Számítógép-szerelés eszközei és használatuk - Neumann-elvek

Számítógép-szerelés eszközei és használatuk.

Antisztatikus eszközök szabályszerű használata.

Tisztító anyagok és eszközök megfelelő használata.

A Neumann-elvek, a Neumann-féle számítógép felépítése

Az óra első részének anyaga megegyezik 10. Információtechnológiai alapok gyakorlat első óra anyagával.

Neumenn-elvek

Neumann-elv:

A Neumann-elveket Neumann János 1946-ban dolgozta ki a számítógépek ideális működéséhez. Ezek szerint a gépnek öt alapvető funkcionális egységből kell állnia: bemeneti egység, memória, aritmetikai egység, vezérlőegység, kimeneti egység, s ami lényegesebb: a gép működését a tárolt program elvére kell alapozni. Ez azt jelenti, hogy a gép a program utasításait az adatokkal együtt a központi memóriában, bináris ábrázolásban (kettes számrendszerben) tárolja.

• soros utasítás-végrehajtás (az utasítások végrehajtása időben egymás után történik. Ellentéte a párhuzamos utasítás-végrehajtás, amikor több utasítás egyidejűleg is végrehajtható)
• kettes (bináris) számrendszer használata
• belső memória (operatív tár) használata a program és az adatok tárolására
• teljesen elektronikus működés
• széles körű felhasználhatóság, alkalmasság bármilyen adatfeldolgozási feladatra (a számítógép univerzális Turing-gépként működik)
• központi vezérlőegység alkalmazása

Neumann-elvű számítógép részei:

központi egység
központi feldolgozó egység (Central Processing Unit) A CPU (, más néven processzor), a számítógép „agya”, azon egysége, mely az utasítások értelmezését és végrehajtását vezérli, félvezetős kivitelezésű, összetett elektronikus áramkör. A PC-be helyezett processzort az Intel fejlesztette ki. A processzor alatt általában mikroprocesszort értünk, régebben a processzor sok különálló áramkör volt, ám mikroprocesszorral sikerült a legfontosabb dolgokat egyetlen szilíciumlapkára integrálni
központi vezérlő egység (Control Unit) CU: Vezérlő Egység, vagy vezérlő áramkörök. Ez szervezi, ütemezi a processzor egész munkáját. Például lehívja a memóriából a soron következő utasítást, értelmezi és végrehajtja azt, majd meghatározza a következő utasítás címét.
aritmetikai-logikai egység (Arithmetical-Logical Unit). ALU. Ez a processzor „számológépe”, matematikai és logikai műveleteket hajt végre. Az ALU lassúsága segíthető egy koprocesszor (FPU, Floating Point Unit, lebegőpontos műveleteket végző egység) beépítésével, ami gyorsabban végzi a munkát mint az ALU. Manapság az ALU minden mikroprocesszorba be van építve.
regiszterblokk (Register): A regiszter a processzorba beépítetett kisméretű memória. A regiszterek ideiglenes tárolják az információkat, utasításokat, míg a processzor dolgozik velük. Mostani gépekben méretük: 32/64 bit. A processzor adatbuszai mindig akkorák amekkora a regiszterének a mérete, így egyszerre tudja az adatot betölteni ide. Például egy 32 bites regisztert egy 32 bites busz kapcsol össze a RAM-al.
gyorsítómemória (cache) A gyorsítótár vagy cache (ejtsd: „kes”) francia eredetű kifejezés (jelentése: „rejtekhely”, „rejtett”), a számítástechnikában az átmeneti információtároló elemeket jelenti, melyek célja az információ-hozzáférés gyorsítása. A gyorsítás egyszerűen azon alapul, hogy a gyorsítótár gyorsabb tárolóelem, mint a hozzá kapcsolt, gyorsítandó működésű elemek, így ha ezen területek tartalma korábban már bekerült a gyorsítótárba (mert már valaki/valami hivatkozott rá korábban), az ilyen adatokat nem a lassú működésű területről, hanem a gyors cache tárolóból lehet előhívni.
matematikai társprocesszor (Floating Point Unit)
háttértárak (pl. merevlemez, CD vagy DVD, floppy, stb.)
perifériák
operatív tár (memória)
input perifériák (pl. billentyűzet, egér, szkenner, stb.)
output perifériák (pl. monitor, nyomtató, hangszóró, stb.)
Csatlakozók:

PS/2 csatlakozó a billentyűzet vagy egér
PCI csatlakozóba illesztőkártyák dughatók (hangkártya, hálózati kártya)- 500 MB/s adatáramra képes
AGP csatlakozók a nagy teljesítményű grafikus kártyáknak készült- 2GB/s adatáramra képes
Soros port, párhuzamos port
USB 480 MB/s- szinte minden periféria csatlakoztatható hozzá.
A PC részei:

Processzor
CACHE
Buszrendszer
Csatlakozók
Illesztők
Tápegység
Háttértárak

In és output perifériák

Turning gép minta:

Turning gép

Neumann-elvű számítógépek más megközelítésben

A következő ábrán a Neumann-elvű számítógépek főbb egységei láthatók.

A részek feladatai:

Központi egység: Feladata a számítógép vezérlése, és a számítások elvégzése.
Operatív memória: A számítógép bekapcsolt állapotában tárolja a futó programokat és a programokhoz szükséges adatokat.
Perifériák: Olyan eszközök, amelyek nélkül is működőképes a számítógép, de segítségükkel könnyebb lesz a számítógépek használata.
Háttértárolók: A számítógép kikapcsolt állapotában tárolják a programokat és az adatokat.
Sínrendszer: A számítógépben lévő vezetékek összessége. Ezek gondoskodnak az egyes elemek összeköttetéséről.

Ez a felépítés teszi lehetővé, hogy a számítógépek variálhatóak legyenek. Igényeink szerint cserélhetjük bennük a különböző részeket attól függően, hogy milyen feladatra szánjuk a gépet. Az elemek legtöbbje a számítógépben helyet foglaló legnagyobb egységen, az alaplapon található meg. Az alaplap összefogja a gépben található kisebb elemeket, illetve biztosítja a köztük lévő kapcsolatot. 

Az alaplapokon többek között az alábbi elemek vannak: - processzor foglalata,
- memóriahelyek,
- egy Flash ROM, amely a BIOS nevű programot tárolja. Ennek a programnak a feladata, hogy bekapcsoláskor megvizsgálja a számítógép részeit, és ha mindent rendben talál, akkor betölti az operációs rendszert. A BIOS a CMOS RAM nevű memóriában lévő adatokkal dolgozik. Itt vannak eltárolva a legalapvetőbb beállításai a számítógépnek. (pontos idő, órajel nagysága, a gép indítási paraméterei stb.)
- elem (a gép kikapcsolt állapotában is működő órát és a CMOS RAM-ot látja el energiával),
- CMOS RAM (statikus memória),
- bővítőkártya foglalatok. 

A központi egység 
Hívják még processzornak, központi feldolgozó egységnek, vagy az angol kifejezésből jövő rövidítéssel CPU-nak (Central Processing Unit) is.

A számítógép legfontosabb egysége. Feladatai közé tartozik a műveletek, számítások elvégzése, a gép többi egységének irányítása, és a feldolgozás alatt álló adatok tárolása.

Jellemzői:

Sebesség: Ezt az adatot az órajellel adjuk meg. Minél nagyobb ez a szám, annál gyorsabban "dolgozik" a processzor, vagyis annál több műveletet tud végrehajtani egységnyi idő (1 másodperc) alatt. Manapság 3 GHz körül van ez az érték.
Adatméret:Ez a szám azt mutatja meg, hogy hány bitnyi adattal tud egyszerre dolgozni. A mai processzorok leginkább 32, vagy 64 bitesek.
Cache mérete: Cachenek a CPU-ba épített gyorsító memóriát nevezzük. Feladata, hogy tárolja az aktuálisan, vagy a leggyakrabban használt adatokat. Előnye abban van az operatív memóriához képest, hogy gyorsabb annál, tehát a benne lévő adatokhoz is gyorsabban jut hozzá a processzor.
Többmagos processzor: A gépek teljesítményének növelése érdekében néhány éve kitalálták, hogy nem egy, hanem több különálló részből, úgynevezett magból építik meg a processzorokat. Vagyis igazából nem egy, hanem két, vagy több processzor kerül egy lapkára, ezáltal olyan, mintha több processzor dolgozna egy gépen belül.

A processzor az alaplapon található foglalatban helyezkedik el.

Mivel nagyon sok adattal dolgozik egyszerre, ezért több mint 100 apró lábbal illeszkedik ebbe a foglalatba. Behelyezésekor nagyon kell ügyelni, hogy a lábak közül egy se hajoljon el, mert akkor a processzor nem fog működni. 

Legismertebb processzorgyártó cégek az Intel és az AMD, de rajtuk kívül a Sun, a Motorola és az IBM is gyárt CPU-kat. 
Intel által gyártott processzorok: 
- Pentium sorozat. Ma a Pentium 4, illetve a Pentium Dual Core tagját gyártják. Leggyakrabban használt típus. 
- Celeron processzor. Kisebb teljesítményű, de olcsóbb is mint a Pentiumok. 
- Atom processzor. Kifejezetten hordozható gépekbe készült. Kis fogyasztású.. 
- Xeon sorozat. Nagyteljesítményű processzor, elsősorban szerverekbe kerül. 
AMD által gyártott processzorok: 
- Athlon sorozat. 1999 óta gyártják 
- Sempron sorozat. 2003 óta létezik 
- Phenom sorozat. A legújabb, és legnagyobb teljesítményű AMD által gyártott processzor. 

Memória 
Feladata az adattárolás.Két típusa van: a ROM, és a RAM. 

A ROM típusú memória 
Nevét az angol Read Only Memory rövidítésből kapta. Ez magyarul azt jelenti, hogy csak olvasható memória. Ez korábban igaz is volt erre a memória fajtára, de ma már semmiképpen nem hívhatjuk őket csak olvashatónak. A technológia fejlődésével ugyanis ezek a memóriák is írhatók, olvashatók és törölhetők ma már, de az elnevezésük nem változott meg. 
ROM típusú memóriákat már nagyon régóta használnak. Eleinte a gyárban, ahol gyártották őket kerültek bele az adatok és a programok. Mivel ekkoriban még tényleg csak olvashatóak voltak, ezért a hibás adatoktól csak úgy lehetett megszabadulni, ha újragyártották a memóriát. Idővel aztán megjelentek az egyszer programozható ROM-ok. Ezeket hívták PROM-nak. Az ilyen memóriákat már üresen gyártották, majd egy úgynevezett égető eszköz segítségével akár otthon is bele lehetett írni a tartalmát.

Később ezeket is leváltotta az EPROM, (jobb oldali kép) amely már törölhető (Erasable) és újraprogramozható volt. A törlése speciális módon történt. Volt a tetején egy kis ablak, amelyen ultraibolya fénnyel bevilágítva kitörölhető volt a tartalma. Néhány évvel ezelőttig ilyen EPROM-ban tárolta a számítógép a korábban már említett BIOS programot. 

Mivel az EPROM nehézkesen törölhető, ezért nem csoda ha pár éve leváltotta az EEPROM, amely már elektromos impulzussal is törölhető. Ezeknek a ROM-oknak a mai típusait hívjuk Flash ROM-nak. Manapság több mindenre használjuk őket. Egyrészt megmaradt az eredeti feladata, vagyis a BIOS-t tárolják, másrészt viszont könnyű használhatóságának köszönhetően különböző formában elterjedt, mint digitális eszközök (PDA, fényképezőgép stb.) háttértárolója. Találkozhatunk vele pen driveként, vagy akár SD kártyaként is. 

A ROM típusú memóriák nagyon fontos jellemzője, hogy áramellátás nélkül is megőrzik tartalmukat. Vagyis ha lekapcsoljuk a számítógépet, vagy lemerül az akkumulátor, akkor sem veszítik el a rajtuk tárolt adatokat. 

A RAM típusú memória RAM - Random Access Memory, véletlen hozzáférésű memória. A processzor mellett a számítógép másik kulcsfontosságú eleme. Operatív memóriaként használjuk, vagyis itt tárolódnak a futó programok és a futáshoz szükséges adatok. Fontos jellemzője, hogy energiaellátás nélkül elfelejti a tartalmát. Kikapcsolás után tehát elveszt mindent, amit korábban tárolt. Azért használjuk mégis a RAM-ot ROM helyett operatív memóriaként, mert ez a típus gyorsabb. A mai számítógépekbe 1-2 GByte kapacitással építjük be.
Az alábbi képen a RAM fejlődésének néhány lépcsőfoka látható. Legfelül a 70-es években készült RAM egység, legalul egy mai DDR memória. 

A sínrendszer
A sínrendszer gondoskodik a számítógép egyes részeinek az összeköttetéséről. Tulajdonképpen itt a számítógépben lévő vezetékekről van szó. Ezek lehetnek szabadon a gépen belül, vagy kívül, vagy akár az alaplapra integrálva. Emellett a sínrendszerhez kapcsolt csatlakozókon (másnéven: portokon) keresztül lehet külső egységeket (nyomtató, pen drive, hangfal stb.) kötni a számítógéphez. A portok lehetnek a számítógépen belül (belső port), vagy kívül (külső port) is

Belső portok: 
-AGP: régebbi videokártya 
-PCI Express: mai modern videokártya portja 
-PCI: hangkártya, esetleg modem csatlakoztatásához 
-SATA: háttértárolók, elsősorban merevlemez portja 

-IDE: merevlemez, CD, DVD olvasó, író, és floppy csatlakoztatására szolgál . 

Külső portok: 

-PS/2: billentyűzet és egér csatlakozója 

-USB: univerzális csatlakozó. Szinte minden külső eszköz csatlakoztatható ezen keresztül a számítógéphez 

-Párhuzamos: ma már kevésbé használt. Elsősorban nyomtatóportként használják. 

-Soros: régebbi típusú modemek, vagy speciális külső eszközök portja. 

-Firewire: digitális videokamerák csatlakozója 

-game port: joystick, gamepad és egyéb játékvezérlők csatlakoztatására szolgál. Ma már ezt is leváltotta az USB port 

-VGA: monitorokhoz 

-DVI: szintén monitorok csatlakoztatására szolgál. A VVGA-nál modernebb. 

-S-Video: audio, video port. A számítógép televízióhoz való csatlakoztatásához kellhet. 

-HDMI: modern kép és hangátvitelre tervezett port 

-Ethernet: hálózati kábel portja