Intro computerarchitectuur

• Informatica
• Middelbare school
• vwo
• Leerjaar 4

Computers zijn overal

In welke apparaten
zitten computer-chips?

Tegenwoordig zijn in bijna alle elektrische toestellen van enige complexiteit (computers, mobiele telefoons, wasmachines, auto's) computer- chips aanwezig. Ook is een microchip aanwezig in een betaalkaart, de OV-chipkaart en in transponders die gebruikt worden om huisdieren te kunnen identificeren.

Welke randapparatuur ken je??

(voor de PC)

Invoerapparatuur:

toetsenbord

muizen of trackball

scanner

Uitvoerapparatuur

videokaart

monitor

printer en plotter

geluidskaart en speaker

Opslag en/of dataoverdracht:

modem (intern op een kaart, of extern)

harde schijf

cd-rom- dvd- blu-ray- speler en -schrijver

diskettestation en andere verwisselbare schijftypen als zip, Jaz of Bernouilli

tapedrive

USB-stick

FireWire-kaart (de snelle "IEEE 1394" en de nog veel snellere "IEEE 1394b")

ethernetkaart voor computernetwerken

Specifieke apparatuur:

Universal Software Radio Peripherals (USRP) voor software gebaseerde radio

radio of TV ontvanger

bewakingsapparatuur

3D printer

computergestuurde werktuigen

Randapparatuur

Binnenkant van de PC

Onderdelen in de PC

De processor

Het moederbord

Het RAM-geheugen

De harde schijf EN / OF De SSD

De videokaart

De voeding

De behuizing

00:50

Wat is een andere naam voor CPU?

1. RAM
2. Precessor
3. Processor
4. Predecessor

01:32

RAM

Harde schijf

Bevat vaak magnetische schijven

Gebruikt bij uitvoeren berekeningen

Gegevens bewaard na uitzetten

Lange termijn geheugen

Korte termijn geheugen

Gegegens weg als je computer uitzet

02:00

Wat kan je met een insteekkaart toevoegen in een uitbreidingssleuf?

1. Toetsenbord
2. Grafische kaart
3. Printer
4. Geheugen

 De pc kan van extra functionaliteit worden voorzien door middel van insteekkaarten. De belangrijkste drie soorten zijn: PCI Express x16, PCI en PCI Express x1. PCI Express wordt ook wel afgekort als PCI-E.

PCI Express x16 is het slot voor de grafische kaart.

Klassieke PCI-slot kunnen ook nog veel oudere insteekkaarten gebruikt worden, zoals bijvoorbeeld een tv-kaart of geluidskaart.

Het PCI Express x1-slot is in feite de opvolger van het klassieke PCI-slot. Het bevat een stuk minder pinnen, maar biedt dankzij de snellere interface beduidend hogere snelheden voor grafische kaarten.

De Processor

Ook wel CPU (Central Processing Unit)

Het 'BREIN': voert alle software-instructies uit

Instructies (en andere gegevens) komen 

uit het interne geheugen

Kennis van de Processor

CPU voert instructies uit die in het geheugen staan.

Om dat te kunnen doen bevat de CPU:

• de control unit: uitvoeren instructiecyclus
• de ALU (rekeneenheid) met vooral:  +  -  x  /
• registers voor tijdelijke opslag

De interne klok bepaalt de snelheid van het uitvoeren.

Kloksnelheid: 2-3 miljard tikken per seconde (GigaHerz).

Register (en cache?): programmateller en instructieregister

Driver: Software - uniek voor ieder randapparaat, merk en soort apparaat. Fabrikant levert de software.

IO Controller: hardware - communicatie tussen randapparaat en CPU.

RAM: Tijdelijke opslag voor het besturingssysteem en programma's

CACHE: een opslagplaats waarin gegevens tijdelijk worden opgeslagen om sneller toegang tot deze data mogelijk te maken.

Machinetaal is een taal waarin instructies geschreven zijn die de processor van een computer direct kan uitvoeren. Een programma bestaat in machinetaal uit een reeks woorden, meestal van 8 (een byte), 16, 32 of 64 bits. Elk woord staat voor een specifieke actie die de processor dient uit te voeren.

Assembleertaal of assembly is een low-level programmeertaal die nauwelijks meer dan een symbolische weergave van machinetaal is. Elke regel in de assembleertaal komt overeen met één enkele instructie, zij het dat de vertalende assembler nog wel ondersteuning biedt in de vorm van symbolische namen (labels) voor geheugenlocaties die gebruikt worden voor constanten of variabelen, en voor sprongopdrachten, in plaats van fysieke adressen.

Elke kern van een quad-core heeft een eigen ALU, registers en Control Unit om instructies parallel te kunnen verwerken. Dit draagt in hoge mate bij aan de snelheid, maar een quad-core is niet 2x zo snel als een dual-core CPU. Ook een quad-core CPU heeft maar één verbinding met het werkgeheugen en de cores moeten die verbinding met elkaar delen. 

Ophalen - Control unit

De Control Unit vraagt een instructie op als een rij bits vanuit het RAM via de Bus Interface.

Uitvoeren - Arithmetic Logical Unit

De ALU voert de rekenkundige en logische bewerkingen uit en gebruikt daarbij de registers. Het resultaat van de bewerking wordt vervolgens door de Control Unit naar de Bus Interface gestuurd om te worden opgeslagen in het RAM.

Componenten CPU - Instructiecyclus

Random Access Memory

Het werkgeheugen bestaat uit een aantal geheugenchips en vormt daarmee voor een pc het RAM (Random Access Memory). Dat is voor het besturingssysteem en de gebruiker vrij toegankelijk (vandaar de term: Access) om tijdelijk programma’s en data op te slaan.

Registers

De registers in de CPU bestaan uit uiterst snel geheugen en deze worden gebruikt bij het verwerken van de instructies. Een speciaal register is de program counter (instructieteller).

Analyseren - Control unit

De control unit analyseert de instructie en voert de instructie uit. De data die moeten worden bewerkt, stuurt de Control Unit naar de ALU.

De instructie cyclus begint met een te halen , waarin de CPU plaatst de waarde van de PC op het adres bus op te sturen naar het geheugen. Het geheugen reageert door het verzenden van de inhoud van dat geheugen locatie op de databus . (Dit is de opgeslagen-programma computer model, waarin uitvoerbare instructies naast de gewone gegevens in het geheugen worden opgeslagen, en identiek behandeld door het). Na het ophalen, de CPU verder naar uitvoering , neem de actie op basis van de geheugeninhoud dat verkregen. Ergens in deze cyclus, kan de computer worden aangepast zodat de volgende instructie uitgevoerd is een andere (gewoonlijk verhoogd zodat de volgende instructie degene vanaf het geheugenadres onmiddellijk na de laatste geheugenplaats van de huidige instructie) .

Naar de powerpoint....

1- Klok

2- Machine Cycle

3- Read en Memory Request

4- Adresbus

Een Z80 processor op een breadbord met LED's voor adresbus, machine cycle, memreq en read. Op de databus is altijd 0.

De rode LEDs zijn verbonden met de memorybus van de Z80.

De groene LED rechtsonder is de READ-pin, rechtsboven is de MEMREQ-pin en de LED daar links van is de MachineCycle LED.

De blauwe LED links geeft het kloksignaal aan van de 555-chip

Na 5 sec. wordt de RESET-pin losgekoppeld.

Computer geheugen

volgende keer

Aan de slag

Met de planner op ItsLearning.