Budowa komputera

Ze względu na postać przetwarzanych danych wyróżniamy 3 rodzaje komputerów:

analogowe - wszystkie wartości (dane wejściowe, wyniki pośrednie i końcowe)
zmieniają w sposób ciągły

cyfrowe - wszystkie wartości przedstawiają w postaci cyfr. Wyniki mają postać
dyskretną (skwantowaną)

hybrydowe - realizują część swych funkcji poprzez sygnały ciągłe, część poprzez
sygnały dyskretne
Komputery swą pozycję uzyskały dzięki następującym cechom: zdolności
zapamiętywania dużej ilości danych na dowolny okres (eliminuje to konieczność
wielokrotnego wprowadzania tych samych danych) oraz możliwości pracy na danych w
rożnych postaciach i z dużą szybkością (dużej wydajności obliczeń)
Podział komputerów na generacje dokonuje się ze względu na takie czynniki, jak:
technika budowy maszyn (i związana z nią szybkość obliczeń), struktura maszyny,
możliwości w zakresie sposobów użytkowania maszyny cyfrowej oraz ze względu na
dziedzinę zastosowań: komputery do przetwarzania danych, do obliczeń numerycznych,
do sterowania procesami.
Komputer jest zbiorem specjalizowanych urządzeń technicznych, wzajemnie
powiązanych w procesach przetwarzania danych, które przebiegają w tych
urządzeniach pod nadzorem oprogramowania.
jednostka centralna komputera
1) wykonywanie operacji arytmetycznych i logicznych na zawartości komórek
pamięci operacyjnej i rejestrów jednostki centralnej (czyli na pewnych argumentach)
2) automatyczne wykonywanie programów według ustalonej kolejności
3) inicjowanie komunikacji między pamięcią operacyjną a urządzeniami zewnętrznymi
4) koordynowanie czasowe współpracy układów jednostki centralnej i całego
systemu
wyróżnić więc można:
 jednostkę arytmetyczno-logiczną (arytmometr) - wykonuje działania
arytmetyczne i logiczne (robi to sumator) na danych umieszczonych w rejestrze
wejściowym (czyli rodzaju pamięci – złożonym z przechowujących po jednym bicie
elementów) a wynik trafia do rejestru wyjściowego (rejestr w arytmometrze to
akumulator - wejściowy i wyjściowy równocześnie)
 pamięć operacyjną – przechowuje aktualnie potrzebne (do przetworzenia) dane w
komórkach pamięci (to z reguły bajt lub słowo; komórki posiadają swój unikalny
numer identyfikacyjny zwany adresem); oprócz komórek jest tu jeszcze bufor (rejestr
przejściowy, w którym umieszczana jest zawartość wskazanej komórki aby móc ją
dalej przesłać) oraz układ synchronizujący (który wyznacza cykl pracy pamięci)
 układ sterowania – nastawia arytmometr na wykonanie odpowiedniej operacji,
podaje w tym celu adresy argumentów operacji i określa czas jej trwania oraz co
zrobić z wynikiem i co zrobić po zakończeniu, synchronizuje pracę wszystkich
układów; 1) rozkaz pobierany z pamięci (adres przekazywany do rejestru adresów
RA, może być zmianiona w modyfikatorze a adres następnego rozkazu
przygotowywany jest w liczniku rozkazów RA zwiększanym oprócz rozkazów
skokowych o 1 ), 2) przechodzi przez rejestr pośredniczący (BU) i trafia do głównego
w układzie - rejestru rozkazów (RR), 3) deszyfracja, 4) trafia do innych układów
jednostki centralnej;
 system wejścia wyjścia – umożliwia wymianę informacji pomiędzy pamięcią a
urządzeniami zewnętrznymi poprzez po zapoczątkowane przez jednostkę centralną
kanały we-wy (zbudowane z podkanałów: urządzeń do przesyłania danych,
zawierających własną pamięć służącą do przechowywania adresów, informacji o
stanie podkanału oraz informacji sterujących);
◦ przesyłanie informacji może odbywać się dwoma sposobami: selektorowym
(monopol na dostęp do kanału, nie można zacząć nowej instrukcji we-wy, jeden
podkanał) i multiplekserowym (operacje podzielone na krótkie odcinki czasu, można
zainicjować operację na nowym urządzeniu, wiele podkanałów);
◦ operacje we-wy (operacje wprowadzania, wyprowadzania i zakończenia przesyłania
danych) są sterowane przez: instrukcje na poziomie programu interpretowane przez
j.c., komendy na poziomie kanałów i urządzeń zewn., polecenia na poziomie jednostki
sterującej danym urządzeniem zewn.; (instrukcje i komendy zawarte są w tzw.
słowie sterującym kanału i pobierane są z pamięci);
◦ kanały przesyłania informacji są połączone z urządzeniem zewnętrznym poprzez
jednolity (ze względu na przewody jak i parametrów elektronicznych i
mechanicznych) system połączeń zwany łączem standardowym; umożliwia to
elastyczne tworzenie komputerowych konfiguracji dostosowanych do potrzeb
użytkownika
urządzenia zewnętrzne:

pamięci zewnętrzne - nazywane masowymi ze względu na nieograniczoną pojemność
(przy wymiennym nośniku) służą do przechowywania danych, które w danym
momencie nie są przetwarzane (można dzięki temu racjonalnie i efektywnie
wykorzystać ograniczoną w swej pojemności pamięć operacyjną). Ze względu na
rodzaj nośnika, mamy: pamięci na taśmach magnetycznych, na dyskach
magnetycznych (twardych i elastycznych) i na dyskach optycznych.
Każda jednostka pamięci zbudowana jest z trzech podstawowych modułów:
1) jednostki napędowej, której zadaniem jest przesuwanie taśmy lub wprawianie w
ruch wirowy pakietu dyskowego,
2) głowic czytająco-piszących wraz z układem sterowania,
3) nośnika danych (medium) (l i 2 łącznie nazywane są jednostką transportową lub
stacją pamięci).

urządzenia wejścia / wyjścia – to urządzenia jednokierunkowe (1 i 2) oraz
zwrotne (3) dzielące się w poniższy sposób:
1) urządzenia do wprowadzania danych – bezpośrednio do pamięci (przez
odpowiednie urządzenia lub dokumenty źródłowe) lub pośrednio przez urządzenia
pamięci zewnętrznej (najpierw gromadzone a później partiami przetwarzane);
typowe urządzenia to: klawiatura, automatyczne czytniki, np. graficzne
(skanery), pisma magnetycznego, kart magnetycznych, kodów kreskowych.
2) urządzenia do wyprowadzania danych – bezpośrednio (w sposób czytelny dla
użytkownika) lub pośrednio (np. na jednostki pamięci zewnętrznej komputera);
klasyczne urządzenia to: drukarki, monitory, plotery (coś jak drukarki)
3) urządzenia dialogowe – podstawowym jest monitor ekranowy połączony z
klawiaturą; użytkownik wprowadza dane za pośrednictwem klawiatury, natomiast
informacje wynikowe otrzymuje na ekranie monitora, bądź na drukarce jeśli taką
posiada; zalety: duża szybkość transmisji, dogodna interakcja człowiek-maszyna,
dobra detekcja i łatwa korekcja błędów.
Mikrokomputer jest elektronicznym urządzeniem liczącym, które automatycznie (w
oparciu o program) przetwarza dane:

mikroprocesor (wraz z układem synchronizacji wewnętrznej) – jądro,
jednostka centralna mikrokomputera - układ scalony o dużym stopniu integracji
(VLSI) czyli zawierający na małej powierzchni dużą liczbę elementów elektronicznych,
składający się z:
1) układu sterowania – zapewnia połączenie z innymi urządzeniami i synchronizuje
(za pomocą ciągu sygnałów zegara) wszystkie wykonywane operacje;
2) jednostki arytmetyczno-logicznej (ALU) – wykonującej działania arytmetyczne i
logiczne na danych, podporządkowanej układowi sterowania i instrukcjom
pobieranym z pamięci
3) rejestrów – służących do zapisu i odczytu danych; blok rejestrów to: licznik
rozkazów (przechowuje adresy komórek pamięci lub układów we-wy), wskaźnik
stosu (umożliwia wprowadzenie kolejności i hierarchii wykonywanych działań),
rejestry ogólnego przeznaczenia (przechowywanie danych i adresów oraz
pośredniczenie), akumulator (pobierany pojedynczy argument i wrzucany wynik),
rejestr stanu (zawiera pewne cechy wyniku operacji np. parzystość, znak)


4) szyny (łącza) przesyłowe – łączą wszystkie elementy mikroprocesora; ze względu
na rodzaj przesyłanych danych wyróżniamy: szynę adresową (adresy komórek),
danych (informacje w komórkach), sterującą (jaki rodzaj operacji, np. zapis,
odczyt, skąd dokąd)
pamięć operacyjna – służy do przechowywania rozkazów wykonywanych przez
mikroprocesor i danych których rozkazy te dotyczą (swoisty brudnopis komputera);
wyróżniamy RAM – pamięć o swobodnym dostępie, kasowaną przy zaniku zasilania
elektrycznego, i ROM – trwałą, zapisaną fabrycznie i z której komputer może tylko
czytać (oczywiście nie bawimy się tutaj w rozróżnianie PROM, EPROM, EEPROM czy
innych FLASH-ów bo to nie polibuda)
układy we-wy – zbudowane z rejestrów (zwanych portami) we-wy pozwalających
mikroprocesorowi wykonywać procesy na urządzeniach we-wy w sposób podobny do
operacji na komórkach pamięci; może to robić na zasadzie współpracy bezpośredniej,
wzajemnych potwierdzeń, przerwań, bezpośredniego dostępu na pamięci;
system przerwań zapewnia przekazywanie sterowania do programu obsługi we-wy w
chwili gotowości urządzenia (dane mogą być obsługiwane podczas wykonywania
innych zadań, multitasking)
Sieci komputerowe
Sieć komputerowa do system przesyłania informacji, łączący komputery znajdujące się w
różnych miejscach. W architekturze sieci wyróżnia się komputery pełniące funkcję
serwera lub klienta, łącza transmisji danych oraz oprogramowanie. Serwer to element
sieci świadczący usługi dla klientów (np. wyszukaj, aktualizuj, drukuj); wyróżniamy
serwery komunikacyjne, archiwizacji (kopie zapasowe), aplikacji (udostępnianie), baz
danych, poczty elektronicznej, faksowe, drukarek, usług katalogowych (np. informacje
TCP/IP).
Rodzaje sieci:

LAN – łączy użytkowników pracujących na stosunkowo niewielkim obszarze (np.
budynek, firma), można wydzielić na jej obszarze tzw. wirtualne sieci lokalne (VLAN)

CN – sieci kampusowe – składają się z wielu segmentów LAN i działającą na
większym obszarze, np. kilku budynków

MAN – miejskie sieci komputerowe – obejmujące swym zasięgiem obszar miasta (do
100km), postawione głównie na światłowodach

WAN – sieci rozległe – łączące odległe geograficznie powyższe sieci (przez kable,
światłowody, mikrofale i satelitę)
Topologia sieci:
gwiazda – jeden komputer centralny i satelity od niego (z: łatwość rozbudowy,
lokalizacji uszkodzeń, uszkodzenie jednego nie przerywa sieci, w: wymagana duża
niezawodność komputera centralnego, więcej idzie kabla na łącze)
pierścień – wszystkie komputery mają ten sam status, coś jak połączenie szeregowe (z:
niskie koszty, bo np. brak komputera centralnego, łatwość lokalizacji i usuwania awarii,
można rozciągnąć na dużej przestrzeni, bo na każdym kompie sygnał ulega wzmocnieniu,
w: dowolny komp siada i cała sieć siada, problemy z rozbudową)
magistrala – wszystkie kompy połączone są z centralnym ośrodkiem transmisji (szyną)
(z: duży transfer, łatwość rozbudowy, jeden komp siada sieć nie siada, w: czasem
opóźnienia transmisji, trudność lokalizacji niektórych awarii)
Elementy transmisji danych
Urządzenia transmisji danych służą do przesyłania danych na odległość za pomocą: łącz
przewodowych (telegraficznych, telefonicznych, kablówki) i bezprzewodowych (radiowe,
mikrofalowe). Rozróżnia się jednokierunkowe (simplex) czyli tylko nadawcze albo
odbiorcze, dwukierunkowe przemienne (half-duplex) i dwukierunkowe jednoczesne (fullduplex).
Linie przesyłowe:

komutowane – linie telekomunikacyjne, z których korzysta wielu użytkowników
naraz,


dzierżawione – przeznaczone do wyłącznej dyspozycji danego użytkownika,
seansowe – to linie komutowane, które są dzierżawione w pewnych ustalonych
okresach czasu.
Terminal (urządzenie końcowe) to dowolne urządzenie do przesyłania i odbierania
informacji za pomocą kanału telekomunikacyjnego; wyróżniamy inteligentne (zdolne do
samodzielnego wykonywania obliczeń i sterowania pracą) i nieinteligentne, oraz
niezależne (gromadzące dane) i zależne (połączone z komputerem i sterowane przez
niego)