Hoofdstuk 5 - Computersystemen

Par. 5.1 Computersystemen: hardware Intern geheugen Intern geheugen Processorgegevens Extern geheugen Extern geheugen Uitbreiding Geluidskaart Communicatie videokaart

CPU / CVE PROCESSOR Kern van de computer Voert instructies programma uit Verwerkt data Rekenkundige- of verwerkingssnelheid processor gemeten in MIPS Kloksnelheid uitgedrukt in MHz

Computersystemen: hardware 1978 1982 1985 1989 1993 1995 1996 1997 1998 1999 XT 8086 AT 80286 80386 80486 Pentium 60 Mhz Pentium 133Mhz Pentium 150 Mhz Pro Pentium 200 Mhz Pentium 200 + MMX Pentium II 233 Mhz Pentium II 300 Mhz Pentium II 400 Mhz Pentium III 500 Mhz Jaar Type processor

Computersystemen: processor

OPBOUW PROCESSOR Besturingseenheid (control unit) ALU (rekenkundige en logische eenheid) Registers -> tijdelijke opslagplaatsen

Computersystemen: processor Address Bus Processor Control Unit AMD Athlon CU R1 R2 Arithmetic Logical Unit R3 Registers R4 R5 ALU R6 Von Neumann basismodel R7 R8 Data bus

WERKING PROCESSOR: INSTRUCTIECYCLUS 1. Haal instructie op uit intern geheugen en zet deze in CVE 2. Decodeer instructie (wat moet er gebeuren en waarmee?) 3. Voer de instructie uit Terug naar stap 1.

Computersystemen: processor Instruction Pointer CU R1 0100 0102 0100 0102 0100 0102 0100 0102 MOV AX,1 0100 R2 0102 ADD AX,7 1 R3 Register AX MOV AX,0 R4 1 R5 ALU MOV AX,0 R6 R7 MOV AX,0 MOV AX,0 MOV AX,0 MOV AX,0 MOV AX,0 Execute Unit R8 Decode Unit Instruction register

3 TYPEN GEHEUGEN: 1. Registers: onderdeel CVE, klein, snel, toegankelijk, zeer duur 2. Werkgeheugen: chips buiten CVE, beperkte capaciteit, snel, duur. Intern 3. Permanent of achtergrondgeheugen apart apparaat, grote capaciteit, relatief traag, goedkoop. Extern

EXTERN GEHEUGEN: Twee soorten: adresseerbaar; schijf verdeeld in: sporen (cirkelbanen op schijf) sectoren (taartpunten op schijf) nummering hiervan levert snel zoeksucces op niet-adresseerbaar: tape (vgl. cassettebandje)

Computersystemen: harde schijf(1) Schijf met magn. materiaal constante draaisnelheid Lees/schrijfkop Lees/schrijfarm

Computersystemen: harde schijf (2) spoor sector aantal schijven boven elkaar zelfde spoor op elke schijf: denkbeeldige cilinder materiaal: metaal / glas

Computersystemen: CD-ROM(1)

Computersystemen: CD-ROM(2)

Computersystemen: CD-ROM(3)

Computersystemen: CD-ROM(4) spoor sector Speed Transfer Rate x1 150KB/s x2 300KB/s x4 600KB/s x8 1200KB/s variabele draaisnelheid

Computersystemen: Tape bits (8) stopbit (1) BOT EOT Niet adresseerbaar!

INTERN GEHEUGEN Is geadresseerd heeft twee delen: RAM-deel  geheugenplaatsen zijn apart te benaderen ROM-deel  alleen leesbaar, niet uit te wissen

SPECIAAL INTERN GEHEUGEN: Virtueel geheugen: deel van bestand dat snel door processor kan worden geraadpleegd, maar toch op harde schijf staat Cache-geheugen: deel van intern geheugen, waar veelgebruikte instructies direct opvraagbaar zijn (zeer snel)

Computersystemen: cache processor geheugen 5 cache Cache-geheugen versnelt de acties van de processor is merkbaar na herhaling is relatief duur

VON NEUMANN-PRINCIPE CVE kan maar één opdracht tegelijk verwerken. De instructies worden dus sequentieel, na elkaar verwerkt. Gevolg: vertraging -> de Von Neumann-bottleneck. Oplossingen: ondersteunende processor gekoppelde processor parallelle processors

de hardware van een netwerk soorten netwerkstructuren Par. 5.2 Datacommunicatie soorten verbindingen soorten signalen de hardware van een netwerk soorten netwerkstructuren Het lokale netwerk Tot enkele jaren geleden was het bezit van een PC het toppunt van vooruitgang en efficiëntie. Tegenwoordig lijkt een alleenstaande PC al bijna ouderwets. Om doelmatig te kunnen werken, moet men aangesloten zijn op andere computers. In de meeste bedrijven zijn PC's verbonden via een netwerk. Zelfs gebruikers die ruimtelijk gezien alleen werken, kunnen via een modem op het netwerk worden aangesloten. Tegenwoordig is communicatie het sleutelwoord voor de moderne PC. De verbinding tussen PC's begint bij het lokale netwerk (LAN of Local Area Network) waarbij informatie wordt uitgewisseld tussen PC's die in hetzelfde gebouw staan. Hiervoor kunnen meerdere technologieën worden gebruikt. copyright Sybex 1995

Het lokale netwerk - LAN Tegenwoordig is communicatie het sleutelwoord voor de moderne PC. De verbinding tussen PC's begint bij het lokale netwerk - het Local Area Network, afgekort tot LAN. Daarbij wisselen PC's die in hetzelfde gebouw staan, informatie uit. Hiervoor kunnen meerdere technologieën worden gebruikt. Het lokale netwerk Tot enkele jaren geleden was het bezit van een PC het toppunt van vooruitgang en efficiëntie. Tegenwoordig lijkt een alleenstaande PC al bijna ouderwets. Om doelmatig te kunnen werken, moet men aangesloten zijn op andere computers. In de meeste bedrijven zijn PC's verbonden via een netwerk. Zelfs gebruikers die ruimtelijk gezien alleen werken, kunnen via een modem op het netwerk worden aangesloten. Tegenwoordig is communicatie het sleutelwoord voor de moderne PC. De verbinding tussen PC's begint bij het lokale netwerk (LAN of Local Area Network) waarbij informatie wordt uitgewisseld tussen PC's die in hetzelfde gebouw staan. Hiervoor kunnen meerdere technologieën worden gebruikt. copyright Sybex 1995

Busstructuur Bus = verbinding tussen processor(en), geheugen(s) en randapparatuur, in de vorm van geleidende strips op een printplaat. Drie typen: adresbus besturingsbus (of: controlebus) databus

Een busnetwerk is open aan de uiteinden. Het busnetwerk(1) Een busnetwerk is open aan de uiteinden. Elke PC is op het netwerk aangesloten via een transmitter (verzender). Ook randapparaten, zoals printers, kunnen aan het netwerk worden gekoppeld. Het bekendste voorbeeld van dit type netwerk is Ethernet. Het busnetwerk Een busnetwerk is open aan de uiteinden. Elke PC is op het netwerk aangesloten via een transmitter (verzender). Ook randapparaten, zoals printers, kunnen aan het netwerk worden gekoppeld. Alle aangesloten onderdelen worden nodes genoemd. Het netwerk wordt aan de uiteinden afgesloten door een weerstand die storende signalen voorkomt. Het bekendste voorbeeld van dit type netwerk is Ethernet. Het nadeel van dit systeem is dat er botsingen kunnen optreden, wat tot een aanzienlijke vertraging van de overdracht leidt. Iedere node kan namelijk op elk moment gegevens verzenden, tot zich een botsing voordoet. Op dat moment mag niemand iets verzenden tot de node die de botsing heeft gemeld, erin geslaagd is zijn gegevens te verzenden. Dit type netwerk kan zeer plotseling verzadigd raken, dat wil zeggen dat er op dat moment niets meer verzonden kan worden. copyright Sybex 1995

Het busnetwerk (2) Het busnetwerk Animatie: Het busnetwerk Als twee nodes gelijktijdig verzenden, treedt er een botsing op. De verzender die de botsing het eerst registreert, stuurt een speciaal signaal over het netwerk. Alle communicatie wordt onderbroken tot de gegevens zijn verzonden. copyright Sybex 1995

Het token ring-netwerk Het token ring-netwerk biedt twee speciale eigenschappen die de problemen van het busnetwerk moeten oplossen. Het is een gesloten netwerk waarin maar een enkel pakket (token) tegelijk kan worden verzonden. Zo kunnen zich geen botsingen voordoen. Het token ring-netwerk Het token ring-netwerk biedt twee speciale eigenschappen die de problemen van het busnetwerk moeten oplossen: het is een gesloten netwerk waarin maar een enkel pakket (token) tegelijk kan worden verzonden. Zo kunnen zich geen botsingen voordoen. Elke node moet de token lezen wanneer deze langskomt en de token doorzenden wanneer deze niet aan hem is geadresseerd. copyright Sybex 1995

Het token ring-netwerk (2) Animatie: Het token ring-netwerk Om gegevens te kunnen verzenden, moet een node een vrije token onderscheppen. Een node die een token ontvangt die aan hem is geadresseerd, moet een bericht van ontvangst versturen. Dat bericht hoeft niet geadresseerd te zijn. De andere nodes sturen het bericht immers door. Deze technologie lijkt de problemen van een busnetwerk eenvoudig en efficiënt op te lossen, maar dit type netwerk heeft nog één nadeel: het kan voorkomen dat één node het hele netwerk in beslag neemt, terwijl de andere nodes moeten wachten tot de verzender de token doorstuurt voordat ze zelf gegevens kunnen verzenden. copyright Sybex 1995

Het sternetwerk Het sternetwerk levert betere prestaties levert dan het busnetwerk of het token ring-netwerk. De gegevensuitwisselingen worden gecontroleerd door een schakelstation. Aangezien elke node met een eigen kabel op dit station is aangesloten, zijn botsingen uitgesloten. Het sternetwerk Het sternetwerk bezit bepaalde eigenschappen waardoor het betere prestaties levert dan het busnetwerk of het token ring-netwerk. De gegevensuitwisselingen zijn beter georganiseerd en efficiënter omdat ze worden gecontroleerd door een schakelstation. Aangezien elke node met een eigen kabel op dit station is aangesloten, zijn botsingen uitgesloten. Dit type architectuur is echter veel duurder vanwege de extra kabels en de noodzaak van een schakelstation. Om de werking van een netwerk zo optimaal mogelijk te maken zonder dat dit buitensporige kosten met zich meebrengt, kunnen de architecturen door elkaar worden gebruikt. Het gaat hierbij dan om meerdere netwerken die via een brug (bridge) worden verbonden. copyright Sybex 1995

Het sternetwerk (2) Het sternetwerk Animatie: Het sternetwerk Het schakelstationstation controleert elke node om te kijken of ze gegevens willen verzenden. Als dit het geval is, wordt het pakket onderschept. Het schakelstation regelt de verzending van de gegevens door deze in fragmenten te splitsen. Tussen twee fragmenten controleert het station de andere nodes en behandelt ook hun gegevens. Er kunnen meerdere uitwisselingen tegelijk plaatsvinden, zodat het netwerk niet door één node bezet kan zijn. Om overbelasting van het netwerk te voorkomen, kan het worden gesplitst in meerdere subnetwerken die verbonden zijn via bruggen. copyright Sybex 1995

Uitgebreide netwerken Vaak wil men kunnen communiceren met PC's in een ander gebouw, een andere stad of zelfs in een ander land. We spreken dan van een uitgebreid netwerk - in het Engels heet dat een Wide Area Network (WAN). Uitgebreide netwerken Een lokaal netwerk is een netwerk waarop de nodes dicht genoeg bij elkaar liggen om via dezelfde lijn op elkaar te kunnen worden aangesloten. Meestal gaat het hierbij om computers in één en hetzelfde gebouw. Soms wil men echter kunnen communiceren met PC's in een ander gebouw, een andere stad of zelfs in een ander land. We spreken dan van een uitgebreid netwerk of WAN (Wide Area Network). Oorspronkelijk sloeg deze term op computers die waren gekoppeld via media voor telecommunicatie. Tegenwoordig omvat een uitgebreid netwerk meestal lokale netwerken die zijn verbonden via het telefoonnet of speciale lijnen. Soms zijn deze netwerken besloten en bieden ze alleen toegang tot computers binnen een bepaald bedrijf of organisatie. Andere netwerken zijn commercieel. Men moet ervoor betalen om lid te kunnen worden. Ten slotte zijn er openbare netwerken. Iedereen met een PC en een modem heeft toegang tot zo'n netwerk en betaalt alleen de telefoonkosten.

Wide Area Network Oorspronkelijk sloeg deze term op computers die waren gekoppeld via media voor telecommunicatie. Tegenwoordig omvat een uitgebreid netwerk meestal lokale netwerken die zijn verbonden via het telefoonnet of speciale lijnen. Wide Area Network Computers die in hetzelfde gebouw staan, kunnen communiceren via een lokaal netwerk. Vaak moeten gegevens echter worden verzonden naar computers die op grotere afstand liggen. Hiervoor kan men via een modem gebruik maken van het reguliere telefoonnet. Het telefoonnet wordt geactiveerd door het verzenden van een stroom waarvan de variaties het geluid van de stem weergeven. Aangezien computers communiceren door enen en nullen uit te wisselen, volstaat het deze waarden om te zetten in geluidssignalen. Hierbij wordt voor de 1 een bepaalde frequentie gebruikt en voor de 0 een andere. Deze conversie wordt uitgevoerd door de modem, een afkorting van modulator-demodulator. De modem voert de conversie in twee richtingen uit.

Communicatie met een modem De modem en het digitale telefoonnet Twee computers kunnen via een modem dus gegevens uitwisselen, waarbij echter aan diverse voorwaarden moet worden voldaan. Allereerst moeten ze over een communicatieprogramma beschikken dat de werking van de modem stuurt. De twee modems moeten op dezelfde snelheid werken. De overdrachtssnelheid wordt gemeten in baud. Een baud komt overeen met één bit per seconde. De overdrachtssnelheden variëren van 75 baud tot meer dan 20000 baud. De hoogste snelheid die op dit moment het meest wordt toegepast, is 14400 baud.Daarnaast moeten de twee computers hetzelfde overdrachtsprotocol gebruiken. Behalve de te verzenden gegevens, moet namelijk extra informatie worden uitgewisseld. De computers moeten zich bekend maken en de ontvanger moet laten weten dat hij klaar is om te ontvangen of dat de verzending tijdelijk moet worden onderbroken, zodat hij de ontvangen gegevens kan verwerken. De verzender moet aangeven wanneer de overdracht beëindigd is. copyright Sybex 1995

Een faxmodem De faxmodem Een PC met een modem en een faxmodem-programma kunt u inzetten als faxapparaat. Om een fax te verzenden, typ je de tekst in een tekstverwerker en je drukt deze af. Een speciaal programma onderschept de afdrukopdracht en stuurt het resultaat naar de modem (nadat je het nummer van de ontvanger hebt opgegeven). Om een fax te ontvangen, moet de PC aan staan en het faxmodem-programma draaien. De ontvangen fax wordt opgeslagen op de harde schijf van de PC, waarna je deze in het scherm kunt lezen. Het gaat hierbij wel om een afbeelding en niet om een tekstbestand. Met een programma voor optische tekenherkenning (OCR) kun je het tekstbestand reconstrueren. Je kunt elk document verzenden dat is gemaakt met een willekeurige toepassing. Alles verloopt alsof de fax van de ontvanger uw printer is. Als je echter een document op papier als fax wilt verzenden, moet je een scanner hebben. En als je faxen op papier wilt ontvangen, moet je een printer bezitten. Als je een document dat met een toepassing is gemaakt, verzendt naar een ontvanger die ook een faxmodem heeft, dan kun je vragen of deze een kopie van het bestand wil ontvangen in plaats van een afbeelding ervan. Ook kun je gewoon elk gewenst bestand naar de ontvanger verzenden door deze te koppelen aan de fax. copyright Sybex 1995

Datacommunicatie 1. Simplexverbinding 2. Half duplex 3. (Full) duplex #1 #2 simplex 1. Simplexverbinding berichten slechts in 1 richting verzonden 2. Half duplex communicatie in 2 richtingen, echter niet tegelijkertijd 3. (Full) duplex communicatie in 2 richtingen, tegelijkertijd #1 #2 half duplex #1 #2 full duplex

Netwerkstructuren 1. Punt naar puntlijn (point to point) elke computer via eigen lijn met server verbonden bijv. sternetwerk 2. Multidroplijn elke lijn voor aantal verbindingen gebruikt bijv. ringnetwerk en busnetwerk

Netwerken: schakeltechnieken Circuit switching: Totale verbinding blijft in stand Bericht compleet overgezonden Synchrone commu-nicatie.

Netwerken: schakeltechnieken Message switching: Verbinding tussen knooppunten Bericht compleet overgezonden ‘Store and Forward’ Asynchrone communicatie

Netwerken: schakeltechnieken Packet switching: Verbinding tussen knooppunten Bericht in seg-menten (packets) Elk segment eigen route . . . communicatie

OSI-model -> standaardisatie netwerkarchitectuur 7 lagen om architectuur modulair te maken en producten uitwisselbaar:

Netwerken: Open Systems Interconnection 7 Applicatielaag FTP HTTP SMTP messages 6 Presentatielaag 5 Sessielaag 4 Transportlaag segments payload hdr TCP 3 Netwerklaag IP packets payload hdr 2 Datalink-laag MAC frames payload hdr 1 Fysieke laag V90 ISDN bits 100110 Medium: koperdraad, glasvezel, radio

Netwerken: OSI standaard Host 1 Host 2 7 App App message message 6 Pres Pres 5 Sess Sess 4 Trsp Trsp message message 3 Net message Net message 2 Datl message message Datl 1 Fys 1001100111 Fys 1001100111 10011001110011001111101101010111101101111

Voorbeeld: pariteit(1) in datalink-laag gebruik van pariteitsbit (controle op fouten in vervoer data) Extra bit toegevoegd aan reeks bits 1. Even pariteit: een 0 of 1 toevoegen om een even aantal enen te krijgen 2. Oneven pariteit: een 0 of 1 toevoegen om een oneven aantal enen te krijgen

Voorbeeld: Pariteit (2) Even pariteit  1 Data (met pariteitsbit) Data

Voorbeeld: Pariteit (3) Horizontaal en vertikaal 1  Data (met pariteitsbits) Data