Počítače, mikropočítače, základní pojmy

Střední odborná škola Otrokovice

www.zlinskedumy.cz

Autorem materiálu a všech jeho částí, není-li uvedeno jinak, je Ing. Miloš ZatloukalDostupné z Metodického portálu www.rvp.cz, ISSN: 1802-4785, financovaného z ESF a státního rozpočtu ČR.

Provozováno Výzkumným ústavem pedagogickým v Praze.

Charakteristika DUM 2

Název školy a adresa Střední odborná škola Otrokovice, tř. T. Bati 1266, 76502 Otrokovice

Číslo projektu CZ.1.07/1.5.00/34.0445 /2

Autor Ing. Miloš Zatloukal

Označení DUM VY_32_INOVACE_SOSOTR-PE-CT/1-EL-5/11

Název DUM Počítače, mikropočítače, základní pojmy

Stupeň a typ vzdělávání Středoškolské vzdělávání

Kód oboru RVP 26-41-L/52

Obor vzdělávání Provozní elektrotechnika

Vyučovací předmět Číslicová technika

Druh učebního materiálu Výukový materiál

Cílová skupina Žák, 15 – 16 let

Anotace Výukový materiál je určený k seznámení se základními pojmy z oblasti počítačů a mikropočítačů

Vybavení, pomůcky Dataprojektor

Klíčová slova Počítač, informace, program, data, algoritmus, vstup, CPU, výstup, ALU, řadič, operační paměť, mikroprocesor, mikropočítač, mikrokontrolér

Datum 4. 3. 2013

Obsah tématu- počítač, program, algoritmus- složení počítače

- Vstup- Centrální jednotka

- Procesor

- ALU

- Řadič- Operační paměť

- Výstup- Mikroprocesor- Jednočipový mikropočítač- Mikrokontrolér

Počítače, mikropočítače, základní pojmy

Počítač

Je to technický prostředek určený pro zpracování informací (dat).

Informace ze vstupu jsou zpracovány v centrální jednotce a výsledky pak předány na výstup.

Typické vlastnosti

- práce s informacemi v dvojkovém (binárním) tvaru – logické stavy 0 a 1- provádění algoritmu v postupných krocích – pomocí programu- univerzálnost – schopnost různé činnosti změnou programu

Program- algoritmus převedený do tvaru vhodného pro strojní zpracování informace – je následně počítačem prováděn (jednou či opakovaně). - základním stavebním kamenem programu je jedna instrukce – počítač ji vykoná- programovací jazyk – realizuje přenos algoritmu do počítače

Algoritmus- je to postup vedoucí k výsledku - složen z jednoduchých kroků, které na sebe navazují- pracuje pro libovolná vstupní data- je použitelný pro úlohy stejného typu

Vyjádření algoritmu- slovní (slovní popis postupu – “kuchařka“, návod (nevhodný pro složitější úlohy)- matematické (zápis vzorcem, rovnicí apod.)- grafický (vývojový diagram nebo strukturogram) – kombinace grafických značek a slovního popisu

Vývojový diagram Strukturogram

Obr. 1

Obr. 2

Složení počítače

Vstupní jednotka (Input)- pro připojení technických zařízení pro vstup informací do počítače

- jako příkazy – povely (např. z klávesnice, nebo pomocí myši)- jako data (znaky zadané klávesnicí – např. písmena, čísla)

- typická vstupní zařízení:- klávesnice- myš- dotykový displej

Obr. 3

Obr. 4

Centrální jednotka (CPU)Centrální procesorová jednotka (U = Unit) zahrnuje

- Procesor (ústřední blok výpočetního systému) – obsahuje- ALU (aritmeticko logickou jednotku- řadič (řídicí jednotku ŘJ – C – Controller)

- Operační paměť

Řadič - ŘJ - řídicí jednotka pracuje podle programu v operační paměti - vybírá jednotlivé instrukce programu- převádí tyto instrukce na řídicí signály- řídí další části počítače

- vybírá – čte - ukládá – zapisuje

- obsluhuje vstupní a výstupní zařízení – V/V zařízení (I/O – Input/ Output)

ALU - provádí matematické operace s daty z operační paměti podle instrukcí programuOperace

- aritmetické (např. součet, rozdíl, součin, podíl…)- logické (NOT, AND, OR)

Operační paměťSlouží k dočasnému uchování:

- dat ze vstupu - instrukcí programu- ukládání mezivýsledků a výsledků výpočtů

Program v ní uchovaný řídí činnost počítačeMusí být dostatečně rychlá

(musí být schopna zapisovat a číst informace rychlostí srovnatelnou s rychlostí ALU)

VýstupSlouží k zobrazení výsledků (a k jejich trvalejšímu uchování)

Typická výstupní zařízení:- zobrazovač – monitor – displej- tiskárna- zvukový výstup- uložení na paměťové médium (elektronické, magnetické, optické)

Mikroprocesor - procesor zmenšený do jediného integrovaného obvodu(jde tedy o monolitický nebo jednočipový procesor)

Co přináší v technickém vývoji?- možnosti konstruovat počítače s malými rozměry (např. jednodeskové)- zvýšení rychlosti počítače (kratší spojovací cesty)- celkové zvýšení výkonnosti systému - výrazné snížení spotřeby elektrické energie

Příklad mikropocesorů: Intel 8080, Zilog Z80, Motorola 68000, Intel Pentium

Mikropočítač- jde o miniaturizovaný počítač (výpočetní systém) - je umístěn nejčastěji na jedné desce plošného spoje

Uplatnění - osmibitový školní (slušovické počítače řady TNS, PMD 80, IQ 151, PMI 80)

- osmibitový domácí počítač (řada počítačů Didaktik, ze zahraničních pak známé typy jako ZX Spektrum, Commodore C64, Atari 800 a jiné).

- jako řídicí prvek nejrůznějších technických systémů (např. PMI 80, TNS)

Jednočipový mikropočítač (Single-Chip Microcomputer nebo monolitický mikropočítač)- jde o kompletní počítač (mikropočítač) - obsahuje všechny tři bloky – vstup, centrální jednotku a výstup - je zmenšený do jednoho integrovaného obvodu s vysokou hustotou integrace (LSI)

(příklad: Intel 8048 nebo Intel 8051)

Typické vlastnosti:- velký počet tranzistorů na jednom čipu - architektury s velkým výpočetním výkonem - rozsáhlé skupiny funkcí – instrukcí- kratší spoje- menší zpoždění signálů- menší spotřebu energie (napájení)

Mikrokontrolér (Microcontroller)

- jde o jednočipový mikropočítač - je určen jako ústřední řídicí prvek pro nejrůznější přístroje (audiovizuální, měřicí, domácí spotřebiče, mobilní technika...)

Typické vlastnosti:- má jen menší možnosti rozšíření (není tak univerzální - vysoký výpočetní výkon (procesor s architekturou RISC)- nízká cena

Příkladem jsou obvody PIC od výrobce Microchip.

Aplikace mikrokontroléru PIC

Obr. 5

Obr. 6

Kontrolní otázky

2. Blok procesoru „Řadič“ má název podle:a) Řídicí činnostib) Řazení instrukcí programuc) Řazení výsledkůd) žádné z výše uvedených

1. ALU se přesně nachází v :a) Operační pamětib) Řadičic) Procesoru

3. O počítači ZX Spectrum lze říci, že je předchůdcem počítače typu PC. Patřil do kategorie:a) Školních 8-bitových mikropočítačůb) Průmyslových 8-bitových mikropočítačůc) Domácích 8-bitových mikropočítačůd) žádné z výše uvedených

Kontrolní otázky – správné odpovědi - červeně

2. Blok procesoru „Řadič“ má název podle:a) Řídicí činnostib) Řazení instrukcí programuc) Řazení výsledkůd) žádné z výše uvedených

1. ALU se přesně nachází v :a) Operační pamětib) Řadičic) Procesoru

3. O počítači ZX Spectrum lze říci, že je předchůdcem počítače typu PC. Patřil do kategorie:a) Školních 8-bitových mikropočítačůb) Průmyslových 8-bitových mikropočítačůc) Domácích 8-bitových mikropočítačůd) žádné z výše uvedených

Seznam obrázků:

Obr. 1: vlastní, vývojový diagramObr. 2: vlastní, strukturogramObr. 3: vlastní, blokové schéma počítačeObr. 4: vlastní, CPU – centrální procesorová jednotkaObr. 5: vlastní, foto - Aplikace mikrokontroléru PIC – vývojový kitObr. 6: vlastní, foto - Aplikace mikrokontroléru PIC – vývojový kit – detail

Seznam použité literatury:

[1] Matoušek, D.: Číslicová technika, BEN, Praha, 2001, ISBN 80-7232-206-0

[2] Blatný, J., Krištoufek, K., Pokorný, Z., Kolenička, J.: Číslicové počítače, SNTL, Praha, 1982

[3] Kesl, J.: Elektronika III – Číslicová technika, BEN, Praha, 2003, ISBN 80-7300-075-X

Děkuji za pozornost