1/a. A processzor felépítése, utasításkészlete. Utasítások szerkezete, címzési módok. Utasításszámláló és utasítás-regiszter. Az utasítás-feldolgozás elemi lépései.

A mai processzoroknak alapvetően két nagy csoportja van: CISC – különböző hosszúságú, több processzorciklusú utasítások (Complete Instruction set Computer)RISC – csökkentett utasításkészletű processzorok (Reduced Instruction set Computer)

Mindegyik proceszorra jellemző: (3 főegység)- vezérlőegység (CU= Control Unit): feladata a programban lévő utasítások alapján a teljes

számítógép részegységeinek irányítása és összehangolása. A megfelelő adatok a megfelelő helyen és időben rendelkezésre álljanak. Két legfontosabb regisztere: PC (Program Counter= Utasításszámláló) – a soron következő utasítás tárolóbeli címét tartalmazza. IR (Instruction Regiszter = Utasítás regiszter) – a memóriából kiolvasott utasítást tárolja.

- Aritmetikai és logikai egység (ALU): az utasításokban előírt aritmetikai és logikai műveleteket hajtja végre. A következő regiszterek mindig megtalálhatóak: AC = a művelet végrehajtásánál az adatok átmeneti tárolására szolgál. FLAG – állapotjelző regiszter, a végrehajtott utasítás következtében megváltozott állapotok kerülnek bitenként kódolásra.

- Regiszterek: a processzorok ideiglenes adattárolási céljaira szolgálnak. Belső sínrendszeren keresztül tartanak kapcsolatot a processzor más részeivel. Vannak általános és rendszerregiszterek: utasításszámláló regiszter, utasítás, bíziscím, index, állapot, veremmutató, puffer regiszterek.

- Belső sínrendszer: az alábbi részegységek kommunikációját biztosító eszközök.- Busz illesztőegység: ez biztosítja a processzor kapcsolódását a külső sínrendszerhez.- Címszámító és védelmi egység (AU): az utasításokban található címek leképezése a főtár fizikai

címeire, és a tárolóvédelmi hibák felismerése.- Belső gyorsítótár – L1 chace: a főtárból kiolvasott utasítások és adatok átmeneti tárolására szolgál.

A processzorok egyik fontos jellemzője, hogy hány és milyen típusú utasítás végrehajtására képesek. A proci számára értelmezhető utasítások összességét nevezzük utasításkészletnek. Felépítésük: a) műveleti rész: a proci számára elvégzendő feladatot határozza meg. b) módosító rész: kiegészítő információt ad a műveleti és cím rész értelmezéséhez. c) címrész: a művelet végrehajtásához szükséges adatok helyét határozza meg a számítógép tárolójában.

Utasítás szerkezete: 1. Műveleti jelrész 2. Kiegészítő rész 3. Operandus hivatkozások

1.: meghatározza, hogy milyen műveletet kell végrehajtani a processzornak. 2.: az 1. és 3. pontos értelmezéséhez szükséges információkat ad meg.3.: hol található és milyen adatokkal kell végrehajtani a műveletet.

Utasítás típusai: adatátviteli, adatmozgató, művelet végrehajtó, vezérlőCímzési módok: címzési eljárás: az adatokra való hivatkozást milyen formában tartalmazzák.

- Abszolút címzés: az utasítás címrészében az operandus valódi, pontos címe található. Ezt a címzést főként a regiszterek címzésére használják.

- Relatív: a gépi utasítás címrésze, az adatok valamilyen alapcímhez viszonyított relatív címét tartalmazza. Relatív címzést akkor alkalmazunk, ha biztosítani szeretnénk, hogy programjaink a memória tetszőleges helyére betöltve is futóképesek legyenek.

- Közvetlen adat: ennél a címzésnél az utasításban maga az az adat található meg, amellyel a műveletet végre kell hajtani.

- Veremcímzés: a verem egy regisztertár a CPU-ban, vagy egy kijelölt memóriaterület a főtárban, amelyből az utoljára beírt adatot lehet először kiolvasni. (LIFO)

- Közvetett: olyan memóriaterületet címez meg, amelyben az adat lényeges címe van. Nevezhetjük még: pointernek vagy mutatónak.

- Index: az adatsorozat első elemének tárolási címét tartalmazza az utasítás cím része, és az index regiszterben található az ettől való eltérés, hogy hányadik elemet kell a sorozatból feldolgozni.

Elemi lépések: Az utasítás lehívása. A Proci az utasításszámláló tartalma alapján kikeresi a főtárból az utasítást és átviszi a vezérlőegység utasításregiszterébe…..

2/a. A verem fogalma és működése, a veremmutató regiszter. A vermet kezelő utasítások. A verem alkalmazása szubrutinok kezelésében. A szubrutinra vonatkozó utasítások.

A verem vagy egy regiszter a (központi feldolgozó egység= Central Processing Unit) CPU-ban, vagy egy kijelölt memóriaterület a főtárban, amelyből az utoljára beírt adatokat lehet először kiolvasni. Az adatforgalom a bemeneti sorrenddel ellenkező sorrendű, vagyis az először beírt adatot lehet majd utoljára kiolvasni. (LIFO)Veremmutató: (SP= Stack Pointer) a verem megcímzésére használjuk.

A vermet kezelő utasítások: (PUSH op, PUSHF, POP of, POPF) két veremművelet van- 1. írás: a verem tetejére, ezt nevezzük adatbevitelnek. (PUSH).

Az adatbevitel művelete: Egy regiszterben pl. az akkumulátorban lévő adatokat beírjuk abba a memóriarekeszbe, amelyet a veremmutató címez meg. A műveletet követően az SP automatikusan inkrementálódik. (nő)

- 2. olvasás: a verem felső részéből, ezt nevezzük adatkihozatalnak (POP). Az adatkihozatal művelete: Az SP tartalmát eggyel csökkenti – dekrementálja, így a verembe utolsóként (legfelső) került adatot címzi meg, a megcímzett memóriarekesz (veremrekesz) tartalmát továbbítja az aktuális regiszterbe, pl. az akkumulátorba.

Verem alkalmazása szubrutinok kezelésében:Azokat a gyakran alkalmazott utasítássorozatokat, amelyeket többször felhasználunk a program végrehajtása során, de csak egyszer tárolunk a programmemóriában. Szubrutinnak nevezzük ezeket a programrészeket. Léteznek egymásba ágyazott szubrutinok. Azok a szubrutinok, amelyek saját magukat hívják meg, rekurzív szubrutin.A szubrutin visszatérési címeket – melyik címtől kell folytatni a főprogram futását – legtöbbször verem-ben tároljuk. A szubrutin végrehajtása előtt a PC programszámláló tartalmát a verem tetejére helyezi, a szubrutin lefutása után pedig a verem tetejéről az SP veremmutató tartalmát visszatölti a PC-be.

A szubrutinra vonatkozó utasítások: CALL: Szubrutin hívásCALL –az utasításszámláló pillanatnyi értéke a verembe kerül, majd az utasításszámláló felülíródik az operandussal, mely lehet direkt cím vagy tetszőleges címzési móddal elért regiszter vagy memóriaoperandus.

RET: visszatérés a szubrutinból. Konstans megadása nélkül: a verem tetején lévő értékkel felülírja az utasításszámlálót és így a program visszatér a szubrutin hívása utáni sorra és onnan fut tovább a program.Konstans megadásával: a visszatérési cím kiolvasása után a veremmutatót a konstans értékével megnöveli.

3/a. A Neumann-elvek. Utasítás és adatfolyam (SISD, SIMD, MISD és MIMD architektúrák). Adatok számítógépes ábrázolása (fixpontos, lebegőpontos, BCD, vektoros adatok, karakterek).

Hagyományos, Neumann elvű soros utasítás felfolgozású processzorok – 1980-ig Neumann-elvek:

1. Tárolt program elve: az elvégzendő műveleteket először be kell vinni a számítógép tárolójába, azután a gép vezérkését át kell adni a programnak. Ezt követően már a tárolóban lévő program irányítja a számítógépet.2. Címezhetőség elve: az utasítások és az adatok is ugyanolyan módon megcímzett (címmel, sorszámmal ellátott) memóriarekeszekben helyezkednek, vagy nincs külön hely az utasításoknak és az adatoknak.3. Önálló adat be/kiviteli egység, vezérlő és művelet végrehajtó egység.4. A számítógép legyen teljesen elektronikus, mely kettes számrendszert használjon.5. Soros utasítás végrehajtás elve: az utasítások végrehajtása időben egymás után történik.

Utasításfolyam: az utasítások egymás utáni sorozata, amelyeket egy program lefuttatása során végrehajt a számítógép. Adatfolyam: az utasításfolyam utasításai mindig meghatározott adatokra hivatkoznak, amelyekkel a műveleteket el kell végezni. Ezek egymásutániságát, amilyen sorrendben rendelkezésre kell állniuk, nevezzük adatfolyamnak.SISD: Egyetlen utasításfolyam, egyetlen adatfolyamot dolgoz fel. Ide tartoznak a hagyományos Neumann-elvű számítógépek.SIMD: Egyetlen utasításfolyammal, többszörös adatfolyamot dolgoz fel. Párhuzamosan működő több ALU egységet tartalmaznak. Vektorműveleteket képesek végrehajtani. Két alaptípusa a közös és osztott memóriával rendelkező gépek.MISD: Több utasításfolyammal, egyetlen adatfolyamot dolgoz fel. A gyakorlatban ilyen gépek nem léteznek. MIMD: Több utasításfolyammal, több adatfolyamot dolgoz fel. Multiprocesszoros rendszerek tartoznak ide.

Adatok ábrázolása: Fixpontos számábrázolás: ebben az ábrázolási módban a szám kettes számrendszerbeli együtthatóit tároljuk helyi értékeinek megfelelően egy rögzített nagyságú memóriaterületen. A memóriaterület nagysága leggyakrabban 1 bájt. De 2 bájt méretű a WORD szó, és 4 bájt méretű duplaszó a DWORD.Lebegőpontos számok: általában akkor használjuk, ha vagy nagy számokkal, vagy pontosan akarunk számolni. Vektoros adatok: 3D adatok leírására használjuk (térkép, térbeli forma, pontok leírása)Karakterek: Karaktereknek nevezzük a betűket, írásjeleket, számjegyeket. Minden karakterhez egy bináris számot kell rendelni. Ma a legelterjedtebb kódolási rendszerben 1 bájton kódolják a karaktereket, ami 256 féle jel megkülönböztetését teszi lehetővé. Legfontosabb az ASCII kódrendszer, de van pl. UNICODE, EBCDICBCD: (Binary Coded Decimal) a legkönnyebben előállítható, vagyis a számok számjegyeinek a kettes számrendszerbeli értékeik felelnek meg, négy helyiértékre kiegészítve.

DEC BCD23 22 21 20

0 0 0 0 01 0 0 0 12 0 0 1 03 0 0 1 14 0 1 0 05 0 1 0 16 0 1 1 07 0 1 1 18 1 0 0 09 1 0 0 1

4/a. Az utasítás feldolgozás gyorsítása párhuzamosítással. A pipeling lényege, szuperskalár processzorok. Fellépő problémák és kezelésük.

Az utasítás gyorsítás megoldható:órajel frekvencia növelésével – ennek technológiai korlátai vannak.utasítás-végrehajtás szintjén átlapolt feldolgozás, melyet pipelingnek nevezünk.

Pipeling: átlapolt utasítás-végrehajtás, vagyis adatcsatornás vagy futószalag feldolgozás. Az átlapolásos technika alapja a processzor folyamatainak (utasítások és műveletek elvégzésének lépései) részfeladatokra való osztása. A folyamatot olyan lépésekre kell bontani, amelyek önálló egységeket képeznek, egy-egy külön erőforráshoz kapcsolódnak. Így a felszabadult erőforrást egy másik folyamat rögtön igénybe tudja venni. Egy folyamat elvégzésének ideje nem változik, de ugyanazon idő alatt több folyamat fut le.A pipeline utasítás-feldolgozást alkalmazó processzorokat, utasításszinten párhuzamos működésű, ILP processzornak nevezzük. (soros kibocsátás, párhuzamos végrehajtás)A processzoron belül nem csak úgy tudunk párhuzamosítani, hogy a végrehajtó egységek átlapolva működnek, hanem a vezérlőegységek (CU) számát is lehet többszörözni. A szuperskalár processzorok egy gépi ciklus alatt esetenként több utasítást is képesek végrehajtani. (párhuzamos kibocsátás, párhuzamos végrehajtás).

Fellépő problémák:- Az utasítások elemi fázisainak végrehajtásához szükséges idő igen eltérő lehet.- Az utasítás soros végrehajtását a vezérlésátadó utasítások megzavarhatják, mivel ekkor nem a

soron következő utasításokat kell betölteni a futószalagra.- A megszakítások, kivétlek kezelése is megszakíthatja a folyamatos futószalag feltöltését.- Előfordulhat, hogy egy utasítás a megelőző utasítás eredményére hivatkozik, ezt az esetet

adatütközésnek, vagy hazardnak nevezzük.- Hardver erőforrások igénybevétele során is előfordulhatnak ütközések, pl. buszkonfliktusok.

Problémák kezelése: a fellépő problémákat vagy statikusan (a program futása során), vagy dinamikusan (futás közben hardverrel) tudjuk kezelni.

- NOP utasítások (fordítóprogram) beiktatása a programba. A memóriautasítások végrehajtásához szükséges többlet időigény és a hazardok miatti utasításvárakoztatás „üres” utasítások beiktatásával oldható meg.

- Utasítás átrendezés (fordítóprogram): A fordítóprogram a program tartalmi megváltoztatása nélkül átrendezi az utasítássorrendet és a memóriautasítások és a hazardok kezelése miatti várakozási időket hasznos utasítással töltik ki.

- Scoreboarding (hardver): Minden regiszter könyvelésre kerül, hogy azok az utasítások, melyek egy adott regiszterre hivatkoznak, benne vannak-e a pipeline-ban. Ha egy további utasítás egy ilyen regiszterhez akar hozzáférni, akkor az késleltetésre kerül.

- Data forwarding (hardver): ha pl. két egymást követő utasítás számára azonos adat szükséges, akkor az ezek közötti adatátadást a processzoron belül megfelelő áramkörök biztosítják. Adatátadás csak az első utasítás végrehajtási fázisa után lehetséges.

- Harvard architektúra: Az utasításolvasás és az adatkiolvasás, visszaírás ütközéseire jelent megoldást, ha az utasításokat és adatokat fizikailag különálló memóriában tároljuk, amihez külön adat-és utasítássín is van.

5/a. Az aritmetikai és logikai egység és regiszterei (akkumulátor, flag). Fixpontos és lebegőpontos műveletek, ezek végrehajtásának egységei. Logikai műveletek.

Az aritmetikai és logikai egység az utasításokban meghatározott aritmetikai vagy logikai művelteket hajtja végre. Az ALU fő részegységei:

- Összeadó egység: két operandus összeadására szolgál- Léptető áramkörök: a regiszterek tartalmát műveletvégzés közben jobbra, vagy balra léptetik,

vagyis 2-vel osztják vagy szorozzák azt.- Logikai áramkörök: a logikai műveletek megoldásához.- Regiszterek: az adatok ideiglenes tárolására.

Az ALU regiszterei: - AC = a művelet végrehajtásánál az adatok átmeneti tárolására szolgál. - FLAG – állapotjelző regiszter, a végrehajtott utasítás következtében megváltozott állapotok

kerülnek bitenként kódolásra.Az aritmetikai műveletek végrehajtásakor az eredménytől függően, az állapotregiszter egyes jelzőbitjeit a processzor beállítja. Fontosabb jelzőbitek: átvitel jelzőbitje (carry): ha az eredmény legmagasabb helyiértékén átvitel keletkezik, 1-es értéket vesz fel. Nulla jelzőbitje (zero): ha az eredmény nulla értékű, 1-es értéket vesz fel. Előjel jelzőbitje (sign): ha az eredmény negatív, akkor az érték 1. Túlcsordulás jelzőbitje (overflow): ha az eredmény nagyobb, mint a tárolható legnagyobb érték, akkor értéke 1 lesz.

Fixpontos és lebegőpontos műveletek:Fixpontos számok: a szám kettes számrendszerbeli együtthatóit tároljuk helyi értékeinek megfelelően egy rögzített nagyságú memóriaterületen. A memóriaterület nagysága leggyakrabban: 1 bájt; 2 bájt méretű szó= WORD; 4 bájt méretű duplaszó= DWORD. A szám előjelét a legnagyobb helyiértékű bit határozza meg. 0= pozitív, 1= negatív.Összeadás: a kettes számrendszer szabályai szerint történik, két 1-es bit esetén átvitel képződik a következő helyiértéket jelentő bitre.Kivonás: összeadásra vezetjük vissza, a kettes komplemens kódot használjuk.Szorzás/osztás: összeadások és kivonások sorozata, illetve balra és jobbra történő 1 bites léptetés (2-vel való szorzás és osztás).Lebegőpontos számok: általában akkor használjuk, ha vagy nagy számokkal, vagy pontosan akarunk számolni. A lebegőpontos ábrázolás egy szabvány rögzíti. A lebegőpontos műveletek végrehajtását szintén vissza lehet vezetni fixpontos összeadásra, hiszen két fixpontos számmal (mantissza és karakterisztika) hajtunk végre aritmetikai műveletet. Általános formája: m*p^k (ahol m= mantissza, az előjele ha 1=negatív, a 0 pozitív, p= alapszám, k= kitevő, ^= tizedespont lebegSzorzásnál és osztásnál: a mantisszákat fixpontos számként szorozni és osztani kell, a karakterisztikák pedig összeadásra vagy kivonásra kerülnek.

A lebegőpontos számokkal végzett műveletek problémája a túlcsordulás és az alulcsordulás. Magyarázata, hogy a művelet eredménye a legkisebb, illetve a legnagyobb mantisszájú és karakterisztikájú számnál kisebb, illetve nagyobb.

Logikai műveletek (Boole algebra) logikai feladatok megoldására alkalmas rendszer. Bináris logika: 1 igaz, 0 hamis.ÉS: két operandusos művelet eredménye akkor igaz, ha mindkét állítás egyidejűleg igazVAGY: két operandusos művelet eredménye akkor igaz, ha valamelyik, vagy mindkét állítás igazNEM: egy operandusos művelet, eredménye az állítás ellenkezője.

9 db Alaptörvény: A+(-A)=1; A*(-A)=0; -(-A)=A (kettős tagadás); A+0=A; A*0=0; A+1=1; A*1=1; -(A+B)= (-A)*(-B); -(A*B)=(-A)+(-B) (de Morgan azonosság)

6/a. A vezérlőegység feladata és jelei, vezérlési pontok. Huzalozott és mikroprogramozott műveleti vezérlés. CISC és RISC processzorok.

A vezérlőegység feladata: a programban lévő utasítások alapján a teljes számítógép részegységeinek irányítása és összehangolása. Irányítja az áramkörök működését, biztosítja, hogy a megfelelő adatok a megfelelő helyen és időben rendelkezésre álljanak. Legfontosabb két regisztere: PC (Program Counter= Utasításszámláló) – a soron következő utasítás tárolóbeli címét tartalmazza. IR (Instruction Regiszter = Utasítás regiszter) – a memóriából kiolvasott utasítást tárolja.A vezérlőegység működése során vezérlőjeleket ad ki a teljes számítógép irányítására. Ezek lehetnek: belső vezérlőjelek: processzoron belüli részegységek működésének irányírása. Pl. ALU és regiszterek közötti adatátvitel. Külső vezérlőjelek: a processzoron kívüli egységek irányítása, processzor memória, a processzor és az input/output egységek közötti adatátvitelt, megszakításkezelést és a sínvezérlést irányítják.

Huzalozott és mikroprogramozott műveleti vezérlés: Általában az egyszerű utasítások huzalozottak, az összetettek mikroprogramozottak.Huzalozott műveleti vezérlés: a processzorba beépített hardver áramkörökkel irányítják a műveletvégrehajtás elemi lépéseit. RISC processzorra jellemző (gyors működés, de igen költséges)Mikroprogramozott műveleti vezérlés: az elemi tevékenységek sorrendjét egy tárolt szoftver, mikroprogram utasításai vezérlik. A vezérlőegységnek azt a részét, mely a műveleti vezérlést oldja meg, mikro-vezérlőnek nevezzük. A mikro-utasítások feladata az adat-utak engedélyezése/tiltása. Az utasítások két részből állnak: a következő mikroutasítás tárbeli címéből, és a vezérlési mezőből, mely az engedélyezett vezérlési pontokat határozza meg. (CISC processzorok – hatékonyabb lehetőséget nyújt a rendszer fejlesztésére, illetve olcsóbb). A műveleti vezérlés lehet: horizontális mikroutasítás: egy vezérlési mezőt és a következő mikroutasítás címét tartalmazza. A vezérlési mező minden egyes bitje az áramkörök egy-egy vezérlési pontját állítja be. Úgy lehet megvalósítani, hogy programozható logikával rendelkeznek a műveleti vezérlést végző áramkörök. Vertikális mikroutasítás: itt a mikroutasítások csak egy-egy elemi művelet végrehajtását engedélyezik. Így a gépi kódú utasítás feldolgozása több mikroutasítás egymás utáni végrehajtását igényli.A mikroprogram automatikus végrehajtása mitt a mikrovezérlőben mikroutasítás számláló regiszterre is szükség van.

Kezdetben a szoftverfejlesztők állandóan bővítették a számítógépek utasításkészletét, így alakultak ki a komplex utasításkészletű (CISC) számítógépek. Bonyolult mikroprogram működés jellemezte, ez azonban a számítógép teljesítmény növelésének komoly korlátává vált. Ezért terveztek olyan architektúrát, melynél csak gyakori, egyszerű utasítások szerepelnek az utasításkészletben. Így jött létre a RISC

CISC processzorok RISC processzorokÖsszetett utasítások, melyek végrehajtása több gépi ciklust igényel

Egyszerű utasítások, melyek végrehajtása 1 gépi ciklus igényel

Bármely, erre alkalmas utasítás igénybe veheti a tárolót

Csak a LOAD/STORE utasítások fordulhatnak a memóriához

A futószalag (pipeling) feldolgozás kismértékű Erőteljes futószalag feldolgozásVáltozó hosszúságú utasítások Rögzített utasításhosszSokféle utasítás és címzési mód Kevés utasítás és címzési módBonyolult mikroprogram, egyszerű fordítóprogram

Bonyolult fordítóprogram, egyszerű mikroprogram

Kis számú regiszter Nagméretű regisztertárTárolóvédelem hardver úton Tárolóvédelem szoftver segítségével

7/a. A központi tár szerepe, áramköri megvalósítása. ROM és RAM áramkörök típusai. Dinamikus RAM belső felépítése. Átlapolt memóriakezelés.

Központi tár: a számítógép központi egységének főtárolója, az aktuálisan futó programfolyamatokhoz tartozó adatok és programok átmeneti tárolására szolgál.

ROM: csak olvasható memória, a számítógép kikapcsolása után is megőrzi tartalmát. (BIOS) Vannak hagyományos ROM-ok: tartalmát gyártáskor határozzák meg, később nem módosítható. Programozható ROM: tartalmát egyszer, vagy bizonyos esetekben többször is megváltoztathatjuk. Típusai: PROM: programozható ROM, a felhasználó egyetlen alkalommal írhat bele adatot vagy programot. Utána már nem változtatható. EPROM: az adatokat elektromos töltés formájában őrzi meg. UV fénnyel törölhető vagy újraírható. EEPROM: szintén újraprogramozható, törléséhez egy elektronikus impulzusra van szükség. Drágább az előzőekhez képest. Flash memória: az EEPROM egy speciális típusa, törlése és újraprogramozása blokkonként történik (pen-drive, memóriakártya).RAM: írható, olvasható memória, tartalmát kikapcsolás után elveszíti. Típusai: Statikus RAM (SRAM): az adatokat félvezető memóriában (flip-flop) tárolják. Állapotuk addig fennmarad, amíg nem módosítják újabb beírással, vagy a tápfeszültség meg nem szűnik. (Nem kell frissíteni, ciklusideje megegyezik az elérési idővel, nagyon gyors, de drága.)A statikus RAM-on belül megkülönböztetjük a szinkron SRAM, aszinkron SRAM, PBSRAM. Dinamikus RAM: tartalma adott időn belül megsemmisül, ha nem frissítjük. Frissítés memóriakiolvasást jelent. Kiolvasás után szüksége van egy feléledési időre, ezért ciklusideje kb. a hozzáférési idő kétszerese. Lassabb, de olcsóbb mint a SRAM. Elérési, hozzáférési idő: az adat kiolvasásának megkezdése, és a kimeneten való megjelenése között eltelt időtartam. DRAM típusok: 1. SDRAM: ez szinkron DRAM, 2. DDR SDRAM: duplázódik az adatátviteli arány, a memóriabusz frekvenciájának növekedése nélkül.

Dinamikus RAM belső felépítése: A DRAM mátrix szervezésű, azaz oszlopokból és sorokból épül fel, melyek metszéspontjában található egy memóriacella. A memóriacellában az információt egy elemi kondenzátor tárolja. A memória címzése két lépcsőben történik. Először a mátrix egy sorát címezzük meg, utána a sorból kiválasztjuk az adott oszlophoz tartozó cellát.

Átlapolt memóriakezelés: a memóriát egymástól függetlenül címezhető és olvasható részekre, memóriabankokra osztjuk fel. A processzor a memóriát általában folyamatosan olvassa, a 0.-ik memóriabankból kiolvasott adat hozzáférése alatt az 1 memóriabankban lévő következő címen lévő adat már megcímezhető, az adatok kiolvasása így kb. kétszeres sebességgel történik.

8/a. Gyorsító (cache) tárak feladata és működési elve. Cache tárak felépítése és típusai. Helyettesítési és adataktualizálási stratégiák.

Gyorsító tárak: Az adatáramlás folyamatosságának biztosítására, pufferelési céllal, az egyes tárolási szintek közé (központi tár – processzor, központi tár - háttértár) gyors működésű cache tárak lettek beiktatva. Az utasítások és adatok átmeneti tárolására szolgál.Működése: Ha a processzor a központi tár egy rekeszét kívánja olvasni, akkor a cache vezérlője bemásolja a kívánt és lokalitás elve alapján szükséges főtár rekeszeket a gyorsító tárba. Ha a lokalitás elve igaznak bizonyul, akkor a processzor sokkal gyorsabban jut a kívánt információhoz. Főtár helyett a cache tárból olvas. (Lokalitás: időbeli: ha egy adatra, utasításra hivatkozás történik, akkor az nagy valószínűséggel újra megtörténik. Helyi lokaliatás: ha egy adatra, utasításra hivatkozás történik, akkor nagy valószínűséggel a környezetében lévő címekre is megtörténik.)A cache tárolót közvetlenül beépíthetik a processzorba, vagy azon kívül is elhelyezhetik. A beépített tárolót L1, azaz első szintűnek nevezik, a kívülit L2-nek hívják.Cache HIT: találatot jelent, vagyis a processzor olyan adatot igényel, mely megtalálható a cache-ban.Cache MISS: tévesztésről beszélünk, vagyis az igényelt adat nincs benne a cache-ban.

Felépítése: Toldalék (tag): Egyrészről tartalmazza a főtárból bemásolt blokkra vonatkozó címinformációkat, illetve itt kerül bitenként kódolva a cache blokk adataira vonatkozó érvényességi információk. Adatrész: tartalmazza a főtárblokk másolatát, vagy a processzor által már módosított főtárblokkot.Típusai: Teljesen asszociatív cache: egy főtárbeli blokk a cache bármelyik sorába bemásolható, a blokk címe (sorszáma) bekerül a cache toldalék részébe. Ha a processzor egy adatot keres a cache-ban, akkor az adat memóriacíméből képzett blokksorszámot összehasonlítja a cache-ban lévő blokkok sorszámával. Az összehasonlítás minden sorra azonos időben történik, így nagyo gyors a visszakeresés.Közvetlen leképezésű: a cache tárolóban egy memóriablokk csak a cache egy konkrét sorába kerülhet. A blokk helyét a cache-ben a memória blokksorszám alsó 8 bitje adja. Amikor a processzor egy adatot keres a cache-ban, akkor a virtuális, vagy fizikai memóriacímből előállított sorindex alapján kijelöli a keresett sort, majd a felső 20 bitet (lapsorszámot) összehasonlítja a cache-beli lapsorszámmal (tag).Csoport asszociatív cache: a tárolótípus átmenetet képez a teljesen asszociatív és a közvetlen leképezésű cache tárolók között. A tároló sorai csoportokra van osztva, így minden egyes csoport teljesen asszociatív tárolóként működik, ugyanis a csoport bármely sorába bekerülhet a blokk, ezt a helyettesítési algoritmus határozza meg.

Helyettesítési és adataktualizálási stratégiák: Helyettesítés: HA egy új főtárblokkot kell másolni a cache-ba, akkor el kell dönteni, hogy a cache melyik sorában lévő már régebben bemásolt blokk adatait lehet felülírni. Erre a legelterjedtebb az LRU stratégia (a legrégebben használt blokk adatai kerülnek felülírásra).Aktualizálás: ha a processzor egy műveletvégrehajtás során megváltoztat egy adatot a cache-ben, akkor igen rövid időn belül a főtár tartalmát is módosítani kell. (a 2 memóriatartalomnak azonosnak kell lenni)Közvetlen átírás: a gyorsítótár írásával együtt megtörténik a főtár írása is. Hatékonyságot íráspuffer segítségével javíthatjuk. Visszaírás: a gyorsítótárban módosított adat csak akkor kerül visszamásolásra a főtárba, ha a cache-nek a módosított adatot tartalmazót sorát felül kell írni egy főtárból bemásolandó újabb blokkal.

9/a. Virtuális tárkezelés fogalma és legfontosabb eljárásai. (lapozás és szegmentálás, a virtuális cím leképezése, TLB, lapcsere stratégiák)

Lényege, hogy az operációs rendszer felbontja a megindított programot lapokra és megszámozza a lemezen elfoglalt helyüket egy laptáblázatban. A lapok csak egy részét másolja be az operatív memóriába. A fordítóprogram úgy látja, mintha rendelkezésre állna a teljes címzési kapacitásnak megfelelő, folytonosan címezhető memória. Ez a memória a virtuális memória. A virtuális tár blokkjai akkor kerülnek bemásolásra a főtárba, ha valamilyen programutasításban hivatkozás történik az adott blokkban található címre és az nem található meg még a központi memóriában. Fontos szerepe van annak, hogy milyen lapokat másolunk át a főtárba. Ehhez nyújt segítséget a lokalitás elve (mivel a programok nem ugrálnak össze-vissza, így nincs szükség arra, hogy a teljes programkódot a memóriában tartsuk) és a gyakoriság elve (a programrészek között nagy eltérések lehetnek abból, hogy a programvégrehajtás során milyen gyakran van rájuk szükség).

Lapozás: a programok nem egyforma memóriaterületet igényelnek, ezért a folyamatokat (programokat) és a rendelkezésre álló memóriaterület egyforma és viszonylag kisméretű egységekre, lapokra osztják. Értelme: hogy nincs szükség összefüggő szabad memóriaterületre, elegendő, hogy összességében legyen annyi hely. Laptábla: mivel a folyamatok nem folytonosan helyezkednek el a memóriában, ezért nyilván kell tartani, vagyis az egyes részek hol helyezkednek el.

Szegmentálás: a virtuális tár olyan blokkokból áll, melyeknek mérete nem rögzített, akkor ezeket a blokkokat szegmenseknek, a virtuális tárkezelésnek ezt a formáját szegmentálásnak nevezzük. Előnye, hogy rugalmas, több programfolyamat közösen használhat szegmenseket. Hátránya, hogy a nagyméretű szegmensek cseréje ronthatja a hatékonyságot.

Virtuális cím leképezése: lapozásnál a virtuális cím hasonlóan épül fel mint a szegmentálásnál, azaz a lap sorszámát és a megcímzett bájtnak a lap kezdetétől számított relatív címét tartalmazza.

TLB: a leggyakrabban használt lapok adtainak tárolására szolgál, a processzor és a cache tároló között helyezkedik el.

Lapcsere stratégiák: lapcsere akkor következik be, ha a processzor számára szükséges lap nincs a főtárban. Az operációs rendszer be tud avatkozni, hogy minél kevesebb laphiba alakuljon ki. Több lapcsere algoritmus létezik:Optimális: azt a lapot kell lecserélni, melyre a legkésőbb lesz szükség. Probléma: előre kell tudni, hogy milyen sorrendben hivatkozunk a lapokra.FIFO: azt a lapot kell cserélni, amelyik a legrégebben van a memóriában. Probléma: lehet, hogy még mindig használjuk. (First In First Out)LRU (legrégebben használt): azt kell cserélni, amelyet a legrégebben használtuk. Ez hardver támogatás segítségével oldható meg, hiszen nyilván kell tartani a hivatkozás időpontját is, adminisztrációs terhek nőnek. (virtuális tárkezelésnél ezt alkalmazzák) (Last Recently Used)SC (második esély): a lecserélendő lapok közül azt választjuk, amely az előző lapcsere óta nem módosult vagy nem hivatkoztak rá. (Secound Chance)

10/a. Az adatrögzítés elve a mágneses háttértárolókon. A merevlemez fizikai felépítése (szektor, sáv, cilinder) és logikai felépítése (klaszter, FAT, boot szektor). A merevlemezes egység teljesítmény jellemezői (elérési idő, adatátviteli sebesség.

A számítógépek kezdete óta többféle háttértár típust fejlesztettek ki, mindegyik célja az, hogy olyan mennyiségű adatot tudjon tárolni ami meghaladja az operatív tár méretét, és nem veszíti el tartalmát a tápfeszültség megszűnésekor. Másik fontos dolog, hogy a virtuális tár kezelésére és adatok tárolására is alkalmas legyen. A jelenlegiek közül a legjelentősebb mágneslemezes tároló a winchester. Hasonlóan működnek a hajlékony lemezes floppy lemezek, cserélhető merevlemez. Különbség csak az adatbiztonság, adatátviteli sebesség, hordozhatóság terén van.

Fizikai felépítése: egy mágnesezhető réteggel ellátott lemezt a meghajtó olyan sebességgel forgatja, hogy az író-olvasó fejek nem érnek hozzá a koronghoz, hanem pár mikron távolságra vannak attól. A lemez felülete koncentrikus körökre (sávokra) van osztva, az egymás alatt lehelyezkedő sávokat cilindernek nevezzük, a lemez felülete körcikk szerűen szektorokra van osztva. A szektor és sáv metszete adja a legkisebb átvihető adatmennyiséget a blokkot. A blokk címzéséhez meg kell adni a lemezoldal, sáv és szektor számát.

Klaszter: Mivel a blokkok gyakran kicsinek bizonyulnak , agy az operációs rendszer számára a legkisebb egység a több blokkból álló fürt, vagyis a klaszter. FAT: a lemezek állománykezelési táblázata szolgál arra, hogy az operációs rendszer nyilvántartsa és

nyomonkövesse azt, hogy a lemez mely szektorai szabadok vagy foglaltak.Boot sector: a bootsector mindig az aktuális meghajtó, vagy partició első sor, első szektorában

helyezkedik el. A bootszektorban tárolt kis program az aktuális operációs rendszert olvassa és tölti be a memóriába. Merevlemeznél pontosan meg kell határozni a bootszektort, az úgynevezett master boot record (MBR) helyét, mert bármelyik partíció tartalmazhat bootszektort.

A merevlemezes egység teljesítmény jellemezői nagy átviteli sebesség: kb. 480-970 Mbit/snagy kapacitás: 200 Gb – 1 TBlassú elérési idő: 8-9 ms

11/a. Megszakítási rendszer (megszakítások típusai, a megszakítás kiszolgálása, vektortáblázat) és alkalmazásai. A megszakítás-vezérlő feladta.

A megszakítási rendszer feladata, a számítógép különböző részegységek működésének összehangolása. A számítógépes programok végrehajtása során felléphetnek olyan események, amelyek kezelése csak az utasítás-végrehajtás menetének átmeneti felfüggesztésével lehetséges. A megszakítás bekövetkezhet: meghatározott programhibák esetén (program 0-val akar osztani), meghatározott műveletek befejezésekor (a bekövetkezésre számítani lehet, de nem tervezhető az időpont), szándékosan (programvezérelt módon), teljesen véletlenszerűen és váratlanul (hardverhiba, áramkimaradás).A megszakító események típusai: 1. külső eredetű megszakítás - Interrupt (pl. I/O eszköz adatátviteli igényének jelzése); 2. utasítások szabályszerű végrehajtását megakadályozó kivételek. – Exception. A program futását átmenetileg felfüggesztő események: 1. maszkolható: olyan esemény, amelynek megszakítási igénye átmenetileg letiltható. (engedélyezés, tiltás regiszterrel), 2. nem maszkolható: az esemény megszakítási igénye nem tiltható (súlyos hardverhibák). Megszakítások, kivételek kiszolgálása: a megszakításokat vektoros módon dolgozzák fel, vagyis a megszakítás-kérelem a megszakítás-kiszolgáló rutin kezdőcímét egy vektor elemeként azonosítja a processzor számára. A vezérlő egy sorszámot ad át a processzornak, amely a memóriában található vektortáblában kijelöli a kiszolgáló rutin címét. Lépései: Hardver által: 1. az eszközvezérlő jelzi a processzornak a megszakításkérelmet (INT jel), 2. a processzor visszaigazolja az elfogadást (IACK jel), 3. az eszközvezérlő a sínre küldi a megszakítási vektor elemének sorszámát, 4. a processzor ezt a sorszámot tárolja, 5. a processzor elmenti a verembe az utasításszámláló és az állapotregiszter tartalmát, 6. a processzor betölti az utasításregiszterbe a 3-as alapján a megszakításkiszolgáló rutin kezdőcímét és megkezdődik a végrehjatás. Operációs rendszer által: 1.megszakított program adatainak elmentése a verembe, 2. megszakítás okának behatárolása, 3. kiszolgáláshoz szükséges adatok összegyűjtése, 4. megszakítást okozó esemény kezelése, 5. megszakított program adatainak visszatöltése, 6. megszakításkiszolgáló rutin befejezésének jelzése. Hardver által: az elmentett állapot és utasításszámláló regiszter tartalmának visszatöltése és a megszakított program folytatása.

Megszakítás-vezérlő feladata: a számítógépek megszakítás vezérlő egysége végzi a megszakítás kiszolgáláshoz szükséges legfontosabb hadrver feladatokat. 1. fogadja a megszakításkérő vonalakon a megszakításkérelmeket; 2. vizsgálja, hogy az igényelt megszakítás nincs-e maszkolással letiltva; 3. az INT vezetéken keresztül közli a processzorral a megszakítás kérését, 4. ha az IACK vezetéken keresztül a processzor jelzi, hogy kész a kérés fogadása, akkor a megszakítás vezérlő átadja a processzornak a megszakításhoz tartozó megszakításvektor címét.

12/a. Az I/O adatátvitel típusai. A közvetlen memória hozzáférés (DMA) lényege és végrehajtása. A DMA-vezérlő regiszterei és működése.

Ha az adatátvitel fizikailag bitenként történik akkor soros adatátvitelről, ha egyszerre több vezetéken több bitet továbbítunk akkor párhuzamos adatátvitel. Párhuzamos adatátvitel: gyorsabb a sorosnál, és drágább, ezért csak a számítógép közelében elhelyezhető perifériák csatlakozására használatos, illetve a készülékek belsejében elhelyezkedő részegységek, lemezmeghajtók összekapcsolására használják. A mikroszámítógépes rendszerekben a párhuzamos adatátvitel lehet: megszakításos, közvetlen tároló hozzáféréses (DMA), valamint a programozott I/O átvitel.Soros átvitel: ilyenkor az információs biteket egyenként, sorban egymás után visszük át. A soros átvitel lehet szinkron: az egymást követő jelek ütemezetten, órajellel vezérelve, szinkronizáltan követik egymást. Az adatátvitel blokkos formában történik. Aszinkron átvitel: itt a karakterek ütemezés nélkül követik egymást, az átvitt bitek mennyisége változó is lehet. A start/stop bitek miatt a jelsorozat az információtartalom szempontjából felesleges jeleket is tartalmazhat.

Közvetlen memória hozzáférés esetén (DMA= Direct Memory Access): közvetlen adatátvitel jön létre a memória és az I/O egység között, a CPU igénybevétele nélkül.A közvetlen memória hozzáférés lényege, hogy a processzor egy I/O művelet végrehajtásához szükséges információkat átadja egy a processzortól független DMA vezérlőnek. Ezek után az adatátvitelt a memória és az I/O eszközök között a DMA vezérlő önállóan irányítja és látja el. Adatátvitel közvetlen memória hozzáférésnél úgy történik, hogy a CPU, az I/O egység és a memória közös buszra van kapcsolva, agy a CPU és az I/O egység azonos ciklusban nem férnek hozzá a memóriához. Ezért a CPU és DMA vezérlő között meg kell osztani a sín használatát.

DMA vezérlő regiszterei: az adatátvitel állapotának nyilvántartására a DMA egy címregisztert és egy számlálóregisztert alkalmaz, melynek tartalma minden egyes átvitt adat után aktualizálásra kerül. Címregiszter: mindig az átvitelben szereplő memóriarekesz címét tartalmazza. Számláló regiszter: az átvitel elején a szavak számát tartalmazza, értéke az átvitel során csökken. Állapotregiszter: a DMA vezérlő állapotával kapcsolatos információkat tárolja. Módregiszter: az adatátvitel irányára vonatkozó információkat tartalmazza. Maszkregiszter: az egyes DMA átvitelt kérő vezérlővonalak letiltását tartalmazza.Működése: 1. a processzor ellenőrzi a perifériát, hogy tudja-e fogadni az átvitelt, ezt követően a DMA vezérlő részére átadja az átvitel paramétereit. 2. a DMA buszfoglalási kérelmet jelez, a processzor visszajelez. 3. a DMA masterként lefoglalja a buszt, végrehajtja az átvitelt. 4. a DMA jelzést küld megszakítással a processzornak az átvitel befejezéséről. 5. a processzor ellenőrzi a végrehajtás hibátlan megtörténtét és a buszengedélyt megszünteti.

13/a. A sín (busz) feladata, logikai felépítése, típusai. Sínvezérlés (szinkron, aszinkron). Master és slave eszközök. Buszarbitráció (soros és párhuzamos sínfoglalás).

A sín feladata: a számítógép részegységei közötti kommunikációs kapcsolatokat biztosítja. Előnye: új eszköz könnyen csatlakoztatható. Hátránya: a sávszélesség korlátozott, különböző sávszélességű eszközöket kell kezelni.A sínrendszer logikailag 3 részre bontható: 1. Címsín: a címek átvitelét biztosítja. A processzor címkezelésének megfelelően 32 vagy 64 címvezetéket tartalmaz. 2. Adatsín: az adatok átvitelét biztosítja, szélessége 32 vagy 64 bit. 3. Vezérlősín: a számítógép részegységei között a vezérlőinformációk adatátvitelét biztosítja. Vezérlő Információk: I/O eszközöket vezérlőjelek, megszakítási rendszerhez tartozó vezérlőjelek, DMA vezérlőjelei, Sín-vezérlőjelek, Szinkronizációs jelek.Sínrendszer típusai: belső sínrendszer: a processzor részegységeit kacsolja össze, órajele a processzorral megegyező. Külső sínrendszer: a processzort közi össze a számítógép különböző részegységeivel. A külső buszrendszer sebességét a processzor órajelének osztásával határozzuk meg. A külső sínrendszer lehet: helyi sín (a processzorhoz közvetlenül csatlakozó rendszerelemeket közi össze.), Rendszersín (I/O eszközök csatlakozásához), I/O eszközök saját sínrendszere, Számítógéprendszerek közötti buszok.

Sínvezérlés: az adatátviteli vezérlésnek két formája lehet. Szinkron sínvezérlés: az eseményeknek rögzített időpontjaik vannak, sínen kommunikáló eszközök azonos órajellel ütemezettek. Az adás-vétel mindig azonos sebességgel történik, nincs kapcsolatfelvétel és visszaigazolás. Aszinkron sínvezérlés: az események tetszőleges időpontban bekövetkezhetnek. A sínre csatlakozó eszközök együttműködéséhez kapcsolatfelvétel és vétel visszaigazolási eljárás szükséges.

Master és slave eszközök: A sínt egy időben csak egy eszközpát használhatja. A kezdeményező eszköz a master, a másik passzív eszköz a slave. Master-slave munkamegosztás: a master elindít és befejez egy busztranzakciót, címet küld a slave-nak. A slave válaszol az igényekre és címekre, és a sínre teszi illetve elfogadja az adatokat.

Buszarbitráció: Ha egyidejűleg több aktív (master) eszköz is igényelheti a sín használatát, akkor valamilyen eljárással el kell dönteni, hogy melyik eszköz lesz jogosult a sín használatára. Statikus módszer szerint a buszhasználat megosztását időosztással végezhetjük el, vagyis minden master eszköz meghatározott időszeletre kapja meg a buszhasználat jogát. Hatékony, ha a masterek adatátviteli igénye közel azonos. Dinamikus módszer: csak azok a masterek kapnak akik igénylik.A busz arbiter egy olyan hardveregység, mely a sínfoglalási kérelmet fogadja, elbírálja és visszaigazolja. A busz arbitrációt busz arbiterek száma alapján is csoportosíthajtuk: soros, párhuzamos, a kettőkombinációja. Soros sínfoglalás: az eszközök sorba vannak kötve, és sorrendjük határozza meg a prioritásukat. Párhuzamos sínfoglalás: minden eszköz önálló kérő és engedélyező vezérlővonallal rendelkezik, a sínvezérlés prioritás szerint engedélyezi a használatot.

14/a. Az I/O eszközvezérlők, interfészek feladata, regiszterei, címzése. Soros és párhuzamos port és adatátvitel. Az adó és vevő szinkronizálása.

Az I/O eszközök és a processzor kapcsolatát az eszközvezérlőkben található regiszterek biztosítják. Minden egyes eszközvezérlő funkcionálisan legalább a következő típusú átmeneti tárolókat tartalmazza: parancs (command) regiszter (az eszközvezérlő által végrehajtandó műveletekhez szükséges információkat tárolja), állapot regiszter (az eszközvezérlő az I/O eszköz aktuális állapotára vonatkozó információkat tárolja), az adatkiírás illetve beolvasás pufferregiszterei (a folyamatban lévő I/O műveletek adatait tárolják).A processzor az eszközvezérlőket két módon címezheti: közvetlen I/O utasításokkal (ekkor az I/O utasítások a processzor utasításkészletében szerepelnek - CISC), közvetett módon (a címzés úgy történik, mintha az I/O eszköz tárolója a főtár része lenne – RISC).Interfész feladata: két funkcionális egység összekapcsolhatóságát és együttműködését biztosító előírások összessége. A számítógép a hardver eszközökhöz vezérlő és illesztő (interfész) áramkörökön keresztül csatlakozik.

Port illesztő: olyan interface, mely a perifériális eszközökkel tartja a kapcsolatot, biztosítja a szabványos csatlakozást a CPU és a perifériális egységek között a rendszersín közbeiktatásával. Az adatátvitel lehet soros port (általános célú kommunikációs port, az adatbitek a vezetéken egymás urán kerülnek átküldésre. ), párhuzamos port (párhuzamos működésű. Általában a nyomtató csatlakoztatását oldja meg. A vezeték nem haladhatja meg az 5 métert.).A soros port adatátvitele lehet szinkron átvitel: (egymást követő jelek ütemezetten, órajellel vezérelve, szinkronizáltan követik egymást. Az adatok átvitele blokkos formában történik.), aszinkron átvitel: (itt a karakterek ütemezés nélkül követik egymást, az átvitt bitek mennyisége változó is lehet.)

Adó és vevő szinkronizálása: az átvitt bitsorozatot használjuk fel az adó és vevő órajelének összehangolásához, szinkronba hozásához. Ez azt jelenti, hogy előírunk egy speciális bitsorozatot, amit szinkronizáló jelnek nevezünk, feladata az adó és vevő működésének szinronizálása, az órajelképzés időbeli összehangolása.

15/a. Monitorok típusai, paraméterei, működési elve. A monitorvezérlő kártya feladata, felépítése, jellemzői (felbontás, színmélység, képmemória mérete) és működése.

A számítógép legfontosabb kiviteli egysége a monitor. A régebbi monitorok fekete-fehérek (monokróm) volt, ma már csak színeset gyártanak. 3 főbb fajtája van:1. A CRT monitorban: egy katódsugárcső található, elektronágyúval az egyik végén, foszforral bevont képernyővel a másik végén. Az elektronágyú elektronnyalábot lő ki, ezt elektromos térrel térítik el. Az elektronnyaláb a foszforborításba ütközik és felvillan, majd elhalványodik. Ha elég gyorsan követik egymást az elektronnyalábok, akkor ez 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 még monokrómok voltak.2/a. LCD: két, belső felületén mikronméretű árokkal ellátott átlátszó lap közé folyadékkristályos anyagot helyeznek, mely nyugalmi állapotába igazodik a belső felület által meghatározott irányhoz, így csavart állapotot vesz fel. A kijelző első és hátsó oldalára egy-egy polárszűrőt helyeznek, mely a fény minden irányú rezgését csak egy meghatározott síkban engedik tovább. A csavart elhelyezkedésű folyadékkristály a rá eső fény rezgési síkját elforgatja. Ha hátul megvilágítják a panelt, akkor a hátsó polarizátoron átjutó fényt a folyadékkristály elforgatja. A fény az első szűrőn átjut és világos képpontot kapunk. Ha a kristályokra feszültséget kapcsolunk, nem forgatják el a fényt, az eredmény fekete képpont. A polárszűrő elé már csak egy színszűrőt kell helyezni.2/b. TFT: folyadékkristályos technológián alapul. Minden egyes pixele egy saját tranzisztorból áll, mely aktív állapotban képes megjeleníteni egy világító pontot. 3. PDP: (Plazma Display Panel) monokróm típusát Gábor Dénes kutatásai alapján készítették el. Működése az LCD-nél is egyszerűbb. A három alapszínnek megfelelő képpont fényerejét szabályozni lehessen. A CRT-hez hasonlóan látható fényt sugároznak ki, ha megfelelő hullámhosszú energia éri őket. A neon és xenon gázok keverékének UV sugárzással kisért ionizációs kisülése készteti a képpont anyagát színes fény sugárzására. Minden egyes képpont egymástól függetlenül vezérelhető, ezért villódzásmentes.Paraméterek: képátló, képarány: a kijelző oldalhosszúságainak aránya (4:3), kontraszt: részletgazdagság, válaszidő: ezredmásodpercben (ms) mért időegység, az az idő amennyi egy képpont fényereje megváltozásához kell, max felbontás, megjeleníthető színek: általában 16,7 millió, látószög: a monitor milyen szögből látható, optimális felbontás.

Monitorvezérlő kártya (videokártya) feladata: A lehető legkevesebb áramkört tartalmazzák. 3 fő részből áll: a videochip: azokat a jeleket alkotja, amelyek a monitoron képek formájában megjelennek; RAM: a kártya teljes képre emlékezzen minden egyes pillanatba, ne csak részre; digitál/analóg konverter: digitális jelből állít elő analóg jelet. A katódsugárcsöves monitorok hagyományos analóg jelekkel dolgoznak.

16/a. Analóg és digitális hírközlési csatornák jellemzése (kapacitás, zajok hatása), átviteli közegek. Vonalak megosztásának módszerei. Digitális jelek kódolása. A paritásbit és a CRC. Modemek feladata. ISDN, ATM, DSL technológiák.

Hírközlési csatorna: olyan berendezés vagy közeg, melynek célja, hogy információt juttasson el az adótól a vevőig. Digitális és analóg csatornák vannak. Analóg csatorna: sávszélesség analóg rendszerek esetén: egy adott analóg jel max. és minim. frekvenciájának a különbségét értjük alatta. A sávszélesség az a frekvenciasáv (rezgésszám tartomány) melyen belül a csatorna a rezgéseket lényeges torzítás nélkül átviszi. Emberi beszéd alsó frekvenciája 300Hz, felső frekv. 3400Hz, így a sávszélesség 3400-300= 3100= 3,1 kHz.Digitális csatorna: több szempontból is jobb az analógnál. 1. nagyon kicsi a hibaaránya, tökéletesen hely-reállíthatóak, és nem lép fel halmozódó hiba. 2. különböző típusú adatok – hang, zene, kép – vihető át. Adatátviteli sebességükkel jellemezhetjük, vagyis az időegység alatt átvitt bitek számával. Mérése: bit/s. Az átvitelt jellemezhetjük a felhasznált jel értékében 1 másodperc alatt bekövetkezett változások számával is, ez a jelzési sebesség, vagy baud. A digitális kommunikációs rendszerek célja, hogy 1 digitális forrásból érkező üzenetet továbbítsanak térben és időben egy adott célállomásra olyan gyorsan és pontosan, ahogy az csak lehetséges.Zaj: ideális csatorna a zajmentes csatorna lenne, azonban a csatornák mindig zajosak. Zaj minden olyan jelenség amely a hírközlő csatornában megtámadja a hasznos információt, vagyis a kilépő jel nem mindig felel meg a belépő jelnek. A zaj csökkenti a kommunikációs csatornán átvihető információmennyiséget, azaz csökkenti a csatorna kapacitását. Zajok csoportja: rendszertorzítás (kiküszöbölhető), csatorna vagy csőzaj (nem szüntethető meg).Átviteli közeg: csavartérpár (UTP, STP), koaxális kábel, üvegszálas kábel. Vezeték nélküli: infravörös, lézer, rádióhullám, műholdas átvitel.

Vonalak megosztásának módszerei: Az információcseréhez két végpont közötti összeköttetést biztosító vonalra van szükség. Egy vonalon több csatorna is kialakítható, így gazdaságosabb a kihasználás, sok esetben két végpont között nincs folyamatos információcsere. Módszerek: 1. Multipexeléses: olyan eljárás, melynek során egy adatvonalat előre meghatározott, rögzített módszer szerint elemi adatcsatornákra osztunk. Van frekvenciaosztásos, időosztásos. 2. Üzenet és csomagkapcsolási módszerek: számítógépes hálózatok. A maximális vonal kihasználás érdekében az információt kisebb adagokra bontják, ezek átvitele egymás után történik. A vevő oldalon a darabokat össze kell rakni, de a sorrend helyes összerakásáról gondoskodni kell. Adó és vevő között nincs előre kiépített út. 3. Vonalkapcsolás: az adatvezetékeket nem egy adóhoz és egy vevőhöz rendelik, hanem a kommunikáció szükséglete szerint kapják meg a felek. Adó és vevő közötti utat ki kell alakítani. Menete: összeköttetés, adatátvitel, kapcsolat bontása.

Digitális jelek kódolása: Minden bitet értékétől függően két feszültségszinttel ábrázoljuk. Az 1 állapot MARK, a 0 állapot a SPACE. 1. NRZ kódolás: mindig az a feszültség van a vonalon, amit az ábrázolt bit határoz meg. 2. HDB3: (Nagy sűrűségű bipoláris 3): hasonlít az NRZ-hez de szimmetrikus egyenfeszültséget használ. 3. PE Manchester kódolás: a jel-átmenet ugrás jelképezi a biteket, és az ugrás irányának is jelentősége van.

Paritás bit: paritásvizsgálat: a karakterkódok ellenőrző, hibajelző bitje. A paritásbit értéke 1, ha a karakterben a bitek között páros számú az 1-es bitek száma, és 0, ha ez a szám páratlan. Többszörös hibát nem tud felismerni. CRC: (Cyclic Redundancy Check): csoportos bithibák felismerése:

Modemek feladata: a bemenetére adott bináris jelet analóg jellé alakítja, illetve az analóg jelből visszaállítja a bináris jelet. ISDN: digitális jelet vivő hálózat, a meglévő analóg vonalat használja új digitális központok használatával. ATM: aszinkron adatátviteli mód. Változó sebességű adatátvitelre tervezték. DSL: asszimetrikus adatfolyamot továbbít, a két irány sávszélessége különbözik.

17/a. A számítógép-hálózatok architektúrája, az OSI modell (rétegek, protokollok, rétegszolgálatok). A TCP/IP protokoll (feladata, rétegei, információ-áramlás, címzés, útválasztás).

Hálózati architektúra: a rétegek és rétegprotokollok halmazát nevezzük hálózati architektúrának. Egy számítógépes hálózat egymásra épülő rétegekből (layer) vagy szintekből (level) áll. A hálózati kapcsolatnál az egyik gép valamelyik rétege a másik gép ugyanilyen szintű rétegével kommunikál. Minden egyes réteg az alatta levő rétegnek vezérlőinformációkat ad át egészen a legalsó rétegig. A protokoll: egy adott kapcsolatnál használt szabályok és megállapodások összessége. Réteginterfész: a szomszédos rétegek között húzódik, az alsóbb réteg által a felsőnek nyújtott elemi műveleteket és szolgálatokat határozzák meg. OSI modell: 1. Alkalmazás (Application): a hálózati felhasználói kapcsolatok megoldásainak megvalósítására. 2. Megjelenítés (Presentation): feladata az adatok egységes kezelése, az adatok tömörítése, tikosítása, az egyetlen amely az üzenet tartalmát megváltoztathatja. 3. Viszony réteg (Session): lehetővé teszi, hogy két számítógép kapcsolatot létesítsen egymással. 4. Szállítási (Transport): feladata a végpontok közötti hibamentes átvitel biztosítása, összeköttetések felépítése és bontása, csomagok sorrendhelyes elhelyezése. 5. Hálózati (Network): a kommunikációs alhálózatok működését vezérli. Feladata az útvonalválasztás. 6. Adatkapcsolati (Data Link): feladata a hibátlan adatátviteli vonal biztosítása a kapcsolatban lévő gépek között. Az adatokat adatkeretté tördeli, továbbítja, nyugtázza. 7. Fizikai kapcsolat (Physical): a bitek kommunikációs csatornára bocsátásáért felelős. Az 1, 2 a felhasználói alkalmazás, a 3, 4, 5 az operációs rendszer, a 6, 7 a hardver része.Rétegszolgálat: a rétegek közötti kommunikáció a szolgálatok segítségével valósul meg. Mindig két szomszédos réteg között található. A szolgálatok típusai: 1. összeköttetés alapú: felépítjük a kapcsolatot, használjuk, bontjuk. 2. összeköttetés mentes: az információ csomagokban jut el az adótól a vevőig, a csomagok a vevő címét is tartalmazzák.

TCP/IP protokoll: feladat a számítógép hálózat két tetszőleges csomópontja közötti adatátvitel biztosítása. TCP: az Internet szállítási rétege, IP az Internet hálózati rétege. Rétegei: alkalmazási szint (a felhasználói és a hálózati kapcsolatot biztosító programok), hoszt-hoszt réteg: az OSI szállítási rétegének felel meg. Hálózatok közötti: OSI hálózati rétegnek felel meg, Hálózati elérés: a réteg biztosítja a kapcsolatot a csomópontok között.Útvonalválasztás: a csomagkapcsolt rendszerekben ez azt a folyamatot jelöli, amivel kiválasztjuk az útvonalat (path), amin a csomagot továbbküldjük, és az útvonalválasztó (router) az a számítógép, amely ezt végrehajtja. Címzés: a gépek egyedi azonosítására szolgál, 3 részre osztották: a cím osztálya, hálózat azonosító, gép azonosító.

18/a. Lokális hálózatok szabványos megvalósítása (Ethernet, vezérjeles sín, vezérjeles gyűrű): protokollok, közeg hozzáférési módszerek, átviteli közegek, fizikai egységek.

Egymással szoros kapcsolatban lévő számítógépek rendszere. A hálózatok célja: erőforrás megosztás, terhelés megosztás, nagyobb megbízhatóságú működés, költségmegtakarítás, adatbázisok elérése, kommunikációs közeg kialakítása.

Fizikai egységek: 1. Adapterkártya (hálózati kártya): tartalmazza a logikai kapcsolatvezérlést, és a közeg hozzáférést vezérlő funkciókat megvalósító hardvert és firmwaret. 2. Kábelrendszer: a hálózatban lévő eszközök összekapcsolása (sodrott érpár, koaxális kábel, optikai kábel). 3. Koncentrátorok erősítők: a hálózati jelen erősítése és elosztása, a hálózatban lévő eszközök egy központi helyen kerüljenek összeköttetésbe egymással. (HUB: az egyik portjukon vett keretet bitről bitre átmásolják a másik portjukra. Bridge: az egyes hálózati részek forgalmának elválasztása a feladata. Switch: a bridgeekhez hasonlítanak, különbség, hogy ez képes bármelyik két portját összekötni egymással a többi porttól teljesen függetlenül, ezáltal a maximális sávszélesség nem csökken. Router (forgalomirányító): két fő feladata van, meghatározza az elérési útvonalat, és továbbítja a csomagokat, azért, hogy az egymással nem közvetlen módon összekötött gépek kommunikálni tudjanak. Gateway: a legnagyobb rugalmasságot biztosítják, mivel két teljesen eltérő hálózatot lehet egymáshoz kapcsolni. Az átjáró minden átalakítást elvégez.)

Közeghozzáférési módszerek: 1. véletlen vezérlés: bátmelyik állomás használhatja, de az esetleges ütközésre fel kell készülni (Ethernet). Mielőtt egy állomás adni akar belehallgat a csatornába, ha a kábel foglalt, addig vár amíg az üressé nem válik. Ütközés esetén minden ütközést szenvedett állomásnak be kell fejezni az adást, véletlenszerű ideig várni, utána meg kell ismételni az egész eljárást. 2. osztott vezérlés: egy időpontban mindig csak egy állomásnak van joga az adatátvitelre, a jog állomásról állomásra halad. (Vezérjeles gyűrűs és sín). 3. Központosított vezérlés: van egy kitüntetett állomás mely vezérli a hálózatot, engedélyezi az állomásokat. A többi állomás figyeli mikor kap engedélyt.

Protokoll: 1. Ethernet (keretformátum): adó és vevő szinkronizálás; vezérjeles sín, vezérjeles gyűrű………………………………….

19/a. Az operációs rendszer erőforrás-kezelőjének feladata. A holtpont és kezelésének stratégiái. Biztonságos állapot. A szemafor használata a termelő–fogyasztó folyamatok esetében.

Az operációs rendszer erőforrás-kezelőjének feladata (Resource Manager): a rendszermag azon része, amely az erőforrás elosztásért és lefoglalásért felelős. Ha egy folyamat erőforrást igényel, az erőforrás kezelő dönti el, hogy a kérés kielégíthető-e. Gondoskodik az erőforrások hatékony, gazdaságos, biztonságos elosztásáról, a kialakult versenyhelyzetek kezeléséről.

A holtpont: egy rendszer olyan állapota, ahonnan külső beavatkozás nélkül nem tud elmozdulni. Akkor fordulhat elő a vezérlés során, ha a folyamatok egy adott halmazában minden egyes elem leköt néhány erőforrást és ugyanakkor várakozik is néhányra. A holtpont kialakulás feltételei (egyszerre kell hogy teljesüljön): 1. Kölcsönös kizárás (a folyamatnak olyan erőforrást kell igényelni vagy magánál tartani, amit csak egy folyamat használhat egyidejűleg), 2. Erőforrások lefoglalása (nyomtató pl. egyik foglalkoztatja, mások igénylik), 3. megszakítás nem megengedett (a rendszer nem függeszti fel az erőforrás hozzárendelését egy folyamathoz, hogy a másiknak elérhető legyen), 4. visszatérő igény (ciklikus várakozás – később igényli ugyanazt az erőforrást).Holtpont megelőzés: a kialakulás feltételeiből legalább egy feltétel ne teljesüljön.Holtpont kezelési stratégiák: erőforrás használati szabályokkal biztosítani, hogy ne alakuljon ki: holtpont megelőzés, holtpont elkerülés. Csak holtpont kialakulásánál avatkozunk be: holtpont felismerés, holtpont felszámolás.

Biztonságos állapot: a rendszer olyan állapota, amikor létezik olyan sorrend, ami szerint a folyamatok kielégíthetőek.

Szemafor: a számítógép programozásban használt változó vagy absztrakt adattípus, az osztott erőforrásokhoz való hozzáférések szabályozásához használnak a többfeladatos környezetekben. Csak néhány atomi alapművelettel lehet hozzáférni. A termelő és fogyasztó folyamat közös memóriaterületet használ, (ír, olvas). Csak az egyik tudja használni a területet, ennek megoldására egy bináris szemafort használnak a memóriaterületen, aminek annyi a feladata, hogy jelezze a termelő vagy fogyasztó folyamatnak, hogy szabad-e használni a területet. (megnézi, ha szabad, akkor foglaltra állítja, befejezés után szabadra állítja)

20/a A magas, közbenső és alacsony szintű ütemezők feladata egy operációs rendszerben. A folyamatok állapotai. Ütemezési algoritmusok.

Az idővel való gazdálkodást ütemezésnek nevezzük, melynek során a folyamatok állapota változik meg attól függően, hogy milyen állapotok között történik váltás.Ütemezési szintek: Magas: a főütemező (high-level scheduler): a háttértárolón lévő programok közül kiválasztja azt, amelyik az operációs rendszer közvetlenebb felügyelete alá kerülhet, elkezdődhet a végrehajtás. Közbenső: folyamatosan figyeli a rendszer állapotát és ha túlságosan sok folyamat kerül futásra kész állapotba és egyiknek sem jut processzoridő, akkor a közbenső szintű ütemező egyes folyamatokat felfüggeszti, prioritásukat átrendezi a rendszer hatékony működése érdekében. Alacsony: feladata, hogy a processzort a futásra kész folyamatok között igazságosan és hatékonyan ossza el. Lényeg, hogy gyors legyen.

Folyamatok állapotai: 1. Alapállapot: Futásra kész: a processzoron kívül minden erőforrás a folyamat rendelkezésére áll. A

folyamatok létrejöttüket követően kerülnek ebbe az állapotba. Fut: a processzor annak a folyamatnak az utasításait hajtja végre, amelyik ebbe az állapotba van. Várakozik: ha a futó folyamat olyanerőforrást igényel, amelyik pillanatnyilag nem áll rendelkezésre, vagy a további futáshoz egy másik folyamat eredménye szükséges.

2. Átmeneti állapotok: Elindul: a processzor felszabadulás esetén az alacsony szintű ütemező a futásra kész állapotban lévő folyamatok közül választja ki azt, amelyik a FUT állapotba kerülhet. Megszakad: a futó folyamat számára biztosított idő lejár, visszakerül a FUTÁSRA KÉSZ állapotba. Vár: ha olyan erőforrsára van szüksége amelyik éppen foglalt a FUT állapotból a VÁRAKOZIK állapotba kerül. Feléled: a várt esemény bekövetkezése esetén a folyamat FUTÁSRA KÉSZ állapotba kerül.

Ütemezési algoritmus: FCFS (Firs Com First Served): előbb jött előbb fut, érkezési sorrendben kapják meg a processzoridőt, ameddig le nem futnak, vagy valamelyik periféria miatt nem várakoznak. Előnye egyszerű, biztos. Hártány: az érkezési sorrendtől nagyban függ a várakozási idő. SJB: (Shortest Job First): A legrövidebb előnyben. Előnye: a legrövidebb várakozási időt adja. Hátránya: hosszabb futást igénylő folyamatokkal mostohán bánik.RR (Round Robin): minden egyes folyamatnak egy meghatározott processzoridőt biztosít, és utána megszakítja és a várakozási sor végére teszi. Előnye: a legrövidebb válaszidő, a folyamatok között egyformán osztja el. Hátránya: jelentős adminisztrációt igényel a környezetváltások miatt.

21/a. Többfeladatos (multitasking) operációs rendszerek feladatai, felépítése. A tárvédelem feladata és megvalósítása (privilégiumi szintek, jogosultságok, szegmensek, deszkriptorok, kapuk).

Operációs rendszernek nevezzük azokat a programelemeket, amelyek a felhasználói programok és a gép hardvere között helyezkednek el. Task: futásra váró feladat, program, illetve egy feladat a párhuzamos programban, mely egy szálon fut. A párhuzamos feldolgozást jelentő multitasking csak több processzorral rendelkező rendszerekben valósítható meg. Az egyprocesszoros gépeken a multitaskingot az operációs rendszerek, időosztás (time sharing) segítségével valósítják meg. (Minden egyes feladatot csak a másodperc törtrészéig hagynak futni, utána elveszik tőle a vezérlést, és egy másik feladatot hagynak hasonlóan rövid ideig futni.)Windows: többfeladatos oprendszer, egyszerre több alkalmazás is futtatható más-más ablakban.Unix: többfeladatos oprendszer, egy időben több felhasználó is dolgozhat és több program is futhat. Feladatai: Eszközkezelők : a perifériák különbözőségének elfedése a felhasználói programok elől, egységes kezelői felület biztosítása. Megszakítás kezelés: perifériák felől érkező kiszolgálási igények fogadására és ellátására. Rendszerhívás, válasz: az oprendszer magjának ki kell szolgálnia a felhasználók programok iránti igényét úgy, hogy ne vegyék észre azt, hogy a perifériákat nem közvetlenül használhatják. Erőforrás kezelés: az egyes eszközök közös használatából származó konfliktusok megelőzése, feloldása. Processzor ütemezés: a várakozó munkák között el kell osztani a processzor idejét. Memóriakezelés: gazdálkodik a memóriával, felosztja a munkák között, hogy azok egymást ne zavarják. Állomány és háttértár kezelés: rendet tart a hosszabb távra megőrzendő állományok között. Felhasználó felület: segítségével a felhasználó, közölni tudja a rendszermaggal a kívánságát, ill. állapotáról infót kap.

Tárvédelem: egyre fontosabb a tárolt adatok és programok védelme. Az i486-os processzorok 4 szintű védelmi rendszerrel rendelkeznek. A legmagasabb (pl: 0) privilégiumi szinttel az oprendszer, a különböző kiszolgáló (pl: 1, 2) rutinok, a legalacsonyabb szinttel a (pl: 3) a felhasználói programok rendelkeznek. A privilégiumi szinteken lévő objektumok között a kapcsolat csak szabályok betartásával jöhet létre, melyek: egy program csak a vele azonos vagy nála magasabb privilégiumi szinttel rendelkező programot indíthat el, a másik egy program csak a vele azonos vagy nála alacsonyabb privilégiumi szinten lévő adatot használhat fel. Minden feldolgozás alatt lévő feladathoz tartozik valamilyen privilégiumi szint.

Különböző privilégium szintű programok közötti kapcsolat csak kapukon (gate) jöhet létre. Ezek deszkriptorai szabályozzák a kívánt privilégiumi szintet. Ilyen kapcsolat pl.: más privilégium szintű rutin végrehajtása és visszatérés az eredeti feladathoz; más feladat végrehajtása és visszatérés az eredetihez; áttérés más feladat végrehajtására. Kapuk lehetnek: call, megszakítás kapu, trap kapu, taszk kapu.

Jogosultságok: A feladatok által használt adatok védelmére a szegmensekhez, lapokhoz való hozzáférési jogokat szabályozza a védelmi rendszer. A leggyakoribb hozzáférési jog: olvasási jog (tetszőleges adatot kiolvashat az adott területről), írási jog (a feldolgozás átírhatja a tárolóterület adatait), végrehajtási jog (a feldolgozás a tárolóterületen található kódot elindíthatja).