2: CPU: Von Neumannarchitectuur, SOC

• Informatica
• Middelbare school
• havo, vwo
• Leerjaar 4-6

In deze les ga je leren:

• Wat is de Von Neumann-architectuur.
• Verschillende onderdelen van de computer, zoals moederbord, processor, intern geheugen, opslagmediums: Je kent ze en weet de werking te beschrijven

Bij deze les hoort het document:

ET Domein E_3: Von Neumann, hardware onderdelen

Inleiding:

De Von Neumannarchitectuur houdt in dat de kern van elke computer bestaat uit: De CPU en het intern geheugen.

De CPU bestaat uit 2 onderdelen: De control unit en de ALU, oftewel het besturingsorgaan en het rekenorgaan.

Het besturingsorgaan houdt bij welke instructies uitgevoerd moeten worden, het rekenorgaan voert ze uit.

Alle instructies en resultaten en programma's, die uitgevoerd worden staan in het intern geheugen, oftewel RAM.

Hoe het programmeren van een computer eerst ging, daarvan gaan we een paar minuten zien in het volgende filmpje: De ENIAC werd geprogrammeerd door vrouwen (!), die daarvoor instructies kregen van ingenieurs, inclusief allerlei diagrammen. Een programma 'laden' duurde dagen.

De ENIAC kostte 12 miljoen dollar en werd gebruikt voor o.a. weersvoorspellingen.

Na 20 sec: Besef hoe groot deze computer is!

Von Neumann: deze wiskundige was belangrijk voor de computerarchitectuur. Hij bedacht een bepaalde opbouw van de computer, die de snelheid enorm verhoogde: De Von Neumann-architectuur.

De grote vooruitgang zat hem in het gebruik van snel, maar niet permanent geheugen, het RAM.

We bekijken wat geschiedenis. Al in 1945 kreeg deze man het idee om een programma niet van buitenaf in te voeren, maar in het werkgeheugen te zetten. 

https://maken.wikiwijs.nl/157975/Enigma___Computerarchitectuur#!page-5853762

De Engelse termen zijn gebruikelijker

Dit zit dus in de fysieke laag

Als het programma al in het werkgeheugen staat en de CPU kan hiermee communiceren, gaat het verwerken van instructies veel sneller.

Tot welke component behoort de RAM?

1. CPU
2. Input device
3. Memory Unit
4. Output device

Teken de von Neumannarchitectuur na.

Teken met pijlen er het verloop van de communicatie in.

We bekijken het voorbeeld uit het document

Opdracht: Schrijf de details bij het model

Schrijf wat in het voorbeeld staat in het model. 

Control unit organiseert de boel. Welke data is nodig, wat moet eerst gedaan worden

ALU moet alles uitrekenen, bv. waar welke knoppen moeten staan, welke kleur elke pixel krijgt.

De processor is druk bezig, maar voordat een app kan werken moet de code hiervan vanuit het externe geheugen (SSD, vroeger harde schijf) naar het interne geheugen gekopieerd worden: de RAM. Dan kan de CPU aan de slag met de instructies van de app.

Teken de Von Neumann architectuur, met de Engelse termen.

Bedenk of je de termen al snapt en kent:

• CPU=Processor
• RAM
• invoer
• uitvoer,
• Control Unit= besturingsorgaan
• ALU = rekenorgaan

Processor

RAM

Randapparatuur

Invoer

Intern geheugen

Besturingsorgaan

Rekenorgaan

Uitvoer

We bekijken de micro:bit

Via de hardware sheet klik je bv. door naar deze pagina.

Daar zie je dat de RAM (en ROM) geïntegreerd is in de CPU. De micro:bit is ook een SOC

00:33

Korte uitleg:

MSAA: Een functie die ervoor zorgt dat bv. lijnen niet gekarteld zijn (digitaal) maar meer analoog lijken, dus mooier zijn

01:17

Noem de onderdelen van de CPU en 1 vorm van intern geheugen

01:50

Weet je wat silicon is?

ja

nee

02:59

Samenvattend:

Door alle cruciale onderdelen te verenigen in 1 onderdeel, de System-on-a-chip, heeft men het voor elkaar gekregen hele kleine systemen te maken, die heel goed functioneren

Voor- en nadelen van een SoC vind je hier

Toepassing met de micro:bit.

Kies een project en bouw het na.

Besef hoe het werkt:

1. Het downloaden van het programma op de micro:bit: Waar komt het programma dan terecht?
2. Het uitvoeren van de instructies/programmacode: Waar gebeurt dat, met welke onderdelen?
3. Welke invoer en uitvoer is er bij betrokken?

Behandeld:

• Von Neumann-architectuur
• SOC
• Moederbord

Was dit voldoende duidelijk?

Huiswerk: Lezen document t/m 4.4:

ET Domein E_3: Von Neumann, hardware onderdelen

Op de volgende dia een video, die uitleg geeft over het ontstaan van de Von Neumann-architectuur.

Het is belangrijk te beseffen, hoe dingen zich ontwikkelen in de tijd. Niet alles heeft een optimale uitkomst, en de ontwikkelingen stoppen nooit.