B2 Hoofdstuk 3 Computers en randapparatuur
Feb 24, 2016
B2 Hoofdstuk 3Computers en randapparatuur
Computers en randapparatuur
Harde schijfPrinterGeheugenDVD-spelerScannerProcessorMonitor
Stedelijk Gymnasium Breda RCM 2
USBBusstructuurNetwerkenSerieelParallelEmbedded
Dit hoofdstuk gaat over de hardware
Computers en randapparatuur
Computers zijn overalB2H03 paragraaf 1
§1 Computers zijn overal
navigatiewasmachineMP3-spelerdvd-recordermobieltjefototoestelvliegtuigtreincv-ketel
Stedelijk Gymnasium Breda RCM 4
afwasmachinecv-thermostaatfietsverlichtingalarmsysteemkopieermachinegeldautomaatNintendo 3DSnetwerkrouterlaptop . . .
bankpasOV-chipkaartRFID-chipirisscannerautotablettv-toestelsmartphone
Stedelijk Gymnasium Breda RCM 5§1 Computers zijn overal
Opdracht 1 JargonAcer Aspire S7-392-54204G12tws13,3"Intel Core i5-4200U4GB128GB SSDIntel HD Graphics 4400Touchscreen Hoeveel mag dit kosten?Meer specificatiesAcer Aspire
Opdracht 2Zoeken naar randapparatuur
• Hoe ziet het er uit?• Hoe werkt het?• Wat doet het?
Stedelijk Gymnasium Breda RCM 6§1 Computers zijn overal
Computers en randapparatuur
De processorB2H03 paragraaf 2
Stedelijk Gymnasium Breda RCM 8
Elke computer heeft minimaal• Processor• Geheugen (RAM, ROM)• Contact met de omgeving• sensoren en actuatoren• Zelfs je bankpas
§2 De processor
• CPU (Central Processing Unit)• CVE (Centrale verwerkingseenheid)• Instructies uitvoeren• Gegevens en opdrachten komen uit
het intern geheugen.
Stedelijk Gymnasium Breda RCM 9§2 De processor
• 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!
Stedelijk Gymnasium Breda RCM 10§2 De processor
CPU
11
Klokkloksignaal
Besturingsbus
Databus
Adresbus
R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 R8
Registers
Besturingseenheid
Rekenkundige en logischeeenheid
Stedelijk Gymnasium Breda RCM§2 De processor
CPU
InstructiesVoorbeeldWaarde van adres A naar R1Waarde van adres B naar R2R1 + R2 naar R3waarde van R3 naar adres CVolgende instructie
Stedelijk Gymnasium Breda RCM 12§2 De processor
Voor elke instructie:• Ophalen• Decoderen• Uitvoeren• Volgende
Stedelijk Gymnasium Breda RCM 13§2 De processor
Waarde van adres A naar R1
Waarde van adres B naar R2
R1 + R2 naar R3waarde van R3 naar adres C
Stedelijk Gymnasium Breda RCM 14
• Ophalen• Decoderen• Uitvoeren• Volgende
• Ophalen• Decoderen• Uitvoeren• Volgende
§2 De processor
OpdrachtProcessor simulatieKopieer de map ProcSim (zip) naar je
eigen omgevingUitpakken
Stedelijk Gymnasium Breda RCM 15§2 De processor
• 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.
Stedelijk Gymnasium Breda RCM 16§2 De processor
• 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?
Stedelijk Gymnasium Breda RCM 17§2 De processor
Factoren die de snelheid bepalen• toegangssnelheid van het geheugen• werking van de processoren• grootte van het (cache) geheugen• fysieke afstand tussen processor en
geheugen
Stedelijk Gymnasium Breda RCM 18§2 De processor
Andere vergelijkingsmaten• FLOPS
Floating Point operations • MIPS
Mega Instructions per second• ICICOMP
Icomp Intel Comparative Microprocessor Performance Index
Stedelijk Gymnasium Breda RCM 19§2 De processor
19714-bits 0,74 MHz19728-bits 0,80 MHz19768-bits 5,0 MHz197816-bits 5,0 MHz198216-bits 10 MHz198532-bits 16 MHz199532-bits 150 MHz200032-bits 1300 MHz
Stedelijk Gymnasium Breda RCM 20§2 De processor
200532-bits 3200 MHz200564-bits 2660 MHz200864-bits 3200 MHz201064-bits 3800 MHzWikipedia
Stedelijk Gymnasium Breda RCM 21§2 De processor
Stedelijk Gymnasium Breda RCM 22§2 De processor
1970 1972 1974 1976 1978 1980 1982 19840
2
4
6
8
10
12
4-bit8-bits16-bits
jaartal
freq
uent
ie (
MH
z)
Stedelijk Gymnasium Breda RCM 23§2 De processor
1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 20150
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
4-bit8-bits16-bits32-bits64-bits
jaartal
freq
uent
ie (
MH
z)
Stedelijk Gymnasium Breda RCM 24§2 De processor
B2H03Paragraaf 1 en 2Theorie bestuderenProcessor simulatorOpdrachten maken
Stedelijk Gymnasium Breda RCM 25§2 De processor
Computers en randapparatuur
Het geheugenB2H03 paragraaf 3
27
B1H03 De hardware§1 Computers zijn overal§2 De processor§3 Het geheugen
Stedelijk Gymnasium Breda RCM§3 Het geheugen
Eerste onderscheidIntern Extern
Stedelijk Gymnasium Breda RCM 28
chipscache(S)DDRRAM/ROM
hard disk (HDD)Static State Drive (SSD)CD/DVDflash-drive/USBtapediskette/floppy (?)
§3 Het geheugen
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
Stedelijk Gymnasium Breda RCM 29§3 Het geheugen
Stedelijk Gymnasium Breda RCM 30
Schijfopslag
§3 Het schijfgeheugen
Schijfopslag• Diskette of floppy
1,44 MB• CD
700 MB• DVD
5,0 GB• Blu-ray
50 GB• Hard disk
1 TB• SSD
250 MB
Stedelijk Gymnasium Breda RCM 31§3 Het geheugen
Bits moeten worden vastgelegd.• Magnetisch (noord en zuid)• Optisch (gaatje of niet)• Flash, SSD (1 V of 3 V)
Stedelijk Gymnasium Breda RCM 32§3 Het geheugen
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
Stedelijk Gymnasium Breda RCM 33§3 Het geheugen
Intern geheugen• RAM (Random Access Memory)
werkgeheugen• ROM (Read Only Memory)
Opstartprocedure• Cache geheugen
veel sneller, maar duurder
Stedelijk Gymnasium Breda RCM 34§3 Het geheugen
Intern geheugen• Bepaalt mede de snelheid van
de computer.• Intern geheugen is sneller dan
schijfgeheugen• Intern geheugen 10-7 s• Schijfgeheugen 10-3 s
Stedelijk Gymnasium Breda RCM 35§3 Het geheugen
Virtueel geheugenEen stukje schijfgeheugen dat als intern geheugen wordt gebruikt.
Stedelijk Gymnasium Breda RCM 36§3 Het geheugen
Computers en randapparatuur
De busstructuurB2H03 paragraaf 4
38
B1H03 De hardware§1 Computers zijn overal§2 De processor§3 Het geheugen§4 De verbindingen
Stedelijk Gymnasium Breda RCM§4 Busstructuur
• 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.
Stedelijk Gymnasium Breda RCM 39§4 De busstructuur
• 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.
Stedelijk Gymnasium Breda RCM 40§4 De busstructuur
CPU
Stedelijk Gymnasium Breda RCM 41
Klokkloksignaal
Besturingsbus
Databus
Adresbus
R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 R8
Registers
Besturingseenheid
Rekenkundige en logischeeenheid
§4 De busstructuur
• Waar staat de data? adresbus• Wat is de data? databus• Wat is de opdracht? besturingsbus
Stedelijk Gymnasium Breda RCM 42§4 De busstructuur
• De computer moet communiceren met andere apparaten.• Intern: grafische kaart, netwerkkaart,
geheugen,etc. • Dat gaat intern via
slots (PCI, IDE)
Stedelijk Gymnasium Breda RCM 43§4 De busstructuur
• De computer moet communiceren met andere apparaten.• Extern: muis, toetsenbord, monitor,
externe HD, USB-stick• Dat gaat via poorten,• stekkers en stekkerbussen
Stedelijk Gymnasium Breda RCM 44§4 De busstructuur
1, 2 ps2 poorten (muis, toetsenbord)3. DVI-poort (digitale monitor)4. VGA-poort (analoge monitor5. Parallelle poort (printer, scanner)6. Firewire (videocamera)7. USB-poort8. Netwerkpoort9, 10, 11 Audiopoorten
Stedelijk Gymnasium Breda RCM 45§4 De busstructuur
• B2H03 • Paragraaf 3 en 4• Theorie bestuderen• Opdrachten maken
Stedelijk Gymnasium Breda RCM 46§3 Het geheugen
Computers en randapparatuur
Von Neumann principeB2H03 paragraaf 5
48
B1H03 De hardware§1 Computers zijn overal§2 De processor§3 Het geheugen§4 De verbindingen§5 Instructies uitvoeren
Stedelijk Gymnasium Breda RCM§5 Von Neumann
• De processor verwerkt instructies.• Steeds één tegelijk• Op volgorde (sequentieel)• Von Neumannprincipe
Stedelijk Gymnasium Breda RCM 49§5 Het Von Neumannprincipe
• Instructies starten na elkaar• Snelheid van computers is steeds
belangrijker• Instructies moeten op elkaar
wachten• Von Neumann-bottleneck
Stedelijk Gymnasium Breda RCM 50§5 Het Von Neumannprincipe
Dit principe moest worden verbeterd en de bottleneck opgelost.• Harvard architectuur• Coprocessor• Gekoppelde processor• Dual core• Quad core
Stedelijk Gymnasium Breda RCM 51§5 Het Von Neumannprincipe
Harvard architectuur• Toegepast bij embedded systems
(microcontrolers)• Bussen zijn meer gescheiden• In- en uitvoer zitten elkaar niet in de
weg.
Stedelijk Gymnasium Breda RCM 52§5 Het Von Neumannprincipe
CPUKlokkloksignaal
Besturingsbus
Databus
Adresbus
R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 R8
Registers
Besturingseenheid
Rekenkundige en logischeeenheid
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)
Stedelijk Gymnasium Breda RCM 53§5 Het Von Neumannprincipe
Dual Core – Quad core• meer processoren in één chip• ze delen het hoofdgeheugen• bottleneck!• software moet erop zijn aangepast.
Stedelijk Gymnasium Breda RCM 54§5 Het Von Neumannprincipe
Computers en randapparatuur
De BIOSB2H03 paragraaf 6
56
B1H03 De hardware§1 Computers zijn overal§2 De processor§3 Het geheugen§4 De verbindingen§5 Instructies uitvoeren§6 Een pc opstarten
Stedelijk Gymnasium Breda RCM§6 De BIOS
• 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.
Stedelijk Gymnasium Breda RCM 57§6 De BIOS
Dit programma test • het geheugen• de HD’s• de videokaart• netwerkpoorten• toetsenbord en muis• monitor etc.
Stedelijk Gymnasium Breda RCM 58§6 De BIOS
• Drivers worden gezocht en . . .• gekopieerd naar het intern
geheugen.• Het laadprogramma voor het
besturingssysteem wordt van HD naar het intern geheugen gekopieerd.
Stedelijk Gymnasium Breda RCM 59§6 De BIOS
• De eerste instructie wordt uitgevoerd.• De BIOS is klaar.• Het besturingssysteem neemt het
verder over.• Je moet inloggen bij Windows
Stedelijk Gymnasium Breda RCM 60§6 De BIOS
• 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.
Stedelijk Gymnasium Breda RCM 61§6 De BIOS
• B2H03 • Paragraaf 5 en 6• Theorie bestuderen• Opdrachten maken
Stedelijk Gymnasium Breda RCM 62§6 De BIOS
B2 Hoofdstuk 3Computers en randapparatuur