A processzor és a memória
A
processzor:
A központi feldolgozóegység (CPU: Central
Processing Unit) feladata a műveletek
sorrendben történő végrehajtása és végrehajtatása. A számítógép e nélkül
működésképtelen. Hazánkban a legelterjedtebbek az Intel és az AMD cégek által
készített processzorok. Az IBM AT számítógépekbe az 1980-as évek közepén az
Intel 80286-os jelzésű processzorait építették. Ezeket a gépeket a köznyelv
röviden 286-os gépeknek nevezte. Ezt a processzorcsaládot fejlesztve
készítették el a 80386-os, 80486-os processzorokat és a köréjük épített
gépeket. A fejlesztés következő állomása a Pentium processzorok elkészítése.
Ebben a sorban megtalálható a Pentium, Pentium Pro, Pentium II, Pentium III és
a napjainkban használatos Pentium 4.
Nagy
konkurenciát jelent az olcsó processzorok piacán az AMD. Ennek a cégnek a mai
processzorai a Duron, AthlonXP, Athlon64 fantázia neveket viselik.
Egy
személyi számítógépben általában egy processzor található, de számításigényes
grafikai, tervező alkalmazások futtatásához, nagy teljesítményű szerverekhez
építhető olyan számítógép, ami két vagy több processzort tartalmaz.
A processzor
tartalmaz:
- Egy vezérlő egységnek nevezett részt
(CU: Control Unit), amelynek feladata az utasítások beolvasása,
értelmezése, s ennek alapján a számítógép összes részének irányítása.
- Egy aritmetíkai és logikai egységnek
nevezett részt (ALU: Arithmetich and Logical Unit), ami a matematikai és
logikai műveletek végzéséért felelős.
- Regisztereket. Ezek a processzor gyors elérésű memóriarekeszei. Feladatuk az
adatok ideiglenes tárolása. A processzoron belül 32 féle regisztert lehet
elkülöníteni.
A processzor
fő jellemzői:
·
Műveletvégzési sebesség: Az egyes részegységek működésének szinkronizálását
egy órajel segítségével végzik. Ezt
egy órajel-generátor állítja elő, és minden másodpercben azonos számú jelet ad,
ami az egységekben egy-egy elemi utasítás elvégzésére ad lehetőséget. A
számítógépen belül a legmagasabb órajellel a processzorok dolgoznak. Ennek
mértékegysége a Hz, illetve a processzorok sebességéből adódóan a MHz és a GHz.
Egy új számítógép vásárlásakor választhatunk olyan CPU-t, amelyik 3 GHz-es. Ez
azt jelenti, hogy másodpercenként 3 milliárd elemi művelet végrehajtására
képes.
·
Regiszterméret:
meghatározza, hogy a processzor milyen nagyságú adatokat tud kezelni.
·
Címtartomány: a
használható memória nagyságát határozza meg.
A
processzorok a hatalmas számítási teljesítményt jelentős áramfelvétellel
képesek megoldani. Ennek egy mellékhatása, hogy a felhasznált elektromos
energia egy része hővé alakul. Ezt a processzortól el kell vezetni, mert az a
túlmelegedés hatására tönkremehet
A hűtést hűtőbordákkal és hűtőventilátorokkal
oldják meg.
Mivel
a processzorok rendelkeznek a legnagyobb órajellel, ez azt is jelenti, hogy
például a memória, ami tárolja az éppen futó programokat, adatokat lassabb
működésű. Ha a processzornak valamilyen adatra van szüksége a memóriából, akkor
a sebességkülönbségek miatt gyakran előfordul, hogy várnia kell az adatra. Ezt
a gép használója úgy érzékeli, hogy az adott program lassabban működik. Ennek a
várakozásnak a csökkentésére a processzorokba beépítenek egy átmeneti tárolásra
alkalmas gyors memóriát, ami a processzorral azonos sebességen működik. Amikor
egy adatot a processzor megkap a memóriától, azt ebbe az úgynevezett cache
memóriába helyezi el. Ha legközelebb szükség van ugyanerre az adatra, azt már
ebből a gyorsítótárból tudja
elővenni. Felvetődhet a kérdés, hogy miért nem az összes memóriát építik a
processzorba. Ennek az oka a gyártásból adódó árban keresendő. A gyorsítótárnak
használt memória előállítása sokkal költségesebb, mint a számítógépben használt
egyéb memóriáké. A programok futásának sebességét tehát nemcsak a processzor
órajele határozza meg, hanem a processzorba épített cache memória mérete is. Ez
az érték jellemzően 256 és 512 KB.
Aritmetikai processzor
Az aritmetikai műveletek nagy száma és a lebegőpontos
(hatványkitevős) számokkal való műveletvégzés gyakorisága miatt, a
számítógépekbe beépítettek egy ún. társ vagy koprocesszort. Feladata a bonyolultabb
matematikai műveletek, számolások segítése, elvégzése és felgyorsítása. Az
aritmetikai processzort lebegőpontos processzornak is szoták nevezni (FPU:
Floating Point Unit).
A régebbi számítógépeknél egy külön foglalat szolgált
az aritmetikai processzor behelyezésére, míg az újabb gépeknél már egybeépítik
a processzorral. Önállóan működésképtelen.
Az órajel és időzítő
Az órajel a processzor
működését ütemezi. A két feladatvégzés között a processzor tétlen. Minél
nagyobb az óraimpulzusok száma, tehát az órajel, annál gyorsabb a processzor.
Az óraimpulzusokat frekvenciával fejezik ki. A frekvencia mértékegysége a
hertz. A mai számítógépek 40-400 MHz közötti órajellel dolgoznak.
Az időzítő szolgál arra ,
hogy az órajelet négyfelé ossza.
Eszerint használhatjuk:
0. nem használjuk (régen az idő mérése, de ma már elemek
vannak)
1. DRAM frissítését ütemezi (kondenzátorok
elektronvesztesége miatt)
2. hangszórónak szolgáltat jeleket
szabadon felhasználható pl. programozáshoz
Memóriák
A
számítógép működéséhez a központi feldolgozóegységen kívül elengedhetetlenül
szükséges az operatív memória. Ez tárolja az éppen végrehajtás alatt álló
programokat és a hozzájuk kapcsolódó adatokat. Ezt a feladatot a RAM (Random
Access Memory: véletlen elérésű memória) látja el. Ennek a memóriának a
tartalma tetszőleges (akár véletlen) sorrendben elérhető, írható, olvasható. A
programok által feldolgozott adatok először mindig a RAM-ba kerülnek. A futó
programok is itt helyezkednek el, és a központi feldolgozóegység innen veszi az
éppen következő utasítás kódját. A RAM egyik hátránya, hogy működéséhez
folyamatos áramellátásra, frissítésre van szükség. Az áramellátás megszakadása
esetén tartalmát elveszíti. Emiatt a gép szabálytalan kikapcsolása vagy egy
áramszünet adatvesztést eredményezhet, mert az éppen feldolgozás alatt álló,
nem mentett adatok megsemmisülnek.
A RAM-nak az elmúlt évtizedekben több
fajtájával találkozhattunk a személyi számítógépekben. A lassabb változat a DRAM
(Dynamic RAM), a gyorsabb, de jelentősen drágább az SRAM (Static RAM). A DRAM
továbbfejlesztéseként készítették el az SDRAM-okat (Synchronous DRAM). Ezek
a memóriák megtalálhatók a néhány évvel ezelőtti számítógépekben. Napjainkban a
megfizethető árral és az ezért nyújtott teljesítménnyel az újabb DDR
SDRAM-ok (Double Data Rate SDRAM) hódítanak. Ennek a memóriának az a
sajátossága, hogy egy órajel alatt két művelet elvégzésére alkalmas, azaz
elvileg kétszeres adatátviteli sebesség érhető el az azonos frekvencián működő
SDRAM-okhoz képest. Az Intel Pentium processzorokhoz még használható az RDRAM
(Rambus DRAM).
Ez
a DDR SDRAM-ok sebességének többszörösével képes működni, ezért a nagy;
számolási teljesítményt igénylő gépekbe szokták építeni. Szélesebb körű
elterjedését hátráltatja a gyártásból és a jelentős licencdíjból adódó magas
ára.
Az
adatátviteli sebesség alapvetően két tényezőtől függ.
- Az egyik az egy
időben átvihető adatbitek száma. A DDR SDRAM-oknál ez 64 bit, azaz
egy lépésben 8 byte adat továbbítására alkalmas.
- A másik fontos érték
az alkalmazott órajel. DDR memóriáknál a már megduplázott értéket szokták
megadni.
A
két érték szorzata adja meg, hogy egy másodperc alatt mennyi adat fogadására,
illetve kiszolgálására alkalmas a modul.
A számítógépekbe épített memória mennyisége
nagymértékben függ a géppel elvégzendő feladatoktól. A programokhoz a
szoftvercégek megadják a hardverfeltételek között a működéshez szükséges
minimális és optimális memóriamennyiséget. A gép építésekor az egy időben
futtatandó programokhoz szükséges memóriamennyiségek összegével kell számolni.
Egy átlagos irodai felhasználáshoz megfelelő lehet 128 MB, de egy komolyabb
grafikai feladathoz szükséges akár 512 MB. A szerver számítógépek között nem
ritka a 3-4 GB memóriával szerelt sem.
A ROM (Read
Only Memory: csak olvasható memória), mint nevéből is látszik, nem írható, csak
olvasható memóriafajta. Ennek tartalmát a ROM készítésekor rögzítik, a
későbbiekben ez nem módosítható. Ennek előnye a RAM-mal szemben, hogy tartalma
nem vész el a számítógép kikapcsolásakor. A számítógép bekapcsolásakor a
tartalma a gép számára elérhető, ezért a rendszerindító folyamatokhoz tartozó
utasításokat érdemes ilyen memóriában rögzíteni. Az ily módon rögzített program
lesz felelős a rendszer indulásáért, a gép önellenőrzéséért, az operációs
rendszer megfelelő betöltéséért. A rendszerbetöltő feladatokat a BIOS (Basic
Input Output System: Alap be- és kiviteli rendszer) végzi el. Mivel ezt ROM-ba
írják, szokás ezt ROM BIOS-nak is
nevezni.
A
ROM tartalmát a gyártás során rögzíteni kell. Ez azt jelenti, hogy egy új programhoz
a gyártósort kell átalakítani. Ez elég költséges, és csak nagy szériák esetében
gazdaságos Elkészítették azt a ROM-fajtát, amely a gyárból kikerülve nem
tartalmaz programot, hanem egy speciális programégető eszközzel később lehet
azt beleírni. Ez a PROM (Programable
ROM) egy alkalommal írható. Ettől kezdve működése megegyezik a ROM-mal.
Később
elkészítették az EPROM -ot (Erasable
PROM). Ez ultraibolya fénnyel törölhető, majd a PROM-hoz hasonlóan egy
speciális eszközzel írható. Ezeket a memóriákat a tetejükön lévő kis
üvegablakról lehet felismerni.
Az
EEPROM (Electrically EPROM) törlését
elektromosan lehet megtenni. Ez a memóriafajta nagymértékben hasonlít a RAM-ra,
mivel az adatok felírása és kiolvasása nem igényel speciális eszközt. Előnye,
hogy a gép kikapcsolásakor is megtartja tartalmát, hátránya a kisebb
adatátviteli sebesség, magasabb ár.
Az
EEPROM egy speciális változata a Flash
memória. A számítógépek alaplapján található BIOS-t napjainkban legtöbbször
már Flash memória tartalmazza. Ez lehetővé teszi a gyártóknak, hogy úgy
fejlesszék az alaplap képességeit, hogy ehhez csak egy programot kell
elérhetővé tenni a felhasználók számára az interneten. Ezt a BIOS-ba beírva
akár nagyobb méretű háttértárak kezelése, újabb típusú processzorok támogatása
válik; elérhetővé.
A Flash memóriák széles körű elterjedését kezdetben a
hordozható számítógépekhez készült kiegészítő memóriakártyák segítették. Ezek a
kártyák a hordozható gépek PCMCIA csatlakozójába dughatók közvetlenül, vagy egy
átalakító segítségével. A digitális fényképezőgépekhez, diktafonokhoz és egyéb
hordozható eszközökhöz különböző méretű és formájú tokozásban találhatunk Flash
memóriát. Jellemzően 2 és 5 V közötti üzemi feszültség mellett működnek.
A leggyakoribb kártyák:
·
A SmartMedia Card (SM) egyik oldalán egy
nagyméretű aranyozott csatlakozósor található. Vékony kivitele csak a memóriát
rejti, ezért a használatához a vezérlést annak a készüléknek kell megoldania,
amelyikhez csatlakoztatják. Emiatt a régebbi eszközök nem mindig kezelik a mai
nagyobb kapacitású kártyákat. A felületén elhelyezett nagy csatlakozó könnyen
megérinthető, ami a statikus feltöltődésekből adódó kisülések szempontjából nem
kedvező, könnyen tönkremehet. 3,5 x 4,5 cm-es mérete mellett kevesebb, mint 1 mm vastag.
·
Compact Flash Card (CF) vastagabb, mint a SmartMedia Card. A csatlakozósor az élébe
építve jobban védett helyen található. A tokozás magában rejti a memória
üzemeltetéséhez szükséges áramkört is. Vastagsága 3,3 vagy 5 mm . Kapacitása akár 1 GB is
lehet.
·
A MultiMediaCard (MMC) és Secure Digital
(SD) kártyák méretben azonosak. Az MMC a Panasonic termékeket gyártó cég
(Matsushita Electronic Corporation) fejlesztette ki, de a körülbelül 2 g-os
tömege miatt több gyártó is alkalmazza digitális fényképezőgépekben, videokamerákban.
512 MB-os változata több ezer fénykép, vagy akár három óra tömörített videó
tárolására is alkalmas. Az SD az MMC továbbfejlesztett változata, ami
biztonsági funkciókkal egészíti ki az adattárolást.
·
Az IBM Microdrive nevű terméke átmenetet
jelent a memóriakártyák és a mágneses elvű adattárolók között. Méretre,
csatlakoztathatóságra megegyezik a nagyobb méretű CF kártyákkal, de belsejében
egy kis méretű merevlemezes egység dolgozik. Jelenleg 1 GB kapacitású változata
kapható, de már tervezik a 6 GB kapacitásút is.
0 megjegyzés:
Megjegyzés küldése