A számítógép belsõ felépítése II.

A továbbiakban az IBM PC típusú személyi számítógépek felépítését vizsgáljuk meg részletesebben.

A hardware alapelemek integrált áramköri egységek, amelyek egy alaplapon helyezkednek el.

A vezérlõ egység, valamint a központi feldolgozó egység feladatait egy mikroprocesszoros egység végzi. A mikroprocesszor mûanyag, vagy kerámia tokba zárt integrált áramköri rendszer. A mikroprocesszor típusától függõen a PC AT 286-os, 386-os, 486-os, vagy 586-os (Pentium) lehet. A processzor teljesítményét jól jellemzi a processzor szóhosszúsága, vagyis az, hogy hány bitet tud egyszerre kezelni. A 286-os típus 16 bites szóhosszúságú, az újabb 386-os és magasabb verziószámú mikroprocesszorok pedig 32 bitesek. (Ezeknek a géptípusoknak létezik úgynevezett SX-es változata, amelynél a mikroprocesszoron belüli átviteli vonalak csak 16 bitesek, így a processzor mûködése lassabb, mint a normál - DX-es változaté.)

Az ütemezéshez kristályvezérelt órajel-generátort használnak. Egy 386-os PC frekvenciája 25-33 Mhz, egy Pentium gépé pedig általában 66 Mhz. A számítási mûveletek gyorsítására egy segédprocesszort, úgynevezett co-processzort szoktak alkalmazni. Ezeket elsõsorban a lebegõpontosan ábrázolt számok feldolgozására fejlesztették ki. A PC-kben található fõprocesszorok ugyanis csak egész számokkal tudnak számolni, a lebegõpontos mûveleteket programokkal valósítják meg, s ez lényegesen lassabb, mint a hardware-s megoldás. Vannak több egyenrangú processzort tartalmazó PC-k is. Ez az utasítások párhuzamos végrehajtását teszi lehetõvé.

6. ábra Egy mikroprocesszor belsõ felépítésének vázlata
 
7. ábra A vezérlõ egység, a központi feldolgozó egység és a memória mûködése egy program végrehajtásakor

A program végrehajtásának lépései:

1. A vezérlõ egység végrehajtja a memóriába betöltött program elsõ utasítását

2. A program az elsõ adatot kéri a felhasználótól

3. A felhasználó a billentyûzeten beüti a 20-as számot.

4. A vezérlõ egység a 7-es memóriacímre tárolja az adatot.

5. A program a második adatot kéri a felhasználótól

6. A felhasználó a billentyûzeten beüti a 30-as számot.

7. A vezérlõ egység a 8-as memóriacímre tárolja az adatot.

8. A program harmadik utasításának végrehajtása

9. A vezérlõ egység jelzi az aritmetikai-logikai egységnek, hogy két szám összeadása következik, majd az ALU regisztereibe betölti a 7-es és a 8-as memóriacím tartalmának másolatát, vagyis a 20-at és a 30-at.

10. Az ALU végrehajtja az összeadást

11. A vezérlõ egység az eredmény másolatát a memória 9-es címén helyezi el.

12. A program következõ utasítása az eredmény nyomtatása

13. A vezérlõ egység a 9-es cím tartalmát (50) elküldi a nyomtatónak.

14. A nyomtató kinyomtatja az 50-es számot.

15. A program utolsó utasítása a program befejezése.

Két számítógép kompatibilis egymással, ha egymás programjait változtatás nélkül tudják futtatni. Az IBM PC AT típusú számítógépek egymással felülrõl kompatibilisek, azaz a régebbi típusú gépeken készült programok futtathatók az újabb típusokon, fordítva azonban már nem biztos.

A gép mûködéséhez szükséges alapprogramok összességét egy csak olvasható ROM memóriában tárolják. Az operációs rendszer (alsó tárcímek), valamint az alkalmazói programok RAM memóriában kerülnek tárolásra. Az IBM PC-kben a processzor különbözõképpen kezeli a RAM memória területeit:

Conventional memory (hagyományos memória), mindegyik gépben megtalálható, 640 Kbyte méretû.

Upper memory (felsõ memóriaterület), az elsõ 1 Mbyte memória 640Kbyte fölötti része.

Extended memory, a legtöbb mikroprocesszor lehetõvé teszi a memória bõvítését. Az 1 Mbyte feletti közvetlenül elérhetõ memória az extended memória.

Expanded memory, ezt a memóriabõvítést használták a régebbi processzortípusok esetén, amelyek nem tudták közvetlenül kezelni az 1 Mbyte memória feletti részt.

A memóriachipek szintén az alaplapon helyezkednek el. Külön chip tartalmazza a ROM memóriát, a RAM pedig 1 Mbyte-os, 2 Mbyte-os, vagy 4 Mbyte-os chipekbõl áll. A szokásos memóriaméret 4, vagy 8 Mbyte.

 
8. ábra A RAM memória típusai

Az alaplapon található az órajel-generátor, valamint a csatolókártyák csatlakozási helyei (slot). A különbözõ perifériák (monitor, nyomtató, stb.) csatolókártyákon keresztül kapcsolódnak az alaplaphoz. Szintén az alaplapra csatlakozik a hálózati kártya, amely segítségével a számítógép egy számítógép-hálózathoz kapcsolható.

Az alaplapon található hardware elemek átviteli vonalak (bus, vagy sín) segítségével kommunikálnak egymással.

A külvilággal történõ párbeszédhez, vagyis a perifériákhoz megfelelõ kommunikációs csatornákra van szükség. Ezeket perifériacsatlakozásnak, más szóval portnak nevezik. Általában a számítógép dobozának hátsó oldalán - többnyire a csatolókártyákon - elhelyezkedõ aljzatok, amelyekhez különbözõ perifériák kapcsolhatók. A periféria-csatlakozások lehetnek kimenetek, bemenetek, vagy két irányúak is. A perifériák követelményeinek megfelelõen az adatokat bitenként (sorosan), vagy szavanként (párhuzamosan) vihetik át. A párhuzamos csatlakozás (parallel port) általában 8 bit szóhosszúságú, ezért ennyi ki- illetve bemeneti vonalra van szükség. A soros csatlakozás (serial port) csak egyetlen huzalpár használatát teszi szükségessé. Néhány mikroprocesszornak magán az elemen levõ speciális soros kimeneti periféria-csatlakozása van, míg más rendszereknél a soros kapcsolatot úgy hozzák létre, hogy egyszerûen egy párhuzamos kapcsolatnak csak egy részét használják. Soros portra szokták csatlakoztatni például a billentyûzetet és a monitort, párhuzamos portra pedig a nyomtatót.

Az input-output mûveletek és a processzor mûködésének átlapolására megszakítási rendszert hoztak létre. Egy I/O tevékenység elindítása után a processzornak nem kell várakoznia a tevékenység befejezõdésére, hanem más feladat elvégzéséhez foghat. Ha az I/O mûvelet befejezõdik, megszakító jelet küld, amely az éppen végrehajtás alatt álló utasítás befejezése után vezérlésátadást eredményez egy, a megszakítás okától függõ konkrét címre, egy úgynevezett megszakítást kezelõ programra. A megszakításkor a processzor kimenti a megszakított program állapotát tükrözõ paramétereket tartalmazó állapot-szó tartalmát (túlcsordulás, átvitel stb.) . Ezután kimenti az utasítás regiszter tartalmát, majd átadja a vezérlést a megszakítást kezelõ rutinra. A megszakítás feldolgozása után a megszakítás elõtti állapot visszatöltõdik és folytatódik a processzor elõzõ tevékenysége.

Megszakítási okok lehetnek például a géphibák, I/O kérelem, programhibák (pl. helytelen tárcímzés). Az egyes megszakítási okok különbözõ prioritással rendelkeznek. Egy folyamatban levõ megszakítás-feldolgozást egy magasabb prioritású megszakítási kérelem felfüggeszti.
 

Elõzõ fejezet
Tartalomjegyzék
Következõ fejezet