A számítógép belsõ felépítése I.

A számítógép elektronikus áramkörök milliárdja, amelyek információ-feldolgozásra szervezõdtek. Rendelkezik inputtal (bemenet) a bemenõ információ számára és outputtal (kimenet) az információ-feldolgozás eredményének közlésére.

A számítógépet alkotó fizikai elemek összességét hardware-nek nevezzük, a számítógépen futó programok összességét pedig software-nek.

Mivel a számítógépben az adattárolás eszközei többnyire kétállapotú fizikai elemek, ezért a legcélszerûbb az adatokat kettes számrendszerben tárolni.

A számítógépben az információ alapegységei a bit, digit, byte és a szó. Egy bit (BInary digiT) 0 vagy 1 értékû lehet, melynek 1 - 1 feszültségi szint felel meg. A digit 4 bitbõl áll, a byte 8-ból. A szóhossz géptípusonként más és más lehet: 16, 18, 24, 32, 60, vagy 64 bit.

A tárolókapacitást általában byte-okban szoktuk megadni. Magasabb mértékegységei:

1 Kbyte (kilo-byte) =1024 byte
1 Mbyte (mega-byte) =1024 Kbyte
1 Gbyte (giga-byte) =1024 Mbyte.
1 Tbyte (tera-byte) =1024 Gbyte
(1024=210)

Egy számítógép legfontosabb építõelemei a következõk:

A számítógépnek az elvégzendõ feladatokat utasításokkal kell megadni. A gép utasításkészlete, - vagyis hogy milyen utasításokat tud értelmezni és végrehajtani, - a processzor típusától függ. A gépi utasítások bitsorozattal írhatók le. A program egy adott feladat megvalósítására szolgáló utasítássorozat. Az a program, amelyet a számítógép éppen végrehajt, a számítógépen futó program. A végrehajtás ideje alatt a program a számítógép memóriájában helyezkedik el. Kisebb programok teljes egészében, nagyobb programok esetén pedig mindig az a rész, amelyik utasításai éppen végrehajtásra kerülnek. Az utasítások által használt adatok szintén a memóriában vannak a végrehajtás ideje alatt. Az adatok szintén kettes számrendszerben tárolódnak. A számok tárolhatók bináris számként, a betûk és egyéb karakterek, így a számok is tárolható kódolt formában. Általában egy-egy karaktert egy byte-ban tárolnak. Az, hogy melyik karakternek mi legyen a bináris kódja, megállapodás kérdése. Két kódrendszer valamelyikét használják a számítógépek többségében, az EBCDIC kódrendszert általában a nagyszámítógépeken, az ASCII kódrendszert pedig a mini és mikroszámítógépeken használják.

Mivel a memória elég kis tárolókapacitással rendelkezik, a többi program és adat háttértárakon kerül elhelyezésre. Ilyen háttértár például a mágneslemez. Ha egy program befejezõdött, a memóriában felszabadul az általa és adatai által elfoglalt hely, így betölthetõ a következõ végrehajtandó program.

Az elõbbiek alapján látható, hogy a memória az adatok és az utasítások tárolására szolgál. A memória alapegységei a byte-ok, melyek mindegyike önálló címmel rendelkezik. A byte-okat 0-tól kezdve számozzák meg, ez a szám lesz a byte címe. A számítógépekben alkalmaznak csak olvasható - ROM (Read Only Memory) - memóriát, amelynek tartalmát egyszer lehet beírni, ezután változatlan marad. A tápfeszültség megszûnése esetén (pl.kikapcsoláskor) sem felejti el azt. A ROM-ban a számítógép mûködéséhez szükséges alapprogramokat tárolják. Az írható, olvasható RAM (Random Access Memory) memóriában, amely elfelejti a tartalmát a tápfeszültség megszûnésekor, az éppen futó programokat és adataikat tárolják.

A vezérlõ egység végzi a különbözõ gépi utasítások ütemezését, a fizikai egységek közötti szinkronizációt. A vezérlõ egységben van egy órajel-generátor, amely meghatározott idõnként órajelet bocsát ki. Az órajelek frekvenciáját Hertz-ben mérjük, a két órajel között eltelt idõt ciklusidõnek hívjuk. Az egyes gépi utasítások végrehajtása az órajel hatására történik. Az órajelre a vezérlõ egység megkezdi a következõ utasítás végrehajtását. Az utasításnak a ciklusidõn belül be kell fejezõdnie, hiszen az újabb órajel hatására megkezdõdik a következõ utasítás végrehajtása. A ciklusidõ hossza - így az órajel-generátor frekvenciája - jól jellemzi a processzor sebességét.

A központi feldolgozó egységben megy végbe az utasítások feldolgozása. Az operandusok és az állapotinformációk tárolására regiszterekre van szükség. A regiszter nagyon gyors memória. Magas ára miatt csak néhányat helyeznek el a számítógépben. A következõ utasítás címét az utasítás regiszter tartalmazza. A CPU fontos része az aritmetikai, logikai egység (Arithmetic Logic Unit). Ez végzi el a négy alapmûveletet, a logikai mûveleteket (logikai értékeken végzett mûvelet, melynek eredménye egy logikai érték: igaz, vagy hamis), valamint a relációk kiértékelését. Az ALU alapmûveletként többnyire az összeadást, kivonást, az ÉS és a VAGY mûveleteket tudja elvégezni. A szorzást és az osztást összeadások illetve kivonások és léptetések segítségével valósítja meg. A léptetés során egy byte, vagy szó tartalmát 1 bittel jobbra, vagy balra mozgatjuk. A léptetés típusától függ, hogy a kitolt bit helyére a másik oldalon 0, 1, vagy a kitolt bit lép be. A léptetést egy shift regiszter hajtja végre.

Napjainkban megjelentek a magasabb szintû, összetettebb utasításokat végrehajtani tudó - ezért szûkebb utasításkészlettel rendelkezõ - RISC-processzorok. (RISC=Reduced Instruction Set Computers)

Az I/O egység a külsõ perifériákkal (printer, billentyûzet, stb.) történõ kapcsolattartásra szolgál.
 
 

Elõzõ fejezet
Tartalomjegyzék
Következõ fejezet