Basisjaar hardware

1,193 views

Published on

Published in: Education
0 Comments
0 Likes
Statistics
Notes
  • Be the first to comment

  • Be the first to like this

No Downloads
Views
Total views
1,193
On SlideShare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
206
Actions
Shares
0
Downloads
0
Comments
0
Likes
0
Embeds 0
No embeds

No notes for slide

Basisjaar hardware

  1. 1. Hardware Netwerkbeheerder – PC-Technicus – (Web)programmeurBart Raets - Syntra Genk 11/2009 1
  2. 2. InleidingBart Raets - Syntra Genk 11/2009 2
  3. 3. INLEIDINGOverzicht inhoud module hardware (10 lessen waarvan 1 examen)  Basisverwerking van een pc  Opstartvolgorde van een pc  Basisonderdelen + werking van de componenten  De harde schijf + werking  CPU / RAM / ROM / Cache + werking  Dataverwerking in het systeem (HD / busses / Kernell /Shell / BIOS)  HD settings / FAT / NTFS / Commands  BIOS  Talstelsels  Files / Filetypes / Media  Cases  Assemblage  Praktisch:  Moederborden onder de loep  Pc assemblage  Losse onderdelen monteren  Hardware tests  Controle software  … Bart Raets - Syntra Genk 11/2009 3
  4. 4. INLEIDINGHardware vs Software Hardware: (ook wel: apparatuur) worden in de computertechniek alle fysieke componenten aangeduid die in een computer een rol spelen. De term wordt gebruikt als tegenhanger van software. Software: termen voor alle computerprogrammas, bibliotheken en bijbehorende data die niet aanwezig zijn bij het starten van een computer maar achteraf worden geladen. Het gaat dus om een zeer vage term. Programmatuur die wel aanwezig is bij het starten van de computer, bijvoorbeeld in Read Only Memory (ROM), wordt over het algemeen firmware genoemd. Computer hardware, tenslotte, zijn alle onderdelen die aangeraakt kunnen worden. Denk hierbij aan toetsenborden, printers, monitoren en muizen. Om te kunnen werken, hebben computers ten minste firmware nodig, bijvoorbeeld het BIOS van een pc, maar in de regel bevat een computer een grote verscheidenheid aan software. Bart Raets - Syntra Genk 11/2009 4
  5. 5. Basisverwerking van een pcBart Raets - Syntra Genk 11/2009 5
  6. 6. BASISVERWERKINGDe centrale eenheid • Gegevensverwerking met de computer • De processor: hart van elke computer MAAR HOE GEBEURT HET IN DE PRAKTIJK? • Een miljoen sommen berekenen in 1 sec? • Een lijst van 1000 namen alfabetisch rangschikken? … WELK ONDERDEEL VAN DE COMPUTER VOERT DEZE TAKEN UIT? HOE ZIET HET ERUIT EN WAT BEVAT HET? Bart Raets - Syntra Genk 11/2009 6
  7. 7. BASISVERWERKINGBasisverwerking van een computer INPUT PROCESS OUTPUT STORAGE CPU RAM Busses Controllers … Bart Raets - Syntra Genk 11/2009 7
  8. 8. BASISVERWERKINGBasisverwerking van een computer PROCESS CPU – RAM - Busses - Controllers Busses Controllers • Adresbus • Drivers • Databus • Stuurorgaan • Controlebus • Communicatie SYSTEEMBUS Bart Raets - Syntra Genk 11/2009 8
  9. 9. Centrale eenheid (central unit) Microprocessor (CVE-CPU) Reken- en logische eenheid (ALU) Invoer Uitvoer Besturingseenheid (CU) Klavier Monitor Muis Printer Scanner Intern geheugen Plotter Modem Speakers Microfoon ROM RAM … Webcam … Hulpgeheugens HD, Cd-rom, tapestreamer, …Bart Raets - Syntra Genk 11/2009 9
  10. 10. Bart Raets - Syntra Genk 11/2009 10
  11. 11. BASISVERWERKINGSysteembusDe systeembus is een verzameling van bussen die dienen voor de communicatie van deprocessor met de andere delen van de computer. De systeembus bestaat uit de volgendeonderdelen:1. databus of gegevensbus - Voor communicatie met de verschillende geheugens2. adresbus - Eenrichtingsverkeer van de processor naar het werkgeheugen, deze geeft de plaats waar iets geschreven/opgehaald moet worden.3. controlebus of besturingsbus Bart Raets - Syntra Genk 11/2009 11
  12. 12. BASISVERWERKINGBussensysteem uitgelichtEen databus is een bus of een deel daarvan, die het transport van digitale data voor zijnrekening neemt. In de computertechniek vormt deze bus in combinatie met een adresbus eneen besturingsbus een veelal gestandaardiseerde verbinding tussen de diverse onderdelen. Parallel en serieel meerdere databits tegelijk bits na elkaar versturen (vaak 8, 16, 32, 64, ...)Algemeen kan gesteld worden dat parallelle bussen sneller zijn, doch de afstand tussen de componenten moet kleinblijven, bij de seriële bus is dit omgekeerd. Ook is een seriële verbinding gunstiger in prijs door het beperkt aantal geleidersen verbindingen dat nodig is, en bovendien is de seriële bus minder storingsgevoelig. Bart Raets - Syntra Genk 11/2009 12
  13. 13. BASISVERWERKINGBussensysteem uitgelichtEen adresbus is een bus die door de processor van een computer gebruikt wordt om aan tegeven op welke locatie bepaalde data zich bevindt. Elk pad bevat een bit. De breedte van deadresbus (het aantal paden) bepaalt hoeveel geheugen er maximaal geadresseerd kan worden.Hoe meer paden aanwezig zijn, hoe meer locaties geadresseerd kunnen worden. Gebruikelijkebusbreedtes zijn 8, 16, 32 en 64 bits. Bart Raets - Syntra Genk 11/2009 13
  14. 14. BASISVERWERKINGBussensysteem uitgelichtDe besturingsbus of control bus is het onderdeel van een computer dat de verschillendeonderdelen verbindt en waarlangs opdrachten kunnen worden uitgewisseld. Hij werkt incombinatie met de adresbus en de databus.Het aantal lijnen van de besturingsbus verschilt. Als voorbeeld geven we de lijnen van de Z80.In de ruststand voeren de lijnen een hoge spanning, in de actieve stand een lage spanning. Datwordt aangegeven door een apostrof achter de naam. Bart Raets - Syntra Genk 11/2009 14
  15. 15. BASISVERWERKINGBussensysteem uitgelichtNaam in/uit processor BetekenisMREQ uit De bus is actief, er wordt geheugen gelezen of geschrevenIOREQ uit De bus is actief, er wordt een randapparaat gelezen of geschrevenRD uit lezen.WR uit schrijven.M1 uit lezen van een uitvoerbare instructie.REFRESH uit de processor zendt een 7-bits adres uit voor het verversen van dynamisch geheugen.WAIT in processor moet wachten tot lees- of schrijfopdracht voltooid is.IRQ in interrupt.NMI in niet maskeerbare interrupt (flankgevoelig).HALT uit processor heeft een HLT-instructie uitgevoerd en wacht op IRQ, NMI of RESET.RESET in processor moet vanaf het begin opstarten. een ander aangesloten apparaat wil de besturing van de bus overnemen (bijvoorbeeldBUSRQ in voor DMA). De processor moet de bus in tri-state zetten.BUSACK uit de bus staat in tri-state en het andere apparaat mag de bus gebruiken.Tri-state: De meeste uitgangen zijn hetzij hoog, hetzij laag. De processor bepaalt dan het niveau. Sommige uitgangen kunnen echter ookelektrisch worden losgekoppeld, zodat een andere aangesloten chip het niveau van de lijn bepaalt. Een dergelijke uitgang heet tri-state (drietoestanden). De losgekoppelde toestand heet ook tri-state. Bart Raets - Syntra Genk 11/2009 15
  16. 16. Opstart van een computerBart Raets - Syntra Genk 11/2009 16
  17. 17. OPSTART v.e. PCOpstartprocedure van een computer 1. P.O.S.T (Power On Self Test) 2. BIOS (Basic Input Output System 3. Booten van een Operating System Iedere opdracht vertrekt vanuit de CPU -> ontvangt en verstuurt alle signalen die door de gebruiker worden ingevoerd. Bart Raets - Syntra Genk 11/2009 17
  18. 18. Microprocessor (CPU)Bart Raets - Syntra Genk 11/2009 18
  19. 19. CPU Wat?•‘Het kloppend hart’•CPU = Central Processing Unit (of CVE = Centrale VerwerkingsEenheid)•Input – Output Bart Raets - Syntra Genk 11/2009 19
  20. 20. De processor, het hart van elke computer • Processor staat in voor de verwerking • Uitvoering in chipvorm: logische poorten • Computers werken binair: 0 en 1 • Bewerkingen met getallen • Sorteren m.b.v. ASCII-code (UNICODE) • Bits en bytes • Communicatie met andere apparatuur  Intern en extern geheugen, grafische kaart, toetsenbord, printer, … via de bussen • Op het ritme van de klok Bart Raets - Syntra Genk 11/2009 20
  21. 21. Animatie van logische poorten (1)• Logische poorten: AND, OR, NOT• Simulaties van de werking van logische poorten EN-poortBart Raets - Syntra Genk 11/2009 21
  22. 22. Animatie van logische poorten (2)• Logische poorten: AND, OR, NOT• Simulaties van de werking van logische poorten OF-poortBart Raets - Syntra Genk 11/2009 22
  23. 23. Animatie van logische poorten (3)• Logische poorten: AND, OR, NOT• Simulaties van de werking van logische poorten NIET-poortBart Raets - Syntra Genk 11/2009 23
  24. 24. CPU Kenmerken•Woordbreedte •‘Gevoed’ door gegevens uit geheugens •Digitale tekens: 0 en 1 •Geleid over sporen naar en van cpu •Pentium = 32 sporen = 32bits•Kloksnelheid •In Hz / MHz / GHz (Hertz) •1 Hz = 1 trilling per sec •1GHz = 1 miljard trillingen•Processorstappen 1. Inlezen instructies – IA (instruction access) 2. Ontcijferen – IA 3. Uitvoering – EX (Execution) 4. Gegevenstoegang – DA (Data Access) 5. Bewaren Resultaten – WB (Write Back) Bart Raets - Syntra Genk 11/2009 24
  25. 25. CPU Kenmerken•Pipelining•Latency•Branch Prediction•Timeslicing/Hyperthreading•Dual Core•Triple Core•Quad Core•Oct-Core Bart Raets - Syntra Genk 11/2009 25
  26. 26. CPU FSB (Front Side Bus)Bart Raets - Syntra Genk 11/2009 26
  27. 27. CPU FSB (Front Side Bus)Bart Raets - Syntra Genk 11/2009 27
  28. 28. CPU FSB & BussesBart Raets - Syntra Genk 11/2009 28
  29. 29. CPU De weg in de cpu ALU Datacache • CPU (bewerkingen) •REGISTERS (tijdelijke opslag) Besturingseenheid Instructiecache Bus-unitBart Raets - Syntra Genk 11/2009 29
  30. 30. CPU Werking per zone•Bus-unit: regelt alle dataverkeer over het gehele net in de cpu•Instructiecache: geheugenbuffer op opdrachten voor hun toewijzing op te slaan•Besturingseenheid: organiseert het dataverkeer tussen ALU en de rest van decomputer•ALU: neemt alle rekenkundige bewerkingen voor zijn rekening en zorgt voor detijdelijke opslag van alle resultaten van de cpu•Datacache: zorgt voor de tijdelijke opslag van de resultaten van het ALU Bart Raets - Syntra Genk 11/2009 30
  31. 31. Intern GEHEUGEN• Geheugen: plaats, inhoud, adres• ROM: Read Only Memory • alleen lezen • niet-vluchtig• RAM: Random Access Memory • lezen en schrijven • vluchtig Bart Raets - Syntra Genk 11/2009 31
  32. 32. Geheugencapaciteit • Omvang werkgeheugen: uitgedrukt in bytes • Grootheden 1 KB = 1 Kilobyte = 1024 bytes 1 MB = 1 Megabyte = 1024 KB 1 GB = 1 Gigabyte = 1024 MB 1 TB = 1 Terabyte = 1024 GB • Doorsnee PC: - RAM-geheugen van 128 of 256 MB - Harde schijf van 40 GB Bart Raets - Syntra Genk 11/2009 32
  33. 33. Op het ritme van de klok• Kloksnelheid: GHz• Vergelijking snelheden microprocessoren• Vergelijking snelheden computerconfiguraties Is het duidelijk? Bart Raets - Syntra Genk 11/2009 33
  34. 34. Het inwendige van de pc (1) Bart Raets - Syntra Genk 11/2009 34
  35. 35. Het inwendige van de pc (2) Processor met ventilator DIMM geheugen Voeding Flat cables Bart Raets - Syntra Genk 11/2009 35
  36. 36. OPSTART v.e. PCOpstartprocedure van een computer 1. P.O.S.T (Power On Self Test) 2. BIOS (Basic Input Output System 3. Booten van een Operating System Iedere opdracht vertrekt vanuit de CPU -> ontvangt en verstuurt alle signalen die door de gebruiker worden ingevoerd. Bart Raets - Syntra Genk 11/2009 36
  37. 37. OPSTART v.e. PCOpstarten uitgelichtDe Power-On Self Test (of POST) is een serie tests die een computer of aanverwant apparaatuitvoert wanneer deze wordt aangezet. De POST wordt uitgevoerd door de BIOS encontroleert of het RAM, de videokaart, de opslagschijven, toetsenbord en andere hardwarenormaal functioneert. Wanneer de test goed doorlopen wordt, gaat de computer verder met deopstartprocedure. Videomelding – Audiomelding (pieptoon) Wanneer er geen beeld verschijnt op het scherm in het POST proces, spreekt men van een No POST screen. Bart Raets - Syntra Genk 11/2009 37
  38. 38. OPSTART v.e. PCOpstarten uitgelichtBIOS is een acroniem voor Basic Input Output System.Het BIOS is een bibliotheek met een set basisinstructies voor de communicatie tussen hetbesturingssysteem of operating system (OS) en de hardware. Tijdens het opstarten van een pc(personal computer), wanneer het OS nog niet geladen is, is dit ook de enige software diebeschikbaar is.Wanneer een computer wordt gestart, wordt eerst de POST (Power-On Self Test) in het BIOSdoorlopen.Als alles in orde lijkt, roept het BIOS vervolgens de bootloader aan (meestal door de eerstesector van een aanwezige harde schijf te lezen). Dit opstarten wordt booten genoemd: debootstrap-routines in het BIOS zijn de eerste stap waarmee de computer zichzelf start. Bart Raets - Syntra Genk 11/2009 38
  39. 39. OPSTART v.e. PCBart Raets - Syntra Genk 11/2009 39
  40. 40. OPSTART v.e. PCBart Raets - Syntra Genk 11/2009 40
  41. 41. OPSTART v.e. PCBart Raets - Syntra Genk 11/2009 41
  42. 42. OPSTART v.e. PCOpstarten uitgelichtHet opstarten van een computer wordt vaak met de Engelse term booten (uitspraak boeten)of booting aangeduid, wat eigenlijk een verkorting is van bootstrapping. Een bootloader is een computerprogramma dat zorg draagt voor het starten van het besturingssysteem bij de opstart (bootstrap) van een computer. Bart Raets - Syntra Genk 11/2009 42
  43. 43. TaskprocessingBart Raets - Syntra Genk 11/2009 43
  44. 44. TASKPROCESSINGTaskprocessing CPU MonoUser MonoTasking MultiUser MultiTasking Bart Raets - Syntra Genk 11/2009 44
  45. 45. TASKPROCESSINGBart Raets - Syntra Genk 11/2009 45
  46. 46. TASKPROCESSINGBart Raets - Syntra Genk 11/2009 46
  47. 47. TASKPROCESSINGTaskprocessing CPUMultitasking is een methode om één processor schijnbaar meerdere taken (programmas ofdelen daarvan) tegelijkertijd te laten uitvoeren (zie ook multiprogrammeren). Hetbesturingssysteem wisselt zeer snel tussen de verschillende actieve programmas. Dezeomschakelingen, context switches, kunnen geheel vrijwillig door het draaiende procesgeïnitieerd worden of door een externe gebeurtenis zoals een hardware interrupt. • Timesharing • Coöperatieve en preëmptieve multitasking • I/O bound en CPU-bound • Multiuser en multitasking • Prioriteit Bart Raets - Syntra Genk 11/2009 47
  48. 48. TASKPROCESSING Taskprocessing – IRQ In de computertechniek is een interrupt (letterlijk onderbreking) een verzoek om aandacht van een hardwarecomponent aan een andere. De afkorting IRQ komt van interrupt request, een aanvraag voor een onderbreking.Bart Raets - Syntra Genk 11/2009 48
  49. 49. TASKPROCESSINGBart Raets - Syntra Genk 11/2009 49
  50. 50. TASKPROCESSING Taskprocessing – DMADirect Memory Access (DMA) laat toe data over te brengen van een niveauin de geheugenhiërarchie met een minimale tussenkomst van de CentraleVerwerkingseenheid (of Central Processing Unit). Aangezien dit parallelgebeurt met de bewerkingen die op dat moment op de CPU lopen, vormtDMA een essentieel onderdeel in de aanspreking van de hardware en debasis van efficiënte en performante drivers en applicaties.Bart Raets - Syntra Genk 11/2009 50
  51. 51. TASKPROCESSINGBart Raets - Syntra Genk 11/2009 51
  52. 52. Taskprocessing – Cache levels Online imageBart Raets - Syntra Genk 11/2009 52
  53. 53. DEMO: CPU-ZBart Raets - Syntra Genk 11/2009 53
  54. 54. Bart Raets - Syntra Genk 11/2009 54
  55. 55. Bart Raets - Syntra Genk 11/2009 55
  56. 56. Bart Raets - Syntra Genk 11/2009 56

×