PC felépítése

Főként azoknak lesz hasznos, akik kevésbé, vagy egyáltalán nem jártasak a számítógépek terén, így ez adhat kiindulási pontot, segítséget.
(Az esetleges hiányosságok, formázási hibák javítva lesznek, kommentben nyugodtan lehet reklamálni. :) )

Tartalom jegyzék:
1: Történeti Áttekintés
2: PC fejlődése
3: Neumann elvek
4: Ház, táp
5: Alaplap jellemzői
6: Részegységek működése
7: Bemeneti, kimeneti perifériák

1. Történeti áttekintés.

-Mechanikus számológépek:
1.Abacus
2.Kártyás, szalagos vezérelt gép illetve számológép.
-Tisztán mechanikus: fogaskerekes áttétel
-Mechanikus számológépek, tisztán mechanikus áttételek segítségével oldottak meg alapműveletek.
A kapott eredmény mechanikus számlapon lehetett visszaolvasni. Ezek a gépek képesek voltak adott művelet túlcsordulásának visszajelzésére.

-Ezeket a műveleteket automatizálták előre bevitt utasítások segítségével. Ezek a utasítások többnyire lyukszalagon és lyukkártyán helyezkedtek el.

-Elektromechanikus számológépek:
-Ezek a gépek többnyire relékből épültek fel, ahol az elektronikai részét relék tekercsei biztosították, a mechanikai részét mozgó érintkezők amelyek nyitottak vagy zártak.

-Kapcsolók segítségével amit a relék érintkezői alakítottak ki logikai hálózatokat. Ezek a hálózatok külső utasításra hajtottak végre műveleteket és a művelet eredményeit visszajelezte a felhasználónak.
Ezeknek a gépeknek javítása, karbantartása, programozása mérnöki szakértelmet igényelt.

-Vákuum technikai eszközök fejlődésének köszönhetően kialakultak az első elektroncsövek, amelyek segítségével konkrét logikai hálózatokat tudtak realizálni.
Az első gépek vegyes, relés, illetve elektroncsöves kialakításúak voltak.
Az elektroncsöves, relés kombinációk nem voltak igazán jó párosítás. A relék lassúsága lerontotta az elektroncsövek gyorsabb művelet végrehajtását.

Hátrányok:
-Nagy helyet foglal.
-Sok energiát fogyaszt.
-Javításhoz mérnöki ismeret szükséges.
-Mozgatása nem lehetséges.
-Lassúak, zajosak.

-Elektronikus számítógépek:

-Elektroncsöves számítógépek (Neumann):
Sebesség nagyságrendekkel felülmúlta félmechanikus társait, aminek eredményeként előszeretettel alkalmazták katonai célokra. Több ezer, több tízezer elektroncsövet is tartalmazhatott , aminek az energiaigénye több (kilowatt) KW, megawatt (MW), nagyságrendű.
Működése labilis, elektroncsöveket sűrűn kellett cserélni, javításuk, kezelésük mérnöki szakértelmet igényelt.

-Félvezetők (dióda, tranzisztor) (Neumann):
Neumann alapra épülő Germánium diódákból kialakított logikai modulok nagyságrendekkel nagyobb működési sebességre voltak képesek mint elektroncsöves elődei.
Egy logikai modul helyigénye tizedére zsugorodott össze, így a számítógép 2-3 szekrény méretű volt.
Diódák energia igénye nagyságrendekkel kisebb az elektroncsövekhez képest, így a fogyasztás jóval kisebb.

-Félvezetők )Si, (szilícium), Germánium tranzisztor (dióda).):
Tranzisztorok kifejlesztésének köszönhetően , logikai hálózatok realizálása jóval kevesebb alkatrészből megvalósítható, mint a tiszta diódás elődjeiknél.
A tranzisztorok kapcsolódási sebessége felülmúlta a diódás hálózatok kapcsolási sebességét, így a néhány 100Khz illetve Mhz-es működési tartomány is elérhető volt.
Helyigénye kisebb a tiszta diódás számítógépeknél.
Fogyasztása kisebb, ritkább meghibásodás,(programnyelvek megjelenése.), felhasználó elválasztása a gép működésétől.

-Integrált áramkörök (IC):
Felmerülő igényeknek köszönhetően a logikai hálózatokat , amik több tranzisztorból állnak, egyetlen egy szilícium lapkára integráltak. Egy ilyen integrált áramkörbe (IC) több logikai kaput, memória tárhelyet tudnak integrálni, aminek eredményeként jóval kisebb helyen elfér egy ilyen integrált áramkör, mint tranzisztoros változata.
Egy lapkára integrált maszkolással kialakított áramkörök, nagyobb működési sebességre képesek mint elődjei. Az így kialakított számítógépek már egy asztalon elfértek, és a közhasznú forgalmi gyártása is megindult. Ezeken a gépeken előre megírt programnyelv futott, aminek a parancsait ismerve használható volt a készülék.
Ezek a készülékek megbízhatóak voltak, viszonylag kis fogyasztásúak, energiát nem pocsékoltak.

-Integrált áramkörök. (MikroCPU, IC):
Az igényeknek köszönhetően, illetve technikai fejlődésnek köszönhetően, Neumann alapra épülő egységeket egyetlen 1 integrált áramkörbe tudtak integrálni, amit processzornak (CPU) hívnak.
Ennek eredményeként a helyfoglalás tizedére esett vissza az előző típushoz képes.

Ezek a gépek már merevlemezes háttértárral rendelkeztek, beviteli, kiviteli perifériákkal külön programot lehetett rá telepíteni, amely ismeri és kezeli az adott CPU utasításkészletét.
Ettől a ponttól kezdve a PC forgalmazás és a hozzá írt programok rohamosan fejlődtek.

2. PC fejlődése.

-Integrált áramkörök, több CPU-s rendszerek jellemzői:
Fejlődésnek köszönhetően, adott hardverekhez írt alkalmazások gyorsan kinőtték az adott hardver fizikai kiszolgáló (sebességét) teljesítményét. Így a fejlődés olyan több CPU-s rendszerek felé indult el, amely a rendszervezérlő CPU-t tehermentesíti és utasítások segítségével az adott műveleteket végrehajtja.

Az így kialakított rendszerekben elsődleges helyen a rendszervezérlő CPU szerepel (master) és hozzá közvetlenül alárendelt viszonyban (szolga) találhatóak különböző funkciókat betöltő processzorok.

Az így kialakított, több alárendelt processzorral rendelkező rendszerek művelet végrehajtási sebessége, illetve kiszolgálói sebessége ugrásszerűen megnövekedett, ezt a sebességet fokozhatják több rendszer vezérlői társprocesszor alkalmazásával.

-Alárendelt CPU-k:
Chipset készlet (elsődleges, másodlagos).
Bios kezelő vezérlő processzor.
Bővített alkalmazások: GPU, audió processzor stb..

-Elsődleges CPU-k:
Elsődleges feladatokat lát el. Alárendelt CPU-kat vezérli, illetve kommunikál velük, megszakítás kezelés, vezérlés stb...
(AMD, INTEL, Celeron, Xenox stb...

-A mai viszonylatban használt több CPU-s PC-k sebessége közelít a fizikai határhoz, ennek eredményeként hagyományos sebességnöveléssel (órajel növelés, több CPU, tápfeszültség csökkentés)
már nem tudunk érdemleges sebességugrást elérni.

-Megoldás lehet:
-Olyan CPU-k kifejlesztése amelyek abszolút 0 hőmérsékleten dolgoznak. (273 F)
-Fotonikus tranzisztorok, CPU-k alkalmazása.
-Mesterséges intelligencia fejlesztése, élő neuron hálózat alkalmazása.

3. Neumann elvek.

PC felépítése.:
-Neumann elvek.:
-Kettes számrendszer.
-Teljesen elektronikus.
-Belső memória.
-Központi vezérlés.
-Soros utasításkészlet alkalmazása.
-Könnyen kezelhető.

Neumann alapokra épülő kezdetleges PC egységei, elektroncsöves technika világában, szobányi, illetve folyosónyi méretűek voltak. Mai viszonylatban ezeket az alapokat, ezt az összeállítást, szilíciumlapkára integrálva, bővített funkciókkal megvásárolhatjuk. Ezt az eszközt processzornak nevezzük.




Az így kialakított CPU-k követik a Neumann alapra épülő rendszert, melynek eredményeként a hozzákapcsolódó társ CPU-k együtt tudnak dolgozni, kommunikálni a rendszer vezérlővel.
Ezeken a CPU-kon több port is található, amelyek többnyire párhuzamosak és az adott CPU műveleti bit értékének megfelelően vannak kialakítva.
Órajel és a CPU tápellátása BIOS-ból konfigurálható, külsőleg biztosított.

4. Ház, Táp

1) Házak (Host):
a)-AT:
-Fekvő kivitel
-Torony

-Az AT házak AT tápegységgel voltak szerelve, amelyek hálózati kapcsolóval voltak ellátva.
Az ilyen tápegységeket az op. Rendszer nem képes kezelni, leállítani, ezért a felhasználónak kell a gépet kikapcsolni, az op. Rendszer leállítása után.

b)-ATX
-Fekvő
-Torony (szerver,mini,midi)

-Az ATX-es házakon kapcsoló helyett egy nyomó gomb található, aminek a segítségével lehet indítani és leállítani a rendszert.
A rendszerleállás ennek a gombnak megnyomása során, szabályosan fut le.

2) Tápegységek:
a)-AT tápegység:
-Ezek a tápegységek nem vezérelhető tápegységek, indításuk, illetve leállításuk hálózati kapcsolóval történik.

b)-ATX tápegység:
-Vezérelhető tápegységek az alaplapra szerelt elektronika segítségével tudjuk bekapcsolni, illetve leállítani ezeket a tápegységeket.
Ennek az elektronikának szükséges egy készenléti tápfeszültség, amelyet egy készenléti tápfesz. állít elő.
-Ez a tápegység folyamatosan, szünetmentesen működik, addig amíg a hálózati tápellátás biztosított.
-Az alaplapra integrált elektronika közvetlen kapcsolatban áll a bios-al, majd az operációs rendszer betöltése után az op rendszer átveszi a felügyeletet az elektronika fölött.
-Egyes funkciói függetlenek az épp futó op. rendszertől, így a nyomó gomb hosszanti megnyomása során a PC kikapcsol, függetlenül az op. rendszer leállítási parancssorától.

-Tápegységek jellemzői:
-Szabványos méret (közhasznú szférában).
-AT/ATX
-Névleges teljesítmény.:
-A tápegységeken feltüntetett teljesítmény,
a maximális terhelhetőséget mutatja, amit még
a tápegység károsodás nélkül elvisel.
Konfiguráció összeállításakor, ezt a teljesítményt mindig
figyelembe kell venni, és a leendő teljesítmény igényekhez
kell igazítani.

-Szabványos csatlakozók: AT, ATX, SATA-táp.
-Szabványos feszültségszintek.

-AT/ATX feszültsége, színjelölése:
Fekete: Test (GND)
Citromsárga: 12V
Piros: 5V
Narancs sárga: 3,3V
Kék: -12V
Fehér: -5V

(ATX)
Zöld: Power On (bekapcsolás)
Szürke: Power Ok (feszültség szint ellenőrzése)
Lila: Stanby (készenléti) 5V

5. Alaplap jellemzői

Alaplapok feladatai.:
-Az alaplap jellemzőihez mérten bővítési lehetőséget biztosít. CPU típusra, illetve memória típusokra. Ezekhez a hardver elemeket fizikai szinten kezeli és az illesztéseket megvalósítja.

-Belső Hardver bővítése, speciális Slot alkalmazása:
-ISA
-PCI
-AGP
-PCI-E
-PCI-X

-Külső hardver elemek illesztése (I/O) (bemeneti, kimeneti periféria illesztése a rendszerhez):
Pl.:
-LPT: párhuzamos port
-COM: (RS232 soros port)
-PS/2: soros port
-USB: soros port (1.0, 2.0, 3.0)
-RJ45 ethernet csatlakozó: soros port
-Audio I/O eszközök
-IEEE1394 (plung and play soros port)

Belső háttértárak kezelése, illesztése.:
Winchester : erre épülő szabványok:
-PATA: párhuzamos
-SATA (2,3): soros
-SSD
-SCSI: (működés közbeni winchester csere)

Összefoglalás:
Az alaplapi chipset-nek köszönhetően az alaplaphoz tartozó hardverek, mind külső, mind belső bővítések a BIOS-al együtt működve felderítésre kerülnek, és Boot-olás után a meglévő Hardveres információkat az operációs rendszer átveszi. További feladat: operációs rendszer betöltése után, az alaplap biztosítja a kommunikációt külső/belső Hardverek között.

Mai viszonylatban gyártott alaplapok esetén, a legtöbb külső illesztőtagokat illetve processzorokat , chipsetekben integrálnak. Nagy sebességű portok esetén (eSATA, USB3.0) kezelését már az elsődleges chipset végzi.

6. Részegységek működése.

CPU:
-Külsőleg előállított órajel segítségével a CPU, periférián megjelenő
adatokkal alapműveleteket hajt végre.
-Koordinálja a külső, illetve belső perifériákon található hardver elemeket,
belső utasítás készlet alapján, amely magasabb rendű programnyelvhez
(op rendszerhez) kapcsolódik.
-Megszakítás kezelés.
-Alárendelt CPU-k (lapkakészlet) kezelése, vezérlése és az elsődleges
chipset-en keresztül háttértár képzése.

RAM (Memória):
Fő feladatok:
-Másodlagos háttértár.
-Statikus memória.
-A CPU-n belül található gyorsítómemória túlcsordulása esetén, ez a memória
veszi át az átmeneti tároló szerepét.
-Op rendszeren belül futtatott programok , háttérben futtatott programok
részeredményeit szintén ez a memória tárolja.
-Adott PC-nk sebességét jelentősen befolyásolja az adott memória kapacitása
és sebessége.
-Minél nagyobb ez a memória, annál gyorsabb lehet az op. rendszer betöltődése
és futása.

-Memóriák (RAM) jellemzői:
A rendszervezérlő processzor (CPU) ezt a statikus háttértárat az elsődleges chipset-en keresztül címzi, és adatokat mozgat rajta keresztül, ezért az olvasási, írási sebességet az elsődleges chipset sebessége is befolyásolja.
Típusai:
-EDO RAM
-SDRAM
-DDR

Chipset (lapkakészlet) jellemzői:
-Az elsődleges, illetve másodlagos chipset fő feladata a hozzá kapcsolódó hardverelemek, illesztőfelületek kezelése, vezérlése, bemenő-kimenő adatforgalom szinkronizálása szabványoknak megfelelően.
(kimeneti, bemeneti perifériák)

-Elsődleges chipset feladata:
Nagy sebességű hardverelemek illesztése, kezelése, szinkronizálása, megvalósítása, adatok átmeneti tárolása, bufferelés.

Ezek a nagy sebességű eszközök:
-Háttérmemória (RAM)
-Grafikus megjelenítő eszköz (VGA)
PCI-e, AG slot, USB3, SATA
Ismert termékek még ezen belül: Intel, MSI, Via,Sis.

-Másodlagos chipset:
Kis sebességű hardverelemeket, I/O perifériákat kezel, illetve illeszt a gerinc bus-hoz.

I/O perifériák: -PS/2, -USB (1,2), -COM, -Párhuzamos nyomtató port (LPT)

-Ezeknek a hardverelemeknek a felderítését, működésének koordinálását, illetve felhasználói alapfunkciók beállítását BASIC nyelven írt kezelőprogram végzi, amit BIOS-nak nevezünk. (Basic Input Output Sistem)
-Mai viszonylatban az alapműködéshez szükséges hardver elemek az alaplapra integrálva megtalálhatóak, így a közvetlen működéshez nem szükséges bővítőkártya.
Videó kártya, hangkártya, ethernet illesztőkártya.
-Az alaplapi erőforrások szűkös mivolta végett, egyes integrált bővítőkártyák korlátozott erőforrással vannak szerelve.

BIOS jellemzői:
-Az alaplapon megtalálható perifériák, I/O portok felismerése, beégetett szabványnak megfelelő kezelése.
-Megszakítások kezelése.
-Elsődleges-másodlagos boot-olási folyamatok végrehajtása.
-Alaplap hardver öntetsz futtatása.
-Alaplapfunkciók megjelenítése, illetve konfigurálása, grafikus kezelőfelületen keresztül.

-Az alaplapon található BIOS elsődleges, úgynevezett gyűjtő BIOS, az alaplaphoz illeszkedő külső hardverelemek saját BIOS-ábol összegyűjti a hardverra jellemző adatokat, és azokat boot-olás során átadja az operációs rendszernek.

-Összegzés:
Tehát a BIOS: a használt hardverelemek és az operációs rendszer között teremt kapcsolatot.
A BIOS működéséhez kétféle memória szükséges:
-Az egyik csak olvasható és az alaplapot gyártó cég égeti be a programot.
Rendszer indításkor a beégetett program elindul, végrehajtja a saját öntesztjét és egyes boot-olási folyamatokat, és biztosítja a felhasználói hozzáférést.

-A másik memória írható , olvasható statikus ram, amely a felhasználói beállításokat tárolja.
Ehhez a memóriához és a rendszerórához szükséges külső tápfeszültség, amit BIOS elemnek neveznek.

-BIOS elem sérülése, illetve elfáradása esetén, az alaplap beállítások elvesznek és a rendszeróra resetelődik. Ebben az esetben a felhasználónak hibaüzenetet küld, amelyben kéri az újbóli beállításokat (F2 DEL), vagy a rendszerindításhoz (F1).

7. Bemeneti, kimeneti perfériák.

Belső perifériák, portok.:
-HDD háttértár illesztése:
-párhuzamos port: ide szabvány:PATA
-Soros port: SATA (mai szabványok, e-SATA)

-FDD driver (meghajtó):
Csak párhuzamos porttal van szerelve, ide szabványnak megfelelő kommunikációs port.

Ezekhez a portokhoz illesztett hardverek: HDD, FDD, CD/DVD (RW)

-Főként szervereknél alkalmazott párhuzamos port, SCSI szabványnak megfelelően HDD-t lehet illeszteni a rendszerhez.

Külső I/O perifériák:

-Bemeneti perifériák:
-PS/2 soros port: -egér, billentyűzet, szkenner, mikrofon csatlakozó.

-Kimeneti perifériák:
-Megjelenítő csatlakozó (VGA)
-Svideo kimenet, Audió out.

-Bemeneti/kimeneti (I/O) perifériák:
-USB, -COM port, -Ethernet (RJ45) csatoló, -Hálózati eszközök:LAN, MAN, WAN

Kűlső Bemeneti,Kimeneti eszközök.:

Kűlső I/O eszközök
-Bemeneti eszközök:
-Billentyűzet (PS2, USB)
-Egér (PS2, USB)
-Lapolvasó (Szkenner) (USB)
-Kűlső DVD reader, CD reader (USB)
-Játékvezérlő (Game port, USB)
-Mikrofon (3,5 Jack)
-Web kamera , videó kamera-(IEEE1394) (USB)
-Videókimenet (összetett videójel, RCA, SCHS)
-TV tuner kártya (Koax RF bemenet)
-PC-n futtatott szimulációs programokhoz, kűlső emulátorok segítségével a szimulációt valós időben le tudjuk futtatni. A folyamat sikerességéről az emulátor adatot küld a PC-nek.

-Kimeneti eszközök:
-Monitor (képmegjelenítő) (VGA csatlakozó, D-SUB, HDMI)
-Projektor (megjelenítési eszköz) (VGA csatlakozó, D-SUB, HDMI)
-Nyomtató (LPT, COM port (RS-232), USB, RJ45 Ethernet)
-Hangszóró,hangfal (Hangkimenet, egyéb audió eszközök (3,5mm jack)