Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Technické prostředky informačních systémů Kombinované studium – 1. blok.

Podobné prezentace


Prezentace na téma: "Technické prostředky informačních systémů Kombinované studium – 1. blok."— Transkript prezentace:

1 Technické prostředky informačních systémů Kombinované studium – 1. blok

2 Úvod •Garant:Prof. Zdeněk Bohuslávek, CSc. •Přednášející:Prof. Zdeněk Bohuslávek, CSc. Ing. Jiří Nesládek Ing. Zdeněk Votruba •Podklady (1. blok):http://www.rabaka.net/TPIS

3 Cíle předmětu •Filosofie, vlastnosti •Principy činnosti •Kritéria posuzování při výběru TP

4 Předmět zájmu (TP) •Počítače –Architektura PC (skříň, zdroj, základní deska) –Paměti –Sběrnice •I/O zařízení –HMI – rozhraní obluha-počítač –Pořizování dat – snímače, senzory, scannery, … –Výstup dat – monitory, tiskárny, projektory, … •Komunikace –Sítě LAN, WLAN, WAN, … –Rozhraní a sběrnice

5 Oblasti nasazení TP obecně •SOHO (Small Office or Home) –Masová produkce, nízká cena –Zn.: „Přívětivé prostředí a služné zacházení podmínkou“

6 Oblasti nasazení TP obecně •Enterprise (profesionální) –Rovněž vyžadují čisté prostředí a „pokojovou teplotu“ –Poskytují vyšší spolehlivost, propustnost, zatižitelnost –Redundance – disková pole, vícenásobné zdroje, ventilátory –Zpravidla rackové provedení –Např.: servery, záložní zdroje, velkokapacitní tiskárny, …

7 Oblasti nasazení TP obecně •Industrial (průmyslové provedení) –Široký rozsah provozních teplot (  40  60 ºC) –Vyšší stupeň krytí (prachotěsnost, vodotěsnost) –Robustní konektory –Solid-state – bez pohyblivých částí (ventilátorů, disků, …) –Zpravidla napájecí napětí 24V –Často v provedení modulu na DIN lištu •Embedded (vestavné) –Určené pro montáž do dalších zařízení

8 Oblasti nasazení TP obecně •Speciální – vysoká spolehlivost a/nebo odolnost –Military – ještě vyšší nároky než na průmyslové provedení –Life support systems – když nejde o život, jde vcelku o … –Řízení kritických procesů – atomové reaktory apod.

9 Informační a řídící systémy •Nasazování počítačových systémů na úrovni řízení technologie je motivováno potřebou co nejdokonalejšího dodržování technolických podmínek, maximální využití kapacity technologického zařízení a zajištěním kvality produkce. •Cílem je eliminovat nespolehlivý lidský faktor. •Moderní řídící systémy jsou budovány jako distribuované. Funkce jsou rozděleny mezi vzájemně propojené počítače. •Rozlišujeme procesní počítače, tj. počítače přímo spojené s technologickým procesem, a pracovní stanice, tj. počítače, které nejsou přímo spojeny s technologií. •V souvislosti s počítačovými řídícími systémy často hovoříme o hierarchii. Z funkčního hlediska rozlišujeme vzájemně nadřazené a podřazené úrovně řízení

10 Architektura PC

11 Moorův zákon •V roce 1965 Gordon Moore předpověděl, že se počet tranzistorů na jednom čipu bude s časem exponenciálně narůstat •Původní odhad, že se každý rok zdvojnásobí, později korigoval na každé dva roky. Někdy se také uvádí 18 měsíců. Podstatné však je, že se jedná o exponenciální závislost.

12 Architektura PC •První osobní počítač – IBM 5150 – 1981 •Nejrozšířenější a stále se vyvíjející architektura •Otevřenost  základ úspěchu –První PC nebyly ani nejvýkonnější ani nejlépe navržené –Procesory Intel x86 nebyly lepší než Motorola 680x0, spíše naopak –Přesto licenční, cenová a marketingová politika IBM PC uspěla –Specifikace HW jsou otevřené a existuje nesčetně výrobců –Konkurence tlačí cenu komponent dolů a žene vývoj kupředu –Uživatel z toho profituje –Kompatibilita dílů není vždy 100%  problém výběru

13 Napájecí zdroj Pevný disk Základní deska Paměti Chladič Procesor South bridge IDE Grafická karta Přídavné karty SATA North bridge

14 Klávesnice, myš Sériový port Zvuková karta USB Ethernet CD/DVD/Blue-Ray Paměťové karty

15 Volba typu skříně •Podle počtu komponent, které bude obsahovat •Podle typu prostředí (nároky na chlazení, rackové provedení, …) •Podle výkonu a typu zdroje

16 Napájecí zdroj PC •Zdroje pro základní desky formátu AT –Historicky starší a překonaný –Mechanický vypínač 230V •Zdroje pro základní desky formátu ATX –Používá se v součastných počítačích –Zdroj je trvale připojen k síti, (de)aktivuje se „softwarově“

17 Dimenzování napájecího zdroje •Příklad 200W zdroje:+5V/20A +12V/8A +3,3V/12A +5V SB/1A –5V/0,5A –12V/1A •+5V – napájení elektroniky: napájení některých částí základní desky (klávesnice), napájení sběrnice ISA a starších PCI, napájení elektroniky disků a napájení zdroje napětí 3,3V na základní desce; •+12V – napájení mechanických a výkonových částí PC: napájení pro diskové mechaniky, ventilátory. Toto napětí je přivedeno i na sběrnice ISA a PCI a na sériové porty; •+3,3V – napájení moderní elektroniky: napájení zejména PCI karet, chip- setů, I/O části procesorů. Je zdrojem napětí pro zdroj, umístěný na základní desce, vyrábějící napětí pro jádra procesoru (1,4  2,0V); •+5V SB – pomocné napětí: používá se jako doplňkové napětí, které slouží pro zapínání/uspávání počítače. Toto napětí naměříme také v klidovém režimu zdroje (po elektronickém vypnutí zdroje) – tzv. stand-by režimu. Spotřeba počítače je v tomto režimu asi 5 až 15W; •–5V – napětí pro ISA sběrnice: napětí, které je přiváděno na ISA sběrnice a pro starší generátory kmitočtu. Již se téměř nepoužívá; •–12V – napětí pro sériový port a sběrnice: - Pro sériový porty a sběrnice ISA a PCI (u PCI pro měřící karty). Již se téměř nepoužívá.

18 Spotřeba energie v PC •Procesor – 1,5  2,8V při odběru 5  30A dle frekvence CPU •Grafické karty –náročná na odběr elektrické energie dle výkonu –některé využívají napětí jak 5V tak i 3,3V –„rozpadání“ obrazu bývá příznakem problémů s napájením –někdy se uvádí požadavky na napájení, např.: zdroj 500W, 12V se zatížením 36A •Rozšiřující karty PCI – častěji napájeny z 5V •Přibližné odběry vybraných komponent –základní deska: +5V/10A –disketová mechanika: +5V/0,5A +12V/1A –pevný disk: +5V/0,5A +12V/1A –CD mechanika: +5V/1A +12V/1A •Maximální odběry rozšiřujících karet –PCI: +3,3V/7,6A +5V/5A +12V/0,5A

19 Základní deska I/O Integrované RWM DDR 400 CHIP SET BIOS/ ROM IDE Ultra ATA SATA DUAL Socket 940 OPTERON BAT PCI Expres

20 Základní deska

21 •Patice nebo slot pro CPU – pozor při výběru, aby odpovídala CPU •L2 cache •CMOS –nastavení desky –RTC –napájení lithiovým článkem •BIOS –POST (Power-On Self Test) –rutiny BIOSu –zavádění operačního systému –realizován EEPROM – možnost upgrade

22 Paměti

23 Hierarchie pamětí •Registry – přímo svázané s činností ALU, rychlý přístup, malé množství •L1 cache – rychlá vyrovnávací paměť na čipu mikroprocesoru •L2 cache – cache vně procesoru, větší kapacita než L1, může být pomalejší než L1 cache •Operační paměť •Pevný disk

24 Technologie pamětí RAM •Dynamické (DRAM) –Operační paměť –Malý rozměr buňky – 1T –Princip kapacitoru –Potřeba refresh –Destruktivní čtení •Statické (SRAM) –Cache – rychlá vyrovnávací paměť –Velký rozměr buňky – 6T –Bistabilní KO –Statické = nepotřebují refresh –Rychlé row line column line

25 Přístup k datům v DRAM •Asynchronní DRAM –původní přístupový model, v součastných PC se již nepoužívá –adresa se zapisuje „nadvakrát“ – nejdříve řádek, pak sloupec –data se na sběrnici objevují asynchronně po zapsání adresy dle vybavovací doby paměti – typicky 50  70ns –vývojové typy asynchronní DRAM •RBC (RAS before CAS) – původní režim přístupu •FP (Fast Page) – více CAS přístůpů v rámci jednoho RAS  úspora času •EDO (Extended Data Out) - uplatnění jednoduchého principu zřetězení (pipelining), procesor může při čtení dat zároveň adresovat další buňku •Synchronní DRAM = SDRAM –operace jsou synchronizovány (synchronizace komunikace mezi řadičem paměti a pamětí – synchronizační pulsy – příkazy, data a adresa jsou synchronizovány náběžnou hranou synchronizačního signálu). –paměť je řízena příkazy, nikoliv signály jako je tomu u FPM/EDO –signály rozhraní (RAS, CAS, WE) se označují stejně jako u asynchronních DRAM, ale mají jinou logiku (význam) –Časové relace mezi signály CS, RAS, CAS a WE nehrají roli, důležitý je stav těchto signálů v okamžiku náběžné hrany, to platí i o signálech na datové a adresové sběrnici

26 Paměti SDRAM •SDR (Single Data Rate) – přenosy dat se odehrávají pouze při jednom typu hrany (náběžná) synchronizačního signálu •DDR (Double Data Rate) – přenosové děje se odehrávají s náběžnou i sestupnou hranou – je tak ve skutečnosti možné dvakrát zrychlit synchronizaci, aniž by se zvýšil kmitočet synchronizačních pulsů •Značení podle generací –DDR1 – do kmitočtu 400 MHz –DDR2 – 400 MHz (800 MHz) –DDR3 – 666 MHz (1333 MHz) •Single/Dual Channel

27 Značení pamětí

28 Sběrnice

29 Vývoj sběrnicových systémů •XT – 8-mi bitová •ISA – 8/16-ti bitová, kompatibilní s XT •EISA – 8/16/32-ti bitová, kompatibilní s ISA •MCA – 16/32-ti bitová, nekompatibilní s ničím •VL-Bus – snaha oddělit rychlá a pomalá data •PCI – úspěšná, široce rozšířená rychlá sběrnice •AGP – specializovaná sběrnice grafických karet •PCI-Express – nová implementace PCI založená na sériové komunikaci, v současnosti nahrazuje klasickou PCI i AGP klasické pojetí sběrnice přímo svázané s procesorem moderní rychlé sběrnice nezávislé na architektuře procesoru

30

31 PCI

32 •Průmyslový standard podporovaný mnoha výrobci •Není napojena přímo na procesor  nezávislá na typu procesoru •Od začátku navrhnutá jako „Plug and Play“ •Dvě varianty napěťových úrovní 3,3 a 5V •Sdílení HW přerušení •Komplexní protokol, náročná HW implementace  používají se specializované IO tzv. PCI bridge

33 PCI •V PC se vyskytuje nejčastěji varianta 33 MHz  32 bitů  132 MB/s •Rychlejší varianty se vyskytují ve specializovaných systémech –zpracování videa –rychlá disková pole Taktovací frekvenceŠířkaMax. datový tok 33 MHz32 bitů132 MB/s 33 MHz64 bitů264 MB/s 66 MHz32 bitů264 MB/s 66 MHz64 bitů532 MB/s 133 MHz32 bitů532 MB/s 133 MHz64 bitů1066 MB/s

34 PCI

35 AGP •Sběrnice optimalizovaná pro grafické karty •Videopaměť na kartě AGP je mapována do paměťového prostoru procesoru a textury se do ní nahrávají bez „meziuložení“ v RAM •Několik variant: –AGP 1  – 266 MB/s –AGP 2  – 533 MB/s –AGP 4  – 1066 MB/s –AGP 8  – 2133 MB/s

36 PCI-X •Nezaměňovat s PCI-Express! •Jde o rozšíření PCI – dvojnásobná šířka (64 b) a čtyřnásobný kmitočet (133 MHz)  1064 MB/s •Existují však i jiné varianty: –Rev. 1 – 66 a 133 MHz –Rev. 2 – 266 a 533 MHz •Vyvinuta pro vysokokapacitní přenosy dat –Gigabitový ethernet –Fibre channel –Ultra3 SCSI •Přidána možnost odstavení vadné karty od sběrnice •Neperspektivní, vytlačuje jí novější PCI-Express šířka sběrnice je vždy 64 bitů

37 PCI-Express •Od PCI se liší zejména na fyzické vrstvě – sériová komunikace •Z hlediska přidělování prostředků a komunikace je softwarově kompatibilní s PCI takže adaptovat ovladače z PCI na PCIe není nákladné •Nabízí vyšší propustnost než AGP •x16 slot může napájet kartu s příkonem až 75W (AGP pouze 25 resp. 42W) •Prosazuje se místo PCI a AGP

38 PCI-Express •Lane = dva páry vodičů (rx a tx) •Lane se sdružují dle potřeby např.: –modem, zvuková karta – obvykle x1 –grafická karta – x16


Stáhnout ppt "Technické prostředky informačních systémů Kombinované studium – 1. blok."

Podobné prezentace


Reklamy Google