Datamaskinens oppbygning



Like dokumenter
Hovedkort, brikkesett og busser

Internminnet. Håkon Tolsby Håkon Tolsby

Internminnet. Håkon Tolsby Håkon Tolsby

Forelesning 5. Diverse komponenter/større system

Innhold. 2 Kompilatorer. 3 Datamaskiner og tallsystemer. 4 Oppsummering. 1 Skjerm (monitor) 2 Hovedkort (motherboard) 3 Prosessor (CPU)

Bits&Bytes Om datamaskinens oppbygging og virkemåte. TOS - IKT Tirsdag 4. desember 2012 Seksjon for digital kompetanse

INF1400 Kap4rest Kombinatorisk Logikk

Vi anbefaler at du setter deg litt inn i maskinen på forhånd. Det er en DELL Optiplex 620.

Hvorfor lære om maskinvare*?

Dagens temaer. Fra kapittel 4 i Computer Organisation and Architecture. Kort om hurtigminne (RAM) Organisering av CPU: von Neuman-modellen

Institiutt for informatikk og e-læring, NTNU Kontrollenheten Geir Ove Rosvold 4. januar 2016 Opphavsrett: Forfatter og Stiftelsen TISIP

Setup programmet brukes til å endre konfigurasjonen av BIOS og til å vise resultatene fra

INF2270. Datamaskin Arkitektur

Del 1 Setup - BIOS Oppgaver: 1. Hva slags CPU har maskinen? Beskriv de tekniske egenskapene ved CPU en.

Datamaskinens oppbygning og virkemåte

TDT4160 Datamaskiner Grunnkurs Gunnar Tufte

Institiutt for informatikk og e-læring, NTNU CPUens deler og virkemåte Geir Ove Rosvold 4. januar 2016 Opphavsrett: Forfatter og Stiftelsen TISIP

Dagems temaer. kapittel 4 i Computer Organisation and Architecture. av CPU: von Neuman-modellen. Transfer Language (RTL) om hurtigminne (RAM)

Prosessoren. Bakgrunnen Innhold LMC. Assemblerkode Oppsummering instruksjonene [Englander kap 6] Hva inneholder den? Hvordan utføres instruksjonene?

Dagems temaer INF ! Fra kapittel 4 i Computer Organisation and Architecture. ! Kort om hurtigminne (RAM)

TDT4160 Datamaskiner Grunnkurs Gunnar Tufte

Lab oppgave gruppe 2 IT-ledelse (Jonas F, Robin PN, Aksel S, Magnus M, Erik I)

Oppgave lab. 2. Hvor mye Internminne har den? - Maskinen har 2GB internminne.

hvor mye hurtigminne (RAM) CPU en kan nyttiggjøre seg av. mens bit ene betraktet under ett kalles vanligvis et ord.

Del 2. Bak skallet. Avsette minne til et spesifikt OS Teste harddisk under oppstart Sette opp system logger

2. Hvor mye Internminne har den? Svar: 2GB

! Sentrale begreper er adresserbarhet og adresserom. ! Adresserbarhet: Antall bit som prosessoren kan tak samtidig i én operasjon

Phu Pham Laboppgave 29. September 2015

IN1020. Datamaskinarkitektur

Martin Olsen, Lars- Petter Ahlsen og Jon- Håkon Rabben

INF2270. Datamaskin Arkitektur

TDT4160 AUGUST, 2008, 09:00 13:00

! Ytelsen til I/O- systemer avhenger av flere faktorer: ! De to viktigste parametrene for ytelse til I/O er:

Dagens temaer. Architecture INF ! Dagens temaer hentes fra kapittel 3 i Computer Organisation and

Tonje Thøgersen, Daniel Svensen Sundell, Henrik Smedstuen

1)Gjør om desimal tallene til binære: a) 4 =0100. b) 17 = c) 34 = d) 128 = e) 255 =

Intel Core i7. Omid Mirmotahari 4

Minnehåndtering i operativsystemer

Singletasking OS. Device minne Skjerm minne. Brukerprogram. Brukerdata/heap. Stack. Basis for flerprosess-systemer.

Datasystemer og informasjonssystemer

AVSLUTTENDE EKSAMEN I. TDT4160 Datamaskiner Grunnkurs. Torsdag 29. November 2007 Kl

LAB OPPGAVE. Del 1 Setup Bios

Dagens tema. Datamaskinenes historie. De første moderne datamaskiner. Løsning. Menneskene har alltid prøvd å lage maskiner for å løse sine problemer.

INF2100. Dagens tema: Flink-maskinen Litt datamaskinhistorie. Registre og lagre. Instruksjoner. Flass-koden

Her velger dere først System and Security og deretter System.

Kjenn din pc (Windows Vista)

TDT4160 DATAMASKINER GRUNNKURS EKSAMEN

Forelesning Instruksjonstyper Kap 5.5

Maskinvaredelen av INF 103: oversikt og innhold (1)

P1 P2 P3 P1 P2 P3 P1 P2. OS gjør Contex Switch fra P1 til P2

Del1: Setup: BIOS. 2. Hvor mye Internminne har den? 3GB DDR2

INF1400 Kap 0 Digitalteknikk

DEL 1 Setup BIOS Stian A. Johansen Terje Bratlie Espen Torås

TDT4160 OG IT2201 DATAMASKINER GRUNNKURS EKSAMEN

TDT4160 Datamaskiner Grunnkurs Gunnar Tufte

ITPE/DATS 2400: Datamaskinarkitektur og Nettverk

Overordnet maskinarkitektur. Maskinarkitektur zoomet inn. I CPU: Kontrollenheten (CU) IT1101 Informatikk basisfag, dobbeltime 11/9

Intel Core i7. Omid Mirmotahari 4

Oppsummering av digitalteknikkdelen

Kapittel 6. Høynivå møter lavnivå Fra C til assembly Fra assembly til maskinkode Linking og lasting

Laboppgave. Sondre Gulichsen, Li Lisan Linder. 1. Hva slags CPU har maskinen? Beskriv de tekniske egenskapene ved CPU en.

Into da BIOS<3. Bak Skallet

IN 147 Program og maskinvare

Dagens tema. Rask-maskinen. Rasko-kode Raskas-kode. Litt datamaskinhistorie Registre og lagre Instruksjoner

En overikt. Dagens tema. Datamaskinenes historie. Rask-maskinen Litt datamaskinhistorie Registre og lagre Instruksjoner. Rasko-kode.

Minnehåndtering i operativsystemer

Datamaskinenes historie Menneskene har alltid prøvd å lage maskiner for å løse sine problemer.

IT1101 Informatikk basisfag, dobbeltime 18/9. Kommunikasjon med perifere enheter. Kontrollere. Kontrollere (2) I/O-instruksjoner

Det viktigste i en moderne datamaskin er hovedkortet («motherboard»):

EKSAMEN I TDT4160 DATAMASKINER GRUNNKURS

4. Prøv om du kan finne en tastatur-snarvei for å komme til dette kontrollpanelet.

AVSLUTTENDE EKSAMEN I. TDT4160 Datamaskiner Grunnkurs Løsningsforslag. Torsdag 29. November 2007 Kl

Kjenn din PC (Windows7, Vista)

Til Oppgaven tester jeg med en Multicom Kunshan:

TDT4160 DATAMASKINER GRUNNKURS EKSAMEN

Kjenn din PC (Windows vista)

Laboppgave. Del Optiplex GX620. av Jørgen Pedersen

Dagens tema. Flere teknikker for å øke hastigheten

Oppgave 1 & 2: Først gå inn på «Min Datamaskin/ Computer» Høyreklikk på vinduet uten å være nær noen dokumenter o.l.

TDT4160 Datamaskiner Grunnkurs Gunnar Tufte

Oppbygningen av en datamaskin Det viktigste i en moderne datamaskin er hovedkortet («motherboard»):

Kjenn din PC(windows7)

DRI Datasystemer og informasjonssystemer

Patrick Fallang (Dataingeniør) Lab Oppgave: Kjenn Din Egen PC (XP)

Dagens temaer. Dagens emner er hentet fra Englander kapittel 11 (side ) Repetisjon av viktige emner i CPU-design.

Kjenn din PC (Windows7)

TDT4160 Datamaskiner Grunnkurs Gunnar Tufte

Det viktigste i en moderne datamaskin er hovedkortet («motherboard»):

Det viktigste i en moderne datamaskin er hovedkortet («motherboard»):

Datasystemer og informasjonssystemer

NORGES TEKNISK-NATURVITENSKAPELIGE UNIVERSITET INSTITUTT FOR DATATEKNIKK OG INFORMASJONSVITENSKAP

Håndtering av minne i et OS

Clock speed 3.20GHz Bus Speed 800MHz L2 Cache 4MB 2 Cores Ikke Hyperthreading 64 BIT

Datasystemer og informasjonssystemer

Marius Rogndalen Karlsen, Informatikk Lab oppgave

Fakultet for informasjonsteknologi, Oppgave 1 Flervalgsspørsmål ( multiple choice ) 15 %

Hvordan en prosessor arbeider, del 1

3. - Corsair Vengeance DDR3 1600MHz 8GB CL9 Prøv om du kan finne en tastatur-snarvei for å komme til dette kontrollpanelet.

TDT4160 Datamaskiner Grunnkurs Gunnar Tufte

Transkript:

Datamaskinens oppbygning Håkon Tolsby 18.09.2014 Håkon Tolsby 1

Innhold Hovedenheten Hovedkort Prosessor CISC og RISC 18.09.2014 Håkon Tolsby 2

Datamaskinens bestanddeler Hovedenhet Skjerm Tastatur Mus 18.09.2014 Håkon Tolsby 3

Inni datamaskinen Hovedkortet Prosessor (CPU) Internminne (RAM), DVD-spiller, Harddisk Strømtilførsel Diverse utvidelseskort Kontakter for tilkoblingen av skjerm, tastatur, mus og andre inn- og ut-enheter (i/uenheter). 18.09.2014 Håkon Tolsby 4

Hovedkort - motherboard De viktigste komponentene er samlet på hovedkortet Fordeler med å samle komponenter på ett kort er: Mindre avstand mellom komponenter = raskere overføring av data Enklere og rimeligere å produsere datamaskiner. Utviklingen går mot at flere og flere funksjoner legges til hovedkortet. Håndtering av lyd, grafikk og lokalnett (Ethernet) er eksempler på funksjoner som tidligere lå på egne utvidelseskort, men som nå er integrert i hovedkortet. Neste skritt er en komplett PC på en brikke. På hovedkortet sitter de to viktigste delene i en datamaskin: Prosessor (engelsk: CPU, Central Processing Unit) Internminne (engelsk: RAM, Random Access Memory og ROM, Read Only Memory) 18.09.2014 Håkon Tolsby 5

Hovedkort - Asus P4P800-VM (2003) 18.09.2014 Håkon Tolsby 6

Datamaskinens arkitektur Skiller mellom minne og prosessor vesentlig trekk ved datamaskinens arkitektur. Datamaskinen er en generell maskin som kan kjøre ulike programmer. Program er kun data som kan lagres sammen med annen data i datamaskinens minne. Og det kan byttes ut etter behov, bare prosessoren kan tolke programmets instruksjoner. Denne arkitekturen stod i sterk kontrast til de første datamaskiner hvor programmet var en del av selve datamaskinen. Skulle man omprogrammere datamaskinen, måtte man til dels bygge den om. 18.09.2014 Håkon Tolsby 7

Von Neumann arkitektur Forskeren, John von Neumann (1903-57), har fått æren av å ha designet den moderne datamaskinen. I 1945 presenterte han en rapport som organiserte datamaskinen I fem deler: 1. Aritmetisk enhet 2. Kontrollenhet 3. Hukommelse 4. Inputenhet 5. Utputenhet Siden har dette vært den rådende modellen for alle datamaskiner. 18.09.2014 Håkon Tolsby 8

Busssystemet Prosessoren er koblet sammen med internminnet og i/uenhetene (tastatur, mus, skjerm og disker) ved hjelp av remser med ledninger som er etset inn i hovedkortet. Disse kalles for busser I alle datamaskiner er det tre busstyper: adressebuss, databuss og kontrollbuss. 18.09.2014 Håkon Tolsby 9

Prosessoren Prosessoren (CPU - Central Prosessing Unit) er selve hjernen i datamaskinen. Den utfører alle beregninger og styrer de andre enhetene. 18.09.2014 Håkon Tolsby 10

Prosessorens oppbygning ALU, Aritmetisk Logisk Enhet, som kan utføre enkle aritmetiske (regne) og logiske operasjoner. Registre som kan mellomlagre data. Internbuss som kobler registrene og ALU sammen. Programteller som holder orden på hvilken instruksjon som er den neste som skal hentes fra minnet. Instruksjonstolker som tolker hva som skal skje når en instruksjon kommer til prosessoren. Flagg som markerer statussituasjoner for eksempel mente ved addisjon og overfylte registre (engelsk: overflow). 18.09.2014 Håkon Tolsby 11

Hvordan prosessoren virker Prosessoren mottar data fra internminnet gjennom systembussens databuss. Det er to typer av data: 1. Instruksjoner som prosessoren skal utføre. 2. Data som den skal arbeide med. Resultatet sendes tilbake på systembussen. 18.09.2014 Håkon Tolsby 12

Hver instruksjon til prosessoren er egentlig en binær tallkode Eksempler på instruksjoner for Intel-486 Kode Instruksjon Forklaring Klokkepulser 0000 0100 ADD Addisjon 1 0010 0000 AND Logisk AND 1-3 0011 1101 CMP Sammenligne 1 1111 0110 DIV Divisjon 16 Alle programmer består av sekvenser med slike tallkoder. Koding på maskinnivå kalles Assembly-programmering. Brukes sjelden. PIPPIN - En prosessorsimulator 18.09.2014 Håkon Tolsby 13

Hva skjer når vi starter et program? 1. Programtelleren blir nullstilt og peker til den første instruksjonen i programmet som ligger i internhukommelsen RAM. 2. Prosessoren leser instruksjonen som programtelleren referer til og overfører den til instruksjonsregisteret. 3. Instruksjonstolkeren tolker instruksjonen og utfører den. 4. Når instruksjonen er ferdig utført, øker programtelleren med 1 og neste instruksjon blir lest(punkt 2) Dette gjentar seg til prosessoren ikke har flere instruksjoner å utføre og programmet avslutter. 18.09.2014 Håkon Tolsby 14

Klokkefrekvensen Prosessoren kan utfører enkle operasjoner med ekstrem høy hastighet. På hovedkortet sitter en liten brikke (krystall) som genererer elektriske pulser. Den kalles datamaskinens klokke og styrer arbeidstakten til alle komponenter i datamaskinen. For hver elektrisk puls den sender ut, kan prosessoren utføre en instruksjon. Klokkepulsene sørger for at datamaskinen arbeider etter en jevn takt slik at data som fraktes på bussene ikke kolliderer. En prosessor med en klokkefrekvens på 600 MHz kan utføre 600 millioner operasjoner i sekundet. Problemet med høye klokkefrekvensene er at resten av elektronikken i datamaskinen ikke henger med. De klarer ikke å motta og sende data i et så høyt tempo. Derfor operer man ofte med to klokkefrekvenser, en høy intern klokkefrekvens for prosessoren og en lavere ekstern klokkefrekvens for kommunikasjon mot systembussen og internminnet. 18.09.2014 Håkon Tolsby 15

Prosessorens utvikling år Prosessor Intern klokke Ekstern klokke Registre Databuss Kjerner 1971 4004 0,74 MHz 0,74 MHz 4 4 1 1978 8086 4,77 MHz 4,77 MHz 16 16 1 1982 80286 12 MHz 12 MHz 16 16 1 1985 80386 25 MHz 25 MHz 32 32 1 1989 80486 66 MHz 33 MHz 32 32 1 1993 Pentium 100 100 MHz 66 MHz 32 64 1 1997 Pentium II 333 MHz 66 MHz 32 64 1 1999 Pentium III 5-800 MHz 133 MHz 128 64 1 2000 Pentium 4 1,3-2 GHz 400 MHz 128 64 1 2002 Pentium 4 4 GHz 128 64 1 2005 Nehalem 10 Ghz 128 64 1 2006 Core 2 Duo 1,2-2,33 GHz 128 64 2 2007 Core 2 Quad 1,066 Ghz 128 64 4 2008 Core i7 2,2 3,2 Ghz 128 64 4 18.09.2014 Håkon Tolsby 16

Hva avgjør hastigheten? Klokkefrekvensen Bredden på databussen Størrelsen på registrene Store registre betyr at prosessoren kan utføre operasjoner med store tall uten å måtte dele dem opp, eller at den kan legge sammen flere tall i parallell. Størrelsen på databussen forteller oss hvor mye data som kan fraktes til prosessoren om gangen. Antall kjerner 2 og 4, slik at prosessoren kan utføre flere oppgaver samtidig. Hyper threading (logiske kjerner x2, x4) Instruction-level parallelism (3-5 parallelle instruksjoner) 18.09.2014 Håkon Tolsby 17

Mange kjerner Windows 7 kan håndtere 256 kjerner Intel har utviklet en 48 kjerners prosessor med 1,3 milliarder transistorer som de kaller "Single-Chip Cloud Computer". Det er 48 kjerner på en brikke som er knyttet sammen i et eget nettverk med 24 rutere. 18.09.2014 Håkon Tolsby 18

Moores lov Antall transistorer i en prosessor vil doble seg hvert andre år. Moores lov ble fremsatt i 1965 av Gordon Moore som var en av Intels grunnleggere. Fra 1971 til 2010 har antallet transistorer i mikroprosessoren økt fra ca. 2300 til 2 milliarder. (ca 20 fordoblinger på 40 år) 18.09.2014 Håkon Tolsby 19

Hva er grensen??? 2012: 220 atomer per transistorer 2020: 50 atomer per transistor Kan man lage transistorer på 1 atom? 18.09.2014 Håkon Tolsby 20

Moores lov justert Antall kjerner på prosessorene vil dobles hvert andre år. Men hvor mange kjerner trenger man? 18.09.2014 Håkon Tolsby 21

CISC og RISC -to hovedtyper av prosessorer CISC (Complex Instruction Set Computer) CISC-prosessoren ble utviklet i en tid da RAM var dyrt å kjøpe. Da var det viktig at programmene var små, og at prosessoren gjorde mest mulig for hver instruksjon den fikk. Derfor lagde man prosessorer med mikroprogrammer. En CISC prosessor kan tilby et stort sett av instruksjoner, og mange av instruksjonene er komplekse og trenger flere klokkepulser for å bli utført Ulemper: Dyre å konstruere, flere instruksjoner tar lang tid å utføre, og over 60% av alle transistorene brukes til å lagre mikroprogrammene og mange av de komplekse instruksjonene i brukes aldri eller sjelden. RISC (Reduced Instruction Set Computer) Redusere antall instruksjoner til et minimum. 95% av alle instruksjonene kan gjennomføres innenfor en klokkepuls Sparer mange transistorer på ikke å ha mikroprogrammer. Dermed kan man legge flere funksjoner i prosessoren, slik som: Grafisk prosessor, mer cache osv. Større programmer fordi noen oppgaver må løses i programkoden i stedet for av prosessoren direkte. I dag er de fleste prosessorer konstruert etter RISC-prinsippet 18.09.2014 Håkon Tolsby 22