Què fa la classe 3 CPU?

Maquinari d' ordinadors

L'ordinador és una tecnologia molt útil general-purposada, al punt que ara les càmeres, els telèfons, els termals, i ara tots són petits ordinadors. Aquesta secció introduirà parts importants i temes de com funciona el maquinari de l' ordinador. "Hardware" es refereix a les parts físiques de l'ordinador, i "El software" es refereix al codi que s' executa a l'ordinador.

Xips i transistors

Transistor - bloqueig vital de construcció electrònica - Els segrestadors són "estat sòlid" - no hi ha parts movent-se - Un dels invents més importants de la història. - "Computa" que podem encendre/off amb una senyal elèctrica.
Fill Silicon - Amida la peça de silici
Els transistors microscòpics estan embuscats en fitxes de silici
Els xips poden contenir milers de milions de transistors
Els xips estan empaquetats en plàstic, amb les cames metàl· liques
p.g. Peces de la CPU, fitxes de memòria, fitxes de flaix
Silicon (- metàl· lic) v. Silicone (soft substància en la cuina d'engles)

Aquí hi ha un xip de silici dins del seu paquet de plàstic. Vaig treure això de la pila e-erate a l'edifici de Stanford, així que probablement és d'edat. Això és un petit xip amb unes quantes "pínes" de connexió elèctrica. Més tard veurem un xip més gran amb centenars de pins.

A l'interior del paquet de plàstic hi ha un xip de silici amidat amb transistors i altres components que es van posar a la superfície. Petits cables connecten el xip a fora. (CC amb llicència d'autorió de la sharealke 3. wikipedia, usuari Zephyris)

Els ordinadors moderns utilitzen petits components electrònics que es poden posar a la superfície d'un xip de silici. (Mireu: Marc de la ViquipèdiaName ) Tingueu en compte que siliciusa. kgm (xips, panells solars) i silicona (sofmat material de goma) són diferents!

El component electrònic més comú és el "transsidor" que funciona com a una mena d'acceleració per a un flux d' electrons. El transistor és un dispositiu "estat sòlid," que vol dir que no té parts movent-se. És un edifici bàsic de construcció que s'utilitza per construir components electrònics més complexos. En particular, un "bit" (below) es pot construir amb un acord de 5 transistors. Es va inventar el transistor a principis del 1950, substituint el tub de buit. Des d'aleshores, els transististes s'han fet més petits i més petits, permetent-los més i més d'ells ser posats en un xip de silici.

La llei de Moore

Els transisors reben 2x més petits cada 2 anys - De vegades es va llistar com uns 18 mesos.
a. Les fitxes tenen dues vegades la capacitat cada 2 anys - velocitat no doble, la capacitat doble que segueix sent molt útil
b. o mantenir la capacitat constant, les fitxes són més petites i més barates cada 2 anys
(b) és per això que els ordinadors estan ara en els cotxes, els mésts, les targetes de salutació
Exemple: 50 MP3 reproductors cada 2 anys: 2GB, 4GB, 8GB, 16GB
Regla del polze: funció 8x cada 6 anys
8x en 6 anys pot coincidir amb l'augment de la capacitat del telèfon
La llei de Moore probablement no continuarà sempre

La llei de Moore (Gordon Moore, cofundador d'Intel) afirma que la densitat dels transistors en un xip es doblarà cada 2 anys o així (a vegades llistada com 18 mesos). L'augment és a causa de millorar el xip fent tecnologia. No és una llei científica, només una gran predicció que sembla seguir treballant. Més o menys, captura la idea que per dòlar, tecnologia informàtica (no només transistors) es fa exponencialment millor que el temps. Això està molt clar si mireu el cost o la capacitat d'ordinadors/bees, etc. Tu també. Els resultats de la llei de Moore en ordinadors més capaços (compenre el que un iPhone 7 pot fer contra l' iPhone original) i els ordinadors més barats (els ordinadors no capaços d'arribar a tot arreu, com en els més grans i els cotxes).

Ordinadors a la vida: Sistemes de control

Sistema de control: respon a l' estat extern
p.g. Motor de cotxe: S'ha produït una mescla de combustible basada en la temperatura
p.g. Apaga l' aireja d'alta força G.D. de col· lisions
Els xips són una manera molt bona i barata de construir sistemes de control
Els sistemes de control pre-ordinadors no van funcionar gaire bé.
Una raó per la qual els cotxes treballen molt millor avui.

Controleu la demostració Flashlight del sistema / Moore

Maglite XL200 La lot té un xip en ell
Exemple d' un sistema de control
La llei de Moore fa aquesta aplicació d'un xip viable
La llum flaix converteix la posició angular a la brillantor. (1 clic)
També té un angle per al mode de velocitat parpellejada. (2 clics)

Maquinari d' ordinadors - CPU, RAM, i magatzem persistent

Parlem de les tres parts principals que formen un ordinador -- CPU , RAM , i Emmagatzematge persistent . Aquests tres són trobats en tots els ordinadors: portàtils, telèfons intel·ligents i tauletes.

1. CPU

CPU - Unitat de processament centralStencils
Actua com un cervell: segueix les instruccions en el codi
"general" - Imatges, xarxa, matemàtiques. Tot a la CPU
Realitza càlculs, p. ex. afegeix dos nombres
Emmagatzemament contra la RAM i l' emmagatzematge persistent que només desa dades
"gigahertz" = 1 mil milions d'operacions per segon
Una CPU "2 gigahertz" realitza 2 mil milions d'operacions per segonName

CPU - Unitat de processament central - inevitablement anomenada "bossos" dels ordinadors. La CPU fa la " execució activa" del codi, manipulant dades, mentre que els altres components tenen un paper més passiu, com ara guardar dades. Quan diem que un ordinador pot afegir dos números, mil milions de vegades per segon. Quan prems el botó Executa, la CPU "es torna a executar" el codi. Més endavant, completarem la imatge de com funciona el vostre codi Javascript per la CPU.

A més: CPU "Cores"

Peces de CPU modernes tenen múltiples "cores"
Cada nucli és una CPU semi- independent
Clau: tenir 4 nuclis no és 4x més ràpid que tenir 1 nucli
I.e. 4 cotxes no et porten més ràpid que 1 cotxe.
Diminishing retorna
Més de 4 nuclis sovint és inútil.

Exemples de CPU

p.g. Botó d' execució - "informació d' impressió," fa algunes matemàtiques
p.g. Envia missatge de text - format els bytes, envia els bytes, verificant que s' han enviat

Variant de la CPU: GPU - Unitat de processament de gràfics

Com la CPU, però especial per manejar imatges
Els jocs d'ordinador usen la GPU en gran mesura
Les CPU modernes són bàsicament prou ràpides, més energia entrant a GPUs

2. RAM

RAM - Memòria d' accés a l' atzar
Actua com una pissarraName
Llocs temporals, bytes d' emmagatzematge de treball@ info: whatsthis
RAM desa ambdues codi i dades ( temporalment)
p.g. Obre una imatge a Photoshop - Dades de la imatge carregades en bytes de la RAM
p.g. afegeix 2 a un número en una calculadora - S' estan manipulant els bytes de la RAM
"persius" - La RAM no és persistent. L'estat s'ha anat quan el poder s'apaga - e.g. Estàs treballant en un metge, llavors el poder se'n va i perds la feina (vs. "Save")

RAM - Memòria d' accés a l' atzar, o simplement "mory." La RAM és la memòria de raspa de treball que l' ordinador utilitza per a emmagatzemar codi i dades que s' estan fent servir activament. La RAM és efectivament una àrea d' emmagatzematge de bytes sota el control de la CPU. La RAM és relativament ràpida i pot recuperar el valor de qualsevol byte en particular en uns pocs nanosegons (1 nanosegon) és 1 mil milions de dòlars d'un segon). L'altra característica principal de la RAM és que només manté el seu estat tant de temps com es proporciona el poder -- la RAM no és l'emmagatzematge "persistent."

Suposem que esteu treballant en el vostre ordinador i que de sobte perd el poder i la pantalla està en blanc. Enteneu que el que estàveu treballant ja no hi és. La RAM ha estat esborrada, deixant-vos només amb el que vau desar per última vegada al disc (més lent).

Exemples de RAM

Teniu moltes pestanyes obertes al vostre navegador - les dades de cada pestanya són a la RAM
S' està executant un programaName - el codi del programa és a la RAM
Un programa està manipulant una imatge granName - les dades de la imatge són a la RAM
p.g. Podeu sortir de la RAM - no es pot obrir una nova pestanya o programa perquè la RAM està en ús

Emmagatzematge persistent, tecnologia nova: Flash

El flaix és millor que un disc dur en tots els sentits però cost - més ràpid, més fiable, menys poder
El flaix és més car per bytes
Formats: Clau usb, targeta SD a la càmera, magatzem de flash construït en un telèfon o taula o ordinador
El flaix solia ser molt car, així que la majoria d' ordinadors utilitzaven discs durs
L' Flash és cada cop més barat (La llei de Moore)
No obstant això, per-byte, els discs durs encara són substancialment més barats
No s' ha de confondre amb "Adobe Flash", un format multimèdia propietari
Avís: el flaix no persisteix per sempre. Potser no sostindran els bits d'aquí a 10 o 20 anys. Ningú ho sap segur.

Emmagatzematge persistent - magatzem de temps per als bytes com a fitxers i carpetes. Persistent vol dir que els bytes es desen, fins i tot quan s' elimina el poder. Un portàtil pot usar un disc dur girant (també conegut com a disc dur") per a l' emmagatzematge persistent de fitxers. O podria utilitzar un dispositiu "flash▁drive", també conegut com a disc d'Estat Solid (SD), per a emmagatzemar bytes en fitxes flash. El disc dur llegeix i escriu patrons magnètics en un disc metàl·lic que gira per a emmagatzemar els bytes, mentre que el flash és "l'estat sòlid": no hi ha peces movent-se, només fitxes de silici amb petits grups d' electrons per a emmagatzemar els bytes. En qualsevol cas, l'emmagatzematge és persistent, en el que manté el seu estat fins i tot quan el poder està apagat.

Una unitat de flaix és més ràpida i utilitza menys poder que un disc dur. No obstant això, per byte, el flash és molt més car que l'emmagatzematge de disc dur. El flaix ha estat cada cop més barat, així que pot tenir més nínxols a costa de disc dur. El flaix és molt més lent que la RAM, així que no és un bon substitut per a la RAM. Tingueu en compte que Adobe Flash és un concepte no relacionat; és un format propietari dels mitjans de comunicació.

L' emmagatzematge flaix és el que passa amb els dispositius de miniatures USB, targetes SD per usar- les a les càmeres, o l' emmagatzematge integrat en un tauler o telèfon.

La unitat de disc dur o flash proveeix un magatzem persistent com una àrea plana de bytes sense una gran estructura. Normalment el disc dur o el disc flash està format amb un " sistema de fitxers" que organitza els bytes en el patró familiar de fitxers i directoris, on cada fitxer i directori té un nom d' utilitat com "reseume. txt." Quan connecteu la unitat a un ordinador, l' ordinador presenta el sistema de fitxers de la unitat a l' usuari, permetent- los obrir fitxers, moure el fitxer, etc.

Essencialment, cada fitxer en el sistema de fitxers es refereix a un bloc de bytes, de manera que el nom " flores.jpg" es refereix a un bloc de 48KB de bytes que són les dades d' aquesta imatge. El sistema de fitxers en efecte proporciona a l' usuari un nom (i probablement una icona) per a un bloc de bytes de dades, i permet a l' usuari realitzar operacions en aquestes dades, com moure- la o copiar- lo o obrir- lo amb un programa. El sistema de fitxers també segueix informació quant als bytes: quants n' hi ha, el temps que van ser modificats per última vegada.

Microsoft usa el sistema de fitxers NTFS propietari, i Mac OS X té el seu Apple propietari HFS+ equivalent. Molts dispositius (conduits, reproductors MP3) usen el sistema de fitxers Microsoft FAT32 molt antic de Microsoft FAT32 a les seves targetes flash. FAT32 és un sistema de fitxers antic i primitiu, però és bo on hi ha un suport ampli.

Exemples d' emmagatzematge persistents

Aquest és fàcil d'entendre, ja que heu usat fitxers i fitxers sitems
p.g. 100 separades per 1 GB fitxers de vídeo. necessita 100 GB de capacitat d' emmagatzematge

Imatges del maquinari

A continuació trobareu imatges d'un ordinador Shuttlettle amb una CPU 1.8gz, 512MB de RAM, i un disc dur de 160GB. Va costar 200 dòlars al voltant del 2008. Es va trencar, i es va convertir en un exemple de classe.

Aquesta és la plana "mare," una mica més petita que una 8.5 x 11 peça de paper, que es connecten els diversos components. Al centre hi ha la CPU. A la dreta hi ha la memòria RAM. Només a la dreta de la CPU hi ha un parell de xips de suport. Prominentment, una de les fitxes està coberta amb una "hetsink" de coure. això pressiona molt en contra del xip, criticant la calor del xip al voltant de l'aire. La CPU també tenia una gran calor, però va ser eliminada per fer visible la CPU.

MareboardCity name (optional, probably does not need a translation)
Paquet de metalls de CPU, mantingut per palanca
Efectuós del Copure

La CPU es manté fortament en contra de la pissarra per un petit mecanisme de palanca. Aquí es deixa anar el mecanisme de manera que es pugui recollir la CPU. La CPU de les ungles està empaquetada sota aquesta portada metàl·lica que ajuda a conduir la calor des de la CPU fins a la seva calor. El gris sobre la coberta de xips de metall és "l' enganxat tèrmic," un material que ajuda a conduir calor des de l'habitatge a la seva (no es mostra) calor.

xip de CPU en el paquet metàl· lic
S' ha eliminat Heatsink
Part inferior del paquet. moltes connexions (Molics)

Girant la CPU sobre mostra les petites molles d' or a la part inferior de la CPU. Cada cadena està connectada per un cable molt bé a un punt del xip de silici.

Aquí hi ha una foto d'un altre xip, però amb el empaquetat. Veus el xip de silici rosat al centre amb els petits detalls de transistor que li va posar al damunt. A la vora del xip, podeu veure els cables molt bonics que connecten parts del xip als blocs externs (CC amb llicència d'autorió sharealke 3. wikipedia, usuari Zephiris)

Ara mirant des del costat, la calor i la targeta de memòria RAM es poden veure més clarament, posant-se al costat de la pissarra.

Targeta de memòria RAM
Connectors a la pissarra
512 MB Targeta (4 xips)

La RAM es construeix amb unes quantes fitxes fetes juntes en una petita carta coneguda com a DIMM que connecta al mòdul de memòria mare (dual en línia). Aquí veiem la RAM DIMM eliminada del seu sòcol de mareboard. Aquest és un 512MB DIMM construït amb 4 papes. Uns anys abans, aquest DIMM podria haver demanat 8 papes per tal de desar 512MB. la llei de Moore en acció.

Aquest és un disc dur que connecta a la pissarra amb el connector estàndard SAA visible. Aquesta és una unitat 160GB, "3. 5 polzades" que es refereix al diàmetre del disc que gira dins; la unitat sencera és sobre la mida del llibre petit de paper. Aquesta és una mida estàndard del disc per a usar dins d' un ordinador d' escriptori. Els ordinadors del portàtil usen unitats de 2.5 polzades, que són una mica més petits.

Unitat 160 GB dur (emmagatzematge de fantasia)
I.e. persistent
Connecta a la pissarra amb cable SA estàndard

Aquest és un dispositiu USB flash que, com un disc dur, proporciona l' emmagatzematge persistent de bytes. També es coneix com una "caixa d'aigua" o "clauUSB." És essencialment una sota USB connectada a un xip d'emmagatzematge flash amb una mica d'electrònica de suport:

Unitat flaix (l' altre tipus d' emmagatzematge persistent)
I.e. persistent
Conté un xip flash, estat sòlid
Targeta SD, idea similar

Aquí està fet pols, mostrant el xip flash que realment desa els bytes. Aquest xip pot emmagatzemar uns 1 mil milions bits Quants bytes són aquests? (A: 8 bits per byte, per tant això representa uns 125 MB)

Aquí hi ha una targeta "SD" que proporciona l' emmagatzematge en una càmera. És molt semblant al dispositiu USB, només una forma diferent.

Microcontroller - Cheap Computer Chip

Microcontroller
Completa l' ordinador en un xip
CPU petita, RAM, magatzem (la llei de Moore)
El xip pot costar menys de 11 dòlars.
Cotxe, microones, termant

Aduino Computer

Això és un tauler "diuino," xip de microcontrolador (CPU, RAM, magatzem de tot en un) - No, no, no, no, no, no, no, no, no, no, no, no, no, no, no, no, no, no, no, no, no, no, no, no, no, no, no, no, no, no, no, no, no, no, no, no, no, no, no, no, no, no, no, no, no, no, no, no, no, no, no, no, no, no, no, no, no, no, no, no, no, no, no, no, no, no, no, no, no, no, no, no, no, no, no, no, no, no, no, no, no, no, no, no, no, no, no, no, no, no, no, no, no, no, no, no, no, no, no, no, no, no, no, no, no, no, no, no, no, no, no, no, no, no, no, no, no, no, no, no, no, no, no, no, no, no, no, no, no, no, no, no, no, no, no, no, no, no, no, no, no, no, no, no, no, no, no, no, no, no, no, no, no, no... www.arduino.cc