B2H03 - Helen Parkhurst
advertisement
B2 Hoofdstuk 3 Computers en randapparatuur Dit hoofdstuk gaat over de hardware Harde schijf USB Printer Busstructuur Geheugen Netwerken DVD-speler Serieel Scanner Parallel Processor Embedded Monitor Computers en randapparatuur Stedelijk Gymnasium Breda RCM 2 Computers en randapparatuur B2H03 paragraaf 1 Computers zijn overal afwasmachine navigatie wasmachine cv-thermostaat MP3-speler fietsverlichting dvd-recorder alarmsysteem kopieermachine mobieltje fototoestel geldautomaat Nintendo 3DS vliegtuig netwerkrouter trein laptop . . . cv-ketel §1 Computers zijn overal bankpas OV-chipkaart RFID-chip irisscanner auto tablet tv-toestel smartphone Stedelijk Gymnasium Breda RCM 4 Opdracht 1 Jargon Acer Aspire S7-392-54204G12tws 13,3" Intel Core i5-4200U 4GB 128GB SSD Intel HD Graphics 4400 Touchscreen Hoeveel mag dit kosten? Meer specificaties Acer Aspire §1 Computers zijn overal Stedelijk Gymnasium Breda RCM 5 Opdracht 2 Zoeken naar randapparatuur • Hoe ziet het er uit? • Hoe werkt het? • Wat doet het? §1 Computers zijn overal Stedelijk Gymnasium Breda RCM 6 Computers en randapparatuur B2H03 paragraaf 2 De processor Elke computer heeft minimaal • Processor • Geheugen (RAM, ROM) • Contact met de omgeving • sensoren en actuatoren • Zelfs je bankpas §2 De processor Stedelijk Gymnasium Breda RCM 8 • CPU (Central Processing Unit) • CVE (Centrale verwerkingseenheid) • Instructies uitvoeren • Gegevens en opdrachten komen uit het intern geheugen. §2 De processor Stedelijk Gymnasium Breda RCM 9 • Hoeveel instructies zijn nodig om een beeld op een scherm van 768 x 1366 op te bouwen? • ca. 1.000.000 instructies! • In welke tijd gebeurt dat? • < 0,5 seconde! §2 De processor Stedelijk Gymnasium Breda RCM 10 CPU Klok kloksignaal CPU Besturings eenheid Rekenkundige en logische eenheid Besturingsbus Databus R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 R8 Registers Adresbus 11 §2 De processor Stedelijk Gymnasium Breda RCM Instructies Voorbeeld Waarde van adres A naar R1 Waarde van adres B naar R2 R1 + R2 naar R3 waarde van R3 naar adres C Volgende instructie §2 De processor Stedelijk Gymnasium Breda RCM 12 Voor elke instructie: • Ophalen • Decoderen • Uitvoeren • Volgende §2 De processor Stedelijk Gymnasium Breda RCM 13 Waarde van adres A naar R1 • • • • Ophalen Decoderen Uitvoeren Volgende Waarde van adres B naar R2 • • • • Ophalen Decoderen Uitvoeren Volgende R1 + R2 naar R3 waarde van R3 naar adres C §2 De processor Stedelijk Gymnasium Breda RCM 14 Opdracht Processor simulatie Kopieer de map ProcSim (zip) naar je eigen omgeving Uitpakken §2 De processor Stedelijk Gymnasium Breda RCM 15 • Klok en klokfrequentie • eenheid: MHz of GHz • 1 GHz = 1000 MHz (1024 MHz?) • De klokfrequentie zegt niet zo veel over de snelheid van de computer. §2 De processor Stedelijk Gymnasium Breda RCM 16 • Een Ferrari is heel erg snel. • Heb je er iets aan als er geen banden onder zitten? • Een processor met een klokfrequentie van 3,6 GHz is heel erg snel. • Heb je er iets aan als de geheugentoegang erg traag verloopt? §2 De processor Stedelijk Gymnasium Breda RCM 17 Factoren die de snelheid bepalen • toegangssnelheid van het geheugen • werking van de processoren • grootte van het (cache) geheugen • fysieke afstand tussen processor en geheugen §2 De processor Stedelijk Gymnasium Breda RCM 18 Andere vergelijkingsmaten • FLOPS Floating Point operations • MIPS Mega Instructions per second • ICICOMP Icomp Intel Comparative Microprocessor Performance Index §2 De processor Stedelijk Gymnasium Breda RCM 19 1971 4-bits 0,74 MHz 1972 8-bits 0,80 MHz 1976 8-bits 5,0 MHz 1978 16-bits 5,0 MHz 1982 16-bits 10 MHz 1985 32-bits 16 MHz 1995 32-bits 150 MHz 2000 32-bits 1300 MHz §2 De processor Stedelijk Gymnasium Breda RCM 20 2005 32-bits 3200 MHz 2005 64-bits 2660 MHz 2008 64-bits 3200 MHz 2010 64-bits 3800 MHz Wikipedia §2 De processor Stedelijk Gymnasium Breda RCM 21 frequentie (MHz) 12 10 8 4-bit 6 8-bits 16-bits 4 2 0 1970 1972 1974 1976 1978 1980 1982 1984 jaartal §2 De processor Stedelijk Gymnasium Breda RCM 22 frequentie (MHz) 4500 4000 3500 3000 2500 4-bit 8-bits 16-bits 2000 32-bits 64-bits 1500 1000 500 0 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015 jaartal §2 De processor Stedelijk Gymnasium Breda RCM 23 §2 De processor Stedelijk Gymnasium Breda RCM 24 B2H03 Paragraaf 1 en 2 Theorie bestuderen Processor simulator Opdrachten maken §2 De processor Stedelijk Gymnasium Breda RCM 25 Computers en randapparatuur B2H03 paragraaf 3 Het geheugen B1H03 De hardware §1 Computers zijn overal §2 De processor §3 Het geheugen §3 Het geheugen Stedelijk Gymnasium Breda RCM 27 Eerste onderscheid Intern Extern chips hard disk (HDD) cache Static State Drive (SSD) (S)DDR CD/DVD RAM/ROM flash-drive/USB tape diskette/floppy (?) §3 Het geheugen Stedelijk Gymnasium Breda RCM 28 Schijf (extern) geheugen. • Elke schijf is verdeeld in sectoren (taartpunt). • Elke sector heeft een aantal sporen. • Zo is elke plaats exact aan te wijzen. • Schijfgeheugen is adresseerbaar §3 Het geheugen Stedelijk Gymnasium Breda RCM 29 Schijfopslag §3 Het schijfgeheugen Stedelijk Gymnasium Breda RCM 30 Schijfopslag • Diskette of floppy • CD • DVD • Blu-ray • Hard disk • SSD §3 Het geheugen 1,44 MB 700 MB 5,0 GB 50 GB 1 TB 250 MB Stedelijk Gymnasium Breda RCM 31 Bits moeten worden vastgelegd. • Magnetisch (noord en zuid) • Optisch (gaatje of niet) • Flash, SSD (1 V of 3 V) §3 Het geheugen Stedelijk Gymnasium Breda RCM 32 USB-opslag • Gebaseerd op Flash-geheugen • ROM-geheugen • Uitgevonden in 1984 • 1996 USB 1.0 • 2000 eerste USB-stick 8 MB • 2009 USB-stick 128 GB • 2013 USB-stick 512 GB §3 Het geheugen Stedelijk Gymnasium Breda RCM 33 Intern geheugen • RAM (Random Access Memory) werkgeheugen • ROM (Read Only Memory) Opstartprocedure • Cache geheugen veel sneller, maar duurder §3 Het geheugen Stedelijk Gymnasium Breda RCM 34 Intern geheugen • Bepaalt mede de snelheid van de computer. • Intern geheugen is sneller dan schijfgeheugen • Intern geheugen 10-7 s • Schijfgeheugen 10-3 s §3 Het geheugen Stedelijk Gymnasium Breda RCM 35 Virtueel geheugen Een stukje schijfgeheugen dat als intern geheugen wordt gebruikt. §3 Het geheugen Stedelijk Gymnasium Breda RCM 36 Computers en randapparatuur B2H03 paragraaf 4 De busstructuur B1H03 De hardware §1 Computers zijn overal §2 De processor §3 Het geheugen §4 De verbindingen §4 Busstructuur Stedelijk Gymnasium Breda RCM 38 • Een bus is een kabel waarover data wordt getransporteerd. • Zo’n kabel bestaat weer uit een aantal (8) draadjes. • Feitelijk zijn het dunne banen van koper op de printplaat. §4 De busstructuur Stedelijk Gymnasium Breda RCM 39 • Er is een bus voor de data (gegevens). • Er is een bus voor de instructies. • Er is een bus voor de adressering. • Databus, besturingsbus, adresbus. §4 De busstructuur Stedelijk Gymnasium Breda RCM 40 CPU Klok kloksignaal Besturings eenheid Rekenkundige en logische eenheid Besturingsbus Databus R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 R8 Registers Adresbus §4 De busstructuur Stedelijk Gymnasium Breda RCM 41 • Waar staat de data? adresbus • Wat is de data? databus • Wat is de opdracht? besturingsbus §4 De busstructuur Stedelijk Gymnasium Breda RCM 42 • De computer moet communiceren met andere apparaten. • Intern: grafische kaart, netwerkkaart, geheugen,etc. • Dat gaat intern via slots (PCI, IDE) §4 De busstructuur Stedelijk Gymnasium Breda RCM 43 • De computer moet communiceren met andere apparaten. • Extern: muis, toetsenbord, monitor, externe HD, USB-stick • Dat gaat via poorten, • stekkers en stekkerbussen §4 De busstructuur Stedelijk Gymnasium Breda RCM 44 1, 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9, 2 ps2 poorten (muis, toetsenbord) DVI-poort (digitale monitor) VGA-poort (analoge monitor Parallelle poort (printer, scanner) Firewire (videocamera) USB-poort Netwerkpoort 10, 11 Audiopoorten §4 De busstructuur Stedelijk Gymnasium Breda RCM 45 • B2H03 • Paragraaf 3 en 4 • Theorie bestuderen • Opdrachten maken §3 Het geheugen Stedelijk Gymnasium Breda RCM 46 Computers en randapparatuur B2H03 paragraaf 5 Von Neumann principe B1H03 De hardware §1 Computers zijn overal §2 De processor §3 Het geheugen §4 De verbindingen §5 Instructies uitvoeren §5 Von Neumann Stedelijk Gymnasium Breda RCM 48 • De processor verwerkt instructies. • Steeds één tegelijk • Op volgorde (sequentieel) • Von Neumannprincipe §5 Het Von Neumannprincipe Stedelijk Gymnasium Breda RCM 49 • Instructies starten na elkaar • Snelheid van computers is steeds belangrijker • Instructies moeten op elkaar wachten • Von Neumann-bottleneck §5 Het Von Neumannprincipe Stedelijk Gymnasium Breda RCM 50 Dit principe moest worden verbeterd en de bottleneck opgelost. • Harvard architectuur • Coprocessor • Gekoppelde processor • Dual core • Quad core §5 Het Von Neumannprincipe Stedelijk Gymnasium Breda RCM 51 Harvard architectuur Toegepast bij embedded systems (microcontrolers) • Bussen zijn meer gescheiden • In- en uitvoer zitten elkaar niet in de weg. • CPU Klok kloksignaal Besturings eenheid Rekenkundige en logische eenheid Besturingsbus Databus R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 R8 Registers Adresbus §5 Het Von Neumannprincipe Stedelijk Gymnasium Breda RCM 52 Co-processor • • Hulpje, slaaf Toegepast bij de 80286 (1982) en 80386 (1986) Gekoppelde processor • één processor met twee CVE’s • één processor twee besturingseenheden • slechts één cache • toegepast bij de Pentium (1993) §5 Het Von Neumannprincipe Stedelijk Gymnasium Breda RCM 53 Dual Core – Quad core • • • • meer processoren in één chip ze delen het hoofdgeheugen bottleneck! software moet erop zijn aangepast. §5 Het Von Neumannprincipe Stedelijk Gymnasium Breda RCM 54 Computers en randapparatuur B2H03 paragraaf 6 De BIOS B1H03 De hardware §1 Computers zijn overal §2 De processor §3 Het geheugen §4 De verbindingen §5 Instructies uitvoeren §6 Een pc opstarten §6 De BIOS Stedelijk Gymnasium Breda RCM 56 • Basic Input Output System • Ligt vast in ROM. • Bij opstarten wordt de instructie uit het ROM-geheugen uitgevoerd. • De BIOS wordt van HD geladen • en uitgevoerd. §6 De BIOS Stedelijk Gymnasium Breda RCM 57 Dit programma test • het geheugen • de HD’s • de videokaart • netwerkpoorten • toetsenbord en muis • monitor etc. §6 De BIOS Stedelijk Gymnasium Breda RCM 58 • Drivers worden gezocht en . . . • gekopieerd naar het intern geheugen. • Het laadprogramma voor het besturingssysteem wordt van HD naar het intern geheugen gekopieerd. §6 De BIOS Stedelijk Gymnasium Breda RCM 59 • De eerste instructie wordt uitgevoerd. • De BIOS is klaar. • Het besturingssysteem neemt het verder over. • Je moet inloggen bij Windows §6 De BIOS Stedelijk Gymnasium Breda RCM 60 • Wat zijn ‘Drivers’? • Kleine programmaatjes die bij een stukje hardware horen. • Ze verzorgen de communicatie tussen deze hardware en I/O-poort. • Ze worden door de fabrikant van de hardware gemaakt. • De input en output voldoen aan een standaard. §6 De BIOS Stedelijk Gymnasium Breda RCM 61 • B2H03 • Paragraaf 5 en 6 • Theorie bestuderen • Opdrachten maken §6 De BIOS Stedelijk Gymnasium Breda RCM 62 B2 Hoofdstuk 3 Computers en randapparatuur
