Datorteknik-1a

pic01b-datorystemEtt datorsystem omfattar flera elektroniska komponenter som arbetar tillsammans som en enhet. Ett datorsystem kallas ofta dator men inte ”data”.
DATOR syftar till maskiner medan DATA syftar till ettor och nollor datorer jobbar med.

John von Neuman datorarkitektur

Sedan 1940-talet har uppfattas ett datorsystem enligt modellen som matematikern John von Neumann tog fram.

pic02a-von_neumann_arkitektur

Via indata kan instruktioner och information matas in i datorn. Processor ser till att indata hamnar i första hand på minnet och sedan börjar processorn att bearbeta informationen. Resultatet av processors arbete skickas ut från en enhet till en annan exempelvis till en skärm. Datorns komponenter kan grupperas som hårdvara och mjukvara eller som system, in och ut enheter.

Systemenhet

pic-03d-systemenhetSystemenheten är kärnan i ett datorsystem. Det är en fyrkantig låda som står på eller under skrivbordet. Inuti lådan finns det många elektroniska komponenter som hanterar signaler. Dessa enheter kan uppfattas som interna och anslutna till moderkortet.

Exempel på komponenter i systemenheten:

  • Nätaggregat
  • Processor
  • Minne
  • Hårddisk

Externa enheter ansluts till systemenheten via portar som finns på moderkortet.
Exempel på externa enheter som ansluts till systemenheten:

  • Bildskärm och mus
  • Högtalare
  • Skrivare

Nätaggregat

pic04-psDatorns nätaggregat konverterar växelspänning till likspänning. Sedan levererar nätaggregatet flera olika spänningsnivåer (12 V, 5 V och 3,3 V) till rätt komponenter i datorn. Ett problem som vi har med nätaggregat är att de inte är 100 procent effektiva. En viss del av energin förloras inuti nätaggregatet i form av värme när nätaggregatet konverterar växel till likspänning.

Sedan några år finns det en frivillig certifiering vars syfte är att få tillverkarna att höja effektiviteten hos nätaggregat. Namnet på denna certifiering är 80 Plus och majoriteten av de nätaggregat som säljs idag klarar av åtminstone den lägsta graden av certifieringen.

Moderkortet

Ett centralt kretskort i systemenheten, ett kretskort som sammanlänkar alla datorkomponenter. Äldre moderkort är byggt kring en styrkrets som ofta är uppdelad i nordbrygga och sydbrygga. Nord­bryggan var direktlänkad till grafikkortet, arbetsminnet, processorn och sydbryggan. Sydbryggan tog i sin tur hand om all data till och från alla in/ut-enheter, exempelvis mus, tangentbord, ljudkort, nätverkskort och lagringsmedia såsom hårddiskar.

pic05-3-till-2-chipsBryggorna var strategiskt placerade på moderkortet. Nordbryggan låg centralt mellan processorn, arbetsminnet och grafikkortet. Sydbryggan placerades vanligtvis nära expansions­portarna för tilläggskorten och hårddiskarnas dataanslutningar på moderkortet.

Dagens moderkort har ett annorlunda utseende. Från att vara baserade på tre chip (processor, nordbrygga och sydbrygga) är de istället baserade på en tvåchipslösning. Fördelen med att hålla så många funktioner som möjligt samlade i ett och samma chip är att hastigheten mellan involverade enheter förbättras. Exempelvis flyttades minneskontrollen från nordbryggan till processorn för att förbättra hastigheten mellan just processorn och arbetsminnena.

Processor

pc06-cpu-architechtureDatorns processor exekverar (utför) program i en dator genom att hämta maskininstruktioner och utföra begärda operationer som beräkningar och datahantering. Processorer är idag uppbyggda av tiotals miljoner miniatyrtransistorer på en yta av ett par cm². Antalet transistorer man kan få in på ett chip har hittills ökat exponentiellt enligt Moores lag.

Processorarkitekturer

Det finns två generella arkitekturstrukturer, RISC (Reduced Instruction Set Computing) och CISC (Complex Instruction Set Computing). De fundamentala skillnaderna mellan de två arkitekturerna är sättet som data behandlas.
En processor av typen RISC är konstruerad för att klara av enkla operationer väldigt snabbt. CISC däremot är konstruerad för att kunna göra komplicerade operationer men inte nödvändigtvis särskilt snabbt jämfört med RISC. Utvecklingen har sedan gjort så att dessa två varianter har lånat många tekniker från varandra. Dagens processorer kan inte med lätthet klassificeras i endera gruppen. Processorns arkitektur startade som 4-bitars, och har sedan dess stadigt ökat till 64-bitars. Från mjukvaruperspektiv är processorarkitekturen indelade i x86 – x64, ARM och Power PC.

Datorns minne – arbetsminne

pic06-abc80_45-minneDatorns minne kallas för ”Arbetsminne” eller bara RAM-minne. Arbetsminnet används för att lagra all data som processorn behöver för stunden eller inom en snar framtid. Arbetsminnet eller RAM-minne behöver inte läsa allt i samma ordning utan kan gå direkt till adressen där den efterfrågade informationen finns lagrad.
RAM minnet och hårddiskar kallas primär och sekundär minne. Hårddisken är ett lagringsmedium som är lämpligt för större mängder data. Däremot är den för långsam för att processorn ska kunna arbeta effektivt med den. Då processorn är mycket snabbare på att behandla information behöver den ett snabbt minne att arbeta mot.

Hårddiskens egenskaper

Mekaniska hårddiskar är uppbyggda av roterande magnetiska skivor från och till vilka en mekanisk arm läser och skriver data. Denna uppbyggnad gör hårddisken känslig för mekaniska påfrestningar som uppstår om den till exempel skakas eller tappas i golvet. Skivorna finns i olika storlekar, kapaciteter och hastigheter, och läsarmen kan vara mer eller mindre intelligent.

Storlek och kapacitet

pic07-harddiskHårddiskens storleken anges i tum och baseras på skivornas storlek.

  • 3,5” är den vanligaste storleken för stationära datorer och traditionella externa hårddiskar.
  • 2,5”-hårddisken sitter främst i bärbara datorer och i externa portabla hårddiskar. 2,5”-hårddiskarna är normalt 9,5 mm tunna. Numera är även 7 mm tunna hårddiskar vanligt förekommande.

En del bärbara datorer med 2,5”-hårddiskar är utrustade med sensorer som känner av om datorn håller på att falla i golvet. Hårddisken avbryter omedelbart alla läsningar och skrivningar om sensorn registrerar häftiga rörelser.
Hastighets siffran som oftast syns i samband med hårddiskars hastighet är antalet rpm (revolutions per minute). Ju högre siffran är desto snabbare snurrar hårddisken. De flesta 3,5”-hårddiskar ligger på 5400 rpm eller 7200 rpm men även 10 000 rpm medan de mindre 2,5”-modellerna nästan alltid ligger på 5400 rpm.
Det är inte bara rotationshastigheten på skivorna som spelar roll för den totala prestandan. Tekniken som används för att läsa och skriva påverkar också. Genom att använda smart läsning och intelligenta skrivhuvuden kan hårddiskens prestanda ökas ytterligare.