Počítače, mikropočítače, základní pojmy Střední odborná škola Otrokovice Počítače, mikropočítače, základní pojmy Autorem materiálu a všech jeho částí, není-li uvedeno jinak, je Ing. Miloš Zatloukal Dostupné z Metodického portálu www.rvp.cz, ISSN: 1802-4785, financovaného z ESF a státního rozpočtu ČR. Provozováno Výzkumným ústavem pedagogickým v Praze. www.zlinskedumy.cz

Charakteristika DUM 2 Název školy a adresa Střední odborná škola Otrokovice, tř. T. Bati 1266, 76502 Otrokovice Číslo projektu CZ.1.07/1.5.00/34.0445 /2 Autor Ing. Miloš Zatloukal Označení DUM VY_32_INOVACE_SOSOTR-PE-CT/1-EL-5/11 Název DUM Počítače, mikropočítače, základní pojmy Stupeň a typ vzdělávání Středoškolské vzdělávání Kód oboru RVP 26-41-L/52 Obor vzdělávání Provozní elektrotechnika Vyučovací předmět Číslicová technika Druh učebního materiálu Výukový materiál Cílová skupina Žák, 15 – 16 let Anotace Výukový materiál je určený k seznámení se základními pojmy z oblasti počítačů a mikropočítačů Vybavení, pomůcky Dataprojektor Klíčová slova Počítač, informace, program, data, algoritmus, vstup, CPU, výstup, ALU, řadič, operační paměť, mikroprocesor, mikropočítač, mikrokontrolér Datum 4. 3. 2013

Počítače, mikropočítače, základní pojmy Obsah tématu - počítač, program, algoritmus - složení počítače - Vstup - Centrální jednotka - Procesor - ALU - Řadič - Operační paměť - Výstup - Mikroprocesor - Jednočipový mikropočítač - Mikrokontrolér

Počítač Je to technický prostředek určený pro zpracování informací (dat). Informace ze vstupu jsou zpracovány v centrální jednotce a výsledky pak předány na výstup. Typické vlastnosti - práce s informacemi v dvojkovém (binárním) tvaru – logické stavy 0 a 1 - provádění algoritmu v postupných krocích – pomocí programu - univerzálnost – schopnost různé činnosti změnou programu Program - algoritmus převedený do tvaru vhodného pro strojní zpracování informace – je následně počítačem prováděn (jednou či opakovaně). - základním stavebním kamenem programu je jedna instrukce – počítač ji vykoná - programovací jazyk – realizuje přenos algoritmu do počítače

Algoritmus - je to postup vedoucí k výsledku - složen z jednoduchých kroků, které na sebe navazují - pracuje pro libovolná vstupní data - je použitelný pro úlohy stejného typu Vyjádření algoritmu - slovní (slovní popis postupu – “kuchařka“, návod (nevhodný pro složitější úlohy) - matematické (zápis vzorcem, rovnicí apod.) - grafický (vývojový diagram nebo strukturogram) – kombinace grafických značek a slovního popisu

Vývojový diagram Strukturogram Obr. 2 Obr. 1

Složení počítače Obr. 3 Vstupní jednotka (Input) - pro připojení technických zařízení pro vstup informací do počítače - jako příkazy – povely (např. z klávesnice, nebo pomocí myši) - jako data (znaky zadané klávesnicí – např. písmena, čísla) - typická vstupní zařízení: - klávesnice - myš - dotykový displej

Centrální jednotka (CPU) Centrální procesorová jednotka (U = Unit) zahrnuje - Procesor (ústřední blok výpočetního systému) – obsahuje - ALU (aritmeticko logickou jednotku - řadič (řídicí jednotku ŘJ – C – Controller) - Operační paměť Obr. 4

Řadič - ŘJ - řídicí jednotka pracuje podle programu v operační paměti - vybírá jednotlivé instrukce programu - převádí tyto instrukce na řídicí signály - řídí další části počítače - vybírá – čte - ukládá – zapisuje - obsluhuje vstupní a výstupní zařízení – V/V zařízení (I/O – Input/ Output) ALU - provádí matematické operace s daty z operační paměti podle instrukcí programu Operace - aritmetické (např. součet, rozdíl, součin, podíl…) - logické (NOT, AND, OR)

Operační paměť Slouží k dočasnému uchování: - dat ze vstupu - instrukcí programu - ukládání mezivýsledků a výsledků výpočtů Program v ní uchovaný řídí činnost počítače Musí být dostatečně rychlá (musí být schopna zapisovat a číst informace rychlostí srovnatelnou s rychlostí ALU)

Výstup Slouží k zobrazení výsledků (a k jejich trvalejšímu uchování) Typická výstupní zařízení: - zobrazovač – monitor – displej - tiskárna - zvukový výstup - uložení na paměťové médium (elektronické, magnetické, optické)

Mikroprocesor - procesor zmenšený do jediného integrovaného obvodu (jde tedy o monolitický nebo jednočipový procesor) Co přináší v technickém vývoji? - možnosti konstruovat počítače s malými rozměry (např. jednodeskové) - zvýšení rychlosti počítače (kratší spojovací cesty) - celkové zvýšení výkonnosti systému - výrazné snížení spotřeby elektrické energie Příklad mikropocesorů: Intel 8080, Zilog Z80, Motorola 68000, Intel Pentium

Mikropočítač - jde o miniaturizovaný počítač (výpočetní systém) - je umístěn nejčastěji na jedné desce plošného spoje Uplatnění - osmibitový školní (slušovické počítače řady TNS, PMD 80, IQ 151, PMI 80) - osmibitový domácí počítač (řada počítačů Didaktik, ze zahraničních pak známé typy jako ZX Spektrum, Commodore C64, Atari 800 a jiné). - jako řídicí prvek nejrůznějších technických systémů (např. PMI 80, TNS)

Jednočipový mikropočítač (Single-Chip Microcomputer nebo monolitický mikropočítač) - jde o kompletní počítač (mikropočítač) - obsahuje všechny tři bloky – vstup, centrální jednotku a výstup - je zmenšený do jednoho integrovaného obvodu s vysokou hustotou integrace (LSI) (příklad: Intel 8048 nebo Intel 8051) Typické vlastnosti: - velký počet tranzistorů na jednom čipu - architektury s velkým výpočetním výkonem - rozsáhlé skupiny funkcí – instrukcí - kratší spoje - menší zpoždění signálů - menší spotřebu energie (napájení)

Mikrokontrolér (Microcontroller) - jde o jednočipový mikropočítač - je určen jako ústřední řídicí prvek pro nejrůznější přístroje (audiovizuální, měřicí, domácí spotřebiče, mobilní technika...) Typické vlastnosti: - má jen menší možnosti rozšíření (není tak univerzální - vysoký výpočetní výkon (procesor s architekturou RISC) - nízká cena Příkladem jsou obvody PIC od výrobce Microchip.

Aplikace mikrokontroléru PIC Obr. 6 Obr. 5

Kontrolní otázky 1. ALU se přesně nachází v : Operační paměti Řadiči Procesoru 2. Blok procesoru „Řadič“ má název podle: Řídicí činnosti Řazení instrukcí programu Řazení výsledků žádné z výše uvedených 3. O počítači ZX Spectrum lze říci, že je předchůdcem počítače typu PC. Patřil do kategorie: Školních 8-bitových mikropočítačů Průmyslových 8-bitových mikropočítačů Domácích 8-bitových mikropočítačů žádné z výše uvedených

Kontrolní otázky – správné odpovědi - červeně 1. ALU se přesně nachází v : Operační paměti Řadiči Procesoru 2. Blok procesoru „Řadič“ má název podle: Řídicí činnosti Řazení instrukcí programu Řazení výsledků žádné z výše uvedených 3. O počítači ZX Spectrum lze říci, že je předchůdcem počítače typu PC. Patřil do kategorie: Školních 8-bitových mikropočítačů Průmyslových 8-bitových mikropočítačů Domácích 8-bitových mikropočítačů žádné z výše uvedených

Seznam obrázků: Obr. 1: vlastní, vývojový diagram Obr. 2: vlastní, strukturogram Obr. 3: vlastní, blokové schéma počítače Obr. 4: vlastní, CPU – centrální procesorová jednotka Obr. 5: vlastní, foto - Aplikace mikrokontroléru PIC – vývojový kit Obr. 6: vlastní, foto - Aplikace mikrokontroléru PIC – vývojový kit – detail

Seznam použité literatury: [1] Matoušek, D.: Číslicová technika, BEN, Praha, 2001, ISBN 80-7232-206-0 [2] Blatný, J., Krištoufek, K., Pokorný, Z., Kolenička, J.: Číslicové počítače, SNTL, Praha, 1982 [3] Kesl, J.: Elektronika III – Číslicová technika, BEN, Praha, 2003, ISBN 80-7300-075-X

Děkuji za pozornost 