Počítačové systémy 1. Stavba počítače Obsah: schéma počítače, platforma blokové schéma počítače základní deska čipová sada RTC zdroj © Milan Keršláger http://www.pslib.cz/ke/slajdy 1. 10. 2013 http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/

Schéma počítače původně nebylo jasné, jak by měl počítač vypadat počítač je něco jiného, než mechanický stroj přesto existuje korelace Babbage (1837): mlýnice (CPU), sklad (RAM, disk) dva teoretické návrhy: Von Neumannovo schéma (1945, 1936) Harvardské schéma (1944) dnešní počítače někde mezi PC v zásadě Von Neumannovo, ale spousta výjimek jednočip v zásadě Harwardské, ale ne úplně

Von Neumannovo schéma poč. CPU (procesor) Vstup Výstup Paměť (data, program)

Harvardské schéma počítače Paměť pro program CPU (procesor) Vstup Výstup Paměť pro data

Charakteristika Von Neumannovo schéma počítače jednodušší na výrobu např. PC kompatibilní počítače (desktop, notebook) Harvardské schéma počítače oddělená flash paměť (programy) a RAM CPU může paralelně komunikovat s flash i RAM např. mobilní telefony (jednočipy)

Dnes odchylky od schématu kvůli zvýšení výkonu: obě myšlenky (schémata) kombinovány k tomu ochrana paměti (čtení, zápis) NX bit → paměť jen pro (neměnný) program další odchylky: řadič DMA (ISA), BusMaster (PCI) přenosy mezi pamětí na I/O bez účasti CPU dvojí RAM: systémová RAM + RAM na grafické kartě u Harvardského schéma program i v RAM v mobilním telefonu je flash pomalejší, než RAM program je přečten z flash a (dočasně) umístěn v RAM

Znázornění odchylky od schématu CPU (procesor) Vstup Výstup Paměť (data, program)

Jiná schémata počítačů multiprocesory více CPU na základní desce, jedna paměť NUMA (AMD) → každý CPU „vlastní“ paměť až když jeden „leze druhému do zelí“, domluví se mezi sebou dříve více fyzických CPU, dnes více jader skutečná (plnohodnotná) jádra vs. hyperthreading multipočítače více počítačů každý procesor má vlastní paměť (RAM) vytvářejí se z nich clustery (např. pro filmové triky)

Hardware vs. Software hardware technické vybavení počítače („součástky“) „vše na co si lze sáhnout“ tj. například procesor, paměť, základní deska, zdroj, klávesnice, monitor, myš, dotyková vrstva, ... zajišťuje chod počítače software programové vybavení počítače („programy, aplikace“) umožňuje využití počítače, zprostředkovává kontakt mezi uživatelem a hardwarem např. vstup dat, výstup dat (tiskárna, monitor), výpočty, ...

Platforma definuje, na čem který produkt „poběží“ hardwarová platforma (architektura počítače) použitý procesor (ARM, Intel a kompatibilní, MIPS, ...) definuje strojový kód, ale i způsob programování např. specializované vektorové procesory (počítače) stavba počítače, I/O komponenty sběrnice, způsob komunikace s I/O softwarová platforma operační systém, knihovny, vývojové prostředí Win32 × Linux, verze DirectX, C# × Java, ...

Blokové schéma počítače CPU Severní můstek Nortbridge RAM PCI Express (sloty 16x) Jižní můstek Southbridge Super I/O BIOS PCI, IDE, audio, USB

Základní deska v zásadě „hlavní“ součást počítače původně jen propojovací deska i pro připojení myši a klávesnice byla potřeba I/O karta doplňky se zasouvají do standardizovaných patic propojení zajišťují sběrnice, rozvádí se i napájení vše v několika vrstvách (dnes běžně přes 10) dnes nese mnoho dalších prvků grafická karta, síťová karta, zvuková karta, řadič, I/O, ... hlavní obvody tvoří čipová sada (chipset) deska je typicky určena pro konkrétní procesor výjimkou byly tzv. overdrive

Čipová sada integrované služební obvody dříve kolem procesoru desítky obvodů vysoký stupeň integrace šetří náklady severní můstek závislý na CPU, vysoké komunikační rychlosti rychlé sběrnice FSB (Front Side Bus), PCIe 16x jižní můstek vydrží déle (univerzálnější), pomalejší zařízení se severním propojen sběrnicí (speciální, PCI, atp.) pro I/O obvody existoval Super I/O paralelní a sérové porty, floppy disk, klávesnice, myš

RTC Real-time clock („hodiny reálného času“) udržuje informace o čase Windows → RTC obsahuje místní čas při změně zóny nebo letní/zimní se naslepo čas posune může se stát, že se to provede několikrát, výsledek je špatně Unixové systémy → místní či lépe UTC (nultý poledník) umožňuje přičítat/odečítat letní čas nebo časové zóny neovlivňuje se čas v RTC → nedojde k omylu při vypnutém napájení lithiová baterie udržuje též malou CMOS paměť (s nastavením BIOSu) při startu počítače se čas přečte za běhu operačního systému se již RTC nepoužívá

Napájecí zdroj anglická zkratka PSU (Power Supply Unit) zajišťuje nízké napětí pro komponenty počítače dnes je základem je 3,3V, 5V, 12V, historicky - 12V a -5V trvale 5V standby (trvale napájení vybraných částí) podpora zapnutí nízkonapěťovým tlačítkem, Wake-on-LAN apod. od zdrojů ATX (starší AT zdroje měly fyzický síťový vypínač) standard AT, ATX, dnes ATX12V + další konektory síťové napětí 100V až 240V, 50 nebo 60 Hz dnes požadován výkon cca 350W více pro víceprocesorové stroje, více disků či GPU PFC – zvýšení účiníku (platí se za W, ne za VA)