Användare:Jan hj/projekt

Uppslagsordet ”CPU ” leder hit. För andra betydelser, se Dator.

Datorn är en maskin som allt snabbare kan bearbeta och presentera information. Från de första enkla mekaniskamaskinerna via automatiska räknemaskiner har man nu på 2000 talet kommit fram med mycket sammansatta och komplexa elektoniska system. Persondatorn lancerades av IBM på 80-talet för att ge människor en mer intelligent terminal till stordatorerna som på den tiden dominerade. Idag bedrivs en mycket stor del av databehandling av persondatorer och Microsoft har för länge sedan gått om IBM i att dominera marknaden på datorer. Eller i alla fall expanderat på persondatormarknaden till omsättningen sett. ^{[källa behövs]}

Persondatorns funktion

Datorns hårdvara

Moderkort

Ett moderkort är det centrala eller det primära kretskortet, detta kort kan man finna i t.ex. en dator. I engelska termer så kallar man moderkortet även: mainboard, baseboard, system board, planar board eller som man kallar det på Apple's datorer, logic board.

Moderkort och persondatorer

Moderkortet är ett stort kretskort där man kopplar in de mindre kretskorten, såsom grafikkort, nätverkskort, RAM-minne osv. Utan moderkortet så skulle inte de andra korten fungera tillsammans med varandra, man kan säga att moderkortet förser de andra korten med kraft. En dator kan inte klara sig utan detta kort, men den skulle ju t.ex. klara sig utan ett ljudkort. Men just moderkortet är livsviktigt för datorn därför att moderkortet är den huvudkomponent som kopplar samman alla övriga datordelar. Ett moderkort är utrustat med väldigt många bussanslutningar, och det finns såklart även uttag för kablage.

Det finns många olika moderkort för persondatorer, men det vanligaste som används idag är ATX (Advance Technology Extended). ATX finns i olika varianter såsom mini-ATX och microATX.

Nordbryggan - Northbridge

Nordbryggan sköter all kommunikation mellan processorn, RAM-minnet, PCI-Express/AGP, och Sydbryggan. Själva kommunikationen mellan nordbryggan och processorn sker genom FSB. En minneskontroll sitter på Nordbryggan som ger CPU snabb tillgång till RAM-minnet.

Kretsuppsättningar, eller "chipsets" av typen nord/sydbrygga tillverkas idag främst av Intel, men även i viss mån Nvidia. Intel har ersatt kretsuppsättningen nordbryggan/sydbryggan med sin egen arkitektur, IHA (Intel Hub Architechture). IHA har två delar, Graphics AGP Memory Controller Hub (GMCH) och I/O Controller Hub (ICH). IHA används i 800-serien av Intels kretsar och är den första arkitekturen som skiljer sig från den vanliga strukturen, bestående av Nordbrygga/Sydbrygga.

Ett moderkort kan inte ansluta direkt till ledningarna i PCI-bussen och därför har all den elektronik som ska utföra t.ex. konverteringar, adressomkodningar och minnesbuffringar integrerats till en stor krets som heter nordbryggan.

Sydbryggan - Southbridge

Sydbryggan är den krets som befinner sig i den mest avlägsna änden av PCI-bussen där den hanterar in- och utmatningsfunktionerna (I/O, dvs. Input/Output) i kretsuppsättningen, och kommunicerar med PCI-bussen samt nordbryggan. Med andra ord den krets i chipuppsättningen nord- och sydbrygga som ansvarar för de långsammare komponenterna. Detta inkluderar vanligen PCI-bussen, PS/2-gränssnitt för tangentbord och mus, serieport, parallellport, och diskettenhetskontrollerare. Några av dessa funktioner hanteras av en sekundär I/O-kontrollerare, och i det fallet förser sydbryggan detta chip med ett gränssnitt.

En viss sydbrygga fungerar oftast tillsammans med de flesta sorter nordbryggor, men dessa två chip måste vara utformade att kunna arbeta tillsammans för att det ska fungera riktigt. Emellertid finns det ingen konsekvent industristandard för full kompatibilitet i denna chipuppsättning i avseendet olika kärnors struktur.

Liksom dess motpart nordbryggan använder Intel sin egen sorts arkitektur för denna datordel - och därmed också sin egen term, då benämnd ICH (I/O Controller Hub).

Minne

Kringenheter

Hårddisk

Hårddisken sitter antingen fastmonterat i systemenheten och då kallas det intern eller så har hårddisken en egen låda och är ansluten utsidan kallas den extern. Hårddisken består av några tunna skivor som är ca 3-5 tum i diameter. De sitter fastsatta med ett visst mellanrum på en centralpelare. Skivorna är av ett ganska hårt material vanligtvis aluminium. Skivorna snurrar kontenueligt med flera tusen varv i minuten. Upp emot 10000 varv/min är idag ingen ovanlighet.

Typiskt hålkort som användes i datorer på 1960-talet och 1970-talet

Bakgrund

Att lagra information gjordes i datorernas barndom med hjälp av hålkort. Ett hålkort hade utstansade hål för nollor och ettor. Senare utvecklades magnetbandspelare och stora datamängder lagrades på magnetband. Att lagra information på magnetband eller hårddisk är mycket likartat. Ett skrivhuvud kan magnetisera materialet åt olika håll. Ett läshuvud kan sedan läsa av åt vilket håll magnetiseringen gjorts. Denna teknik användes från 1800 -talet till slutet av 1970 -talet. Kodningen av hålkort kallas ibland Hollerithkod efter uppfinnaren Herman Hollerith. Under 70-talet ersatte disketterna hålkorten.

Hur information lagras på moderna hårddiskar

I hårddisken lagras inte datan som ettor och nollor, utan i mönster. Huvudet är nämligen bra på att upptäcka förändringar, men dåligt på att se ett visst värde. Använde man ettor och nollor, ungefär som på en CD-skiva, skulle huvudet kunna se att det finns ett mönster, men skulle inte kunna utläsa om det är en etta eller nolla som representeras. stället kodar man datan genom att ersätta rader av ettor och nollor till just olika mönster. Exakt hur man gör detta beror på vilket kodsystem man använder. Datan lagras på första bästa plats som finns ledig.

Hur information läses av på moderna hårddiskar

Jättemagnetresistans (GMR) fungerar så att ett läshuvud sveper över hårddisken medans hårdisken i sin tur spinner åt motsatt håll så läser läshuvudet av de olika magnetfältsriktningarna. Dessa magnetfältsriktningar som läshuvudet läser av har värdet noll eller ett. Detta behöver läshuvudet göra för att kunna läsa av informationen som finns på hårddisken. Dagens läshuvud är mikrometer stora d.v.s. Läshuvuderna är cirka 0,001*0,001mm stora. Det skikt där informationen lagras är bara några atomlager högt.

Tekniken ligger på en mycket avanserad fysikalisk grundforskningsnivå. År 2007 fick Albert Fert och Peter Grünberg nobelpris för de fysikaliska upptäckterna de gjorde 1988. IBM utvecklade efter det tekniken till den nivå den uppnått idag. Numera använder man sig av fyra filmer som är ett tiotal atomlager tjocka. Man kan låsa fast magnetfältet så informationen kan sparas med hjälp av en smart kombination av olika typer av magetiska material. När det svaga magnetfältet från hårddisken sveper förbi en sådan struktur på några nanometers avstånd så kommer magnetfältet i det olåsta lagret att följa databitens fält och vridas i förhållande till det låsta lagret och det gör så att det blir en väsentlig förändring av den elektriska resistansen, alltså GMR effekten.[1]

Raid
- Raid 0
- Raid 1
- Raid 5
- Raid 1+0
- Raid 0+1

TBA*

Nätverkskort

Grafikkort

Ett grafikkort är som en översättare. Den översätter binär information till videosignaler som sedan kan visas på en bildskärm.

I en normal och ny dator så brukar man använda sig av ett PCI Express grafikkort, varför man gör det är dels för att man spelar en hel del datorspel som kräver ett grafikkort som kan visa bilder i 100 fps.

Sen har vi olika grafikkort. Kortets GPU beräknar fram ett antal digitala kartor av vad som ska visas på skärmen. När GPU har räknat färdigt de digitala kartorna så skickas kartorna till grafikkortets videobuffert, och det är ett slags minne av vad som skall visas på texturer.

Grafikkortet är en hårdvara som skapar en "kontakt" mellan skärmen och datorn. Detta görs igenom uttag, antingen DVI-i eller VGA. Datorn klarar av bättre grafik efter vad grafikkortet klarar av. Är det ett mer avancerat grafikkort så klarar den av alla olika grafiker, och snabbare.

Som sagt så behöver man en datorskärm för att se den informationen man trycker på taggentbordet. Hur det dyker upp på skärmen ska jag allt berätta för er. Men innan det dyker upp på skärmen så måste den gå från processorn och sedan till grafikkortet som har ändrat på processorns styrsingnaler för att anpassa bildskärmen.

Hur funkar nu ett Grafikkort? Jo, Grafikkortet har en uppgift och det är att visa gränssnitten mellan bildskärmen och processorn. Det finns ett minne på grafikkortet som lagrar bilder som skall ritas på en bildskärm. Eftersom att skärmarna är analoga och processorn är digital så måste grafikkortet använda sig av en "RAM-DAC" (Random Access Memory Digital-to-Analog Converter). Detta omvandlar digitalt till analogt. En skärm använder sig utav flera olika färger därför måste grafikkortet bygga upp alla pixlar som sedan skall visas på skärmen.

Exempel. Om en PC använder sig utav en upplösning på 1024x768 punkter och en frekvens på 65 HZ så kommer bilden på skärmen att uppdateras 65 gånger/sekund.

Grafikkortet lagrar även hur många färger man som maximalt kan använda. I Windows XP så kan man som max använda sig utav 4,3 miljarder färger. Man tar 2 upphöjt till 32 bitars färgdjup = 2^32 = 4,3 miljarder.

CPU

Processorn är datorns hjärna. Det är den som bestämmer och kontrollerar övar datorns alla olika delar, samtidigt utför den beräkningar. När ett program körs utför processorn ett flertal olika välbestämda operationer.

I allt från mobil till datorer finns det idag en microprocessor. För att förstå hur en dator fungerar måste du tänka på att allting i en dator representeras av binära tal. Dessa tal kan datorn tolka antingen som koden för en operation eller som information som ska bearbetas.

EX: När man skriver ett textdokument så finns alla bokstäver och formateringar sparade som ettor och nollar i datorns minne, och all hantering av dessa tal sker genom processorn.

Processorns olika operationer:

Datorn kan:

. Flytta data mellan minne och CPU, flytta information inne i CPU.
. Att utföra matematiska, som addition, multiplikation och division.
. Logiska operationer, AND, OR etc.
. Beroende på resultat av operationen kan den hoppa till olika delar av koden.

Processorns uppbyggnad: Från grunder är processorn uppbyggd av tre huvuddelar:

. En aritmetisk och en logisk enhet.
. En registerenhet
. En kontrollenhet

CPUn hämtar, lagrar och utför operationerna med den fart/frekvens som klockan har.

Klockans fart mäts i Hz (Hertz), en hertz är en svängning per sekund. Prefixet "M" betyder en miljon (10⁶), "G" betyder miljard (10⁹. En vanlig persondator idag jobbar i hastigheter mellen 1.5GHz - 4Ghz, vilket betyder att klockan gör mer än en miljard svängningar per sekund.

Kärnor i CPU

I dagens Intel och AMD processorer finns det 1, 2, 3 eller 4 kärnor.

En Kärna (Single Core)

Två kärnor (Dual Core)

Tre Kärnor (Tri Core)

Fyra kärnor (Quad Core)

Man kan säga att en enkärnig processor fungerar som en sportbil, den kan inte bearbeta så mycket information och data på samma gång men den kan göra det fort. En skolbuss eller en två kärnig processor fungerar på samma sätt som en enkärnig men den kan bearbeta dubbelt så mycket info och data på samma tid. Så här fungerar det med alla kärnor, den kan bearbeta mer intruktioner och data samtidigt under samma tid.

Cacheminne

Ett CPU-cacheminne används för att minska den tid det tar för processorn att komma åt RAM-minnet.

Grundprincipen med cacheminne är att första gången man hämtar data så görs samtidigt en kopia av minnesplatsens adress som läggs i cacheminnet. På så vis går det snabbare nästa gång man vill hämta samma data. När processorn vill läsa eller skriva till RAM-minnet kontrollerar den först om den önskade minnesplatsens adress finns i cacheminnet. CPU:n jämför den önskade minnesplatsens adress med samtliga platser i cacheminnet som kan ha samma adress. Om den önskade adressen hittas i cacheminnet läses eller skrivs den omedelbart och operationen utförs därmed snabbare än om CPU:n skulle läst från eller skrivit till RAM-minnet. Kort sagt fungerar cacheminnet som en avlastande buffer till processorn. Därigenom kan man uppnå högre hastigheter i processorn.

Om en minnesplats adress har använts flera gånger i ganska tät följd lagras den i cacheminnet. På så vis kan de adresser som används ofta plockas fram ur cacheminnet och på detta sätt snabba upp olika processer. Ett exempel: Föreställ dig ett enormt bibliotek där endast en bibliotekarie jobbar (singelkärnig CPU). En person kommer in och frågar efter en viss bok. Bibliotekarien går iväg mot hyllan där boken finns (minnesbuss), hämtar boken och ger den till kunden. När kunden läst ut boken returneras den till hyllan ute i biblioteket. När nästa person kommer och vill läsa samma bok så är bibliotekarien tvungen att gå ut till hyllorna och hämta boken igen. Om biblioteket istället använder sig av ett cachesystem så skulle boken ställts tillbaka på disken där bibliotekarien står istället för ute bland hyllorna. Det enda bibliotekarien då behöver göra är att ta boken från disken och ge till kunden. Detta sparar naturligtvis en massa tid. Datorer använder samma logik då den data som åberopas ofta "sparas på disken vid bibliotekarien". Detta är dock inte hela sanningen om en CPU-cache då jag i exemplet beskrev en så kallad "1-level cache" vilket är något som de flesta hårddiskar och andra komponenter använder. Moderna processorer använder istället en "2-level cache". Dock är principerna för de olika cachetyperna de samma. L1-cache är det snabbaste och minsta minnet medan L2-cache är något större och lite långsammare än L1, men fortfarande mindre och snabbare än RAM-minnet. Om man återgår till exemplet med bibliotekarien: När boken returneras denna gång så ställer bibliotekarien den på disken. Tiden går och disken fylls på med fler och fler böcker. Boken lånas inte ut på ett tag och bibliotekarien ställer därför in den i en bokhylla bakom disken. Boken står nu längre bort från bibliotekarien men fortfarande närmare än om den skulle stått på en hylla ute i biblioteket. När nästa person kommer in och frågar efter boken så kollar bibliotekarien först på disken och ser att boken inte står där. Därefter kollar bibliotekarien i bokhyllan bakom disken och tar därifrån fram boken och ger den till kunden. Samma princip gäller för en CPU. CPU:n kontrollerar först om adressen finns i L1-cachen och sedan i L2-cachen.

Dock finns det fortfarande stora problem för cachetekniken att förutse vilken information som snart ska hämtas igen. Det andra stora problemet är utrymmet. Priser och tekniska begränsningar gör i dagens läge att cacheminnenas storlek inte kan vara hur stora som helst. Då cacheminnet snabbt blir fullt krävs det att en prediktering om vilken information som inte kommer att behöva hämtas härnäst görs, varpå den informationen flyttas till huvudlagringsplatsen.

ALU (Arithmetic Logic Unit)

ALUn sitter i processorn man kan säga att ALUn är datorns räknar. det är den som räknar ut alla operationer.

När man ska till exempel räkna ut talet 2+3 i ett vanligt c++ program så är det ALUn som tar hand om själva räkningen. informationen skickas till ALUn som olika delar, tal1(2) som en del, tal2(3) som en del, och vad som ska utföras (+) som en del. alla information skickas som bitar

Tex

Detta skickas till ALUn:

0010         (talet 2)
0011         (talet 3)
Add          (operationen som ska utföras +)

Det som du får tillbaka:

0101         (talet 5)
complite     (statusen på ALUn)

Om man ska köra några andra räknesätt så får man använda andra operationer. Men det finns inte givna operationer för minus multiplikation och delat med. Så om ALUn ska räkna ut talet 3*3 så måste den köra operationen Add 2 gånger. ALUn används givetvis inte bara till att räkna ut tal utan till allt räknade som sker i datorn.

olika operationer som finns

ADD
NOT
OR
XOR
AND

ALUn konseptet föreslogs av en känd matematiker (John von Neumann) år 1945.

Bussar

Allmänt om bussar

I en modern dator finns det ett flertal bussar. Det finns två typer av kommunikation:

Seriell
Parallell

Den enklaste formen av kommunikation är den som von Neumann-arkitekturen skapade. Den utgår från två typer av bussar, adress och data.

Adressbuss är ett knippe ledningar som pekar ut varifrån data ska hämtas eller vart data ska skickas.
Databussen är det knippe av ledningar där data transporteras.

FSB - Front Side Bus

I en modern person dator är det Front Side Bus (FSB) som överför data mellan CPU och northbridge på moderkortet. Den styr hur snabbt processorn kan kommunicera med de andra komponenterna i datorn. Så dom flesta brukar vilja ha en processor som har hög FSB, för att nå en sån hög hastighet som möjligt. Men en person som vill överklocka väljer istället att ha en högre multiplier och låg FSB Som möjlig, För detta är lättast att överklocka. När du överklockar en person dator ändrar du standard värdet på multiplier eller FSBn. Man väljer helst att ändra värdet på multiplier om detta är möjligt, det resulterar i en högre klockfrekvens på processorn. Och det enda man behöver oroa sej för är att temperaturen stiger. Hårdvara som tex Quad, Amd, Core 2 Duo och mm. Har ingen rörlig multiplier. Så när multipliers värde inte går att ändra, kan man ändra standard värdet på FSBn. Men problemet med att ändra värdet på FSBn är att hela moderkortet tar smällen från överklockning och inte enbart processor

Minnesbussen - Memory bus

PCI-buss

PCI-Express, AGP

PCI-Express (Peripheral Component Interconnect Express) är ett instickskort (databuss) som Intel tog fram 2004 för att det skulle ersätta den generella PCI och AGP bussen för grafikkort. Meningen med bytet är för att det övergår från parallel överföring till seriell. PCI-E gör så att den kan ta emot information samtidigt som den skickar den med 250mb/s per kanal, ju mer kanaler du har ju snabbare kan du överföra information.

PCIe kommer i olika storlekar från 1x, 2x, 4x, 8x, 16x och 32x. Om du har ett kort med storleken 4x så får kortet plats i 4x och i storlekarna uppåt.

AGP (Accelerated Graphics Port) är en databuss tillämpad de moderna datorerna och dess grafikkort. Det var AGP-bussen som ersatte den vanliga PCI-bussen för anslutning till grafikkort, främst för att bandbredden ökar och det är mer än vad PCI-bussen klarar av. Men idag så är tillochmed AGP-bussen på väg att bli ersatt av PCI-Express. Man vill övergå ifrån parallel överföringsteknik till seriell.

IDE-buss

Mjukvara

BIOS

BIOS:ets uppgift är att starta och kontrollera hårdvaran, och sedan starta operativsystemet. En av de första enheterna som startas när du bootar en dator är BIOS-et. BIOS står för Basic Input/Output System (Grundläggande Indata/Utdata-system). BIOS-et startar upp anslutna enheter till datorn, till exempel mus, tangentbord, skärm och hårddisk. Förut lagrades BIOS-et på PROM-chip (Programable Read only memory), EPROM-chip (Erasable Programable Read only memory) eller EEPROM-chip (Electrically Erasable Programable Read only memory) men nu används istället ett flashminne.

Det första BIOS-et startar upp är POST (Power-On Self-Test). POST är ett test som testar om olika komponenter fungerar korrekt. Den kollar t.ex. Minne, grafikkort och BIOS. Om något inte fungerar korrekt så kommer datorn ge ifrån sig ett pip-ljud. Ljudet kallas för ”BIOS Beepcode”. Om inget fel hittas så kommer datorn ge ifrån sig ett kort pip-ljud och sedan fortsätter BIOS:et att starta upp operativsystemet.

För att komma in till konfigurationssidan för CMOS använder du följande kommandon på startup-screen:

AMI BIOS

- Tangenten Delete under självtestet

Award BIOS

- Ctrl-Alt-Esc, eller Delete-tangenten under självtestet.

DTK BIOS

- Tangenten Esc under självtestet.

IBM PS/2 BIOS

- Ctrl-Alt-Insert efter Ctrl-Alt-Delete.

Phoenix BIOS

- Ctrl-Alt-Esc eller Ctrl-Alt-S eller F1.

De största BIOS-distributörerna är American Megatrends (AMI), General Software, Insyde Software och Phoenix Technologies (Som köptes av Award Software International 1998).