KURZUS: Információs és kommunikációs rendszerek

MODUL: II. modul

5. lecke: Számítástechnika alapjai

A lecke célja megismertetni a hallgatóval a számítástechnikai alapjait. A lecke elsajátításának becsült ideje 1 óra.

Bevezetés

A számítástechnika az automatizált adatfeldolgozás eszközeivel és azok különböző területeken való használatával (például a számítógép építése és azok programozása) foglalkozó elméleti és alkalmazott műszaki tudomány. Ide tartozik a hardver- és szoftverelemek tanulmányozása, a működést segítő szervezési, illetve alkalmazási, szolgáltatási összetevők rendszere.

A számítástechnika szoros kapcsolatban van az informatikával, az információ keletkezését, továbbítását, feldolgozását és hasznosítását vizsgáló tudománnyal. A számítástechnika tekinthető az informatika egy részterületének is, az automatizált információkeletkezés, -továbbítás,
-feldolgozás és -hasznosítás tudományának. Az informatika ennél bővebb, például az informatika körébe tartozik a híradástechnikai eszközök (távközlés, tévé, rádió) tanulmányozása, ami a számítástechnikának csak közvetve része.

A számítástechnika alapvető alkalmazása manapság a számítógépek, különösen a személyi számítógépek (PC-k) építése. Egy számítógép elsősorban nagyobb fokú programozhatóságában különbözik az egyszerűbb automatáktól, mint például egy számológép, egy emelődaru vagy egy telefonkészülék. Ez azt jelenti, hogy képes sok és komplex feladatot emberi beavatkozás nélkül végrehajtani, és a végrehajtás során különféle, előre programozott döntéseket hozni.

A számítógép felépítése

A számítógép elektronikus áramkörök milliárdja, amelyek információ-feldolgozásra szerveződtek. Rendelkezik inputtal (bemenet) a bemenő információ számára és outputtal (kimenet) az információ-feldolgozás eredményének közlésére.

A számítógépet alkotó fizikai elemek összességét hardvernek nevezzük, a számítógépen futó programok összességét pedig szoftvernek.

Mivel a számítógépben az adattárolás eszközei többnyire kétállapotú fizikai elemek, ezért a legcélszerűbb az adatokat kettes számrendszerben tárolni.

Egy számítógép legfontosabb építőelemei a következők:

  • központi feldolgozó egység (Central Processing Unit)
  • memória egység (Memory Unit)
  • be- és kimeneti egység (Input/Output Unit)

Mivel a memória elég kis tárolókapacitással rendelkezik, a többi program és adat háttértárakon kerül elhelyezésre. Ilyen háttértár például a mágneslemez. Ha egy program befejeződött, a memóriában felszabadul az általa és adatai által elfoglalt hely, így betölthető a következő végrehajtandó program.

Az előbbiek alapján látható, hogy a memória az adatok és az utasítások tárolására szolgál. A memória alapegységei a bájtok, melyek mindegyike önálló címmel rendelkezik. A bájtokat 0-tól kezdve számozzák meg, ez a szám lesz a bájt címe. A számítógépekben alkalmaznak csak olvasható - ROM (Read Only Memory) - memóriát, amelynek tartalmát egyszer lehet beírni, ezután változatlan marad. A tápfeszültség megszűnése esetén (pl. kikapcsoláskor) sem felejti el azt. A ROM-ban a számítógép működéséhez szükséges alapprogramokat tárolják. Az írható, olvasható RAM (Random Access Memory) memóriában, amely elfelejti a tartalmát a tápfeszültség megszűnésekor, az éppen futó programokat és adataikat tárolják.

A vezérlő egység végzi a különböző gépi utasítások ütemezését, a fizikai egységek közötti szinkronizálást. A vezérlő egységben van egy órajel-generátor, amely meghatározott időnként órajelet bocsát ki. Az órajelek frekvenciáját Hertz-ben mérjük, a két órajel között eltelt időt ciklusidőnek hívjuk. Az egyes gépi utasítások végrehajtása az órajel hatására történik. Az órajelre a vezérlő egység megkezdi a következő utasítás végrehajtását. Az utasításnak a ciklusidőn belül be kell fejeződni, hiszen az újabb órajel hatására megkezdődik a következő utasítás végrehajtása. A ciklusidő hossza - így az órajel-generátor frekvenciája - jól jellemzi a processzor sebességét.

A központi feldolgozó egységben megy végbe az utasítások feldolgozása. Az operandusok és az állapotinformációk tárolására regiszterekre van szükség. A regiszter nagyon gyors memória. Magas ára miatt csak néhányat helyeznek el a számítógépben. A következő utasítás címét az utasítás regiszter tartalmazza. A CPU fontos része az aritmetikai, logikai egység (Arithmetic Logic Unit). Ez végzi el a négy alapműveletet, a logikai műveleteket (logikai értékeken végzett művelet, melynek eredménye egy logikai érték: igaz, vagy hamis), valamint a relációk kiértékelését. Az ALU alapműveletként többnyire az összeadást, kivonást, az "ÉS" és a "VAGY" műveleteket tudja elvégezni. A szorzást és osztást összeadások illetve kivonások és léptetések segítségével valósítja meg.

Az I/O egység a külső perifériákkal (nyomtató, billentyűzet stb.) történő kapcsolattartásra szolgál.

A számítógépek típusai:

  • mikroszámítógépek
    • személyi számítógép
    • munkaállomás
  • miniszámítógépek
  • nagyszámítógépek
  • szuperszámítógépek

A számítógépek perifériái:

  • billentyűzet
  • egér
  • monitor
  • szkenner
  • nyomtató
  • plotter (rajzgép)
Önellenőrző kérdések
1. Melyek a számítógép legfontosabb részei?
CPU
USB tároló
Képernyő
Nyomtató
2. Melyek a számítógépek típusai?
Nanoszámítógép
Mikroszámítógép
Nagyszámítógép
Gigaszámítógép
3. Mit tárolnak a RAM-ban?
Alapprogramokat
Éppen futó programokat
Játékokat
Biztonsági adatokat
4. Melyek a számítógép perifériái?
Billentyűzet
Processzor
Grafikus kártya
Egér
5. Melyik a CPU fontos része?
Memória egység
Vezérlő egység
Indító egység
Kikapcsoló egység