A számítógép felépítése és működése - Zámbó Ferenc


kulcsszavas keresés e weblapon
Tartalomhoz ugrás

Főmenü:

A számítógép felépítése és működése

Tananyagok > Az informatika alapjai
A mai korszerű számítógépek működési elve, a technika iszonyatos fejlődése ellenére, több mint 7 évtized távolságból is, megtartotta Neumann János által megfogalmazott elveket. Ha összehasonlítanánk az első elektronikus számítógép jellemzőit, egy mai egyszerű okostelefon paramétereivel, ami eltörpül a mai technika csúcsától, emberi aggyal felfoghatatlan fejlődés tapasztalnánk. Egy példa. Az első gép (ENIAC) a 18 ezer aktív alkatrészével (elektroncső), több teremnyi méretével, kis erőműnyi energia igényével, melynek tudása a mai okostelefon tudásához képest említésre sem méltó, amit ugye zsebre vágunk, és egy töltéssel akár napokig használhatunk. Hogy ne tudna többet egy okostelefon, hisz csak a processzorában kb. 1 milliárd(!) aktív elem található, és mindez egy emberi ujjbegyen elférő lapkán !!! Felfogható agyilag, hogy fér el a képen látható lapkán több milliárd alkatrész?
A 2018 év elején készült ujjbegy méretű lapkán, 64 darab, az 1990-es évek elején körszerűnek tartott, komplett PC (alaplap) található!!!! Sószem PC!
A számítógép elvi működési alapja, és felépítésének tömbvázlata
Mint az előzőekben megismertük, a számítógépek felépítési- és működési elve, követi a neumanni elveket. Ezért a ezen alapelvek ismerete megkönnyíti a számítógép működésének megértését. Ismételjük át és pontosítsuk ezen elveket.
  1. Legyen a számítógép elektronikus felépítésű! Így biztosítható a nagy sebességű műveletvégzés, egyben a teljes automatizálhatóság.
  2. A számítógép használjon 2-es számrendszert a műveletvégzés során! A 2-es számrendszerben csupán 2 szám található, a 0 és az 1. Ez viszont könnyen előállítható egy kapcsolóval, ami könnyen megvalósítható egy apró elektronikus elemmel (pl. tranzisztor). A számítógép ilyen aprócska elemek akár milliárdjait is tartalmazhatja, ami a gép nagy műveletvégzési sebességét biztosítja. A kétállapotú elemekkel való műveletvégzés miatt nevezzük a számítógépeket digitális működésűnek
  3. A számítógép teljes működését egy vezérlőegység -CPU- irányítsa!  A vezérlőegység a számítógép minden egységét irányítja, egyben feladata a számítási- és logikai műveletek végrehajtása.
  4. Legyen a számítógépnek tárolóegysége, mely az adatok mellett, a műveleteket és a végrehajtási utasításokat is eltárolja!  A végrehajtás során a CPU a memóriából egymás után kiolvassa az utasításokat, és hajtja végre.
Tekintsük át ismét a Neumann elveket!
  5.  Legyen a számítógépnek periféria kezelője, mely kezdetben csak az ember-gép kapcsolatot szolgálta ki, későbbiekben, a       háttértárolók megjelenése után, azok vezérlését is elvégezte.
A számítógép tömbvázlata látható a képen. A képre kattintva, nagyobb méretben tekinthető meg. A videókon látható, neumanni elvet illusztráló tömbvázlattól, felosztásában némiképp eltérően, de funkciói tekintetében a neumanni elveket követő módon, látható egy korszerű számítógép szerkezeti felépítése. A továbbiakban, ezen felosztás szerint tárgyaljuk a számítógépek felépítését. Ezt az ábrát kell tudni lerajzolni, mikor a számítógép tömbvázlata rajzának elkészítése a feladat.
A számítógép felépítésének elvi tömbvázlata
  • Mi a számítógép, mi a feladata?
  • Melyek a számítógép részei?
  • Mit jelent a több magos processzor, mire jó?
  • Milyen főbb vezérlők találhatók a számítógépben?
"A számítógépek vezérlője -CPU-" téma főbb kérdései
  • Mi a feladata a processzornak?
  • Milyen részekből épül fel a CPU?
  • Mi az ALU ?
  • Mi a regiszterek feladata?
  • Mi a cache?
  • Mi az órajel feladata?
  • Processzorok típusai?

Az információk beszerezhetők ha ide kattintasz, és az oldalsó videót megnézed.    -->
"A számítógép  központi memóriája" téma főbb kérdései
  • Mi a központi memória feladata?
  • Milyen felépítésű a központi memória?
  • Mi a RAM típusú tároló tulajdonsága?
  • Mi a ROM típusú tároló tulajdonsága?
  • Mi a BIOS, és mi a feladata?
"A számítógép  háttértárolói' téma főbb kérdései
  • Milyen típusú adatokat kell tárolni egy számítógépen ?
  • Hol tárolódnak az adatok?
  • Miért kellenek a háttértárak?
  • Melyek a háttértárak fontos jellemzői
  • Milyen  tárolási elven működőnek a legismertebb háttértár típusok?
  • Milyen eszközök képviselik a különféle tárolási elven működő háttértárakat?
Az információk beszerezhetők ha az oldalsó videót megnézed.    -->
"A számítógép  adattárolási módjainak összefoglalása" téma főbb kérdései
  • Milyen adattárolási helyeket ismerünk?
  • Melyek a különféle adattárolási módok jellemzői?
  • Hogy állíthatjuk sorba a különféle jellemzők szerinti adattárolókat?
"A számítógép  I/O eszközei (perifériák)"  témakör főbb kérdései
  • Hogy csoportosíthatók a perifériák?
  • Melyek a leggyakrabban használt bemeneti perifériák?
  • Melyek a leggyakrabban használt kimeneti perifériák?
  • Melyek a ki- és bemeneti funkcióval egyszerre rendelkező eszközök?
  • Milyen jellemzői vannak a szkennernek?
  • Milyen jellemzői vannak a monitoroknak?
  • Milyen nyomtató típusokat ismersz, mik a jellemzőik?
  • Mi a plotter, milyen fajtái ismertek?
A számítógép  sínrendszere
A számítógép egységeit elektromosan összekötő vezetékrendszert sínrendszernek nevezzük. A sínrendszeren áramló digitális jelekkel kommunikálnak a gép belső és külső eszközei a processzorral. Mivel ez a feladat összetett, funkcióik alapján 3 csoportba soroljuk a vezetékeket.
  • Adatsín. A mai korszerű számítógépek 64 bites processzor esetén, 64 vezetékből álló adatsínnel rendelkeznek. Ezeken a vezetékeken jelennek meg az adatcseréhez szükséges adatok.
  • Címsín. A processzornak, mindig pontosan meg kell adnia, mely egységnek szólnak az adatsínre kitett adatok,   amit az egységek címeinek megadásával tud megcímezni. A címzés a címsínen jelenik meg. A mai korszerű     számítógépek 64 bites processzor esetén, szintén 64 vezetékből álló címsínnel rendelkeznek.
  • Vezérlősín. A vezérlősínen közli a processzor a címzettel, hogy mit tegyen az adatokkal (pl. beolvasásra küldi),   ahogy az egységek is a vezérlősínen jelzik a processzor felé, pl. a billentyűzetről adat érkezett, vagy a háttértár   vezérlő jelzi, a kért adat rendelkezésre áll.
A számítógép  felépítése
A számítógép perifériáit már láttuk képen. Megismertük a számítógép belső működését, és alkotó elemeit. Vajon hogy néz ki mindez a számítógép házában? A bal oldali képen nyíllal lettek jelölve azon modulok, melyek a számítógép házán belül kaptak helyet. A ház burkolatát eltávolítva, meglepődhetnek, akik még nem láttak belülről egy gépet. A sok kábel zavarba ejtő lehet (lentebb jobbra kép). A látvány ellenére, nem kell aggódnia annak sem, aki nem rakott össze még egy gépet sem. A látszólagos bonyolultság ellenére, a tervezők praktikus tervezése miatt, szinte még egy laikus számára is összeszerelhető egy ilyen számítógép. Az ok, a szabványosításban rejlik. Nem téveszthetők össze a csatlakozók. Mind csak a saját helyére csatlakoztatható.
Egy a jobb oldali képen látható összeállítás összeszerelése, egy gyakorlott szerelő számára kb. negyed órát vesz igénybe. A bal oldali összeállítási vázlaton, áttekinthetőbb az elrendezés. A gép hátuljában, a teteje alatt, egy zárt fém dobozban található a tápegység (power suppy). A látható kábelek többségét ez adja, hiszen a tápegység biztosítja a tápellátást az alaplap, és valamennyi kapcsolódó háttértároló számára, sőt az alaplapra kerülő valamennyi bővítőkártya számára is. A gép elején látható fémszerkezetek hordozzák a háttértárolókat (HDD, DVD, régebben floppy meghajtó). Az álló asztali gépek házában, a számítógép fő elemét az alaplapot (motherboard) -általában- függőlegesen szokták szerelni. A képen is ilyen látható.

Az alaplap. lényegében maga a számítógép. Ez tartalmazza mindazon elemeket, amiről eddig tanultunk. Természetesen a háttértárolók és a periférikus eszközök nem kerültek az alaplapra, de a vezérlő áramköreik igen. Az alaplap demonstrációs képein ritkán ábrázolják processzorral az alaplapot, mert az teljes felszereltségében szinte mindent takarna. Mégis, hogy lássunk a maga valóságában egy igazi CPU-t, kattints ide. Az a sok szegecsnek látszó valami, a processzor lábai, amelyek az alaplap fényképen látható CPU foglalathoz csatlakoznak. A foglalatba helyezéssel -viszont- még nem működőképes az alaplap. A processzor, működés közben nagy hőt termel, amit hűtőbordával, és ventillátorral el kell vezetni a processzortól. A hűtéssel felszerelt processzor már nem látható. Kattints ide a hűtés megtekintéséhez!
A központi memória RAM-jai, külön memória kártyákra, úgynevezett bankokba kerülnek. Az alaplaphoz, egy speciális foglalatba helyezve kapcsolódnak. A processzor hűtését bemutató képen, látható is a foglalatba helyezett RAM modul. Egy alaplapon több ilyen foglalat is található. Nézzük meg ismét a képet! Ezekkel a memória modulokkal bővíthető a központi memória, de csak akkor fog a rendszer helyesen működni, ha azonos típusú és működési sebességű modulokat használunk. Az alaplapon nem kapott jelölést a központi memória másik fontos eleme a ROM, megvalósításában EEPROM chip, pedig ott van. Az alaplap jobb szélén, alul, viszont látható a BIOS elem. Ez a picinyke gombelem biztosítja a számítógép kikapcsolt állapotában, a számítógép működéséhez nélkülözhetetlen aktuális adatok (pl. dátum, idő, géphez kapcsolódó eszközök jellemzőinek) tárolását, a változó adatokat tároló CMOS RAM tápellátsát. A chip, közvetlenül mellette található. Ide kattinta kinagyítva is megtekintheted!
A bővítőhelyek. Az alaplap felépítése olyan, hogy az alaplapra integrált szolgáltatsokon (hálózati kapcsolat, hangkártya, monitor-vezérlő...stb.) túl, a képen látható, szabványositott PCI csatlakozókon keresztül, bővítőkártyák fogadására képes. Tetszőleges funkciójú bővítőkártyák csatlakoztathatók (pl. TV kártya, sorrund hangrendszer...stb.), de akár egyedi ipari vezérlőrendszer is. A bővítőkártyák mechanikai kialakítása szerint, a bővitőkártyák kimenete a számítógép hátlapján jelenik meg. A régebbi számítógépek alaplapja nem tartalmazott monitor vezérlőt. A monitorhoz való csatlakozást külön bőviíőkártya biztosította. Korszerűbb számítógép alaplapok már hordozzák a közvetlen monitor csatlakozást, de  az ilyen alaplapokba is bekerült egy videó kártya bővítő hely. A képen ez a fekete színű AGP kártyacsatlakozó. A megnövekedett monitorfelbontás, a játékokban megjelenő szinte élethű 3D megjelenítés, és az interaktív gyors változások, különleges kihívás elé állítják a számítógép processzorát. Ennek tehermentesítését szolgálja a videó kártya. Valójában a videokártya is tartalmaz egy önálló grafikus processzort, melynek teljesítményét, az oldalsó kép ventillátoros hűtéséből is feltételezhetjük, hogy nagy teljesítményű. Egy nagy teljesítményű videokártya teljesítménye, de az ára is vetekszik az alaplap teljesítményével és árával.
Felhasználói szempontból, az alaplap kellékei közül a legfontosabbak a hátoldali csatlakozók. Ezeken keresztül csatlakoztatjuk I/O eszközeinket a számítógéphez. Szintén szabványok biztosítják, hogy a felhasználó ne téveszthesse össze, hogy milyen eszköz mely csatlakozóhoz csatlakozik. A fejlődés, ebben is az egyszerűsítés irányába mutat. Egyre több I/O eszközt szerelnek fel USB csatlakozók valamely típusával, különösen hogy már él az nagy sebességű USB3 szabvány. Az ábrán látható analóg VGA csatlakozókat a digitális monitorok szabványcsatlakozói ( DVI, HDMI, DisplayPort) váltják fel.
Az oldal témái feldolgozáshoz ajánlom a következő portált. Kattints ide!
Vissza a tartalomhoz | Vissza a főmenühöz