3. INLEIDING
Overzicht 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. INLEIDING
Hardware 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 computerprogramma's, 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
6. BASISVERWERKING
De 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
11. BASISVERWERKING
Systeembus
De systeembus is een verzameling van bussen die dienen voor de communicatie van de
processor met de andere delen van de computer. De systeembus bestaat uit de volgende
onderdelen:
1. databus of gegevensbus - Voor communicatie met de verschillende geheugens
2. 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. BASISVERWERKING
Bussensysteem uitgelicht
Een databus is een bus of een deel daarvan, die het transport van digitale data voor zijn
rekening neemt. In de computertechniek vormt deze bus in combinatie met een adresbus en
een 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 klein
blijven, bij de seriële bus is dit omgekeerd. Ook is een seriële verbinding gunstiger in prijs door het beperkt aantal geleiders
en verbindingen dat nodig is, en bovendien is de seriële bus minder storingsgevoelig.
Bart Raets - Syntra Genk 11/2009 12
13. BASISVERWERKING
Bussensysteem uitgelicht
Een adresbus is een bus die door de processor van een computer gebruikt wordt om aan te
geven op welke locatie bepaalde data zich bevindt. Elk pad bevat een bit. De breedte van de
adresbus (het aantal paden) bepaalt hoeveel geheugen er maximaal geadresseerd kan worden.
Hoe meer paden aanwezig zijn, hoe meer locaties geadresseerd kunnen worden. Gebruikelijke
busbreedtes zijn 8, 16, 32 en 64 bits.
Bart Raets - Syntra Genk 11/2009 13
14. BASISVERWERKING
Bussensysteem uitgelicht
De besturingsbus of control bus is het onderdeel van een computer dat de verschillende
onderdelen verbindt en waarlangs opdrachten kunnen worden uitgewisseld. Hij werkt in
combinatie 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. Dat
wordt aangegeven door een apostrof achter de naam.
Bart Raets - Syntra Genk 11/2009 14
15. BASISVERWERKING
Bussensysteem uitgelicht
Naam in/uit processor Betekenis
MREQ' uit De bus is actief, er wordt geheugen gelezen of geschreven
IOREQ' uit De bus is actief, er wordt een randapparaat gelezen of geschreven
RD' 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 (bijvoorbeeld
BUSRQ' 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 ook
elektrisch worden losgekoppeld, zodat een andere aangesloten chip het niveau van de lijn bepaalt. Een dergelijke uitgang heet tri-state (drie
toestanden). De losgekoppelde toestand heet ook tri-state.
Bart Raets - Syntra Genk 11/2009 15
16. Opstart van een computer
Bart Raets - Syntra Genk 11/2009 16
17. OPSTART v.e. PC
Opstartprocedure 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
19. CPU
Wat?
•‘Het kloppend hart’
•CPU = Central Processing Unit (of CVE = Centrale VerwerkingsEenheid)
•Input – Output
Bart Raets - Syntra Genk 11/2009 19
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. Animatie van logische poorten
(1)
• Logische poorten: AND, OR, NOT
• Simulaties van de werking van logische poorten
EN-poort
Bart Raets - Syntra Genk 11/2009 21
22. Animatie van logische poorten
(2)
• Logische poorten: AND, OR, NOT
• Simulaties van de werking van logische poorten
OF-poort
Bart Raets - Syntra Genk 11/2009 22
23. Animatie van logische poorten
(3)
• Logische poorten: AND, OR, NOT
• Simulaties van de werking van logische poorten
NIET-poort
Bart Raets - Syntra Genk 11/2009 23
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
29. CPU
De weg in de cpu
ALU
Datacache
• CPU (bewerkingen)
•REGISTERS (tijdelijke opslag)
Besturingseenheid
Instructiecache Bus-unit
Bart Raets - Syntra Genk 11/2009 29
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 de
computer
•ALU: neemt alle rekenkundige bewerkingen voor zijn rekening en zorgt voor de
tijdelijke 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. 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
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
35. Het inwendige van de pc (2)
Processor met ventilator DIMM geheugen
Voeding
Flat cables
Bart Raets - Syntra Genk 11/2009 35
36. OPSTART v.e. PC
Opstartprocedure 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. OPSTART v.e. PC
Opstarten uitgelicht
De Power-On Self Test (of POST) is een serie tests die een computer of aanverwant apparaat
uitvoert wanneer deze wordt aangezet. De POST wordt uitgevoerd door de BIOS en
controleert of het RAM, de videokaart, de opslagschijven, toetsenbord en andere hardware
normaal functioneert. Wanneer de test goed doorlopen wordt, gaat de computer verder met de
opstartprocedure.
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. OPSTART v.e. PC
Opstarten uitgelicht
BIOS is een acroniem voor Basic Input Output System.
Het BIOS is een bibliotheek met een set basisinstructies voor de communicatie tussen het
besturingssysteem 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 die
beschikbaar is.
Wanneer een computer wordt gestart, wordt eerst de POST (Power-On Self Test) in het BIOS
doorlopen.
Als alles in orde lijkt, roept het BIOS vervolgens de bootloader aan (meestal door de eerste
sector van een aanwezige harde schijf te lezen). Dit opstarten wordt 'booten' genoemd: de
bootstrap-routines in het BIOS zijn de eerste stap waarmee de computer zichzelf start.
Bart Raets - Syntra Genk 11/2009 38
42. OPSTART v.e. PC
Opstarten uitgelicht
Het 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
47. TASKPROCESSING
Taskprocessing CPU
Multitasking is een methode om één processor schijnbaar meerdere taken (programma's of
delen daarvan) tegelijkertijd te laten uitvoeren (zie ook multiprogrammeren). Het
besturingssysteem wisselt zeer snel tussen de verschillende actieve programma's. Deze
omschakelingen, context switches, kunnen geheel vrijwillig door het draaiende proces
geïnitieerd 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. 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
50. TASKPROCESSING
Taskprocessing – DMA
Direct Memory Access (DMA) laat toe data over te brengen van een niveau
in de geheugenhiërarchie met een minimale tussenkomst van de Centrale
Verwerkingseenheid (of Central Processing Unit). Aangezien dit parallel
gebeurt met de bewerkingen die op dat moment op de CPU lopen, vormt
DMA een essentieel onderdeel in de aanspreking van de hardware en de
basis van efficiënte en performante drivers en applicaties.
Bart Raets - Syntra Genk 11/2009 50
