W skład komputera wchodzą KOMPUTER PC - makrostruktura W skład komputera wchodzą jednostka centralna w obudowie - elektronika (także mechanika np. wentylator, napędy dyskowe), układy zasilania, przetwarzania, przesyłu i gromadzenia informacji klawiatura - konsola, urządzenie wejścia monitor - konsola, urządzenie wyjścia inne urządzenia zewnętrzne (pamięć zewnętrzna, drukarka, mysz, modem itp.)

Ogólne zasady działania komputera Układy liczbowe. Funkcjonowanie komputera opiera się na działaniach liczbowych przy czym jako układ podstawowy zapisu liczb przyjęto układ binarny (dwójkowy) ze względu na łatwość interpretacji stanu napięciowego elementu elektronicznego (stan jakościowy jest prostszy w detekcji od stanu ilościowego). Informacja (liczba) przechowywana jest w rejestrze (komórce pamięci) mikroprocesora lub w komórce pamięci operacyjnej lub stałej w zapisie binarnym pozycyjnym (dwójkowym), np. z wykorzystaniem 8-miu bitów (lub wielokrotności 8).

Przykładowo zapis liczby w układzie dwójkowym. Bit (binary digit) to podstawowa jednostka informacji - stan elementu 0 lub 1. Każdą liczbę można przedstawić w postaci ciągu bitów. Grupa 8 bitów nazwana bajtem (1 B) daje możliwość zapisu 256 liczb naturalnych. Większymi jednostkami informacji są: 1 kB (1 kilobajt = 210 =1024 B). 1 MB (1 megabajt = 1024 kB). Przykładowo zapis liczby w układzie dwójkowym. 8-miobitowym: 0 1 0 0 0 1 0 1  26 + 22 + 20 = 64 + 4 + 1 = 6910 7 6 5 4 3 2 1 0.

Słowo komputerowe to ciąg bitów o określonej długości Słowo komputerowe to ciąg bitów o określonej długości. Komputery mogą być: 8-bitowe, 16-bitowe (2x8 lub 16), 32-bitowe itd. Słowo komputerowe może mieć różne znaczenia informacyjne - może reprezentować liczbę, znak, rozkaz.

Ciągi liczbowe w układzie binarnym są niewygodne i stąd przyjął się ich zapis w postaci przeliczonej na układ szesnastkowy (heksadecymalny). W układzie tym używa się cyfr: 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F. Np.: 00000011 310 3h 00001010 1010 Ah 00001111 1510 Fh 11111111 25510 FFh 15*16+15*1 Litera “h” po liczbie oznacza układ heksadecymalny.

Znaki alfanumeryczne Graficzne: a...z, A....Z, inne znaki. Sterujące: RETURN, BACKSPACE, DELETE, ^Z (CTRL+Z) itp. ASCII - kody według tablicy ASCII (ISO-7) , tzw. strona podstawowa tablicy to 128 znaków o kodach 0‑127, wymienne strony dodatkowe (kody 128-255). 30 - 0 (zero) - 00110000. 41 - A - 01000001. ALA - 41 4C 41 01000001 01001100 01000001.

Schemat działania komputera. Działanie komputera: wykonywanie kolejnych akcji danego programu, zapisanego w postaci tzw. kodu maszynowego (wewnętrzny) Rozkazy kodu maszynowego zapisane są w ROM komputera, stałej pamięci (tylko do odczytu)

Złożone akcje programu składają się z operacji elementarnych, do których należą: wykonywanie podstawowych operacji arytmetycznych (dodawanie, odejmowanie, mnożenie, dzielenie) wykonywanie operacji testujących (logicznych) wykonywanie skoków programowych wysyłanie wartości do komórek pamięci i pobieranie ich zawartości zarządzanie adresami komórek pamięci wysyłanie rozkazów do urządzeń zewnętrznych

Podział komputerów ze względu na wielkość i zdolność obliczeniową: Małe komputery: miniaturyzacja (laptop, notebook, palmtop, pentop). Komputery osobiste zgodne z IBM. Inne komputery osobiste - Amiga, SUN, MacIntosh. Stacje robocze (Workstations) - wysokowydajne procesory w architekturze RISC, praca wielozadaniowa (równoczesne wykonywanie wielu programów), wieloprocesorowe. Duże komputery wielozadaniowe do wyspecja- lizowanych zadań naukowych - IBM, Cray.

Struktura wewnętrzna komputera Jednostka centralna - płyta główna Gniazdo mikroprocesora (+radiator+fan) +koprocesor arytmetyczny (wbudowany w mikroprocesor) Chipset - układy wspomagające pracę procesora Magistrale – “tory” przepływu informacji Gniazda pamięci RAM (elektroniczna, nietrwała) Pamięć ROM – BIOS Pamięć podręczna – cache Zegar kwarcowy taktujący pracę procesora Gniazda rozszerzeń

Poza płytą: Karty rozszerzeń Pamięci “masowe” Zasilacz Głośnik Obudowa Stacje dysków elastycznych Dyski twarde CD-ROM (CD-R, CD-RW, DVD) Zasilacz Głośnik Obudowa

Urządzenia zewnętrzne: monitor klawiatura mysz drukarka skaner ploter modem, faxmodem UPS inne - zabawowe (ale nie tylko) joystick, digitizer (touch tablet)

Mikroprocesory

MIKROPROCESOR (CPU), serce i mózg komputera - układ zarządzający- układ scalony wysokiej skali integracji. Podstawowe funkcje mikroprocesora: operacje arytmetyczno-logiczne (ALU) zapamiętywanie informacji - danych, rozkazów, adresów (rejestry) pobieranie i wysyłanie informacji (układy sterowania)

Ogólna zasada działania procesora moduły - bloki Blok wstępnego pobierania i dekodowania instrukcji. Odpowiada on za dostarczenie kolejnych poleceń z pamięci operacyjnej i przekazanie ich do odpowiedniej jednostki wykonawczej. Główny blok wykonawczy to jednostka arytmetyczno-logiczna ALU. Zapewnia ona prawidłowe przetworzenie wszystkich danych stałoprzecinkowych. ALU wyposażony jest w niewielka zintegrowana pamięć, nazywana zestawem rejestrów. Każdy rejestr to pojedyncza komórka używana do chwilowego przechowywania danych i wyników. FPU, czyli koprocesor wykonujący wszystkie obliczenia zmiennoprzecinkowe Po zakończeniu "obliczeń" dane będące wynikiem przetwarzania trafiają do modułu wyjściowego procesora. Jego zadaniem jest przekierowanie nadchodzących informacji np. do odpowiedniego adresu w pamięci operacyjnej lub urządzenia wejścia/wyjścia.

Historia procesorów 1947r. – odkrycie tranzystora 1960r. – uruchomienie produkcji układów scalonych 1963r. – pierwszy wzmacniacz szerokopasmowy 1965r. – pierwszy wzmacniacz operacyjny A 702

I generacja 1971r. – opracowanie pierwszego mikroprocesora 4-bitowego Intel 4004 (PMOS), 34 rozkazy, 2300 tranzystorów, 60000 rozkazów/s, przestrzeń adresowa 4kB (twórcy Faggin, Shima) INTEL 4004

INTEL 4004

1972r. – Intel 8008 (technologia PMOS) 8-bitowy, 45 rozkazów, 16kB przestrzeń adresowa, 300000 rozkazów/s

II generacja 1973/74r. – P Intel 8080 – 8b, 75 rozkazów, 64kB, 6000 tranzystorów (w Polsce MCY7880N), NMOS 1974r. – P Motorola 6800 (179$) 1975r. – P MOSTechnology 6502 (rozwinięta wersja 6800, 25$, wykorzystywane do budowy PC: Apple, Atari, Commodore) 1976r. – P Z80 ZILOG (FAGGIN i SHIMA) – najpopularniejszy P 8b, 4MHz, 176 rozkazów (Sinclar ZX, ZX Spectrum) 1976r. – nowa gałąź - P jednoukładowe Intel 8048 (8021, 8022, 8049, 8031), 3870 Mostek, 1980 – Intel 8051 – bardzo popularny, Zilog Z8 Procesor+RAM+ROM, Motorola 6801

III generacja. 1978r. – Pierwsze P 16 - bitowe. Intel 8086 (PC/XT IBM) – 16 bitowe rejestry, 16 – bitowa szyna danych. Wprowadzony: czerwiec 1978. 29.000 tranzystorów. 4.77 – 10 MHz, 0,33 MIPS, początkowa cena 360 USD. MOTOROLA 68000 (32/16b). ZILOG Z8000. KOPROCESOR Intel 8087 – współpraca z 8086; 8088 (100z szybsze obliczenia zmiennoprzecinkowe). 1979 r. - Intel 8088. Intel 8086 z 8–bitową szyną danych, 4,77-8 MHz, 0,33 MIPS, 29.000 tranzystorów. 1882 r. Intel 80286 – 16b (PC/AT IBM) 16 – bitowe rejestry, 16 – bitowa szyna danych, praca w trybie chronionym, 134.000 tranzystorów, 6-12 MHz, 1-2 MIPS, Adresowanie pamięci wirtualnej, wielozadaniowość. Początkowa cena 360 USD.

IV generacja P 32- bitowe MOTOROLA 68020/30 1985 r. - Intel 80386 – IBM PC 386 - 32 – bitowe rejestry, 32 – bitowa szyna danych, 275.000 tranzystorów, 16-33 MHz, 6-12 MIPS. Początkowa cena 299 USD. 1988 r. - Intel 80386SX, 80386 z 16 – bitową szyną danych, 16-33 MHz (wersja tańsza), 1989 r. - Intel 486DX – IBM PC 486 32 – bitowa szyna danych. Zintegrowany koprocesor matematyczny. 1,2 miliona tranzystorów, 25-50 MHz, 20-40 MIPS. Cena: 950 USD. 1991 r. - Intel 486SX, 486DX bez koprocesora matematycznego. 1,185 miliona tranzystorów, 16-33 MHz 1992 r. – Intel 486DX2 - 486DX z podwójną częstotliwością zegara. 1,2 miliona tranzystorów, 50-66 MHz

V generacja 1993 r. – Intel Pentium – 32 – bitowe rejestry, 64 – bitowa szyna danych, 3,2 miliona tranzystorów, 60-133 MHz, 100-200+ MIPS, Początkowa cena: 900 USD.

1995 r. – Intel Pentium Pro 32 – bitowe rejestry, 64 – bitowa szyna danych. Superskalarny (wykonywanie instrukcji poza kolejnością); zintegrowana pamięć podręczna L2 (drugiego poziomu), 5,5 miliona tranzystorów, technologia 0,6 m, Szybkości zegara: 133, 150-200 MHz Początkowa cena: 1200-1600 USD.

1994-96 r. Konkurenci Intela Cyrix M1 – koniec 1995 r. AMD K5 – początek 1996 r.

W 1997 r. Pentium II Składał się on z tego co najwydajniejsze było w MMX i Pro. Płyty główne o złączach Slot 1. Modele od 233-333 MHz, na magistrali 66 MHz i modele 350 i 450 na magistrali 100 MHz. Technologia 0,35 mikrona – 7.5 mln tranzystorów (szybsze modele w technologii 0,25 mikrona)

Nie każdemu jednak potrzebny był wydajny lecz drogi Pentium II Od 1998 r. Celeron - niedrogie mniej wydajne jednostki Celerony - elastyczność względem przetaktowywania Z serii Celeron Intel nie rezygnuje do dzisiaj wprowadzając coraz szybsze jednostki Obecnie dostępne Wersje 2,80 GHz, 2,70 GHz, 2,60 GHz, 2,50 GHz, 2,40 GHz Szybkość procesora do 2,80 GHz Typ obudowy FC-PGA2 Szybkość magistrali wew. 400 MHz Wielkość pamięci podręcznej L2 128 KB Technologia 0,13 mikrometra