Narzędzia informatyki

Narzędzia informatyki

dr inż. Anna Kobusiń[email protected]

www.cs.put.poznan.pl/akobusinska

Duch W., Fascynujący świat komputerów, Nakom, Poznań1997Skorupski P., Podstawy budowy i działania komputerów, WKiŁ, Warszawa 1997Norton P., W sercu PC, Helion, Gliwice 1995Rubin C., Podręcznik Microsoft: Excel 2000, Wyd. RM., Warszawa 1999Dodge M., Stinson C., Podręcznik Microsoft: Word 2000,Wyd. RM, Warszawa 1999Pfaffenberger B., Schafer S. M., White C., Karow B., HTML, XHTML i CSS. Biblia, Helion, Gliwice 2005Naik D. C., Internet Standards and Protocols, Microsoft Press, Washington 1998 Null L., Lobur J., Struktura organizacyjna i architektura systemów komputerowych, Helion, 2004

Literatura

Budowa i zasada działania komputera

Organizacja systemu komputerowego

System operacyjny

Informatyczne narzędzia biurowe:Microsoft WordMicrosoft ExcelPower Point

Systemy rozproszoneSieci komputerowe – usługi i protokoły

Plan wykładu

Narzędzia informatykiNarzędzia informatyki

Komputery Oprogramowanie

komputertelewizor cyfrowysprzęt videosprzęt audiotelekomunikacjafotografia cyfrowainteligentny dom……

Komputerosobisty

Urządzeniaelektronikiużytkowej

TECHNOLOGIACYFROWA

Wspólnaplatformasprzętowa

Komputer:

elektroniczna maszyna licząca (ang. compute –obliczać),

urządzenie elektroniczne służące do automatycznego przetwarzania informacji (danych), przedstawionych cyfrowo (tzn. za pomocą odpowiednio zakodowanych liczb), wyposażone w możliwość wprowadzania, przechowywania i wyprowadzania danych

Komputer - trochę teorii

Słowo komputer pochodzi od łacińskiego computare(liczyć) i w XVII wieku przez francuskie compter zostało przejęte przez angielski [9].Używane nazwy:

- pomoc obliczeniowa, - aparat matematyczny, - mózg elektronowy, - maszyna matematyczna, - elektroniczna maszyna obliczeniowa,- elektroniczna maszyna cyfrowa- maszyna cyfrowa.

Komputer - trochę teorii

Komputery wczoraj i dziś

Lampy elektronowe (1935- 1960)


Tranzystory (1950 - 1960)

Prototyp tranzystora Bell Labs, USA, 1947


Układy scalone

Układ scalony INTEL 4004, 19712300 tranzystorów, pow. 3x4mm, 4 bity


Układy scalone

PENTIUM, 19933,2 mln. tranzystorów, 60-200 MHz


Układy scalone

Pentium 4, 200055 mln. tranzystorów, 3 GHz


Taśma perforowana

Karta perforowana


Eniac 1946

System komputerowy 1960-1970

Osborne 1 1981


Komputery współczesne

Teraźniejszość i przyszłośćkomputerów

Palmtopy (handheld)

Teraźniejszość i przyszłośćkomputerów

Tablety

Ciekawostki

Podział komputerów

Ze względu na cenię i możliwości możemy podzielićkomputery następująco:

Superkomputery

Wielkie komputery

Klastry i gridy

Minikomputer

Stacje robocze

Komputery osobisteDesktop

Notebook

Palmtop

Handheld

Barebone

Superkomputerykomputer, który ma jedną z największych mocy obliczeniowych na świecie w danym momencie. Jest to pojęcie względne gdyż moc obliczeniowa komputerów rośnie nieustannie i dany superkomputer pozostaje w tej klasie zwykle tylko kilka lat.

Za pierwszy superkomputer uznaje się CDC 6600 z 1963 roku(Control Data Corporation.

według projektu i pod ścisłym nadzorem Seymoura Crayamaszyna wykonywała 3 miliony operacji na sekundępierwszy komputer gdzie zastosowano tranzystory krzemowe technika chłodzenia podzespołów freonem

Klastry komputerowe (ang. cluster)

Grupa połączonych jednostek komputerowych, które współpracują ze sobą w celu udostępnienia zintegrowanego środowiska pracy. Komputery wchodzące w skład klastra (będące członkami klastra) nazywane są węzłami (ang. node).

Klastry komputerowe - podział

Klastry wydajnościowe: pracujące jako komputer równoległy. Celem ich budowy jest zwiększenie mocy obliczeniowej. Wiele obecnych superkomputerów działa na tej zasadzie.

Klastry niezawodnościowe: pracujące jako zespółkomputerów dublujących nawzajem swoje funkcje. W razie awarii jednego z węzłów, następuje automatyczne przejęcie jego funkcji przez inne węzły.

Grid (ang. grid)

System przetwarzania danych, który integruje i zarządza zasobami będącymi pod kontrolą różnych domen (od instytucji po system operacyjny) połączony sieciąkomputerową, używa standardowych, otwartych protokołów i interfejsów ogólnego przeznaczenia (odkrywania i dostępu do zasobów, autoryzacji, uwierzytelniania) oraz dostarcza usług odpowiedniej jakości (QoS, oferuje usługi wyższego poziomu).

Grid

Twórcą jest Ian Foster, profesor na Uniwersytecie w Chicago, naukowiec pracujący w ANL (ang. ArgonneNational Laboratory).

Grid jest rozwinięciem idei klastra poza tradycyjne granice domeny.

Pierwsze idee gridu:

GIMPS (Great Internet Mersenne Prime Search)

SETI@home (Search for Extra-TerrestrialIntelligence)

Stacja robocza

Odmiana komputera osobistego wyposażona jednak CPU o dużej mocy obliczeniowej, monitor wysokiej klasy, dysk twardy o dużej pojemności oraz dużą ilośćpamięci RAM.

Stacja robocza

Stacje robocze są często wykorzystywane do tworzenia profesjonalnej grafiki i animacji telewizyjnych lub też do obliczeń numerycznych.

Jedną z pierwszych takich stacji była 3Station firmy 3Com.

Dzisiejsze stacje robocze wykorzystują interfejs SCSI lub światłowodowy do obsługi dysków twardych, wysokiej klasy akceleratory grafiki 3D, jeden lub więcej procesorów 64-bitowych i spore zasoby pamięci operacyjnej. Konieczne są też zaawansowane systemy chłodzenia.

Mainframe

komputer (ew. kilka) o dużej wydajności przetwarzania danych i większych możliwościach niż komputer domowy, którego celem jest świadczenie usług dużej liczbie użytkowników

Mainframe – cechy

W odróżnieniu od superkomputera Mainframe nie posiada dużej mocy obliczeniowej.

Specjalizuje się w wydajnych operacjach I/O i bardzo wysokimi współczynnikami wielozadaniowości.

Może obsługiwać dziesiątki tysięcy równolegle pracujących użytkowników zachowując równocześnie cały czas rozsądne czasy reakcji (poniżej 1 sekundy).

Komputery klasy mainframe są ważnym elementem rynku biznesowego (ocenia się, że są odpowiedzialne za przetwarzanie prawie 90% krytycznych danych na tym rynku) ze względu na nieporównywalną z domowymi komputerami wydajność, łatwość zarządzania, możliwości rozbudowy i bezpieczeństwo.

Serwer

Komputer o dużej mocy przetwarzania udostępniający swoje usługi innym komputerom podłączonym do sieci.

Wykorzystanie serwerów:

serwery www

serwery poczty

serwery plików

klastry obliczeniowe

bazy danych

firewalle

serwer wydruku

Komputer osobisty i bareboneKomputer osobisty – komputer o stosunkowo niewielkiej mocy obliczeniowej, przeznaczony dla indywidualnego użytkownika.

Barebone jest to rodzaj komputera osobistego, ale o bardzo małych wymiarach.

Komputer taki ma zazwyczaj małe możliwości rozbudowy, ale zajmuje mało miejsca i może spełniaćdodatkową rolę, np.: radia, odtwarzacza CD, bez konieczności uruchomienia systemu.

Komputery przenośne

Laptop

Palmtop

Tablet PC

PDA

Przyszłość komputerów

Komputer kwantowy

Komputer kwantowy byłby urządzeniem, przy pomocy którego można by skutecznie symulować dowolny inny układ kwantowy w sposób niemożliwy dla klasycznych komputerów.

Komputer optyczny

Jego niewątpliwymi zaletami byłyby: odporność na zakłócenia elektromagnetyczne, szybkość (strumieńfotonów porusza się znacznie szybciej niż elektrony i ma szersze pasmo) oraz to, że ten sam element może równolegle przetwarzać sygnały przenoszone przez światło o różnej długości fali.

Komputer kwantowy

Komputer kwantowy byłby urządzeniem, przy pomocy którego można by skutecznie symulować dowolny inny układ kwantowy w sposób niemożliwy dla klasycznych komputerów.

Architektura von Neumana

Komputery różnią się wielkością, rozmiarem, ceną i wydajnością

Przytłaczająca większość komputerów ogólnego przeznaczenia stanowi realizację modelu zaproponowanego przez Johna von Neumana i innych w 1946r.

Elementy funkcjonalne komputera:


W 1946 roku John von Neumann w Princeton Institute for Advanced Studies zaprojektował komputer, który wykorzystywał program przechowywany w pamięci.


Architektura von Neumanna rodzaj architektury komputera, przedstawionej po raz pierwszy w 1945 roku przez von Neumanna stworzonej wspólnie z Johnem W. Mauchly’ym i Johnem Presper Eckertem.

Inna spotykana nazwa: store-program computer(koncepcja przechowywanegoprogramu)


Architektura von Neumanna zakłada podziałkomputera na trzy podstawowe części:

procesor (w ramach którego wydzielona bywa częśćsterująca oraz arytmetyczno-logiczna)

pamięć komputera (zawierająca dane i sam program)

urządzenia wejścia/wyjścia


Architektura von Neumana –założenia

Moduł kontrolny (jednostka sterująca; Control Unit): interpretuje rozkazy z pamięci i powoduje ich wykonanie

Jednostka arytmetyczno-logiczna (ALU - ArithmeticLogic Unit): wykonuje działania na liczbach binarnych

Pamięć (Memory): zawiera dane i program (instrukcje programu, rozkazy programu)

Urządzenia wejścia-wyjścia (Input/Output): ich pracąkieruje jednostka sterująca

Jednostka arytmetyczno-logiczna oraz sterująca tworząobecnie procesor (CPU - Central Processing Unit)


Charakterystyka systemu komputerowego zbudowanego w oparciu o architekturę von Neumanna:

instrukcje tworzące program są przechowywane w pamięci w taki sam sposób, jak dane.

pamięć składa się z pewnej liczby ponumerowanych komórek

dostęp do pamięci następuje poprzez podanie przez procesor numeru komórki

numer komórki nazywamy adresem


Z powyższych postulatów wynika w praktyce, że:

zazwyczaj komputer będzie pobierał kolejne instrukcje programu z kolejnych komórek pamięci

komórki te będą wybierane przez zwiększający sięadres, który powinien być przechowywany i inkrementowany w procesorze

adres ten jest przechowywany w specjalnym rejestrze - tzw. liczniku instrukcji (Program Counter- PC)

Architektura harwardzka

Realizacja maszyny von Neumanna z oddzielnymi hierarchiami pamięci programu i danych

Nazwa architektury pochodzi od nazwy komputera Harward Mark I, zaprojektowanego przez Howarda Aikena, w którym:

pamięć instrukcji stanowiła taśma dziurkowana

pamięć danych –elektromechaniczne liczniki



Pamięci przeznaczone do przechowywania danych i instrukcji nie muszą być takie same, mogą różnić siętechnologią wykonania, strukturą adresowania, długościąsłowa

Pamięć na instrukcje jest zazwyczaj większa niż pamięć na dane

Pamięć instrukcji i danych zajmują inną przestrzeńadresową

Procesor może w tym samym czasie czytać instrukcje oraz uzyskiwać dostęp do danych


Dzięki prostszej budowie oraz możliwości jednoczesnego odczytywania instrukcji i danych architektura harwardzka jest szybsza od architektury von Neumanna

Architektura harwardzka jest stosowana w mikrokomputerach jednoukładowych, procesorach sygnałowych oraz przy dostępie procesora do pamięci cache

Architektura Princeton

Wzorcowa realizacja maszyny von Neumanna ze wspólnąhierarchią pamięci instrukcji i danychWspólna hierarchia wyklucza równoczesne pobieranie instrukcji i operacje na danych (tzw. von Neumann bottleneck). Nieograniczone możliwości modyfikacji programu:

obiekt zapisany przez procesor danych do hierarchii pamięci jako dana może być następnie pobrany przez procesor instrukcji jako instrukcjamożliwość programowania - potrzebna w komputerach uniwersalnychprogram może sam siebie modyfikować (automodyfikacja) -nie zawsze jest to pożądana cecha

Architektura Princeton

Różnice pomiędzy architekturąvon Neumanna i harvardzką

Pamięć instrukcji i pamięć danych zajmują różne przestrzenie adresowe

Pamięć instrukcji i pamięć danych mają oddzielne szyny (magistrale) do procesora

Pamięć instrukcji i pamięć danych są zaimplementowane w inny sposób

Zmodyfikowana architektura harvardzka (mieszana)

łączy w sobie cechy architektury harwardzkiej i architektury von Neumanna

charakteryzuje się oddzieloną pamięcią danych i rozkazów, (pamięci te wykorzystują jednak wspólnąmagistralę danych i adresową)

pozwala na dostęp do pamięci instrukcji tak jakby były to dane

Zmodyfikowana architektura harvardzka (mieszana)

część pamięci instrukcji może zawierać stałe dane, np. łańcuchy znaków, które mogą być przesyłane bezpośrednio do procesora z pominięciem pamięci na dane - zapewnia to oszczędność pamięci na dane

zazwyczaj w architekturze harwardzkiej pamięć instrukcji jest tylko do odczytu, a pamięć danych do odczytu i zapisu – stwarza to problemy z inicjalizacją wartości w pamięci danych

rozwiązaniem powyższego problemu jest właśnie dodanie odpowiednich połączeń i instrukcji umożliwiających przesyłanie danych z pamięci instrukcji do pamięci danych

Architektura von Neumanna i harvardzka - podsumowanie

W obecnie stosowanych procesorach występująelementy obu architektur: von Neumanna i harwardzkiej

Pamięć operacyjna komputera jest to typowa architektura von Neumanna

Pamięć cache jest podzielona na pamięć instrukcji i pamięć danych – jeśli danych nie ma w pamięci cache to są „ściągane” z pamięci głównej

Architektura von Neumanna i harvardzka - podsumowanie

Z punktu widzenia programisty posługujemy sięarchitekturą von Neumana, zaś implementacje sprzętowe zawierają architekturę harwardzką

Większość stosowanych obecnie mikrokontrolerow jest oparta na zmodyfikowanej architekturze harwardzkiej

Struktura systemu komputerowego

Przedstawienie struktury i zasady działania komputerów jest zagadnieniem skomplikowanym, ponieważ:

istnieje ogromna różnorodność sprzętu komputerowego (od komputerów masywnie równoległych do zwykłych komputerów PC)

technika komputerowa rozwija się bardzo szybko, ciągle pojawiają się nowe technologie, interfejsy, standardy

komputer jest systemem złożonym z bardzo dużej liczby elementów

Struktura systemu komputerowego

Z powyższych powodów zazwyczaj przedstawia sięhierarchiczną strukturę systemu komputerowego

system hierarchiczny jest to układ wzajemnie powiązanych podsystemów, z których każdy ma również strukturę hierarchiczną

na każdym poziomie określana jest struktura składników systemu (sposób ich wzajemnego powiązania) oraz funkcje składników systemu (działanie poszczególnych składników jako części struktury)

Hierarchiczna struktura przedstawiana jest „od góry do dołu”

Architektura komputera

odnosi się do atrybutów systemu, które są widzialne dla programisty i mają bezpośredni wpływ na logiczne wykonywanie programu

do atrybutów architektury należą m.in.

lista rozkazów,

liczba bitów wykorzystywanych do prezentacji różnych typów danych,

mechanizmy wejścia/wyjścia,

metody adresowania pamięci

Organizacja komputera

odnosi się do jednostek operacyjnych i ich połączeń, które stanowią realizację specyfikacji typu architektury

atrybuty organizacyjne są to rozwiązania sprzętowe niewidzialne dla programisty, np. sygnały sterujące, interfejsy między komputerem a urządzeniami peryferyjnymi, wykorzystywana technologia pamięci

Funkcjonowanie komputera

Funkcje realizowane przez komputer:

przetwarzanie danych

przechowywanie danych (krótkotrwałe lub długotrwałe)

przenoszenie danych (pomiędzy komputerem a światem zewnętrznym)

urządzenia peryferyjne - proces wejścia/wyjścia

duża odległość - transmisja danych

sterowanie (trzema powyższymi funkcjami)

Struktura komputeraKomputer składa się z czterech głównych składników:

procesor (jednostka centralna, CPU) – steruje działaniem komputera i realizuje funkcje przetwarzania danych

pamięć główna – przechowuje dane

wejście-wyjście – przenosi dane między komputerem a jego otoczeniem zewnętrznym

magistrala systemowa - połączenia systemu; wszystkie mechanizmy zapewniające komunikację między jednostką centralną, pamięcią główną a wejściem-wyjściem

Wszystkie powyższe składniki mogą występować w komputerze pojedynczo lub w większej liczbie

Architektura komputera z punktu widzenia poziomu maszynowego

procesorpamięć

urządzenia wejścia-wyjścia

magistrala

DMA sterownikprzerwań

Architektura komputera

• procesor – układ elektroniczny realizujący przetwarzanie informacji

• pamięć – przechowywanie informacji.

• układy wejścia/wyjścia (I/O)– komunikacja z otoczeniem.

Komputer złożony z pamięci, procesora i układów wejścia/wyjścia będzie prawidłowo funkcjonował, o ile coś nada mu rytm pracy –tym elementem jest zegar systemowy.

Częstotliwość cyklu zegarowego

• procesor – układ elektroniczny realizujący przetwarzanie informacji

• pamięć – przechowywanie informacji.

• układy wejścia/wyjścia (I/O)– komunikacja z otoczeniem.

Podstawowa szybkość w cyklach na sekundę, z jaką komputer wykonuje podstawowe operacje.

Szybkość komputera mierzona jest w następujących jednostkach:

MIPS (Milion Instructions per Second) – milionów rozkazów procesora wykonywanych przez sekundę

Megaflop- jednostka szybkości działania komputera równa 1,048,576 operacji zmiennoprzecinkowych na sekundę

Jak działa komputer?

Główne składniki strukturalne procesora to:

jednostka sterująca - steruje działaniem procesora i pośrednio całego komputera

jednostka arytmetyczno-logiczna (ALU) - realizuje funkcję przetwarzania danych przez komputer

rejestry - realizują wewnętrzne przechowywanie danych w procesorze

połączenia procesora – wszystkie mechanizmy zapewniające komunikację między jednostkąsterującą, ALU i rejestrami

Struktura procesora

Klasyfikacja rejestrów procesora

Rejestry ogólnego przeznaczenia (ang. general purpose registers)mogą przechowywać dowolne wartości (np. tymczasowe wyniki), a ich zawartość nie ma bezpośredniego wpływu na sposób przetwarzania lub wybór danych

Rejestry specjalnego przeznaczenia (ang. special purpose registers)rejestry, które pełnią szczególną rolę w czasie wykonywania programu (np. licznik rozkazów, wskaźnik stosu)

Rejestry ogólnego przeznaczenia ze specyficznąfunkcjonalnościąmogą na ogół przechowywać dowolne wartości, ale spełniają szczególną funkcję w czasie wykonywania niektórych instrukcji (np. licznik pętli, rejestr bazowy)

Typowe rejestry procesora

Akumulator przechowuje operand lub wynik operacji arytmetycznej

Licznik rozkazówzawiera adres następnej instrukcji do wykonania

Rejestr flagowyzawiera bity, które są ustawiane w celu zasygnalizowania specyficznego stanu przetwarzania (np. przeniesienie, przepełnienie, bit znaku, bit przerwania itp.)

Budowa procesora

rejestryjednostkaarytmetyczno-logiczna (ALU)

jednostka sterująca

PROCESORjednostkaadresowa

jednostka zarządzania

pamięcią (MMU)

magistralasystemowa

Zasada działania komputera

Podstawowe zadanie komputera to wykonywanie programuProgram składa się z zestawu rozkazów przechowywanych w pamięciProgramy przekazująrozkazy do procesoraRozkazy są przetwarzane w dwu krokach:

Cykl pobrania (ang. fetch)

odczytanie rozkazu z pamięci

licznik programu (PC) pozwala na śledzenie, który rozkaz ma być pobrany

jeśli procesor nie otrzyma innego polecenia, to powoduje inkrementację licznika PC po każdym pobraniu rozkazu i wykonuje następny rozkaz w ciągu

Cykl wykonania (ang. execution)

może zawierać kilka operacji, jest zależny od natury rozkazu

pobrany rozkaz jest ładowany do rejestru w procesorze zwanego rejestrem rozkazu (IR)

rozkaz ma formę kodu binarnego określającego działania, które ma podjąć procesor

procesor interpretuje rozkaz i przeprowadza wymagane działania

Działanie komputera

W celu przyspieszenia pracy systemu stosuje się tzw. wstępne pobranie instrukcji (ang. prefetching)

Działanie komputera

Działania procesora można podzielić na cztery grupy:

procesor-pamięć - przesłanie danych z procesora do pamięci lub odwrotnie

procesor-we/wy - przesłanie danych z procesora do modułu we/wy lub odwrotnie

przetwarzanie danych - operacje arytmetyczne lub logiczne na danych

sterowanie - np. zmiana sekwencji wykonywania programu, czyli pobranie innego rozkazu niż kolejny

Wykonywanie rozkazów może zawierać kombinacje powyższych działań

Graf stanów cyklu wykonania rozkazu

(3) - analizowanie rozkazu w celu określenia rodzaju operacji, która ma być wykonana oraz w celu określenia argumentu (jednego lub kilku)

(8) - zapisanie wyniku w pamięci lub skierowanie go do urządzeń we/wy

Graf stanów cyklu wykonania rozkazu

Mogą wystąpić sytuacje, w których jeden rozkaz może określać operacje na wektorze liczb lub na szeregu znaków, co wymaga powtarzania operacji pobrania i/lub przechowywania

Podział rozkazów procesoraRozkazy transferu (kopiowania) danych

wewnętrznie pomiędzy rejestrami pomiędzy rejestrami a pamięciąpomiędzy rejestrami a portami wejścia-wyjścia

Rozkazy przetwarzania danychrozkazy arytmetyczne — dodawanie, odejmowanie, mnożenie, dzielenie, inkrementacja itp.bitowe rozkazy logiczne — AND, OR, XOR, NOT itp.

Rozkazy porównania

Rozkazy przekazywania sterowaniarozkazy skoków i rozgałęzień warunkowychrozkazy wywołania podprogramu i powrotu z podprogramu

Tryby adresowaniaKażdy rozkaz przechowywany jest w postaci binarnej, ma określony format i używa określonego trybu adresowania

Format rozkazu jest to sposób rozmieszczenia informacji w kodzie rozkazu

Rozkaz zawiera:

kod operacji - rodzaj wykonywanej operacji

operandy - argumenty lub adresy argumentów wykonywanych operacji

Tryb adresowania - sposób uzyskiwania argumentów z pamięci

kod operand

Tryby adresowania

Jeśli argument można uzyskiwać na wiele sposobów, czyli procesor ma dużo trybów adresowania, to programowanie jest łatwiejsze i bardziej efektywne.

Tryby adresowania:

natychmiastowy

bezpośredni

rejestrowy

pośredni

rejestrowy pośredni

Tryb natychmiastowy

kod operand

rozkaz

Operand znajduję się w pamięci wraz z kodem rozkazu (stanowi składową samego rozkazu)

Tryb bezpośredni

kod adres

operand

pamięć

rozkaz

Operand znajduję się w pamięci pod adresem wskazanym bezpośrednio w rozkazie

Tryb pośredni

kod adres

adres

operand

pamięć

rozkaz

Operand znajduje się w pamięci pod adresem przechowywanym w miejscu wskazanym w rozkazie.

Tryb rejestrowy

kod nr rejestru

rozkaz

operand

rejestry

Operand znajduje się w jednym z rejestrów procesora, wskazanym odpowiednio w rozkazie

Tryb rejestrowy pośredni

operand

pamięć

rozkaz

adres

rejestry

kod nr rejestru

Operand znajduję się w pamięci pod adresem przechowywanym w jednym z rejestrów, wskazanym w rozkazie

Tryb indeksowy

operand

pamięć

rozkaz

indeks

rejestry

kod nr rejestru adres

Operand znajduje się w pamięci pod adresem przesuniętym o pewną wartość podaną w rozkazie w stosunku do adresu przechowywanego w jednym z rejestrów, również wskazanym w kodzie rozkazu (adres operandu jest sumą zawartości rejestru oraz przesunięcia)

Przerwania a działanie komputera

Wykonywanie kolejnych rozkazów przez procesor może być przerwane poprzez wystąpienie tzw. przerwania

Przerwania zostały zaimplementowane w celu poprawienia efektywności przetwarzania

Poprzez wykorzystanie przerwań procesor może wykonywać inne rozkazy, gdy jest realizowana operacja we/wy

Klasy przerwań

Wyróżniane klasy przerwań:

programowe - generowane po wystąpieniu błędu podczas wykonania rozkazu (np. przepełnienie arytmetyczne, dzielenie przez zero)

zegarowe - generowane przez wewnętrzny zegar procesora

we/wy - generowane przez sterownik we/wy w celu zasygnalizowania normalnego zakończenia operacji lub zasygnalizowania błędu

uszkodzenie sprzętu - generowane przez uszkodzenie, np. defekt zasilania, błąd parzystości pamięci

Cykl przerwaniaW celu realizacji przerwania do cyklu rozkazu jest dodawany cykl przerwania - po sygnale przerwania procesor:

zawiesza wykonanie bieżącego programu i zachowuje jego kontekst

ustawia licznik programu na początkowy adres programu obsługi przerwania

wykonuje program obsługi przerwania

wznawia wykonywanie programu użytkowego

Realizacja przerwania

Przerwania wielokrotne

Podczas obsługi jednego przerwania może pojawić sięsygnał kolejnego przerwania

Problem przerwań wielokrotnych rozwiązywany jest na dwa sposoby:

Pomimo przetwarzania przerwania uniemożliwienie innych przerwań

Określenie priorytetów przerwań - przerwanie o wyższym priorytecie powoduje przerwanie programu obsługi przerwania o niższym priorytecie

Czas przetwarzania jednego rozkazu nie jest zwykle dłuższy od pojedynczego cyklu zegarowego (5ns przy częstotliwości 200 MHz).

Czas oczekiwania na kolejna porcję danych z pamięci może być parokrotnie dłuższy.

Rozwiązanie – wprowadzenie pamięci cache

Cache to podręczna pamięć procesora. Charakteryzuje się wyjątkowo krótkim czasem dostępu (poniżej 10 ns). Jest ona używana do przechowywania danych, które będą niedługim czasie przetwarzane.

Pamięć podręczna

pamięć podręczna zawiera kopię części zawartości pamięci głównej

przed odczytaniem słowa z pamięci następuje sprawdzenie czy znajduje sięono w pamięci podręcznej

jeśli tak, to jest przesyłane do procesora

jeśli nie, to blok pamięci głównej (ustalona liczba słów) jest wczytywany do pamięci podręcznej, a następnie słowo jest przesyłane do procesora

Pamięć podręczna

Rozróżniamy trzy rodzaje pamięci Cache:

• Pierwszego poziomu (Cache L1)

• Drugiego poziomu (Cache L2)

• Trzeciego poziomu (Cache L3)

Rodzaje pamięci podręcznej

Pierwszego poziomu (Cache L1) zintegrowana z procesorem z którym porozumiewa się z częstotliwościąrówną częstotliwości wewnętrznej procesora

Tego typu pamięć ma zwykle pojemność od 16 do 64 KB.

Pamięć podręczna L1

Drugiego poziomu (Cache L2) znajdująca się zwykle na płycie głównej gdzie z procesorem porozumiewa się z częstotliwością taktowania zewnętrznego.

Od momentu pojawienia się Pentium II na stałe jest wbudowana w procesor.

W nowoczesnych komputerach jej pojemność wynosi zwykle 512, a czasem nawet 1024 KB.


• Trzeciego poziomu (Cache L3) umieszczana jest najczęściej na płycie głównej komputera.

• Pamięć L3 to rozszerzenie pamięci L2 i stosuje się jąwtedy, gdy pamięć L2 jest zintegrowana z procesorem.

• Wielkość pamięci L3 wynosi od 512 kB do 2 MB.


Wydajność procesoraParametry wpływające na wydajność procesora (szybkośćwykonywania operacji):

szybkość (częstotliwość taktowania MHz)Wszystkie operacje wykonywane przez procesor synchronizowane sąimpulsami przychodzącymi z zegara. Jedna instrukcja jest wykonywana w czasie kilku taktów zegara. Dlatego, gdy jego częstotliwość jest większa, procesor pracuje szybciej.

wielkość magistrali danych (liczba przesyłanych jednocześnie bitów),

częstotliwość taktowania magistrali danych (szybkośćprzekazywania danych do urządzeń wejściowych i wyjściowych)

wielkość pamięci CACHE: L1, L2 i L3

Prawo Moore’a

W 1965 roku Roger Moore, współzałożyciel firmy Intel, wyraziłhipotezę dotyczącą rozwoju technologii produkcji układów elektronicznych.

Główne założenia Moore'a:

Podwojenie ilości tranzystorów w układzie scalonym co dwa lata

Podwojenie mocy obliczeniowej procesora co 1,5 roku

Czterokrotne zwiększenie ilości pamięci komputera co 3 lata

Podwojenie wydajności pamięci operacyjnej co 10 lat

Podwojenie wydajności kompletnego komputera w stosunku do jego ceny w okresie krótszym niż dwa lata

Prawo Moore’a na wykresie

Intel 4004 – pierwszy mikroprocesor

powstał w 1971 roku4-bitowy2300 tranzystorówczęstotliwość : 740 kHz46 instrukcjinajdroższy (!!!) procesor w chwili obecnej :)

F14 CADCF14A Central Air Data Computer (1970) – ujawniony w 1998

20-bitowym układ z techniką potokową

Przykłady procesorów

Intel Xeon

Intel 80286

AMD DuronIntel Celeron

Intel PentiumIntel 8086

June 19785 Mhz / 12 Mhzbrak29,0003 µ

March 199360 Mhz / 266Mhz8Kb3 100,0000.80, 0.35, 0.28, 0.25µ

February 19826 MHz / 25 MHzbrak 134,0001.5 µ

April 1998266 MHz/ 2.2GHz128KB / 256KB7 500,000 milion0.25, 0.18, 0.13 µ

September 1998400MHz / 2.8GHz256 Kb / 2 Mb L27 500,000 0.25, 0.18, 0.13 µ

June 2000600MHz / 1.3GHz128KB L1, 64KB L225 000,0000.18 µ

Solo, Duo, Quadro

January 20061.66GHz / 2.5GHz64K / 2048K151 000,0000,065 µ

June 20061.66GHz / 2.93GHz64K / 4048K291 000,0000,065 µ

Przyszłość …

Czy istnieje granica szybkości ?

Pojemność dynamiczna x Napięcie2 x Częstotliwość

Częstotliwość x Liczba instrukcji w cykluWydajność

Zużycie energii

Precyzja wykonania procesora

Jak duży jest nanometr ?

Cleanroom

www.top500.org

Lp Komputer Kraj Rok Procesory Moc [Tflop/s]

BladeCenter QS22/LS21 Cluster, PowerXCell 8i 3.2

DOE/NNSA/LANL / IBM

eServer Blue Gene Solution

DOE/NNSA/LLNL / IBM

Blue Gene/P Solution

Argonne National Laboratory / IBM

SunBlade x6420, Opteron Quad 2Ghz, Infiniband

Texas Advanced Computing Center/Univ. of Texas / Sun Mic

Cray XT4 QuadCore 2.1 GHz

DOE/Oak Ridge National Laboratory / Cray Inc.

2

3

4

5

USA

USA

USA

USA

2007

2007

2008

2008

212 992

163 840

62 976

30 976

326 000

450 300

478 200

205 000

1 026 0001 USA 2008 122 400

RoadRunner Supercomputer

Klocki dla dużych dzieci ?

Trendy

Architektura procesorówSzybkość procesora zależy od szybkości zegara, ale też od architektury procesora, czyli wewnętrznej, sprzętowej implementacji danego modelu programowego, określającego sposób wykonywania operacji przez procesor, szczegółową budowę wewnętrzną procesora itd.

Ze względu na architekturę procesory można wyróżnić trzy główne podejścia:

CISC

RISC

VLIW

EPIC

CISC - Complex Instruction Set Computers

duża liczba rozkazów (instrukcji)

mała optymalizacja - niektóre rozkazy potrzebują dużej liczby cykli procesora do wykonania

występowanie złożonych, specjalistycznych rozkazów

duża liczba trybów adresowania

do pamięci może się odwoływać bezpośrednio duża liczba rozkazów

mniejsza od procesorów RISC częstotliwość taktowania procesora

powolne działanie dekodera rozkazów

Procesory rodziny CISC

Przykłady rodzin procesorów o architekturze CISC:

AMD

x86

M68000

RISC - Reduced Instruction Set Computers

Zredukowana liczba rozkazów do niezbędnego minimum -upraszcza to znacznie konstrukcję procesora.

Redukcja trybów adresowania - większość operacji wykonuje się wg schematu: rejestrC = rejestrA operacja rejestrB.

Ograniczenie komunikacji pomiędzy pamięcią a procesorem.

Do przesyłania danych pomiędzy pamięcią a rejestrami służą instrukcje Load (załaduj z pamięci) oraz store (zapisz do pamięci);

pozostałe instrukcje operują wyłącznie na rejestrach.


Schemat działania

załaduj daną z pamięci do rejestru,

na zawartości rejestru wykonaj działanie,

przepisz wynik z rejestru do pamięci.

Zwiększenie liczby rejestrów (np. 32, 192, 256, x86 jest 8), co również ma wpływ na zmniejszenie liczby odwołań do pamięci


Podejście RISC wprowadzono na początku lat 80tych XX wieku (projekt IBM 801, architektury MIPS i Berkeley RISC).

Ważniejsze współczesne architektury RISC:

MIPS

SPARC

ARM

VLIW - Very Long InstructionWord

VLIW - jest architekturą wywodzącą się z podejścia RISCowego, jednak z bardzo dużym słowem instrukcji.

uproszczenie jednostki sterującej,

zwiększanie liczby jednostek wykonawczych,

technika wcześniejszego wykonania instrukcji (Out-of-Order Execution),

sterowanie pracą procesora zostało przerzucone na kompilator (to on decyduje o sposobie działania procesora).

EPIC

Czysta architektura CISC oraz RISC posiada swoje wady, dlatego obecnie wykorzystuje się technologię ich łączenia:

Procesory Intela z punktu widzenia programisty widziane sąjako CISC, ale ich rdzeń jest RISC-owy

Rozkazy CISC są rozbijane na mikrorozkazy, które sąnastępnie wykonywane przez RISC-owy blok wykonawczy

grupowanie instrukcji i oznaczanie ich wzajemnych relacji już na etapie kompilacji programu.

Instrukcje są zamknięte w tzw. paczkach (po trzy instrukcje), które są ładowane do procesora równocześnie, w jednym takcie zegara.

Dodatkowo część poleceń wykonywana jest równolegle

Podnoszenie wydajności procesora

Istnieją dwa kierunki rozwoju mające na celu podnoszenie wydajności procesora:

Podnoszenie częstotliwości

Przetwarzanie równoległe

Zastosowanie kilku rdzeni

Aby wykonać jedną operację procesor może potrzebować kilku taktów zegara, wykonać ją w jednym takcie, lub też w jednym takcie wykonać kilka operacji.

Ze względu na tę właściwość procesory dzieli się naSubskalarne

Skalarne

Superskalarne

Aby wyprodukować procesory superskalarne konieczne jest zastosowanie przetwarzania równoległego

Klasyfikacja systemów komputerowych

Dokonanie podziału systemów komputerowych jest kłopotliwe, ponieważ:

zjawiska zachodzące na rynku systemów komputerowych cechują się bardzo dużą dynamiką

duża część oferowanych systemów (zwłaszcza równoległych) jest obecna na rynku bardzo krotko (2-3 lata) i znika wraz z firmami, które je wyprodukowały

duże problemy może stwarzać przypisanie nowych systemów do istniejących klasyfikacji

Klasyfikacja systemów komputerowych

Pierwsza, najbardziej ogólna klasyfikacja systemów (architektur) komputerowych to tzw. taksonomia Flynna(1972):

Opiera się na liczbie przetwarzanych strumieni danych i strumieni rozkazów

Źrodło: Flynn M.J.: „Some Computer Organizations andTheir Effectiveness”, IEEE Transactions on Computers, Vol. C-21, No 9, pp. 948-960, 1972.

Taksonomia Flynna (1972)

SISD (Single Instruction Stream Single Data Stream)

klasyczne i powszechnie stosowane komputery sekwencyjne (PC)

SIMD (Single Instruction Stream Multiple Data Stream)

te same operacje wykonywane są na różnych danych

SM-SIMD (Shared Memory - pamięć wspólna) -komputery wektorowe

DM-SIMD (Distributed Memory - pamięć lokalna) -tablice procesorów

Taksonomia Flynna (1972)

MISD (Multiple Instruction Stream Single Data Stream)

maszyny wykonujące różne operacje na tych samych danych (nie spotykane)

MIMD (Multiple Instruction Stream Multiple Data Stream)

poszczególne procesory wykonują różne operacje na różnych danych, stanowiących część tego samego zadania obliczeniowego

SM-MIMD - maszyny z pamięcią wspólną

DM-MIMD - maszyny z pamięcią lokalną

SISD - Single Instruction, Single Data

Przetwarzany jest jeden strumieńdanych przez jeden wykonywany program

Maszyny sekwencyjne zbudowane według architektury von Neumanna

Zawierają jeden procesor i jeden blok pamięci operacyjnej, w której znajduje się program - ciąg instrukcji wykonywanych sekwencyjnie

Czasami występują w nich pewne elementy równoległości, np. przetwarzanie potokowe w procesorach

SIMD - Single Instruction, MultipleData

Przetwarzanych jest wiele strumieni danych przez jeden wykonywany program

Dzielą się na dwie grupy:

SM-SIMD (Shared MemorySIMD) - komputery wektorowe

DM-SIMD (Distributed MemorySIMD) -tablice procesorow

SIMD – komputery wektoroweKomputery wektorowe - jeden procesor operujący na tablicy danych

Główny składnik to procesor wektorowy, w którym w sposób równoległy wykonywane są ciągi tych samych operacji

W momencie rozpoczęcia wykonywania instrukcji poszczególne procesory pobierają dane, a po jej zakończeniu wysyłają wyniki do tej samej globalnej pamięciSchemat blokowy maszyny wektorowej jest przedstawiony na rysunku

Przykłady komputerow:Cray-1 (1976)CDC Cyber 205 (1981)Hitachi S3600 (1994)

SIMD – tablice procesorówMaszyny składające się z jednego procesora sterującego i dużej liczby prostych procesorów, z których każdy ma swoją pamięćlokalną

Procesory połączone są tylko ze swoimi bezpośrednimi sąsiadami

Każdy procesor wykonuje te same instrukcje (wydawane przez procesor sterujący), w tym samym czasie, na swych danych lokalnych

Wymiana danych występuje pomiędzy sąsiadującymi procesorami: left, right, up, down (+ front, back dla 3D)

Stosowane w latach 70-tych i na początku lat 80-tych

MISD - Multiple Instruction, Single Data

Wiele równolegle wykonywanych programów przetwarza jednocześnie jeden wspólny strumień danych

Praktycznie nie spotykane

W zasadzie jedynym zastosowaniem są systemy wykorzystujące redundancję(wielokrotne wykonywanie tych samych obliczeń) do minimalizacji błędów

MIMD - Multiple Instruction, MultipleData

Równolegle wykonywanych jest wiele programów, z których każdy przetwarza własne strumienie danych

Najbardziej popularna grupa systemów rownoległych

Dzielą się na dwie grupy:

SM-MIMD (Shared MemoryMIMD) - SMP, wieloprocesory

DM-SIMD (Distributed MemorySIMD) - MPP, wielokomputery, klastry, gridy

Działanie komputera – struktura połączeń

Struktura połączeń jest to zbiór ścieżek łączących podstawowe moduły komputera, tj. procesor, pamięć i urządzenia wejścia/wyjścia

Pamięć – struktura połączeń

pamięć składa się z określonej liczby słowo jednakowej długości

słowa umieszczone są pod konkretnymi adresami

słowo może być odczytane z pamięci lub do niej zapisane

typ operacji określają sygnały sterujące odczyt i zapis

Procesor– struktura połączeń

odczytuje rozkazy i dane

wysyła dane po przetworzeniu

steruje pracą całego systemu

poprzez sygnały sterujące

otrzymuje sygnały przerwań

Moduł wejścia/wyjścia – struktura połączeń

istnieją dwie operacje: zapis i odczyt

każdy z interfejsów z urządzeniem zewnętrznym określany jest portem i ma jednoznaczny adres

moduł może wysyłać sygnały przerwań do procesora

DMA – bezpośredni dostęp do pamięci

najczęściej procesor bezpośrednio odczytuje dane z pamięci i zapisuje oraz komunikuje się z urządzeniami wejścia/wyjścia

w pewnych przypadkach pożądane jest umożliwienie bezpośredniej wymiany danych między we/wy a pamięcią

DMA – bezpośredni dostęp do pamięci

podczas takiego przesyłania moduł we/wy odczytuje lub zapisuje rozkazy w pamięci, uwalniając proces od odpowiedzialności za tę wymianę

powyższe operacje nazywane sąbezpośrednim dostępem do pamięci (ang. DMA - DirectMemory Access)Metoda DMA stosowana jest zawsze tam, gdzie muszą byćprzenoszone duże ilości danych przy minimalnym obciążeniu procesora

Magistrala systemowa

Najczęściej stosowana struktura połączeń to magistrala

Magistrala jest drogą zapewniającą komunikację między urządzeniami

Magistrala jest wspólnym nośnikiem transmisji, do którego dołączonych jest wiele urządzeń, a sygnały wysyłane przez jedno z nich mogą być odbierane przez pozostałe urządzenia

Magistrala składa się z wielu linii komunikacyjnych - fizycznie jest to zbiór równoległych połączeń elektrycznych


System komputerowy zapewnia pewną liczbę rożnych magistrali

Magistrala łącząca główne zasoby komputera (procesor, pamięć, wejście/wyjście) nazywana jest magistraląsystemową

Magistrala składa się z wielu oddzielnych linii, którym przypisane jest określone znaczenie i określona funkcja

Ważną cechą charakterystyczną magistrali jest jej szerokość,która mówi o ilości bitów informacji, która może zostaćprzesłana jednocześnie tą magistralą.


CPU (ALU,

Registers, Control)

Memory Input andOutput (I/O)

System B

us

Data Bus

Address Bus

Control Bus

Linie można podzielić na trzy grupy: linie danych, adresów i sterowania

linie (szyny) danych,linie (szyny) adresowelinie (szyny) sterujące

Magistrala danych

Magistrala danych (ang. Data Bus) - przenosi dane między modułami systemu

Magistrala danych ma pewną szerokość, zwykle 8, 16, 32, lub 64 bity.

Szybkość szyny m.im. określa wydajność systemu komputerowego – jeśli szyna danych ma szerokość16 bitów, a wykonywany rozkaz 32 bity, to procesor musi łączyć się z modułem pamięci 2-krotnie w czasie cyklu zegarowego

Magistrale adresowa

Magistrala adresowa (ang. Address Bus) - służy do określania źródła i miejsca przeznaczenia danych przesyłanych magistraląliczba linii adresowych (szerokość szyny adresowej) określa maksymalną możliwą pojemność pamięci systemu

Szerokość magistrali adresowej jest bardzo ważna, mówi ona o tym jaką przestrzeń adresową możemy obsłużyć przy pomocy danego procesora.

Na 10-cio bitowej magistrali adresowej możemy wyznaczyć adresy zaledwie 1024 komórek pamięci (210 = 1024)

Magistrale sterowania

Magistrala sterująca (ang. System Bus):

służy do sterowania dostępem do linii danych i linii adresowych

jest kanałem do przesyłania informacji o stanie systemu, zachowaniach urządzeń zewnętrznych itp.

Szerokość tej magistrali interesuje producentów płyt głównych i układów towarzyszących

Struktury wielomagistralowe

W przypadku większej liczby urządzeń podłączonych do magistrali znacząco spada jej wydajność

Rozwiązaniem tego problemu są struktury wielomagistralowe o określonej hierarchii

Standardy magistral

ISA (I pokolenie), 16 bitowa, 8 MHz, 8 MB/s

EISA (II pololenie), 32 bitowa, do 33 MB/s

PCI (III pokolenie), 32 bitowa, 33 MHz, 132 MB/s, umożliwia automatyczne rozpoznanie i konfigurowanie podłączanych urządzeń (Plug and Play)

USB (Universal Serial Bus) – nowy standard do połączenia do 127 urządzeń (urządzenia peryferyjne, aparaty cyfrowe itp.), Plug and Play.

IEEE-1394 – nowy standard, mający w przyszłości zastąpić wszystkie magistrale (inne nazwy: FireWire, Lynx, I-link).

Pamięci komputerowePamięci – układy zdolne do przyjmowania, przechowywania i

wysyłania informacji w postaci ciągów binarnych.

Rodzaje pamięci

Rejestry – niewielkie, wydajne układy do przechowywania wartości operacji wewnętrznych procesora (adresy, wartości przetwarzanych danych itp.).

Pamięć podręczna – pamięć o bardzo krótkim czasie dostępu, do przechowywania danych w procesorze; obszar pamięci RAM rezerwowany przez system operacyjny do przyspieszania operacji dyskowych (kopie najczęściej używanych plików).

Rodzaje pamięci

Pamięć operacyjna – potocznie pamięć RAM, w której komputer przechowuje aktualnie wykorzystywane dane tak, aby były one jak najszybciej dostępne dla procesora, pamięćwymagająca stałego zasilania.

Pamięci zewnętrzne – pamięci masowe, takie jak twardy dysk, napędy dyskietek, CD-Rom, DVD, pen-drive, do trwałego przechowywania olbrzymich ilości informacji potrzebnych do realizacji przez komputer różnych zadań.

Hierarchia pamięci

Istnieją wzajemne zależności pomiędzy parametrami pamięci: kosztem, pojemnością i czasem dostępu:

mniejszy czas dostępu - większy koszt na bit

większa pojemność - mniejszy koszt na bit

większa pojemność - dłuższy czas dostępu

W systemach komputerowych nie stosuje się jednego typu pamięci, ale hierarchię pamięci

Hierarchia pamięci

Rozpatrując hierarchię od góry do dołu obserwujemy zjawiska:

malejący koszt na bit

rosnącą pojemność

rosnący czas dostępu

malejącą częstotliwość dostępu do pamięci przez procesor

Hierarchia pamięci

taśma dysk optyczny

pamięć główna

pamięćpodręczna

rejestry

dysk magnetyczny

pamięć

I rzędu(ang. prim

ary)

pamięć

II rzędu(ang. secondary)

cena

Własności pamięci

Położenie

Pamięć wewnętrzna – adresowana przez procesor, umożliwia bezpośredni dostęp do danych

Pamięć zewnętrzna – dostępna przez odpowiedni układ wejścia-wyjścia

Pojemność pamięci

maksymalna liczba informacji jaką można przechowywaćw danej pamięci; wyrażana w bitach lub bajtach

zwykle wyrażana w bajtach lub słowach (zależy od tego jakimi słowami posługuje się procesor, np.. 64 bity)

Pamięci można uszeregować ze względu na następujące własności:

Własności pamięciSposób dostępu :

sekwencyjny (pamięci taśmowe) –

jednostka danych to rekord

dostęp do rekordów jest możliwy w określonej sekwencji liniowej

odczyt i zapis wykonywane są za pomocą tego samego mechanizmu

przejście z jednego rekordu do następnego następuje poprzez przepuszczenie i odrzucenie rekordów pośrednich

czas dostępu do rożnych rekordów może bardzo rożnićsię

Własności pamięciSposób dostępu :

bezpośredni (pamięci dyskowe):

odczyt i zapis realizowany jest za pomocą tego samego mechanizmu

poszczególne bloki (rekordy) mają unikatowy adres oparty na fizycznej lokacji

dostęp jest realizowany przez bezpośredni dostęp do najbliższego otoczenia,

po którym następuje sekwencyjne poszukiwanie, liczenie lub oczekiwanie

w celu osiągnięcia lokacji finalnej


Sposób dostępu :

swobodny (pamięć główna) –

każda adresowalna lokacja w pamięci ma unikatowy fizycznie wbudowany mechanizm adresowania

czas dostępu jest stały i niezależny od poprzednich operacji dostępu


Sposób dostępu :

skojarzeniowy (pamięć podręczna) –

każda lokacja ma własny mechanizm adresowania

czas dostępu jest stały i niezależny od poprzednich operacji dostępu

słowa są wprowadzane na podstawie części swojej zawartości, a nie

na podstawie całego adresu


Jednostka transferu – określa ilość danych transmitowanych w jednostce czasu (np. bajt/sekundę) W przypadku pamięci wewnętrznej jednostka transferu jest równa szerokości szyny danych

Własności fizyczneUlotna/nieulotna – w pamięci ulotnej informacja zanika naturalnie lub jest tracona w wyniku odłączenia zasilania; w pamięci nieulotnejinformacja raz zapisana nie zmienia się niezależnie od zasilania

Wymazywalna/niewymazywalna - zawartość pamięci niewymazywalnej nie może być zmieniana

Charakter fizycznego zapisu – połprzewodnikowe, magnetyczne, optyczne


Wydajność

Czas dostępu – w przypadku pamięci o dostępie swobodnym jest to czas niezbędny do zrealizowania operacji odczytu/zapisu; w przypadku pozostałych pamięci jest czasem potrzebnym na umieszczenie mechanizmu odczytu/zapisu w żądanym miejscu

Czas cyklu pamięci – jest sumą czasu dostępu i czasu jaki musi upłynąć zanim będzie możliwy kolejny dostęp

Szybkość transferu –szybkość z jaką dane mogą byćwprowadzane do jednostki pamięci lub z niej wyprowadzane

Pamięć ROM

ROM – Read Only Memory (pamięć tylko do odczytu)

Pamięć zawierające dane, które można jedynie odczytać, bez możliwości ich modyfikacji.

Nowoczesne pamięci pozwalają na wymianę zawartości ROM. Pamięć podtrzymywana baterią (akumulatorkiem).

Zaletą pamięci ROM jest to, że program znajduje się cały czas w pamięci głównej i nigdy nie wymaga ładowania z pamięci wtórnej.

Pamięć ROM

„mutacją” pamięci ROM jest pamięć RAM typu EEPROM (optycznie wymazywalna, programowalna pamięć stała)-która jest odczytywana i zapisywana elektrycznie. Przed operacją zapisu wszystkie komórki zostają skasowane przez naświetlenie specjalnego układu promieniowaniem ultrafioletowym. Pamięć EPROM jest droższa od pamięci ROM, ale daje nowe możliwości kilkukrotnego zapisu

EEPROM (elektrycznie wymazywalna, programowalna amięćstała) – pamięć ta może być zapisywana bez wymazywania poprzedniej zawartości; aktualizowane są tylko bajty adresowe

Pamięć ROM

Pamięć ROM typu FLASH – wykorzystuje metodęwymazywania elektrycznego. Całą pamięć może byćwymazana w ciągu kilku sekund, możliwe jest wymazanie zawartości tylko niektórych bloków pamięci, a nie całego układu

BIOS, Basic Input-Output System - program zapisany na stałe w pamięci ROM komputera.

• Jest on uruchamiany jako pierwszy po włączeniu komputera.

• Jego zadaniem jest testowanie sprzętu, uruchomienie systemu operacyjnego.

• W BIOSie użytkownik może ustawić parametry systemu takie jak zainstalowany w systemie sprzęt (dyski, pamięćoperacyjna itp.), na podstawie których kontrolowane jest przesyłanie danych między poszczególnymi składnikami systemu.

BIOS

CMOS – podtrzymywana bateryjnie pamięć, w której przechowywane są informacje niezbędne do uruchomienia komputera (ustawienia napędów, ilość pamięci RAM itd.), dzięki którym BIOS może rozpocząć pracę.

Dzięki pamięci CMOS komputer „zna” aktualną datę i godzinę.

CMOS

Pamięć RAM

RAM – Random Access Memory (pamięć o dostępie swobodnym).

Pamięć RAM potocznie utożsamiana jest z pamięciąoperacyjną, do której ładowane są aktualnie używane przez procesor dane.

Pamięć RAM wymaga szybkiego dostępu do tych informacji.

Pamięć RAM jest znacznie szybsza od pamięci ROM, działa tylko przy włączonym zasilaniu.

Przechowuje podstawowe oprogramowanie komputera, takie jak system operacyjny, aplikacje, programy sterujące i nadzorujące działanie komputera.

Podział pamięci RAM ze względu na budowę

SRAM (static RAM) - pamięć statyczna, cechuje jąbardzo krótki czas dostępu do poszczególnej komórki i nieulotność. Wadą pamięci SRAM jest ich wysoka cena.

DRAM (dynamic RAM)- pamięć dynamiczna, jest wolniejsza niż pamięć SRAM, a w dodatku jest ulotna. Aby pamięć ta nie traciła danych trzeba ją odświeżać z częstotliwością co najmniej kilkuset Hz. Odświeżanie polega na zwykłym odczycie zawartości komórki.

Podział pamięci RAM ze względu na budowę

SDRAM (synchro dynamic RAM)- pamięć dynamiczna, synchroniczna. Podobna do pamięci DRAM z tym, że dostęp do pamięci jest zsynchronizowany z zewnętrznym zegarem taktującym procesora.

DDR SDRAM (double data rate RAM)- nowy rodzaj pamięci SDRAM cechujący się dwukrotnie większąszybkością działania niż tradycyjne moduły. Pamięć typu DDR RAM wykonuje dwa cykle pracy w ciągu jednego impulsu zegara.

Pamięci zewnętrzne

Zabudowany w sankach napęd CD, podobnie montowane sąnapędy CD-RW, DVD, ZIP, FDD itp.Zasilacz

Zabudowany w sankach Napęd HDD

Obudowa komputera

typu TOWER

Procesor wraz z

chłodzeniemPamięć RAM

Karta grafiki Sloty umożliwiające podłączenie innych urządzeńwewnętrznych

Płyta główna komputera

Gniazda wtykowe do podłączenia

urządzeńzewnętrznych

Współczesny komputer

Płyta głównaNa płycie głównej montuje się wszystkie podstawowe elementu komputera.

Znajduje się na niej: gniazdo procesora, gniazda rozszerzające, złącza dla modułów pamięci,sterowniki napędów dyskietek i dysków twardych, porty układ pamięci ROM.

Płyta główna

W zależności od typu płyty posiada określonego typu gniazda rozszerzenia ISA, PCI i AGP, w których montowane są karty rozszerzeń.

Jest nierozerwalnie związana z procesorem. O wydajności płyty głównej decyduje zainstalowany na niej układ zwany chipsetem (zestaw dwóch układów scalonych (mostek północny i mostek południowy) do przesyłania informacji między procesorem i całym systemem)

Steruje on przepływem informacji pomiędzy procesorem a umieszczonymi na płycie innymi podzespołami.

Na płycie głównej umieszczony jest także zegar czasu rzeczywistego

Interfejsy (porty)

Komputer korzysta z licznych urządzeń zewnętrznych typu: klawiatura, mysz, drukarka itd. W celu umożliwienia połączenia komputera z tymi urządzeniami posiada on złącze nazywane portem.

Interfejs - połączenie i interakcja pomiędzy sprzętem, oprogramowanie i użytkownikiem.

Interfejsy

Rodzaje interfejsów:

sprzętowe (wtyczki, porty, magistrale, przewody).

programowe (języki, kody, programy do przesyłania komunikatów).

użytkownika (mysz, klawiatura, polecenia DOS, interfejsy graficzne Windows).

Elementy interfejsów: oprogramowanie podporządkowane standardom i protokołom (software),

zespół środków technicznych (hardware).

Interfejsy

Standardy:Transmisja szeregowa, bit po bicie pojedyncząlinią.Transmisja równoległa, kilka bitów jednocześnie, kilkoma liniami.

Transfer danych: przesyłanie informacji między urządzeniami podłączonymi do płyty głównej (RAM, HDD, FDD, CD-ROM), kB/s, MB/s.

Transmisja danych: przesyłanie informacji między komputerem a urządzeniami zewnętrznymi (sieci komputerowe, Internet), kb/s, Mb/s.

Interfejsy komputerów PC

Porty szeregowe RS-232, oznaczone COM (mysz, modem), PS/2 (mysz, klawiatura), USB (do 127 urządzeń).Porty równoległe Centronics, oznaczone LPT (drukarka, skaner).Porty FireWire (standard IEEE-1394) do DVD, kamer cyfrowych.Porty podczerwieni IrDA, szeregowe, najczęściej w komputerach przenośnych.Porty radiowe bluetooth, zasięg 10 – 100 m.

Jaka wtyczka do jakiego portu?

Złącze umożliwiające osadzenie karty na płycie głównej

Gniazda wejścia i wyjścia sygnałów dźwiękowych

Karta rozszerzeńumożliwiająca pracę z dźwiękiem na komputerze klasy PC. Pozwala zarówno odtwarzaćdźwięk, jak i tworzyć pliki dźwiękowe. Do karty dźwiękowej podłącza się takie urządzenia jak głośniki, wzmacniacz czy mikrofon bądź urządzenie MIDI (np. syntezator).

Karta dźwiękowa (muzyczna)

Karta dźwiękowa

Podstawowym parametrem karty dźwiękowej jest częstotliwość próbkowania (sampling rate), która określa, ile razy w czasie sekundy są wysyłane lub pobierane dane do odtwarzania. Im wyższa jest częstotliwość próbkowania, tym wyższa jakośćnagrywanego dźwięku.


Gniazdo kabla sieciowego

Karta sieciowa, karta rozszerzeńniezbędna do podłączenia komputera do sieci LAN. Najważniejszym parametrem karty sieciowej jest jej prędkość transmisji

Diody sygnalizacyjne

Karta sieciowa

Najnowsze karty sieciowe obsługują już nie tylko sieci kablowe ale także sieci radiowe.

Antena transmisyjna

Karta sieciowa

Dysk stały, dysk twardy (angielskie hard disk), pamięćdyskowa, w której nośnik magnetyczny jest nałożony na bardzo cienką warstwą (kilka µm) na niewymienną, sztywną płytę zwaną talerzem (lub zespół płyt na jednej osi), zamkniętą w hermetycznej obudowie. Pozwala na zapisywanie danych na stałe, bez ich utraty po odłączeniu zasilania.

Dysk twardy

Dysk twardy

Nazwa twardy dysk (hard disk drive) powstała w celu odróżnienia tego typu urządzeń od tzw. miękkich dysków, czyli dyskietek (floppy disk), w których nośnik magnetyczny naniesiono na elastyczne podłoże, a nie jak w dysku twardym na sztywne.Pierwowzorem twardego dysku jest pamięćbębnowa. Pierwsze dyski twarde takie, jak dzisiaj znamy, wyprodukowała w latach 70firma IBM. Była to słynna seria o nazwie Winchester.

Dysk twardy

Głowice magnetyczne są umieszczone ruchomo nad warstwami nośnika, nie dotykając płyty.

Konstrukcja mechaniczna dysku stałego wymaga dużej precyzji, ale zapewnia bardzo dużą pojemność pamięci oraz mały czas dostępu.

Dysk twardy

Do każdego talerza głowica jest osadzona na ramieniu Wszystkie głowice osadzone na tej samej osiLiczba talerzy zależna od wykonania HDTalerze wirują z dużąprędkościąGłowice wraz z ramionami poddawane dużym przeciążeniom - jedno ze źródeł hałasu

i coraz mniejsze

Toshibaok. 2 cm 4 GB

Dyski robią się coraz pojemniejsze

Solid State Disk

Organizacja i formatowanie danych

Organizacja danych na płycie magnetycznej ma postaćkoncentrycznego zespołu pierścieni, nazywanych ścieżkami.Każda ścieżka ma taką samą szerokość jak głowicaSąsiednie ścieżki są od siebie oddzieloneNa każdej ścieżce przechowywana jest taka sama liczba bitów. Wielkość tę nazywa się gęstością i wyraża w bitach na calPonieważ odczyt/zapis danych odbywa się blokami, dane przechowywane są także w postaci bloków nazywanych sektorami.Na ścieżkę przypadać może do 100 sektorów, a ich długość może być zmienna lub ustalona

Dysk twardy

Dla dysków twardych najważniejsze są parametry: pojemność, szybkość transmisji danych, czas dostępu, prędkość obrotowa talerzy (obr/sek.)

Kilka dysków twardych można łączyć w macierz dyskową, dzięki czemu można zwiększyć niezawodnośćprzechowywania danych, dostępną przestrzeń na dane, zmniejszyć czas dostępu.

Napędy optyczne

Odczyt danych z płyt CD i DVD odbywa się za pomocąodpowiedniego urządzenia, zwanego napędem optycznym.

CD-ROM (Compact Disk – Read Only Memory, Philips 1985)

Napędy optyczne

Ważnym parametrem napędu optycznego jest:

średni czas dostępu, który w obecnie sprzedawanych modelach jest krótszy niż 80 milisekund.

prędkość odtwarzania napędu. Im wyższa prędkośćodtwarzania, tym większy transfer danych. Nowoczesne napędy CD osiągają 48-, a nawet 52-krotną prędkośćodtwarzania (1-krotna prędkość odtwarzania to transfer danych rzędu 150 kB/s).

Płyta CDPłyta CD jest poliwęglanowym krążkiem o średnicy 120 mm. W środku znajduje się otwór o średnicy 15mm. W warstwie aluminium wytłoczona jest fabrycznie koncentrycznie ścieżka o długości ok. 6000 m i szerokości 0,4 μm

Płyta CD

Nagrywana i odtwarzana - jest od środka na zewnątrz.

Prędkość odczytu – 150 kB/s (pierwsze napędy).

Współczesne napędy – 32x (40x) razy szybciej niż 150 kB/s. Standardowa pojemność 650 MB.

Nagrania są oddzielone od siebie przerwą szerokości 1,6 µm.

Wgłębienia są mechanicznie wytłaczane w płycie.

Płyta CD

Jaka jest ich wielkość wgłębień na płycie CD?

Zasada działania płyty CD

promień lasera odbija się od warstwy aluminium znajdującego się pod warstwą z danymi. Gdy laser trafi na zagłębienie (pit), jego promień jest rozpraszany, jeżeli trafi na obszar płaski (land), promieńodbitego światła trafia do komórki fotoelektrycznej.

Rodzaje płyt CD

CD-R (Compact Disk – Recordable, 1989)Płyta do jednokrotnego zapisu. Zamiast warstwy aluminium zastosowano trwały barwnik ftalocyjanowy, zmieniający właściwości optyczne pod wpływem wiązki światła laserowego (barwnik przezroczysty – pit, mętny –land).

CD-RW (Compact Disk – ReWritable, 1997)Płyta do wielokrotnego zapisu – warstwa aluminium została zastąpiona warstwą złożonego stopu, posiadającego właściwości morfizacji i rekrystalizacji pod wpływem ciepła wydzielanego przez promień światła laserowego.

DVD a CD

Różnica polega na znacznie mniejszych odstępach pomiędzy ścieżkami oraz na mniejszych minimalnych rozmiarach wgłębień (pitów) wypalanych laserem przy zapisie.

Kombinacja różnej wielkości pitów (od małych okrągłych po dłuższe owalne) oraz obszarów znajdujących się pomiędzy pitami (landów) pozwala na zapis informacji w systemie dwójkowym

Schemat budowy DVD

Płyty DVD i CD - pojemności

CD-ROM – tylko do odczytu, poj. ok. 700 MB.

CD-R – jednokrotnie zapisywalne, poj. ok. 700 MB

CD-RW – zapisywalne, poj. do 800 MB

DVD-R – 4.7 GB/strona,

DVD-RW – 4.7 GB/strona (zapisywalne).

DVD – duża gęstość zapisu, dwuwarstwowe (9.4 GB), dwustronne (17.1 GB)

Szybkość transmisji

Dla dysków twardych może wynosić do kilkaset MB/s

Dla stacji dysków elastycznych - ok. kB/s

Dla czytników CD określana jest jako wielokrotnośćszybkości transmisji stacji

dysków elastycznych czyli oznaczenie 24x oznacza szybkość transmisji = 24*150 kB/s =3600 kB/s=3,52 MB/s

dla czytników DVD – wielokrotność 1350 kB/s, np. 16x 16x1350 kB » 21600 kB/S (21.09 MB/s)

Następcy DVD

HD-DVD: High-Definition (DVD wysokiej rozdzielczości), pojemność do 15/30 GB (przewiduje się do 45 GB).

Wersje: HD-DVD-ROM, HD-DVD-R.Microsoft, Toshiba, Sanyo, przemysł filmowy.

Blu-Ray Disc: nowa generacja wykorzystująca laser niebieski (długość fali światła laserowego krótsza niżtradycyjnego lasera czerwonego stosowanego w DVD, stąd większa gęstość zapisu).

Pojemność: 27/54 GB (przewiduje się do 100 GB, co ma umożliwić zapis 8 godzin filmu).Zainteresowani: Philips, Sony, TDK.

Blue-ray

Karty pamięci

Perspektywy

Pozycja HDD do roku 2008 wydaje się byćniezagrożona. Później mogą pojawić się pamięci, które wyeliminują elementy mechaniczne z naszych komputerów.

Komputer będzie się uruchamiał w mgnieniu oka, ponieważ zawartość pamięci operacyjnej nie ulegnie skasowaniu po wyłączeniu komputera.

Urządzenia zewnętrzne

Monitory

Monitor jest podłączony do karty graficznej komputera.Jego zadaniem jest

wyświetlanie obrazów (tekstu) będących wynikiem pracy komputera. Podstawowym parametrem monitora jest wielkość jego ekranu, określana przez długość przekątnej (obecnie najczęściej 15 bądź 17 cali). Monitory komputerowe sąwyposażone są w kineskop i monitory ciekłokrystaliczne.

Monitory

Oglądany przez nas na ekranie ruchomy bądźnieruchomy obraz składa się z wyświetlanych wiersz po wierszu pojedynczych "klatek", które są emitowane wiele razy w ciągu sekundy.

Aby oko ludzkie miało wrażenie, że obraz zmienia się w sposób płynny, wystarczy nadawać poszczególne klatki z częstotliwością już około 24 zdjęć na sekundę, co doskonale zdaje egzamin w kinematografii.

Monitory

Ze względu na różnice w sposobie wyświetlania (m.in. chodzi o zwiększoną jasność) nowoczesne monitory odświeżają ekran w tempie od 60 herców (dopiero dzięki temu mogą zapewnić stabilny obraz).

Brak migotania uzyskamy przy jeszcze wyższych częstotliwościach.

Monitory

Przedstawianie barw na ekranie monitora: standard RGB, w którym trzy podstawowe kolory (Red, Green, Blue) mieszane w różnych proporcjach dajądowolną barwę.

Poziom nasycenia każdego koloru zmienia się w zakresie 1 bajtu, dając 28 = 256 możliwości (od 0 do 255).

Monitory

Standard RGB daje następujące możliwości:

Kolor 16-bitowy (R – 6 bitów, G i B – po 5 bitów, razem 16 bitów), 216 = 65 536 kolorów.

Kolor 24-bitowy (3 razy po 8 bitów), 224 = 16 777 216 kolorów.

Kolor 32-bitowy, True Color – dodatkowe 8 bitów wykorzystywane jest do zwiększenia szybkości przesyłania obrazów.

Monitory

Paleta kolorów –zbiór wszystkich możliwych do wyświetlenia kolorów (ludzkie okoma ograniczone możliwości ich odbioru).

Karta grafiki

Główne zadanie karty graficznej to przetwarzanie obrazu cyfrowego generowanego przez układy komputera na sygnał „zrozumiały” dla monitora (może to byćsygnał: analogowy lub cyfrowy).


Gniazdo podłączenia monitora

Karta grafiki

Podstawowym parametrem każdej karty grafiki jest ilośćzainstalowanej na niej pamięci.

W pamięci karty przechowywana jest informacja niezbędna do utworzenia obrazu.

Dlatego też, w zależności od ilości pamięci na karcie, różna może być tzw. paleta kolorów (color palette), w jakiej obraz jest wyświetlany na ekranie.

Standardy kart grafiki

Standardy MDA, HGC (Herkules), CGA, EGA –wycofane.Standard VGA, rozdzielczość 640×480 pikseli (piksel –najmniejszy punkt, jaki może być wyświetlony na ekranie, widoczne po powiększeniu obrazu 10-20 razy), 256 kolorów.Standard SVGA (firma VESA), rozdzielczości 800×600, 1024×768, 1280×1024 oraz 1600×1200.Standardy XGA, SXGA, UXGA – j. w., inny producent (IBM).

Standardy kart grafiki

Monitory kineskopowe

Monitory LR – Low radiation, współczesny standard, wcześniej – specjalne osłony antyradiacyjne.

Wielkość obrazu: 15”, 17”, 19” i 21”.

Częstotliwość odświeżania obrazu: 80 – 120 Hz (bezwładność ludzkiego oka: 30 – 50 Hz, migotanie obrazu)

Monitory kineskopowe

Monitory ciekłokrystaliczne

Monitory płaskie, z matrycą pasywną (przeszłość, rozmycie obrazu przy ruchu) i matryca aktywną (do każdego piksela przypisany jest tranzystor kontrolujący jakość obrazu).

Początkowo monitory LCD stosowane były w notebookach, obecnie są coraz szerzej stosowane w komputerach biurowych (oszczędność miejsca).

Rodzaje matryc LCDTN - jest to obecnie najczęściej spotykany typ matrycy LCD. Charakteryzuje się bardzo krótkim czasem reakcji - w najnowszych konstrukcjach dochodzi on nawet do 4 milisekund! Ekrany TN mają stosunkowo mały kąt widzenia -maksymalnie 160 stopni gorsze niż w pozostałych typach matryc odwzorowanie barw.

Rodzaje matryc LCDMVA (Multi-Domain Vertical Alignment)Matryce MVA oraz ich ulepszona wersja MVA Premium dają obraz o najlepszym odwzorowaniu barw, dochodzącym nawet - podobnie jak w przypadkumonitora CRT - do 90% przestrzeni Adobe RGBbardzo szeroki kącie widzenia - do 170 stopni w każdym kierunku.Ich wadą są dłuższe niż w pozostałych typach matryc czasy reakcji, a co za tym idzie - większe smużenie.

Rodzaje matryc LCDPS (In-Plane Switching) - matryce IPS, nazywane też Super-TFT, sąobecnie najrzadziej stosowane.

Charakteryzują się one bardzo szerokim kątem widzenia, dochodzącym do 178 stopni.

Ich wadą jest mały kontrast.

Dlatego producenci paneli, chcąc go zwiększyć, stosują bardzo silne podświetlenie ekranu.

Czas reakcji matrycy jest porównywalny z ekranami TN.

Monitory wykorzystujące panele IPS znacznie lepiej odwzorowująbarwy niż konstrukcje TN, ale nieco gorzej niż MVA.

Odwzorowanie przestrzeni Adobe RGB dochodzi tu do 80%, co odpowiada przestrzeni barwnej sRGB.

Monitory plazmowePłaski ekran, zbudowany ze specjalnych paneli, między którymi stosowany jest zjonizowany gaz świecący pod wpływem prądu (zbiór miniaturowych lamp jarzeniowych).

Monitory polimerowe PDPPrzewiduje się, że ekrany oparte na technologii LEP i OLED (polimery organiczne) znajdą szerokie zastosowanie monitorach, dużych ekranach i publikacjach cyfrowych.

Drukarka

Drukarka to urządzenie, które pobiera dane z komputera i drukuje je na papierze lub folii.

Trzy najpopularniejsze typy drukarek to:

igłowe,

atramentowe

laserowe.

Podstawowym parametrem drukarki jest rozdzielczość wydruku. Określamy ją w punktach na cal.

Drukarka

Konflikt: Ludzkie oko – monitor - drukarkaLudzkie oko – ograniczone możliwości odbioru barw.Monitor – tworzenie barw RGB na drodze elektronicznej.Drukarka – tworzenie barw CMYK na drodze mechanicznej.Dla uzyskania profesjonalnych efektów wymagana jest kalibracja kolorów na linii skaner – monitor – drukarka.

Drukarka – modele barwCMY – błękit (cyan), purpura (magenta), żółty (yellow) →odwrócony schemat RGB.

Ponieważmieszanie barw CMY nie daje pełnej czerni, zestaw ten uzupełniono o czerń K → CMYK(dla drukarki kolor czarny jest kolorem podstawowym).

Parametr rozdzielczości drukarek

DPI (dots per inch) – liczba punktów na długości 1 cala (1 cal = 2,54 cm).

Im większa wartość liczbowa DPI, tym obraz jest wyraźniejszy i lepiej nasycony barwami (stopieńostrości obrazu)

Drukarki atramentowe – 300-1200 dpi.

Drukarki laserowe – 600-2400 dpi.

Skanery – do 2400-4800 dpi.

(Monitor komputerowy – do 100 dpi).

Drukarki igłoweZastosowania – drukowanie kilku kopii przez kalkę(biura, banki).Drukarki 9- i 24-igłowe. Niska jakość druku, bardzo wolna praca

Schemat działania i przykładowe znaki

Drukarki atramentowe

Typ drukarki, w której obraz powstaje w wyniku wystrzeliwania mikroskopijnych kropel kolorowych tuszów na papier. Umożliwiają otrzymywanie wydruków o wysokiej jakości (przy zastosowaniu specjalnych papierów – o jakości fotograficznej).Wady – wolna praca, kosztowne tusze (drukarka posiada dwa pojemniki – na tusz czarny i na trzy tusze kolorowe CMY).

Drukarki laserowe

Drukarka wykorzystująca do tworzenia wydruku promień światła laserowego, działającegona odpowiedni bęben. Druk kolorowy wymaga stosowania kilku pojemników z tonerem. Wysoka jakość wydruków, duża szybkość pracy. Wady – wydzielanie szkodliwych substancji.

Drukarki laserowe – schemat działania

Skanery

Skaner – urządzenie optyczno-mechaniczne przetwarzające obrazy (zdjęcia) i teksty w formę cyfrową, zrozumiałą dla komputera i możliwą do dalszej komputerowej obróbki (zasada działania jest podobna do działania kserokopiarki).

Skanery

Do każdego skanera dołączone jest specjalistyczne oprogramowanie OCR (Optical Character Recognition), umożliwiające zamianę zeskanowanegotekstu w plik umożliwiający jego obróbkę i edytowanie (programy Recognita, FineReader).

Podłączanie skanera – porty USB.

Skanery

Skanery ręczne (czytniki kodów kreskowych) – handel.Skanery płaskie – skanowanie obrazów, klisz i tekstów.Skanery bębnowe – zastosowania profesjonalne.

Klawiatura

Klawiatura to peryferyjne urządzenie wejścia, umożliwiające wprowadzanie danych do komputera.

Najpopularniejszą grupą klawiatur wśród użytkowników komputerów klasy IBM PC są klawiatury zawierające 104 klawisze standardowe i dodatkowo trzy klawisze ułatwiające obsługęniektórych funkcji systemu Windows i aplikacji pod nim pracujących.

Klawiatura

W typowych klawiaturach możemy wyróżnić:blok podstawowy, tworzony głównie przez klawisze służące do pisana tekstów, blok funkcyjny (klawisze F1...F12), blok specjalny (m.in. klawisz Print Screen, Scroll Lock, Insert, Delete), blok kursora zawierający klawisze ruchu kursora, blok numeryczny pozwalający na szybkie wprowadzanie danych liczbowych.

Klawiatura

Połączenie klawiatury z komputerem: łącze szeregowe, podczerwień (IrDA), fale radiowe (Bluetooth – nadajnik + odbiornik podłączony do komputera za pomocą portu USB).

Klawiatura

Podstawowy układ klawiszy – QWERTY

Klawiatura

Układ klawiszy – AZERTY (francuska i belgijska)

Klawiatura

Układ klawiszy – QWERTZ (Niemcy, Czechy, Węgry, Austria, Słowacja, Szwajcaria, w Polsce jako klawiatura maszynistki)

Mysz

Zasada posługiwania się klasyczną myszkąpolega na przesuwaniu jej po płaszczyźnie w postaci podkładki (mouse pad) i wprawianiu w ruch umieszczonej na jej spodzie kulki. Ruch kulki jest przekazywany do odpowiednich przetworników mechaniczno-optycznych. Generowane za pomocą przetworników sygnały elektryczne są przetwarzane w komputerze na ruch tzw. wskaźnika myszy. Mysz optyczna - wykorzystuje się tutaj zasadę odbijania światła emitowanego przez myszkę w czasie jej ruchu po specjalnej podkładce.

Documents

Narzędzia informatyki