolása az egymás közti kommunikáció, szoftver és hardver erőforrás megosztás érdekében. Háttértárak és nyomtatók megosztása költségkímélő.
Állományok megosztása, gyors információ csere lehetséges.

  • Központi gép (szerver): Ezen fut a hálózati operációs rendszer, felügyeli a hálózat működését
  • Hálózati operációs renszer: Felhasználók kezelése (nyilvántartés, bejelentkezés, stb.), biztosítja fájlok és erőforrások megosztását, kapcsolat fenttartása a külvilággal (pl. internet)
  • (rendszerre példa:Linux, Windows NT stb.)
  • Munkaállomások: Számítógépek, melyekkel a hálózat felhasználói elérik annak szolgáltatásait. Saját operáációs rendszer van rajtuk (DOS, Windows, stb.).
  • Vezetékek, szerelvények: Fizikai kapcsolat a gépek között (jelátviteli közeg)

Gépek viszonya egymással:

  • Szerver-kliens (kiszolgáló-ügyfél): A szerver szolgáltatást nyújt a kliensnek, leggyakoribb modell (pl.: honlapok).
  • Host-terminál (vendéglátó-terminál): Telefonvonallal vannak összekötve, a host az elérhető adatokat tárolja, a terminálról kérhető le az információ.
  • Peer to peer: a gépek egyenrangúak, mindegyik egyszerre szerver és munkaállomás

Csoportosísát kiterjedtség szerint:

  • LAN (Local Area Network) - kis kiterjedésű, lokális hálózat. Egyedi kábelezés, gyors adatátvitel. 1métertől néhány kilométerig terjedhet.
    • WLAN - Vezeték nélküli helyi hálózat (hordozható eszközöknél használatos)
  • MAN (Metropolitan Area Network) - városi méretű, város nagyságrendű hálózat. Települések összefogására, világhálózatok kiindlási pontjaihoz való belépés biztosításaként használatos.
  • WAN (Wide Area Network) - pár kilométertől kezdve az egész Földre kiterjedhet. Átviteli eszköz lehet telefonvonal, műhold, mikrohullám, stb. Több LAN-t és MAN-t magába foglalhat. Ilyen az internet is.

Hálózati topolóógáknak nevezzük a különböző összeköséi módokat. Topológiák és jellemzésük:

  • Sín: A gépeket egy főkábel segítségével kötjük össze. Ehhez kapcsolodnak az egyes gépek. Koax kábel esetén ügyeljünk a mindkét oldali lezárásra.
  • Gyűrű: Hasonló a sín topológiához, a sín két végpontja össze van kötve.
  • Csillag: A gépek egyénileg csatlakoznak egy központi egységhez. Egy gép megsérülése esetén csak a többi nem esik ki a kommunikációból.
  • Fa: Hasonló a csillag topológiához, egy hálózat több csomópontból álló ágat is tartalmazhat. (pl. Iskolákban)
  • Teljes Hálózat: Minden eszköz csatlakozik minden eszközhöz. Ez a legbiztonságosabb elrendezés. Csak véges számú eszköz lehet tagja, többet nehéz kivitelezni fizikailag és gazdasági szempontból.
  • Celluláris hálózat: Vezeték nélküli eszközök (pl: mobil) használják.

A hálózati kialakításhoz szükséges eszközök, ezek jellemzői (hálózati közeg, hálózati kártya, kapcsolók, útválasztók, jelerősítők). Hardver feltételek:

  • Számítógépek: Legalább kettő, az egyik kiszolgáló, munkaállomásként ez ritkán használható. A többi gép a munkaállomás.
  • Hálózati kártya: A hálózatra való kapcsolódásért és azon keresztül történő kommunikációért felelős. 10-100Mbites a megszokott. Lehetséges csatlakozófelület a PCI, USB és PCMIA.
  • Szabvány szerint készülnek, mindegyik tud mindegyikkel kommunikálni, driver szükséges.
  • Vezeték: Átvivő közeg elemei:
    • Koaxiális kábel: középen tömör rézhuzal, szigetelőréteg veszi körül, amin pedig árnyékolás található. Képes alap- és szélessávú átvitelre.
      T elosztóval vagy vámpír csatlakozóval történik a megcsapolás(?).
      Jó, mert nagy szávsélesség, nagy távolság, zajérzéketlenség, azonban lehallgatható, sérülékeny kiépítés, nehézkés szerelhetőség. Telepítése és karbanttartása szaktudást igényel
    • Sodort érpár: Két szigetelt, egymással összecsavart rézhuzal. Lehet árnyékolt és árnyékolatlan (STP és UTP).
      Jó mert könnyen szerelhető, felépíthető és bővíthető, de zajérzékeny, limitált sávszélesség valamint lehallgatható.
    • Optikai kábel: Üvegszálban haladó fénysugár megléte vagy hiánya hordozza az információt. A fény visszaverődik a szálon belül, nem "szökhet" ki.
      Jó mert érzéketlen az elektromágneses zavarokra, nagy sávszélesség, erősítés nélkül is nagy távra vihető, nem hallgatható le, de drága, nehéz javítani.
    • Infravörös, lézer, mikrohullámú, rádióhullámú és műhöldas átvitel: Speciális igények kielégítésére szolgáló megoldások (távirányító, TV csatornák, stb.)
    • Struktúrált kábelezés: Univerzális, a különböző kábelezési előírásokra is megfelel.
  • Csatlakozók:(üres?)
  • Aktív eszközök (hub, switch) - útvonalválasztók
    • aktív "HUB", telefonközpont, médiakonverter a központi egységben. Ezek manapság egy központi szerkénybe kerülnek, bővíthetőek.
    • Repeater: jelerősítő, újradigitalizálja a jeleket útközben, adat torzulása ellen véd
    • Bridge: hálózati szegmensek közti elválasztás, ellenőrzi a CRC értéket
    • Router: bridge+útvonalválasztás, különböző típusú hálózatok összekötése
    • Gateway: Protokoll átalakító
    • Modem - analóg csatornán való lassú üzenettovábbítás
    • switch: A csomagokat csak a kiindulási és a beérkezési állomás között továbbítja (nem küldi szét mindenhova az adatokat). Kevésbé terhelődik mint a hub.

Szoftver feltételek:

  • Egyenrangú hálózatnál a kapcsolatban álló gépek kliensként és szerverként is működnek, az operációs rendszerbe be vannak építve a szükséges szolgáltatásaok.
  • Kliens-szerver hálózatoknál a szerveren hálózati operációs rendszer szükséges (pl. Win XP, Linux) a kiszolgálóra, hogy teljesíthetőek legyenek a kliens kérései.
    A kliensen tetszőleges rendszer futhat.

A matematikai logika szerepe az informatikában. A logikai alapműveletek és azok alkalmazása különböző feladatok megoldása során. Igazságtáblák (ÉS, VAGY, NEM, Kizáró VAGY).
Logikai kifejezések kiértékelése, egyenértékűsége, tagadása.

Legutóbb frissítve: 2015-03-08 01:06

Javaslatok

Megjegyzések

Hamarosan!

© 2015–2016 erettsegik.hu