sprzęt komputerowy.pdf

1Sp z t komputerowy

W poprzednich rozdziałach pisz co wiecie komputerów starałem si pokaza ,sk dsi

wzi ł ten nowy, wspaniały wiat komputerów. Spróbuj teraz wyja ni ,cotojest,czyli

napisa o podstawowych poj ciach zwi zanych ze sprz tem ,zwanymte „ hardware ”

komputerowym 13 . Rozdział ten zawiera jedynie podstawowe poj cia, przydatne ka demu

u ytkownikowi komputera. Zainteresowanym szczegółami technicznymi odsyłam do

literatury zamieszczonej na ko cu tego rozdziału. Zajrzymy komputerom pod obudow ,

wspomnimy o technologii produkcji elementów scalonych, które si w tej obudowie kryj

i popatrzymy na elementy konstrukcji komputerów. Zaczniemy od elementów scalonych,

od ich technologii - jest to bardzo opisowe jej przedstawienie i nawet całkowicie

anty-technicznie nastawieni Czytelnicy nie powinni mie trudno ci ze zrozumieniem

tekstu. Bardziej techniczne informacje o technologii półprzewodnikowej, obwodach

scalonych i mikroprocesorach zawarte s w Dodatku. Warto przynajmniej wiedzie , e

we wn trzu komputera nie ma magicznych substancji ani te

nie chowaj

tam

demony ...

1.1

Gra w ko ci.

Wszyscy wiemy, e komputery to urz dzenia elektroniczne. W

pewnym sensie elektronika pełni rol drugorz dn , gdy te

same procesy obliczeniowe mo na wykona przy pomocy

urz dze mechanicznych, optycznych czy biologicznych.

Urz dzenia przetwarzaj ce informacj musz jednak by

odpowiednio zło one a skonstruowa bardzo zło one

urz dzenia mechaniczne lub hydrauliczne jest trudno. Na

obecnym etapie rozwoju techniki najłatwiej jest wytwarza

zło one elementy logiczne w oparciu o elektronik wykorzystuj c półprzewodniki.

Angielskie słowo „hardware” oznacza sprz t wszelkiego typu, w szczególno ci wyroby

elazne, stdnazwa„elastwo” czasami pojawiajca si wpolskimargonie komputerowym.

Fascynuj cy wiat komputerów

Je lizajrzymydown trza komputerów lub innych urz dze elektronicznych zobaczymy

w nich plastikowe kostki. Z plastikowej obudowy wystaj liczne metalowe nó ki

wciskane lub wlutowane w podstawki. Je li zerwiemy z nich obudow zobaczymy

półprzewodnikowe obwody scalone. Sam obwód scalony jest najcz ciej znacznie

mniejszy od obudowy, w któr został wmontowany. Niektóre obwody z powodzeniem

przechodz przez ucho igielne! Obwody scalone nazywa si popularnie „chipami” (od

angielskiej nazwy „chip” czyli „wiór, drzazga”) lub w skrócie „IC”, od „Integrated

Circuit”. Najcz ciej mówi si onichpoprostu„ko ci”. W komputerach niektóre z nich

spełniaj zadania logiczne a inne słu do przechowywania danych, s to wi cko ci

pami ci. W ród nich jest przynajmniej jedna, stosunkowo du a i bardzo skomplikowana,

zwana mikroprocesorem. Sk dbior si te cuda?

Najprostsza odpowied na pytanie: „sk dbior si obwody scalone” brzmi: przede

wszystkim z Dalekiego Wschodu, gdy tam mie ci si wi kszo fabryk produkuj cych

takie obwody. Nie jest to jednak pełna odpowied , gdy

wi kszo projektów obwodów scalonych i cz samych

obwodów powstaje w USA, Japonii i Europie. Konstrukcja

komputerów z gotowych ju elementów nie jest rzecz

trudn i w wielu krajach, równie i u nas, składa si

komputery, produkuj c lokalnie jedynie obudowy oraz płytki

drukowane, do których mocuje si elementy scalone.

Produkcja obwodów scalonych jest bardzo trudna i w tej

dziedzinie tylko kilka krajów dorówna mo eUSA,Japoniii

„azjatyckim tygrysom”, jak nazywa si

Kore ,Tajwan,

Singapur i Hong-Kong.

Obwody scalone zbudowane s z materiałów półprzewodz cych: materiały te nie

przewodz równie dobrze pr du, jak metale z których robi si przewody, ale te nie

stawiaj mu tak wysokiego oporu jak izolatory. Półprzewodniki tworz kryształy a

najcz ciej u ywanym półprzewodnikiem jest zwykły krzem, powszechnie wyst puj cy w

postaci piasku. Mamy pełne prawo by powiedzie komputerowi: z piasku powstałe iw

piasek si obrócisz... Narodziny obwodów scalonych rozpoczynaj si w piecu, w którym

hodowany jest wielki kryształ. Mo e on liczy ponad pół metra długo ci i mie rednic

20 centymetrów. Kryształ ten musi by

superczysty - zanieczyszczenia stanowi

mog

nie wi cej ni 0.00000001%.

Fascynuj cy wiat komputerów

Od kryształu krzemu, przez wprowadzanie domieszek do obwodu scalonego.

Z jednego takiego kryształu mo na zrobi ponad milion obwodów scalonych. Kroi si go

na cieniutkie plasterki o grubo ci 2/100 milimetra, a w nich tworzy si mikroskopijnej

wielko ci zło one struktury, wprowadzaj c do krzemu domieszki, ró ne substancje mniej

lub bardziej przewodz ce. Wielko ci domieszkowanych struktur mierzy si w

mikrometrach (µ m), czyli milionowych czciach metra lub tysicznych czciach

milimetra. Jak si to robi? W bardzo skomplikowany sposób, który uytkowników

urzdze elektronicznych wcale nie interesuje. Chocia technologia jest skomplikowana,

materiały do produkcji obwodów nie s drogie a ich produkcja tak masowa, e ceny

nawet bardzo skomplikowanych obwodów cigle spadaj. Główny koszt produkcji

obwodów scalonych to koszty czystej myli technicznej, czyli pracy nad projektem. Wiele

firm usiłuje zaoszczdzi na tych kosztach poddajc obwody scalone wiodcych

producentów mikroprocesorów dokładnej analizie a nastpnie kopiujc je z drobnymi

ulepszeniami (takie postpowanie okrela si jako „reversed engineering” czyli inynierii

odwrotnej). Szczególnie kosztowne jest opanowanie nowych technologii, np. zamiast

krzemu stosuje si

od kilku lat w superkomputerach równie

obwody wykonane z

arsenku galu (GaAs), materiału pozwalajcego na budow

obwodów scalonych o

wikszej szybkoci ni obwody z krzemu.

Najcz ciej robi si dwa rodzaje obwodów scalonych: pami ci i obwody logiczne .Jestto

jedynie sprawa proporcji, gdy komórki pami ci znajduj si w obwodach logicznych a

elementy logiczne w komórkach pami ci. Odr bn grup obwodów scalonych s

projektowane w krótkich seriach obwody specjalizowane, czyli ASIC ( A pplication

S pecific I ntegrated C ircuits, czyli po prostu specjalizowane obwody scalone). Nie b d o

nich dalej pisał. Najcz ciej mamy do czynienia z ko mi pami ci i o nich warto jest co

wiedzie .

Ko ci pami ci

Podstawowym parametrem charakteryzuj cym ko ci pami ci jest ich pojemno ,czyli

liczba bitów, które mo na w danej ko ci zapami ta . Wielko pami ci mierzymy liczb

znaków, które mo na w niej przechowa .Poniewa

znaki reprezentuje si przy pomocy

grupy 8bitów ,czyli Bajtu , wielko

pami ci mierzymy podaj c liczb bajtów. Warto

zwróci

uwag

na to, epojemno

ko ci pami ci podaje si

najcz ciej w kilobitach

Fascynuj cy wiat komputerów

( Kb ) a nie w kilobajtach ( KB ).

Uywane obecnie w komputerach koci

pamici maj pojemnoci od 64 Kb czyli

8 KB (w starszych urzdzeniach) do 4

Mb czyli 0.5 MB, ale w projektach s

ju koci 64 Mb. Koci pamici ustawia

si wrz dach, zwanych „bankami”

pamici. W jednym banku spotyka si

koci o rónej pojemnoci. Producenci

czsto oferuj zwikszenie pamici o 4

lub 16 MB uywajcko ci o pojemnoci

1lub4Mbity.

Wielko ci

1K = kilo oznacza tysi c, 10 3

1M =mega oznacza milion, 10 6

1G =giga oznacza miliard, 10 9

1T= tera oznacza bilion, 10 12

Drugim parametrem charakteryzujcym koci pamici jest czas potrzebny na

przeczytanie lub zapisanie w niej danych. Czas ten podaje si zwykle w miliardowych

cz ciach sekundy, zwanych nanosekundami (ns), i cz sto nazywa si czasem dost pu

lub szybko ci ko ci pami ci. Jako ko ci pami ci cz sto decyduje o szybko ci oblicze

danego komputera. Procesory komputerów s obecnie tak szybkie, emog

przetworzy

wi cej danych ni mo na odczyta i zapisa do pami ci.

Prawie wszystkie sprzedawane obecnie ko ci pami ci zawieraj pewien mechanizm

kontroli mo liwych bł dów. Najcz ciej jest on oparty na tzw. kontroli parzysto ci, czyli

zapami taniu, czy liczba bitów równych 1 w bajcie była parzysta czy nie. Wymaga to

zapami tania jednego dodatkowego bitu dla ka dego bajtu. Chocia taka kontrola nie

daje całkowitej pewno ci, epami działa poprawnie, w praktyce bł dy komputera z

powodu awarii pami ci zdarzaj si ju bardzo rzadko. Bł dy takie najcz ciej prowadz

szybko do całkowitej blokady komputera, nie pozwalaj cnajegodalszeu ywanie, dzi ki

czemu łatwo jest je wykry . Nawet przy wykonywaniu bardzo wielkich oblicze bardziej

martwimy si oto, emo enast pi awaria w dostawie energii elektrycznej ni bł dw

działaniu komputera.

Z punktu widzenia funkcji, jak spełniaj ko ci pami ci w komputerach, wyró nia si

dwa rodzaje obwodów pami ci. Pierwszych z nich nazywany jest RAM ( R andom A ccess

M emory, co dosłownie znaczy „Pami Przypadkowego Dost pu”). Ta do dziwna

nazwa ma podkre la odmienno tego typu pami ci w porównaniu z pami ci

sekwencyjn , np. wykorzystuj c zapis na ta mie magnetycznej. Pami sekwencyjna

wymaga odczytania po kolei wszystkich danych poprzedzaj cych te, do których chcemy

dotrze w danym momencie. Wprowadzenie pami ci bezpo rednio adresowalnej

utrwalone zostało w nazwie RAM. Drugi rodzaj ko ci pami ci nazywany jest ROM

(Read Only Memory), czyli pami ,zktórejmo liwy jest jedynie odczyt, ale samemu nie

mo na jej zmieni .Pami ROM nie traci swojej zawarto ci nawet po wył czeniu

zasilania. Dzi ki temu mo na w niej przechowywa

dane i programy konieczne do

inicjacji (uruchomienia) komputera.

Fascynuj cy wiat komputerów

Jednostki czasu

1 ms (milisekunda) = 0.001 sekundy;

1 µ s (mikrosekunda) = 0.000 001 sekundy,

1 ns (nanosekunda) = 0.000 000 001 sekundy

Jednostki cz sto ci

1 kHz (kiloherc) = 1000 impulsów na sekund , zegar tykaj cy co 1 ms;

1 MHz (megaherc) = 1000 kHz, czyli zegar tykaj cy co 1 µ s;

1 GHZ (gigaherc) = 1000 MHz, czyli zegar tykaj cy co 1 ns.

Innym rodzajem pamici, porednim pomidzy pamici RAM i ROM, s EPROM y

(Erasable Programmable ROM, czyli wymazywalna programowalna pami ROM). S to

koci pamici nie traccej danych po wyłczeniu zasilania, które mona wymazywa

przez nawietlenie lampa kwarcow (promieniowaniem ultrafioletowym), wówczas daj

si zapisywa ponownie. Odmian EPROMów, stosowan wniektórychurz dzeniach

zamiast pamici stałych ROM, s koci EEPROM, czyli koci EPROM wymazywalne

szokiem elektrycznym.

Z technologicznego punktu widzenia ko ci pami ci dziel si na pami dynamiczn ,

zwan DRAM (dynamic RAM) i pami statyczn ,zwan SRAM (static RAM).

Wystarczy wiedzie , epami SRAM działa szybciej ale jest dro sza (jej budowa

wewn trzna jest bardziej skomplikowana), w zwi zku z czym w komputerach jest jej

zwykle znacznie mniej ni pami ci DRAM. Słu y ona jako szybka pami podr czna do

przechowywania najcz ciej potrzebnych danych. Pami DRAM ma stosunkowo prost

budow , jest to rodzaj mikroskopijnych kondensatorków, naładowane oznaczaj bit 1 a

rozładowane bit 0. Aby utrzyma ładunki, a wi c zachowa pami ,nale y w miar

cz sto kondensatorki doładowywa ,cowydłu a czas potrzebny na odczytanie danych.

„ Komórkami pami ci ” (memory cells) powszechnie okre la si najmniejsz

bezpo rednio adresowaln grup bitów pami ci RAM. We współczesnych komputerach

jest to prawie zawsze bajt, chocia spotyka si równie komputery (przeznaczone głównie

do oblicze numerycznych) o procesorach adresuj cych całe słowa (kilka bajtów). Jest to

jednak zwi zane z procesorami a nie z organizacj dost pu do zawarto ci ko ci pami ci

na poziomie sprz towym.

Ceny pami ci RAM spadły znacznie w latach 90-tych i ta tendencja powinna si

utrzyma . Ma to wielkie znaczenie dla rozpowszechnienia si przyjaznych, graficznie

zorientowanych systemów zarz dzania komputerami, wymagaj cych coraz wi kszych

pami ci. Chocia

mo liwe s

chwilowe wahania cen pami ci nale y oczekiwa

stałej

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: