Mikrotietokonelaitteisto

Esitys aiheesta: "Mikrotietokonelaitteisto"— Esityksen transkriptio:

1 Mikrotietokonelaitteisto

2 Tiedon esittäminen tietokoneissa
Bitti 2-lukujärjestelmän luku 0 tai 1 keskusyksikössä: 1 = jännitteellisyys 0 = jännitteettömyys sähkövirrasta riippumattomat tallennuslaitteet: 1 = magneettinen 0 = ei-magneettinen voidaan esittää kaikki luvut, kirjaimet ja joukko erikoismerkkejä yleisin koodausjärjestelmä ASCII-koodi: 8 bitin pituinen binääriluku -> 256 erilaista merkkiä esim. 10-järjestelmän luku 1: 10-järjestelmän luku 11:

3 Esimerkki ASCII-taulusta (vain esimerkin vuoksi)
US-ASCII (ISO-646-IRV, ISO-646-US) 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 ! " # $ % & ' ( ) * + , - . / 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 1 2 3 4 5 6 7 8 9 : ; < = > ? 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 @ A B C D E F G H I J K L M N O 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 P Q R S T U V W X Y Z [ \ ] ^ _ 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 ` a b c d e f g h i j k l m n o 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 p q r s t u v w x y z { | } ~ A = 65 =

4 Tiedon esittäminen tietokoneissa (2)
Tavu (Byte), B eli t 8 bitin jono = 1 merkki Ilmaisee tiedontallennuskapasiteettia Yksikkö Merkitys Tavuina tavu (B, t) 8 bitin jono 1 tavu kilotavu (kB, kt) 210 tavua = tavua megatavu (MB, Mt) 220 tavua = tavua gigatavu (GB, Gt) 230 tavua = tavua teratavu (TB, Tt) 240 tavua = tavua

5 Tiedon esittäminen tietokoneissa (3)
Bitti (b tai bit) on siis tiedon pienin yksikkö tavu koostuu biteistä tavuista voidaan muodostaa erilaisia tietoalkiota tiedosto on talletettujen tietojen joukko suurten tietomäärien keräämiseen käytetään tietokantoja tietokanta voi koostua kortistomaisista järjestetyistä tiedostoista, jotka taas koostuvat tietueista (esim, henkilön tiedot), jotka taas koostuvat kentistä (esim. henkilön etunimi)

6 Tietokoneiden luokittelua
Mikrotietokoneet PC-mikrot Apple Macintosh -mikrot Työasemakoneet käyttöjärjestelmä usein esim. Unix tai Linux tehokkaampia kuin tavalliset mikrotietokoneet, mutta raja häilyvä Keskustietokoneet suurikapasiteettinen tietokone, jota käytetään pääteyhteyden kautta käyttö päätteitä voi olla yli tuhat

7 Kokoon perustuva luokittelu
Pöytäkoneet Kannettavat Kämmentietokoneet

8 Kokoon perustuva luokittelu
Pöytäkoneet Kohti pienempää kokoa (SHUTTLE Barebone XS35GT) mitat 25.2 x 16.2 x 3.85 cm. Intel Dual-Core GHz DDR2-667/800, max. 2GB Serial ATA/SATA SSD 6.35cm/2.5” DVD / Blu-ray Ei käyttöjärjestelmää, yhteensopiva esim. Win 7

9 Kokoon perustuva luokittelu
Kannettavat mikrot Perinteiset / laajakuvanäytöllä Kämmentietokoneet, älypuhelimet henkilökohtaiseen tietojenhallintaan ja viestintään iPad käyttöjärjestelmänä esim. Microsoft Windows Phone HTC HD7 Symbian OS Nokia E7 Meego N9

10 Tietokone tietokone on laite, joka voidaan ohjelmoida suorittamaan jotain tiettyä tehtävää. Onnistumiseen vaikuttaa prosessointikyky laadittu ohjelma tietokone voi olla vaikkapa jokin pieni mikropiiri, joka ohjaa kahvinkeittimen toimintaa tai supertietokone sään ennustamiseen tietokone muodostuu kolmesta osasta prosessori, muisti, oheislaitteet osat yhdistetään toisiinsa väylillä ja kokonaisuutta tahdistetaan kellolla tietokoneen tehtävä kuvataan ohjelmalla

11 Tietokoneen toimintamalli
ohjelma sijoitetaan tietokoneen muistiin prosessori noutaa käskyn muistista, suorittaa käskyn vaatimat operaatiot ja palauttaa käskyn muodostaman tuloksen muistiin (tai väliaikaisesti prosessorin sisällä olevaan rekisteriin) muisti säilyttää ohjelman lisäksi tiedon, jota prosessori tarvitsee tai tuottaa. Ohjelman käsky voi myös komentaa väylään yhdistetyt oheislaitteet lukemaan tai tallettamaan tietoa oheislaitteita ovat esim. näyttölaitteet ja näppäimistöt, kirjoittimet tallennuslaitteet

12 Mikrotietokonelaitteisto
Etsi Webistä lisää: esimerkkinä:

13 KESKUSYKSIKKÖ

14 Emolevy emolevyn oikealla valinnalla koneen käyttöikä pitenee päivitysmahdollisuuksien myötä eri tyyppejä (standardeja), jossa määritellään emolevyn fyysiset mitat ja komponenttien sijoittelun ”sisältö” prosessorikanta piirisarja yleensä väylät muistipiirien paikat välimuistipiirit kellopiirit (väylä ja prosessori) I/O -toiminnot levyasemaohjain (kiintolevylle jne.) lisäohjainten paikat (näyttö-, verkko-, ääni- tms.)

15 Emolevyn rakenne (esim.)
Prosessorikanta Muistipaikka PCI Express liitännät, lyhyet keltaiset x1-liitäntöjä, isommat näytönohjaimille tarkoitettuja x16-liitäntöjä Serial-ata –liitännät kiintolevyille Ide-liitännät kiintolevyille ja optisille asemille Pci-väylät Virtaliitin

16 Prosessori koneen tärkein osa, joka pitkälle määrää koneen tehokkuuden
piisiru, joka liitetään emolevyllä olevaan kantaa (socket tai slot) perustuu ohjelmoitavuuteen toimii annettujen konekielisten käskyjen mukaan löytyy nykypäivänä vaikka mistä laskimet, robotit, autot, pesukoneet, tietokoneessa voi olla useitakin prosessoreita

17 Prosessori (2) yleisprosessoreita erikoisprosessoreita äänikorteissa
erityisesti äänen tuottamiseen suunniteltu prosessori näytönohjaimissa prosessori grafiikan piirtämisen nopeuttamiseen

18 Prosessori (3) suorittaa ohjelmakoodin käskyjä kellotaajuuden määräämässä tahdissa sisäinen kellotaajuus kertoo prosessorin nopeuden ja tehokkuuden kellotaajuudet nykyään: 1 GHz ylöspäin, saatavana yli 3 GHz

19 Prosessori (4) käytössä olevia PC-prosessoreja: Intel
Celeron (esim. 2,8 GHz) Pentium III ( esim. 1.4 Ghz) Pentium IV (esim. 3,8 GHz) Pentium D ja Extreme Edition (tuplaydin) (esim GHz) Pentium M (esim. 2,26 GHz ) vähäinen virran kulutus, hiljainen pitkään 32-bittisyyden varassa siirtymässä 64-bittisyyten Uutuudet: Core 2 Duo ja Core 2 Extreme Advanced Micro Devices: AMD Duron ( esim. 1,8 GHz) AMD Athlon ( esim. 2,8 GHz) AMD Turion 64x2 sisältää sekä tuplaytimet että 64-bittisyyden ajoi Intelin kiinni 64-bittisyydellä

20 Tuplaydinprosessorit
Sekä Intel että AMD ovat siirtäneet tuotelinjojen painopisteen moniydinprosessoreihin Yksiytimellisestä suorittimesta ei nykyisillä konsteilla saa enää merkittävästi aikaisempaa parempaa suorituskykyä. Sähkönkulutus, lämmöntuotto ja valmistustekniikka sekä fysiikan lait estävät viritykset, eli kellotaajuuden kasvattamisen, transistoritiheyden suurentamisen sekä välimuistin laajentamisen.

21 Tuplaydinprosessorit
Moniydintekniikassa yhdelle piirilevylle, tai yleisemmin samalle piisirulle, liitetään useampia prosessoriytimiä. suorituskykyä saadaan kasvatettua kohtuullisen helposti. Ytimet tosin joutuvat jakamaan joitakin prosessorin osia, mutta suorituskykyä voidaan käytännössä nostaa jopa 70 prosenttia yhden ytimen siruun verraten. Suorituskyky riippuu useista tekijöistä, ja varsin usein yksi pullonkaula heikentää koko laitteiston tehokkuutta. rinnakkaistaminen ei ole aina kovin yksinkertaista

22 Prosessorit Lue lisää halutessasi yksittäisistä prosessoreista
Jäikö tähän LVI?

23 Keskusmuisti säilyttää dataa ja ohjelmia yhden ohjelma suorituksen ajan ohjelmamuisti työmuisti ( nykyään 1GB – 8 GB) Haihtuva muisti: RWM (Read-Write Memory) eli RAM (Random Access Memory) käytönaikainen työmuisti (käyttöjärjestelmä, ohjelmat) tieto häviää, kun virta katkaistaan Haihtumaton muisti: ROM (Read Only Memory) tiedot säilyvät, kun virta on katkaistu. Muistista vain luetaan mitä ”tehtaalla” on tallennettu. OTPROM EPROM (Erasable) – ultraviolettivalolla, EEPROM – elektorisesti FLASH-PROM– uudelleenkirjoitettavissa rajallisen määrän kertoja sisältää BIOS-ohjelman, jossa koneen käynnistys- ja laitteistoasetukset RWM (RAM) –muistin on oltava riittävän nopeaa, jotta se vastaisi prosessorien tarpeita

24 Keskusmuistin muistipiirityyppejä
Dynaaminen (DRAM, dynamic random access memory), Dynaamista muistia käytetään mikrotietokoneen keskusmuistissa. Dynaamisia muisteja ovat muun muassa EDO, SDRAM, DDR, DDR2 (aina 533MHz asti, teoriassa kaksinkertainen suorituskyky edeltäjäänsä verrattuna, eli dataa liikkuu 6,4 gigatavun edestä sekunnissa) ja RDRAM (eli Rambus). Dynaamisen muistin etuina ovat pieni koko ja edullisuus. Huonoina puolina ovat suhteellinen hitaus ja virkistyksen tarve. Staattinen (SRAM, Static Random Access Memory) Staattista muistia käytetään erilaisissa välimuisteissa. Staattisen muistin etuina ovat suuri nopeus ja virkistyksen tarpeettomuus. Huonoina puolina ovat kalleus ja suuri koko. Vaikka muisti onkin kallista ei sillä ole niin suurta haittaa välimuisteisssa, koska tarvittavat kapasiteetit ovat aina suhteellisen pieniä. Riittävä nopeus on tärkeintä.

25 Keskusmuistin muistimoduuleja PCn RWM (RAM) -muisti sijoitetaan emolevylle muistimoduuleina
DIMM (Dual In-Line Memory Module) Pentiumin ja uudempien mikrojen DIMM-moduulit jakaantuvat kahteen pääryhmään: SDR- ja DDR- ja DDR2-moduulit (nopeus jopa 3,2 GB/s) RIMM (Rambus In-line Memory Module) RDRAM Siis, jos haluat lisätä koneesi keskusmuistia, selvitä millaista muistia tarvitset!

26 Välimuisti eli cache-muisti
Prosessorien nopeutuessa syntyy ongelma muistien nopeuksien kanssa, koska prosessori pystyy toimimaan vain niin nopeasti kuin sille voidaan syöttää käskyjä. Jos muisti ei pysy prosessorin perässä, on prosessorin odotettava. Ongelma ratkaise välimuisti. Välimuisteja on niin prosessorien, keskusmuistin kuin massamuistienkin yhteydessä Nopeaa muistia esimerkiksi 256, 512 tai 1024 kB

27 Väylä (bus) tiedonkuljetuskanava prosessorin sisällä ja emolevyllä
rivi rinnakkaisia johtimia: 1 bitti / johdin / kellojakso 16/32/64 bittinen ulkoisella väylällä oma kellotaajuus (pienempi kuin prosessorilla)

28 Emolevyn väylät prosessoriväylän tehtävä on siirtää tietoa prosessorin, keskusmuistin, ulkoisen välimuistin sekä lisäkorttiväylien välillä. lisäkorttiväylä prosessori keskusmuisti ulkoinen välimuisti lisäkorttiväylien ohjauspiirit lisäkorttiväylien ohjauspiirit lisäkortti 1 lisäkortti 2 lisäkortti n

29 BIOS BIOS (Basic Input Output System).
mahdollistaa mikrotietokoneen käynnistyksen toimii rajapintana laitteiston ja ohjelmien välissä. vastaa laitteiston perusrutiinien suorittamisesta mikron käytön aikana. BIOS on ohjelma, joka sijaitsee emolevyn ROM-muistipiirillä (haihtumatonta muistia).

30 BIOSin tehtävät Mikron käynnistyksen aluksi tapahtuva laiteosien tarkistus. lukuisia systeemin toimintojen tarkastuksia kuten esimerkiksi seuraavat osat: muisti, näppäimistö, levyasemat ja näytönohjain. Käyttöjärjestelmän etsiminen ja käynnistäminen levyasemalta. Laitteiston ja ohjelmien välisten rutiinien hallinta.

31 BIOSin määrittely ja päivitys
BIOS sisältää Setup-ohjelman, jossa määritetään laitteiston kokoonpanoasetuksia ja joista suurta osaa voidaan muuttaa ja säätää. Esimerkiksi uudet laitteet eivät toimi, jos BIOS ei tunnista niitä. vanhemmissa mikroissa esim. LS-120-asema ja yli 8 GB:n kiintolevyt. Jos BIOSille on saatavilla sopiva päivitys, saadaan laitteet käyttöön. Uudemmissa BIOS-versioissa on myös korjauksia ja muita lisäyksiä.

32 Lisäkorttiväylät PCI (Peripheral Component Interconnect) - vanha
PerusPCI: 5 V, 33 MHz, 32-bitin väylä 133 Mb/s tiedonsiirtokapasiteetilla Muunnelmia: 64-bit väylälaajennus - tiedonsiirtokapasiteetti 266Mb/s 66 MHz laajennus - kaksinkertaistaa perustiedonsiirtokapasiteetin. 3.3 V toimintajännite - erilainen fyysinen liitin. "SmallPCI" kannettaville ja sulautettuihin järjestelmiin

33 Lisäkorttiväylät AGP (Accelerated Graphics Port) - vanha
Näytönohjaimen liitännäksi kehitetty PCI Väylänleveys 32 bit 66 MHz taajuus, joka on mahdollista kaksin- , nelin- tai kahdeksankertaistaa -> 2133 Mbit/s

34 Lisäkorttiväylät PCI express
PCI express on oikeastaan tiedonsiirtoprotokolla, joka palvelee lähitulevaisuudessa lähes kaikkia emolevyn liikennöintiä korvaamassa agp-väylän rinnakkaismuotoisesta tiedonsiirrosta (PCI) pakettipohjaiseen sarjamuotoiseen siirtoon pci express x1, 250 MB/s x16, 4GB/s

35 Lisäkortit esim. näytönohjain äänikortti verkkokortti

36 Tavallisimmat I/O-liitännät

37 Tavallisimmat I/O-liitännät
PS/2 -liitäntä Hiiri Näppäimistö rinnakkaisliitäntä (LPTx) tieto siirtyy 8 bittiä rinnakkain kirjoitin 25-napainen D-liitin

38 Tavallisimmat I/O-liitännät
sarjaliitäntä (COMx) tieto siirtyy sarjamuodossa yhtä johdinta pitkin eli bitit peräkkäin hiiri, ulkoinen modeemi 9- tai 25- napainen D-liitin komposiittiulostulo ääni USB (Universal Serial Bus) -liitäntä soveltuu useiden eri oheislaitteiden liitäntään sarjamuotoinen Kaksi versiota USB 1.1 tai USB 2.0 Verkkoliitin kaiutinulostulo- ja mikrofoniliittimet

39 FireWire ( IEEE-1394 ) Nopea sarjamuotoinen siirtoväylä
Kaksi versiota 400 (IEEE-1394) ja 800 (IEEE-1394b) 800 Mbit/s Lue lisää

40 Näppäimistö Natural Multimedia KB Irrotettava rannetuki 10 pikanäppäintä mm. Internetiä varten.

41 Hiiri objektien valinta valikoiden käyttö kohdistimen siirto

42 Muita syöttölaitteita
Digitointitaso Web-kamera Viivakoodinlukija Kosketusnäyttö Peliohjain

43 Kuvaputkinäyttö (CRT, Cathode Ray Tube)
perustuu samaan tekniikkaan kuin televisiotkin. on edullisuus ja luotettavuus, mutta haittana suurehko virrankulutus ja suuri koko. Nestekidenäyttö, LCD,TFT Nestekidenäytön kuvan terävyys ja kontrasti on huomattavasti parempi kuin kuvaputkitekniikassa eikä kuva myöskään välky. Nestekidenäytön sävytoisto ei kata aivan kaikkia mahdollisia värejä. laajakuva

44 Kuvataajuus (virkistystaajuus CRT-näytöissä)
Näytön ominaisuuksia Koko: esim. 20”, 22” Kuvataajuus (virkistystaajuus CRT-näytöissä) 70 Hz tai enemmän riippuu myös näytönohjaimesta Resoluutio eli erottelukyky 800 * 600 1024 * 768 1280 * 1024 1600 * 1200 Kuvapistekoko

45 Näytönohjain ja sen ominaisuudet
Hoitaa tiedon lähettämisen käyttöjärjestelmän ja ohjelmiston ”ohjeiden” mukaisesti näytölle Integroituna emolevylle tai erillisenä lisäkorttina Yleensä lisäkorttimalliset näytönohjaimet ovat tehokkaampia ja mahdollistavat enemmän näyttömuistia. Integroitu ratkaisu on edullisempi ja säästää tilaa kotelossa. Näytönohjaimen laadusta riippuu värien määrä (256 – 16,7 milj.) nopeus kuvatarkkuus värien määrä ja tarkkuus ovat riippuvaisia näyttömuistin määrästä virkistystaajuus

46 Näytönohjain ja sen ominaisuudet (2)
Viimeisen parin vuoden aikana näytönohjaimet ovat alkaneet päästä eroon pahimmista ongelmistaan, kuten huonosta kuvanlaadusta. Kaikilla on erittäin hyvä kuvanlaatu kaikissa näyttötarkkuuksissa, eikä näin ollen täysin huonoja ohjaimia ole edes tarjolla. Valitessa ohjainta huomioitavia seikkoja ovat Muistin määrä ja nopeus pelikäyttössä directx-rajapinnan nopeus olennainen OpenGL –nopeus taas on tärkeä 3d-mallinnuksessa ja cad-käyttössä Erilliset lisäkortit liitetään emolevyyn joko vanhan agp-väylän tai uuden pci express –väylän kautta Mitä väyliä emolevyllä on? Esim. Nvidian Geforce tai Atin Radeon

47 Kirjoitin Matriisikirjoitin Mustesuihkukirjoitin Laserkirjoitin
itsejäljentäville kerroslomakkeille (tämän takia jossain vielä käytössä melu Mustesuihkukirjoitin edullinen värimustesuihku- tai sublimaatiotulostin kuvien tulostamiseen. Tulostaa värikuvan osaväri kerrallaan; kukin väri siirretään paperin kokoisesta värikalvosta lämmön avulla höyrystämällä. jälki parhaimmillaan lähes valokuvalaatua kallis Laserkirjoitin nopea, hiljainen, myös väritulostus Piirturi tussi-, lyijykynä- tai mustesuihku isot tulosteet (A0, pituus jopa n. 40 m)

48 Massamuistit – magneettiset levyasemat
Kiintolevy kiintolevyltä edellytetään suurta tiedonsiirtonopeutta ja nopeaa tiedon hakuaikaa. levypakan pyörintänopeus, luku/kirjoituspäiden siirtonopeus kiintolevyn välimuisti. Käytettävä liitäntä vaikuttaa tiedonsiirtonopeuden tehokkuuteen ja siirron tasaisuuteen sekä toimii myös nopeuden rajoittavana tekijänä. Kymmenistä gigatavuista aina pariin teratavuun ilmatiivis kotelointi pyörii jatkuvasti virran ollessa päällä rinnakkaisliikennöinnistä sarjamuotoiseen (SATA eli Serial ata, SAS eli serial attached scsi

49 Ulkoiset kiintolevyt Nopeiden usb 2.0 –porttien yleistyminen tietokoneissa ja kiintolevyjen hintojen lasku mahdollistaa ulkoiset kiintolevyt. varmuuskopiointiin, tietojen siirtoon virta tietokoneen usb- tai firewire-portista mm. Lacie, Buffalo, Iomega, Seagate

50 Massamuistit – magneettiset levyasemat
Siirrettävät muistit USB-väylään ”muistitikut” satoja megatavuja Käytettäessä muistettava mm. Löytyykö ajurit Ota ”oikein” pois

51 Massamuistit - optiset
CD-ROM (Compact Disc Read Only Memory) kapasiteetti MB CD-R (CD Recordable) mahdollistaa myös tietojen kirjoittamisen CD-R-levyille. voi kirjoittaa vain yhteen kertaan. Multi-sessio-menetelmällä tietoja voidaan kirjoittaa useaan kertaan aina edellisten tietojen perään. CD-RW (CD Read Write) uudelleenkirjoittava CD-RW-asemalla voidaan tehdä sekä CD-R-levyjä että CD-RW-levyjä Kaikki CD-ROM-asemat eivät pysty lukemaan CD-RW-levyjä CD-aseman nopeuteen vaikuttaa pääasiassa CD-aseman ominaisuudet ja CD-aseman liitäntä IDE, USB, FireWire, SCSI. perustiedonsiirtonopeus 150 kB/s, esim. 48x tai 72x CD-levyn käyttöikä

52 Massamuistit - optiset
DVD (Digital Video Disk) kapasiteetti 4, GB 4,7 GB: 2 tunnin ja 15 minuutin "multimediapaketti” pystyy käyttämään myös CD-levyjä DVD-R ja DVD+R Kertaalleen kirjoittava Standardit eivät ole keskenään yhteensopivia, mutta tietyt asemat pystyvät käyttämään molempia muotoja. Jotkut asemat pystyvät käyttämään myös CD-R-levyjä. DVD-RW ja DVD+RW Uudelleenkirjoittava eivät ole keskenään yhteensopivia, mutta tietyt asemat pystyvät käyttämään jopa kaikkia mainittuja muotoja. Useat asemat pystyvät käyttämään myös CD-R- ja CD-RW-levyjä. 1X-nopeus on kilotavua sekunnissa. Esim. 4x vastaa CD-aseman 35x-nopeutta

53 Massamuistit - optiset
Blu-Ray Levyjen luentaan käytetään lyhytaaltopituista (violetin väristä) ns. "sinistä laseria" tavanomaisen punaisen sijaan Mahdollistaa suuremman tallennuskapasiteetin 25 GB (yksikerroksinen), 50 GB (kaksikerroksinen), 100 GB (nelikerroksinen)