Sissejuhatus arvutiteaduste valdkonna kutseõppesse

1. Arvuti struktuur, katkestus ja DMA

2. Arvuti mäluseadmed

Введение профессиональной

подготовки в области

информатики

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ИНФОРМАТИКИ:(В КОМПЬЮТЕРНОЙ НАУКЕ)

1. Структура компьютера,

прерывание и DMA

2. Память компьютера

Arvutil on:

Sisemäluseadmed ja

välismäluseadmed

Muutmälud ja püsimälud

Fikseeritud

andmekandjatega ja

asendatavate

andmekandjatega

У компьютера есть:

Внутренняя память и

внешняя память

Оперативняя память и

постоянняя память

Фиксированными

носителями данных и

заменяемыми носителями

данных

Info säilitamine arvutis Mehaaniline deformatsioon

Magnetilised nähtused

Elektrilised muutused positiivne tagasiside

elektrilaeng

Optilised nähtused

Viiteliin

Kvantmehhanised nähtused

Запоминание инфо в компьютере

Механическая деформация

Магнитных явлений

Электрические изменения

Положительный обратный связь

Электрический заряд

Оптические явления

Линия задержки

Явлений квантовой механики

Mehaamiline mälu

Arvelaud (abakus), perfokaart ja vändaga mehaaniline arvuti on mehaanilise mäluga

Abakus 6 302 715 408

Arvuti Perfokaart

Kasutus ?

Mehaamiline mäluCD ja DVD plaadil on

väikesed lohukesed,

mis on infikandjateks

Neid loetakse

laserkiirega.

Magnetismil põhinev mälu

Magnetväljas olev

ferromageetiline

materjal (raud)

magnetiseerub ja

säilitab oma oleku.

Kasutus ?

Магнетизм Если есть через провод

обтекания электрический ток, образуется магнитным поле.

Kasutus ?

Магнитный материала

(ферромагнит- железо)

намагничивается и

сохранить свой статус.

Magnetmälu

Toroidrõngas magnetiseeritakse elektrivoolu abil

Magnetiline salvestus

ferromagneetilisele kihile

Magnetiline salvestus

eelised ja puudused

Eelised: väga suur infomaht

säilitatava info väike hind

info säilub, kui vooluta.

Puudused: liikuvad osad ja keeruline mehaanika

suhteliselt aeglane ja pikk

pöördumisaeg.

Kõvaketas kui levinuim

välismäluseade

HDD - Hard (Magnetic) Disk Drive –

Kõvaketas

НЖМД — Накопитель на жѐских

магнитных дисках (жёсткий диск,

винче́стер - в просторечии винт, веник,

хард, харддиск) Enamus infot hoitakse kõvaketastel

Staatiline triger Infokandjaks on vool , mis läbib transistori ja ühe biti

säilitamiseks on vaja

vähemalt kahte

transistori(lisaks valikutransistorid)

Staatilisel

trigeril on kaks

stabiilset seisu

(asendit)

―0‖ ja ―1‖.Alati läbib vool ühte transistori

Статически триггер Носителем информации является ток,

который проходит через транзистор. На один

бит требуется в крайном мере два

транзистора.

Статические

триггер имеет

два устойчивых

состояния

«0» и «1».Alati läbib vool ühte transistori

Staatilise mälu eelised ja puudused

Eelised:

kiire

Puudused:

suur voolutarve

kustub,

kui toide kaob

Kasutus ?

Dünaamiline triger

Infokandjaks on

laeng

kondensaatoril ja

ühe biti

säilitamiseks on

vaja ühte

kondensaatorit ja

ühte transistori.

Kasutus ?

Dünaamilise mälu

eeliased ja puudused

Eelised:

väike elementide arv

väike voolutarve

Puudused:

info kustub kiiresti ja vajab pidevat

taastamist (regenereerimist)

suhteliselt aeglane

Mälumahu mõõtühik

1 MB= 1 048 576 B = 1024 * 1024 = 220

1 GB = 1 073 741 824 B = 10243 = 230

1 KB = 210 =

1 024 B

Püsimälud

Püsimälu all mõistame mälu

(tavaliselt integraalskeemi),

milles ei ole mehaamilisi liikuvaid

osi ja kus info säilub ka ilma vooluta.

Püsimälu võib olla:

valmistatud koos infoga

ühekordselt programmeeritav

ümber-programmeeritav.

Infokandja püsimälus

Tehases valmistatud ja seal infoga täidetud püsimälu (mehaaniline).

MROM– Mask Read Only Memory

Infokandja püsimälus (2)

Ühekordselt programmeeritav

püsimälu (mehaaniline).

Kõrgendatud pinge

abil tekitatakse suur

vool, mis ―põletab‖

dioodi läbi

Infokandja püsimälus (3)

Infokandjaks on ujuv pais (floating gate), kuhu on võimalik kanda laeng. See laeng säilib ja blokeerib paisu.

Flash ROM Flash mälus

kasutatakse ujuva

paisuga (floating

gate)

väljatransistori, mille

laengut kustutatakse

elektrilisel teel.

MOSFET– metall-oxyde-semiconductor field effect

transistor

Флеш‐память (Flash ROM)

В флeш памяти используется

Транзи́стор с пла́вающим затво́ром(floating gate), где заряд хранится на плавающем затворе

MOSFET

– metall-oxyde-semiconductor field effect transistor

МОП – транзисторами

Souce – gate - drain

Исток – затвор – сток

Läte – pais - neel

Ümberprogrammeeritav püsimälu

PROM – Programmable

Read-Only Memory

Ühekordselt program-

meeritav püsimälu

programmaatori abil

EPROM – Erasable

Programmable Read-Only MemoryKustutatv (ultraviolettkiirgusega) ja

ümberprogrammeeritav püsimälu

Программируемый ПЗУ

PROM – Programmable Read-Only Memory ППЗУ- программируемое ПЗУоднократно «прошиваемое»пользователем.

EPROM – Erasable

Programmable Read-Only MemoryПППЗУ – перепрограммируемое ПЗУ(стираеся при помощи ультрафиолетовой лампы)

Ümberprogrammeeritav

püsimälu

EEPROM – Electrically Erasable

Programmable Read-Only Memory

Elektriliselt kustutatav

ümberprogrammeeritav püsimälu.

Flash Memory (Flash ROM) – Erasable

Programmable Read-Only Memory

EEPROM-i ja Flash ROM-i erinevus:

EEPROM: kirjutamine toimub baidikaupa

Flash - kirjutamine toimub andmeplokkide kaupa

Перепрограммируемое ПЗУ (1)

EEPROM – Electrically Erasable

Programmable Read-Only Memory ЭСППЗУ– электрически стираемое

перепрограммируемое ПЗУ.

Перепрограммируемое ПЗУ (2)

Flash Memory (Flash ROM) - Erasable

Programmable Read-Only Memory

─ Флеш-память

Разница между EEPROM и Flash ROM :

EEPROM: — Запись по байтам

Flash ROM — Запись по блокам

EEPROM-i ja Flash ROM-i

eelised ja puudused

Eelised:

ei sisalda liikuvaid osi.

säilitab info ka vooluta.

Puudused:

Info ümberkirjutamiste arv on

piiratud (vahemikus 100 000 kunu 1 mln.

kurda), kuid mitte lugemiste arv.

Преимущества и недостаткиEEPROM-i ja Flash ROM-i

Преимущества:Не содержит подвижных частей

сохраняет информацию без тока.

Недостатки:Основное слабое место флеш-

памяти

количество циклов перезаписи

(около 100 000 раз –

максимально — около миллион циклов).

Mälumoodulid

Mälumoodul on vahetatav plaat,

emaplaadil

SIMM ja DIMM

Kaasajal kasutatakse mälumooduleid:

SIMM - Single Inline Memory Module

Ühepoolsed kontaktid

DIMM - Double Inline Memory Module

Kahepoolsed kontaktid

SIMM и DIMM

Модули памяти в компьютерах

SIMM – Single In-line Memory Moduleмодули памяти с однорядным расположением выводов.

DIMM – Dual In-line Memory Moduleмодули памяти где выводы расположенные на разных сторонах модуля являются независимыми.DIMM модули используется нынешних компьютерах.

Sünkroonne

dünaamiline muutmälu

SDRAM

sünkroniseerib ennast

keskprotsessori (CPU)

siiniga, mis võimaldab

kiiremat infovahetust.

SDRAM SDRAM – Synchronous Dynamic

Random Access Memory

Mikro-processor

M BUS

CLK

CLK

RAMRAM

SDRAMSDRAM – Synchronous Dynamic Random

Access Memory –

SDRAM -Синхронная динамическая

память работает

синхронно с тактами

работы центрального

процессора.

Mikro-processor

M BUS

CLK

CLK

RAMRAM

SDRAM

SDRAM teab täpseltmillal protsessor andmeis nõuab ja regenereerib andmeid vabadel ajavahemikel.

Синхронной SDRAM

Контроллер памяти работает синхронно

с процессором, что позволяет

регенерирует данных в свободные

промежутки времени.

DDR SDRAM

DDR SDRAM –

Double Data Rate

Synchronous

Dynamic Random

Access Memory

DDR SDRAM suudab ühe tsükli ajal

lugeda kaks sõna nii tõusva kui ka

langeva frondi ajal.

DDR SDRAM

DDR SDRAM – Double Data Rate SDRAM- Удвоенная скорость передачи данных синхронной памяти с произвольным доступом

Данные считываются по фронту и

по спаду тактового сигнала.

DDR SDRAM

Peale info valimist

toimub DDR-il

infovahetus nii

kaks korda ühe

tsükli jooksul.

После выбора DDR обменивает

информацию в такте два раза.

DDR2 SDRAM

DDR2 SDRAM - double-data-rate two synchronous dynamic random access memoryTeise põlvkonna topeltkiirusega dünaamiline muutmäluSellel on taktsagedus kaks korda suurem, kui DDR-il ja seega töötab neli korda kiiremini, kui tavaline SDRAM

DDR2 SDRAM

DDR2 SDRAM - double-data-rate two

synchronous dynamic random access memory

Синхронная динамическая память с

произвольным доступом и удвоенной

скоростью передачи данных, второе

поколение

Данные считываются по фронту и по спаду тактового сигнала.

DDR2 работает четыре раз быстрее, чем

обычный SDRAM

DDR3 SDRAM

DDR3 SDRAM - double-data-rate three

synchronous dynamic random access

memory

Kolmanda põlvkonna topeltkiirusega

dünaamiline muutmälu

DDR3-el on DDR2-ga võrreldes madalam

toitepinge (1,5V) ja suurem integratsiooni

aste, mis võimaldab suurendada siini

taktsagedust peaaegu kaks korda.

DDR3 SDRAM

DDR3 SDRAM - double-data-rate three

synchronous dynamic random access

- синхронная динамическая память с

произвольным доступом и удвоенной

скоростью передачи данных, третье

поколение

DDR3 -пониженная напряжение питания

(1,5V), что позволяет удвоить частоту

шины.

DDR SDRAM ja DDR2 SDRAM

DDR SDRAM ja DDR3 SDRAM

DDR3

SDRAM

on DIMM

BGA 240-pin-

ises korpuses

DDR2 SDRAM ja DDR3 SDRAM

CD-ROM - Laserplaat

CD -Compact Disc CD-plaadilt loetakse laserkiire abil

lohke (pit). Lohud (informatsioon) on paigutatud spiraalsele joonele alates plaadi keskelt.

Heli taasesitamisel pöörleb plaat konstantse joonkiirusega

Ajalugu:

Firmad Sony ja Philips lõid 1980 aastal esimese CD plaadi

Info lugemine CD-ilt

Info lugemine CD-ilt

CD-ROM-ilt loetakse andmes blokkide

kaupa (samuti kui helisalvestuse korral),

kuid plaat pöörleb kordi kiiremini (näiteks

24x) ja konstantse pöörlemiskiirusega.

Kasutatakse failisüsteemi

CD - Компакт-диск ilt

Информация на диске записывается

в виде спиральной (винтовой)

дорожки из питов (углубление -яма)

начиная от центра

пластины.

История:

Firmad Sony ja Philips

lõid 1980 aastal

esimese CD plaadi

Info lugemine CD–ROM-ilt

CD-ROM ─compact disc read-only memory ─ kомпакт-диск

Laserplaadi ehk CD andmedDiameeter 120 mm

Paksus 1,2 mm

Radade tihedus 1,6 μm

Lohkude min. pikkus 0,834 μm

Laseri lainepikkus 780nm (infrapunane)

Konstantne joonkiirus 1,2 m/s

Maht 650 MB kuni 900MB

Info lugemine DVD-ilt

DVD-plaadilt loetakse

laserkiire abil mügaraid

(bump). Mügarad

(informatsioon) on

paigukatud kahele kihile.

Alumine infokandev kiht on pool-läbipaistev.

Lugema hakatakse ülemisest kihist ja

seestpoolt väljapoole.

Lugemist jätkatakse alumisest kuhist väljapoolt

sissepuule.

DVD andmed

DVD ─ Digital Versatile Disc või

цифровой многоцелевой диск

Digital Video Disc

цифровой видеоди

Video

Drive

DVD andmed

DVD plaadi andmed (CD) Diameeter 120 mm Paksus 1,2 mm Radade tihedus 0,74 μm (1,6 μm) Lohkude min. Pikkus 0,4 μm (0,834 μm) Laseri lainepikkus 635-655 nm (punane)

(780nm - infrapunane) Konstantne joonkiirus 3,49 m/s

(1,2 m/s) Andmete maht 4,7 GB-17GB

(700 MB)

Info DVD-ROM-il

DVD-ROM-ilt loetakse andmes blokkide

kaupa kuid plaat pöörleb kordi kiiremini ja

konstantse pöörlemiskiirusega.

Kasutatakse failisüsteemi.

17 GB DVD-ROM on kahepoolne.

Ajalugu:

Firmad Sony ja Philips täiendasid oma CD-d

ja 1995 aastal valmid DVD, millele oli võimalik

salvestada 135 minutilise filmi.

Infomahud DVD-l

DVD-5 ─ 4,7 GB SS SL ─Single-Sided Single-

Layer ühepoolne ja ühekihiline

однослойные односторонние

DVD-9 ─ 8,7 GP SS DL ─ Single-Sided Dual-

Layer

ühepoolne ja kahekihiline

двухслойные односторонние

DVD-10 ─ 9,4 GB DS SL ─ Double-Sided Single-Layer

kahepoolne ja ühekihiline

однослойные двусторонние

DVD-18 ─ 17,4 GB DS DL ─ Double-Sided Dual-Layer

kahepoolne ja kahekihiline

двухслойные двусторонние .

Info DVD-ROM-il

DVD-ROM-ilt loetakse andmes blokkide

kaupa kuid plaat pöörleb kordi kiiremini

ja konstantse pöörlemiskiirusega.

Kasutatakse failisüsteemi.

17 GB DVD-ROM on kahepoolne.

Ajalugu:

Firmad Sony ja Philips täiendasid oma CD-dja 1995 aastal

valmid DVD, millele oli võimalik salvestada 135 minutilise filmi.

Info kirjutamine

CD-le ja DVD-le Kirjutatav CD või DVD sisaldab kihti, mis

võib kuumutamisel muuta oma olekut

(phase-change).

Kuumutades seda kihti ühele temperatuurile

ja seejärel jahtudes jääb kiht amorfseks ja ei

peegelda info lugemisel laserkiirt.

Kuumutades seda teisele temperatuurile aga

muutub kiht kristalliliseks (metalseks) ja

peegeldab laserkiirt.

Info kirjutamine

CD-le ja DVD-le

Seega on kasutusel kolmel võimsusel töötav

laser:

Suur võimsus (500-700ºC)

– amorfne olek – “0”

Väike võimsus (200ºC)

– kristalne olek – “1”

Lugemine

– ei kuumuta infokandjat kihti.

Kuumutatav kiht sisaldab:

hõbedat, indiumi, antimoni ja telluriumi

Info kirjutamine CD-le ja DVD-le

ühekihilisena

Ühekihiline CD on:

CD+R või CD-R

tavaliselt 700MBühekordsek kirjutamisek

CD+RW või CD-RW

mitmekordsek kirjutamisek

Ühekihiline DVD on:

DVD+R; DVD-R SL

tavaliselt 4,7GB

DVD+RW; DVD-RW SL – Single Layer

RW - Rewritable

DVD-RW DV+RW ja DVD-RAM

formaadid Mitmekordselt ülekirjutatavad DVD-del on kadutusel kaks

konkureerivat formaati DVD-RW(vanem-1997) ja

DVD+RW(uuem-2002), milledel tarbija seisukohast vahet

ei ole, sest DVD kirjutajad saavad hakkama mõlema

formaadiga(ümberkirjutusi tsükleid üle 1000).

DVD-RW plaat tuleb täielikult ümber kirjutada või

lisada sektoreid lõppu.

DVD+RW plaadi korral on võimalik vahepealseid

sektoreid üle kirjutada.

DVD-RAM formaat on mõeldud DVD-dele, mida saab

ümber kirjutada 100 000 korda ja sektorid on sõltumatud

(random access) ja adresseeritavad. DVD-RAM-i saab

kasutada, kui HDD-d või flopiketast.

Blu-Rey Disk

BD (Blu-ray Disc) Blu-ray laserplaat on CD

ja DVD edasiareng, kuhu mahub veel enam

andmeid. Nimetua tuleneb sellest et

kasutatakse sinakas-violetset valgust

lainepikkusega (405 nm).On kasutusel:

Kõrgekvaliteediliste videode

salvestamisel

Arvuti ROM välismäludena

Blu-Rey plaadi ehitus

Plaadil on

spiraalsed

vaod ja info

kirjutatakse

neisse

Kuna laseri kiir on lühem(405 nm) on

võimalik tihedamalt kirjutada.

Blu-Rey plaadi ehitus (2)

Ajalugu:

Väljatöötlus Blu-ray Disc Association (BDA) ja esimene proov

2000.a.

2003.a. Sony esimesed plaadid tavatarbijale

2009.a. Esimesed Blu-ray kirjutajad.

BR plaadi

kattekiht on

õhem(0,1mm)

mis võimaldab

täpsemat

fokusseerimist.

Blu-Rey plaadi ehitus (3)

BR plaadi

kattekiht on

õhem(0,1mm)

mis võimaldab

täpsemat

fokusseerimist.

Blu-Rey plaadi andmed

BRplaadi andmed (sulgudes DVD)

Diameeter 120mmvõi 80mm

Paksus 1,2 mm

Radade tihedus 0,32μm (0,74 μm)

Lohkude min. pikkus 0,3μm (0,4 μm)

Laseri lainepikkus 405nm sinine

Andmete maht 25GB-50 GB

(17GB-kahepoolne)

Kirjandus

Arvutiweb - Mälu -Salapärased akronüümid

http://www.arvutiweb.ee/ → otsi “mälu”

Heiki Tähis - Arvuti riistvarakomponendid

◦ http://heiki.tpt.edu.ee/eucip/mlu.html

KOKKUVÕTE