Informatica §5 computersystemen

Hoofdstuk 5 - Computersystemen
Par. 5.1 Computersystemen:
hardware
Intern geheugen
Processorgegevens
Extern geheugen
Uitbreiding
Communicatie
Geluidskaart
videokaart
CPU / CVE
PROCESSOR
Kern van de computer
Voert instructies programma uit
Verwerkt data
Rekenkundige- of verwerkingssnelheid
processor gemeten in MIPS
Kloksnelheid uitgedrukt in MHz
Computersystemen: hardware
1978
1982
1985
1989
1993
1995
1995
1996
1997
1997
1997
1998
1999
Type processor
Jaar


























XT 8086
AT 80286
80386
80486
Pentium 60 Mhz
Pentium 133Mhz
Pentium 150 Mhz Pro
Pentium 200 Mhz
Pentium 200 + MMX
Pentium II 233 Mhz
Pentium II 300 Mhz
Pentium II 400 Mhz
Pentium III 500 Mhz
Computersystemen: processor
Pentium II 300
Pentium 200 + MMX
Pentium 150 Pro
Pentium 60
80386
XT 8086
0
100
200
300
400
500
600
700
OPBOUW PROCESSOR
Besturingseenheid (control unit)
ALU (rekenkundige en logische eenheid)
Registers -> tijdelijke opslagplaatsen
Computersystemen: processor
Address Bus
Processor
Control Unit
AMD
Athlon
CU
R1
R2
Arithmetic
Logical Unit
R3
R4
ALU
R5
R6
R7
R8
Data bus
Registers
Von Neumann
basismodel
WERKING PROCESSOR:
INSTRUCTIECYCLUS
1. Haal instructie op uit intern
geheugen en zet deze in CVE
2. Decodeer instructie (wat moet er
gebeuren en waarmee?)
3. Voer de instructie uit

Terug naar stap 1.
Computersystemen: processor
Processor
Instruction
Pointer
CU
010
010
02
010 010
010
010
010 010
02
02
02
Register AX
1
ALU
MOV AX,0
Decode Unit
MOV AX,0
MOV AX,0
Execute Unit
MOV AX,0MOV AX,0
1
MOV AX,0
MOV AX,0
MOV AX,1
R1
0100
ADD AX,7
R2
0102
R3
R4
R5
R6
R7
R8
Instruction register
3 TYPEN GEHEUGEN:
1. Registers: onderdeel CVE, klein,
snel, toegankelijk, zeer duur
2. Werkgeheugen: chips buiten CVE,
beperkte capaciteit, snel, duur.
Intern
3. Permanent of achtergrondgeheugen
apart apparaat, grote capaciteit,
relatief traag, goedkoop. Extern
EXTERN GEHEUGEN:
Twee soorten:
adresseerbaar; schijf verdeeld in:
sporen (cirkelbanen op schijf)
sectoren (taartpunten op schijf)
nummering hiervan levert snel zoeksucces op
niet-adresseerbaar:
tape (vgl. cassettebandje)
Computersystemen: harde
schijf(1)
Schijf met magn.
materiaal
constante
draaisnelheid
Lees/schrijfkop
Lees/schrijfarm
Computersystemen: harde schijf
(2)
spoor
sector
aantal schijven
boven elkaar
zelfde spoor
op elke schijf:
denkbeeldige cilinder
materiaal:
metaal / glas
Computersystemen: CD-ROM(1)
Computersystemen: CD-ROM(2)
Computersystemen: CD-ROM(3)
Computersystemen: CD-ROM(4)
spoor
sector
Speed Transfer Rate
variabele
draaisnelheid
x1
150KB/s
x2
300KB/s
x4
600KB/s
x8
1200KB/s
Computersystemen: Tape
bits (8)
BOT
stopbit (1)
Niet adresseerbaar!
EOT
INTERN GEHEUGEN
Is geadresseerd
heeft twee delen:
RAM-deel  geheugenplaatsen zijn apart te
benaderen
ROM-deel  alleen leesbaar, niet uit te
wissen
SPECIAAL INTERN GEHEUGEN:
 Virtueel geheugen:
deel van bestand dat
snel door processor
kan worden
geraadpleegd, maar
toch op harde schijf
staat
 Cache-geheugen:
deel van intern
geheugen, waar
veelgebruikte
instructies direct
opvraagbaar zijn (zeer
snel)
Computersystemen: cache
Cache-geheugen  versnelt de acties van de processor
 is merkbaar na herhaling
 is relatief duur
VON NEUMANN-PRINCIPE
CVE kan maar één opdracht tegelijk
verwerken. De instructies worden dus
sequentieel, na elkaar verwerkt. Gevolg:
vertraging -> de Von Neumannbottleneck.
Oplossingen:
ondersteunende processor
gekoppelde processor
parallelle processors
Par. 5.2 Datacommunicatie
• soorten verbindingen
• soorten signalen
• de hardware van een netwerk
• soorten netwerkstructuren
Het lokale netwerk - LAN
Tegenwoordig is communicatie het
sleutelwoord voor de moderne PC.
De verbinding tussen PC's begint bij het
lokale netwerk - het Local Area Network,
afgekort tot LAN.
Daarbij wisselen PC's die in hetzelfde
gebouw staan, informatie uit.
Hiervoor kunnen meerdere technologieën
worden gebruikt.
Busstructuur
Bus = verbinding tussen processor(en),
geheugen(s) en randapparatuur, in de
vorm van geleidende strips op een
printplaat.
Drie typen:
adresbus
besturingsbus (of: controlebus)
databus
Het busnetwerk(1)
Een busnetwerk is open aan de uiteinden.
Elke PC is op het netwerk aangesloten
via een transmitter (verzender).
Ook randapparaten, zoals printers,
kunnen aan het netwerk worden
gekoppeld.
Het bekendste voorbeeld van dit type
netwerk is Ethernet.
Het busnetwerk (2)
Het token ring-netwerk
Het token ring-netwerk biedt twee
speciale eigenschappen die de
problemen van het busnetwerk moeten
oplossen.
Het is een gesloten netwerk waarin maar
een enkel pakket (token) tegelijk kan
worden verzonden.
Zo kunnen zich geen botsingen voordoen.
Het token ring-netwerk (2)
Het sternetwerk
Het sternetwerk levert betere prestaties
levert dan het busnetwerk of het token
ring-netwerk.
De gegevensuitwisselingen worden
gecontroleerd door een schakelstation.
Aangezien elke node met een eigen kabel
op dit station is aangesloten, zijn
botsingen uitgesloten.
Het sternetwerk (2)
Uitgebreide netwerken
Vaak wil men kunnen communiceren met
PC's in een ander gebouw, een andere
stad of zelfs in een ander land.
We spreken dan van een uitgebreid
netwerk - in het Engels heet dat een
Wide Area Network (WAN).
Wide Area Network
Oorspronkelijk sloeg deze term op
computers die waren gekoppeld via
media voor telecommunicatie.
Tegenwoordig omvat een uitgebreid
netwerk meestal lokale netwerken die zijn
verbonden via het telefoonnet of speciale
lijnen.
Communicatie met een modem
Een faxmodem
Datacommunicatie
 1. Simplexverbinding
berichten slechts in 1
richting verzonden
 2. Half duplex
#1
simplex
#2
#1
half duplex
#2
#1
full duplex
#2
communicatie in 2
richtingen, echter niet
tegelijkertijd
 3. (Full) duplex
communicatie in 2
richtingen, tegelijkertijd
Netwerkstructuren
1. Punt naar puntlijn
(point to point)
elke computer via
eigen lijn met server
verbonden
bijv. sternetwerk
2. Multidroplijn
elke lijn voor aantal
verbindingen gebruikt
bijv. ringnetwerk en
busnetwerk
Netwerken: schakeltechnieken
Circuit switching:
 Totale verbinding
blijft in stand
 Bericht compleet
overgezonden
 Synchrone communicatie.
Netwerken: schakeltechnieken
Message switching:
 Verbinding tussen
knooppunten
 Bericht compleet
overgezonden
 ‘Store and Forward’
 Asynchrone
communicatie
Netwerken: schakeltechnieken
Packet switching:
 Verbinding tussen
knooppunten
 Bericht in segmenten (packets)
 Elk segment eigen
route
 . . . communicatie
OSI-model -> standaardisatie
netwerkarchitectuur
7 lagen om architectuur modulair te
maken en producten uitwisselbaar:
Netwerken: Open Systems
Interconnection
7
Applicatielaag FTP HTTP SMTP
messages
6 Presentatielaag
5
Sessielaag
4
Transportlaag
TCP
segments
3
Netwerklaag
IP
packets
2
Datalink-laag
MAC
frames
1
Fysieke laag
V90 ISDN
bits
Medium: koperdraad, glasvezel, radio
hdr payload
hdr
hdr
payload
payload
100110
Netwerken: OSI standaard
7
Host 1
message
App
6
Pres
Pres
5
Sess
Sess
4
Trsp
message
3
Net
message
2
Datl
1
1001100111
Fys
message
Host 2
App
message
message
Trsp
Net
message
Datl
message
1001100111
Fys
10011001110011001111101101010111101101111
Voorbeeld: pariteit(1)
in datalink-laag gebruik van pariteitsbit
(controle op fouten in vervoer data)
Extra bit toegevoegd aan reeks bits
1. Even pariteit: een 0 of 1 toevoegen om
een even aantal enen te krijgen
2. Oneven pariteit: een 0 of 1 toevoegen om
een oneven aantal enen te krijgen
Voorbeeld: Pariteit (2)
Even pariteit
Data
Data (met pariteitsbit)
0 1 0 1 0 0 1  0 1 0 1 0 0 1 1
1 1 0 1 0 0 1  1 1 0 1 0 0 1 0
1 0 1 1 1 1 0  1 0 1 1 1 1 0 1
0 0 0 1 1 1 0  0 0 0 1 1 1 0 1
0 1 1 0 1 0 0  0 1 1 0 1 0 0 1
1 0 1 1 1 1 1  1 0 1 1 1 1 1 0
Voorbeeld: Pariteit (3)
Horizontaal en vertikaal
Data
Data (met pariteitsbits)
0 1 0 1 0 0 1  0 1 0 1 0 0 1 1
1 1 0 1 0 0 1  1 1 0 1 0 0 1 0
1 0 1 1 1 1 0  1 0 1 1 1 1 0 1
0 0 0 1 1 1 0  0 0 0 1 1 1 0 1
0 1 1 0 1 0 0  0 1 1 0 1 0 0 1
1 0 1 1 1 1 1  1 0 1 1 1 1 1 0
1 1 1 1 0 1 1 0