Hardware …og hvor dum en computer egentlig er

1. Hardware…og hvor dum en computer egentlig er RHS - Informationsteknologi

2. Hardware og software • For at kunne lave noget fornuftigt med en computer, skal man bruge både hardware og software • Hardware: Engelsk, betyder ”isenkram” – de fysiske dele, en computer består af (skærm, tastatur, mus, og alt det inden i kassen) • Software: De programmer (Word, Messenger, Counterstrike, Internet Explorer,…) vi bruger for at lave noget med computeren RHS - Informationsteknologi

3. En computers tænkemåde… • For at forstå hardware i en computer, skal man vide lidt om, hvordan en computer ”tænker” • En computer ”tænker” ikke, den regner! • Hvordan får man noget metal til at regne…? RHS - Informationsteknologi

4. Tændt eller slukket • En computer regner ved hjælp af metal og strøm • Computeren kan endda kun se, om strømmen er tændt eller slukket… • Hvordan kan man bruge det til at regne? • Til det formål bruger man en transistor RHS - Informationsteknologi

5. Transistor • En transistor er et meget simpelt stykke elektronik • To ledninger fører ind i transis-toren; en ledning fører ud • Her er det smarte: transistoren kan lave en ”udregning”, ud fra om der er strøm på de to ledninger, der fører ind i transistoren • En såkaldt logisk funktion RHS - Informationsteknologi

6. Den kloge transistor • Hvad kan den så regne ud? • Ved første øjekast ikke så imponerende… RHS - Informationsteknologi

7. Logisk, ikke sandt…? • Det transistoren kan ”regne ud”, er et eksempel på en logisk funktion • I en logisk funktion putter man nogle (1 eller flere) værdier ind, og får en værdi ud • MEN værdierne – og resultatet – kan kun være sand eller falsk RHS - Informationsteknologi

8. Logiske funktioner - eksempel Resultat To værdier ind Fire mulige kombinationer RHS - Informationsteknologi

9. Logiske funktioner - eksempel Tre værdier ind Otte mulige kombinationer RHS - Informationsteknologi

10. Logiske funktioner - transistor Hvis vi sætter slukket = falsk tændt = sand RHS - Informationsteknologi

11. Nuller og etter • Hvis vi nu kalder sand for 0 (nul), og kalder falsk for 1 (et), bliver tabellen fra før: • Dette er den måde, vi som regel betegner ”tændt” og ”slukket” • Et talsystem med kun 0 og 1 kaldes et binært talsystem RHS - Informationsteknologi

12. Det binære talsystem • Computere bruger det binære talsystem, mennesker bruger (mest) 10-tals systemet • Hvis vi i 10-tals systemet skriver 110, betyder det: 1x100 + 1x10 + 0x1 = 110 • Hvis vi i det binære talsystem skriver 110, betyder det: 1x4 + 1x2 + 0x1 = 6 • En anden skriveform: • 11010 = 1x102 + 1x101 + 0x100 = 110 • 1102 = 1x22 + 1x21 + 0x20 = 6 RHS - Informationsteknologi

13. Det binære talsystem • Selv om det binære talsystem ser lidt mærkeligt ud, kan man regne helt som i det almindelige 10-tals system • I 10-tals systemet: 5 + 7 = 12 • I det binære talsystem: 101 + 111 = 1100 • Vi regner med menter helt som normalt • 0 + 0 = 0 • 0 + 1 = 1 • 1 + 0 = 1 • 1 + 1 = 0, og 1 i mente RHS - Informationsteknologi

14. Hardware – opgave 1 • At regne med binære tal er – stort set – som at regne med almindelige tal • Hvordan skrives 2, 9 og 22 i det binære talsystem? • Her er to binære tal: 10010 og 1111. Hvad svarer de til i det normale talsystem • Hvad er 1010 + 1100 (i det binære talsystem)? • Hvordan fungerer det at regne med menter, når man lægger to tal sammen i det binære talsystem? RHS - Informationsteknologi

15. Tilbage til transistorer • Men…den der transistor fra før kunne jo ikke finde ud af at lægge tal sammen • Rigtigt, men hvis man er snedig nok, kan man sætte flere transistorer sammen på en måde, så de giver et andet resultat 1+1 = ? RHS - Informationsteknologi

16. Den kloge transistor - igen • Hvordan var det nu den regnede…? RHS - Informationsteknologi

17. Den kloge transistor - igen • Men man kunne jo sætte dem sammen, og få noget andet ud… A B Y RHS - Informationsteknologi

18. Tilbage til transistorer • Det blev jo ikke meget bedre….men vi kan jo kombinere på andre måder! • Det vi vil nå frem til, er at kunne lave binær addition korrekt • Binær addition er jo ”bare” en lidt speciel logisk funktion, med 3 værdier ind, og 2 værdier ud • Kan også opfattes som to logiske funktioner RHS - Informationsteknologi

19. Binær addition RHS - Informationsteknologi

20. Sådan kan vi plusse… • En snedig person har så fundet frem til denne kombination: RHS - Informationsteknologi

21. Den første byggeklods • På denne måde har vi nu fået metal og strøm til at kunne lave addition • Herfra er det ikke så vanskeligt at få lavet de andre regnearter • Hermed havde man faktisk grundlaget for de første computere. RHS - Informationsteknologi

22. ENIAC • Bygget omkring 1945 • Ca. 30 tons • Baseret på radiorør • Ca. 20.000 transistorer • Regnede på baner for missiler • Virkede kun halvdelen af tiden… RHS - Informationsteknologi

23. 60 år senere… • I dag laver man ikke transistorer enkeltvis til computere – de sættes sammen på en chip • De mest avancerede chips rummer flere milliarder transistorer – på et område på størrelse med en lillefingernegl • Hvis biler havde gennemgået samme udvikling: • Pris: 10 kr • Benzinforbrug: 10.000 km pr. liter • Topfart: 100.000 km pr. time RHS - Informationsteknologi

24. Moore’s lov • ”Indenfor to år kan vi fordoble antallet af transistorer på en chip” RHS - Informationsteknologi

25. Fra 0 og 1 til Counterstrike • Selv om vi kan få metal og strøm til at lægge tal sammen, er der stadig meget langt til at få en PC til at spille Counterstrike • Computeren kan håndtere enorme mængder data, ved enorme hastigheder • Hvor hurtigt? • Hvor meget data? RHS - Informationsteknologi

26. Kilo, Mega, Giga, Tera… • Når man snakker om computer, siger man tit ting som ”megabytes”, ”gigahertz”, og så videre… • Hvad betyder det egentlig? Det handler som regel om mængder af data og regnehastighed • Husk, at ”mega”, ”giga”, osv er ord, som angiver en størrelse af noget: • Kilo = 1.000 (tusind) • Mega = 1.000.000 (million) • Giga = 1.000.000.000 (millard) • Tera = 1.000.000.000.000 (billion) RHS - Informationsteknologi

27. Bits og bytes • For en computer er den mest simple enhed for data netop et 0 eller 1 • Dette kaldes for en bit • En computer regner altså på bits – ikke andet. • En lidt mere praktisk enhed er en række på 8 bits – dette kaldes for en byte. • Hvorfor lige 8 bits? • Mest en tradition, men vi kan for eksempel definere et ”tegnsæt” med 8 bits RHS - Informationsteknologi

28. Bits og bytes • Hvor mange forskellige bytes findes der? • En byte er 8 bits, hver bit kan være 0 eller 1 • Antal muligheder: 2x2x2x2x2x2x2x2 = 256 (28) • Vi kan nu lade hver kombination på 8 bits betyde et specifikt tegn, for eksempel ”H” • Med 256 muligheder har vi nok til store og små bogstaver, tal, specialtegn og så videre. • Et eksempel på dette er ASCII koder RHS - Informationsteknologi

29. ACSII koder RHS - Informationsteknologi

30. Mængder af data • Som regel omtaler man mængder af data i bytes (hvor én byte er 8 bits) • For en computer er alt slags data bare en lang række af bits • Det kræver et program – lavet af mennesker – at fortolke rækken af bits som for eksempel musik, video, en Word dokument, og så videre • Hvor mange bytes kræver forskellige slags data? RHS - Informationsteknologi

31. Størrelse af forskellige data RHS - Informationsteknologi

32. Hardware – opgave 2 • Ved at bruge 8 bits (en byte) til at repræsentere et tegn, kan vi lave 256 forskellige tegn. Hvis vi nu brugte to bytes i stedet for, hvor mange forskellige tegn kan vi så lave? • En DVD til film kan rumme ca. 10 Gigabytes. Hvor lang en film kan man have på sådan en DVD? • En gammeldags diskette rummer ca. 1,5 Megabytes. Hvor lang en film kan den rumme? Hvor meget musik? • Overvej, hvorfor film og billeder fylder så meget i forhold til tekst RHS - Informationsteknologi

33. Regnehastighed • Når en computer regner, regner den på mange rækker af bits på samme tid. • For at dette kan fungere, skal de små regne-enheder regne ”i takt” • Man har derfor en ”dirigent”, der angiver hvornår der skal regnes • Dirigentens hastighed styrer, hvor hurtigt computeren kan regne RHS - Informationsteknologi

34. Regnehastighed • Hvor hurtigt kan dirigenten dirigere – hvor mange taktslag i sekundet (Hertz)? • På den gamle computer, ca. 10.000 gange pr. sekund (10 kiloHertz) • På en moderne PC, ca. 3.000.000.000 gange i sekundet (3 GigaHertz) RHS - Informationsteknologi

35. 3.000.000.000 Hertz • Tre milliarder gange pr. sekund er pænt hurtigt… • For hvert taktslag bevæger lyset sig 10 centimeter • Så hurtigt, at selve chippens størrelse begynder at være et problem • Antal taktslag pr. sekund kaldes også for clockfrekvens RHS - Informationsteknologi

36. CPU • Hvor foregår alt det regneri så henne? • Selve regneriet foregår i en enhed kaldet CPU (engelsk: Central Processing Unit) • Denne enhed er stort set bare en chip, der ser ret kedelig ud… RHS - Informationsteknologi

37. CPU’en og det indre lager • CPU’ens opgave er at regne løs på rækker af bits – men hvor kommer de rækker af bits fra? • Nogen skal sørge for, at CPU’en hele tiden har noget at regne på, og tage sig af de resultater, CPU’en producerer • Til dette formål bruger computeren det indre lager RHS - Informationsteknologi

38. Det indre lager • Når CPU’en regner, sker der følgende: • Data flyttes fra det indre lager til CPU’en • CPU’en regner på data • Resultatet flyttes fra CPU’en til det indre lager • Det indre lager er altså ”bare” et lager, hvor vi kan opbevare en vis mængde data • Det indre lager er passivt, der sker ingen beregning her • Som regel er det indre lager af typen RAM (engelsk: Random Access Memory) RHS - Informationsteknologi

39. Det indre lager • Hvad er det indre lager egentlig? • Bare nogle chips, som kan rumme en vis mængde data • I en moderne PC vil det indre lager typisk rumme 1-4 Gigabyte • Hvad kan data konkret være? For eksempel data fra en mp3-fil, som CPU’en skal regne på for at lave det om til musik RHS - Informationsteknologi

40. Indre vs. ydre • Indre lager i form af RAM har én stor fordel: overførsel af data mellem CPU og RAM er ret hurtigt (flere Gigabytes pr. sekund) • Hurtigt i forhold til hvad? • Men der er nogle store ulemper: • RAM er temmelig dyrt (i forhold til hvad?) • Når strømmen til computeren slukkes, forsvinder al data fra det indre lager • Vi har derfor også brug for et ydre lager RHS - Informationsteknologi

41. Det ydre lager • Hvor kommer data i det indre lager fra? De kommer fra det ydre lager • Hvad er det ydre lager? Overordnet set det samme som det indre lager, altså et passivt lager for data, MEN • Er som regel langt billigere end RAM • Bevarer data, når strømmen er slukket • Mest almindelige form for ydre lager i en moderne PC er en harddisk RHS - Informationsteknologi

42. En hård sag… • En harddisk rummer en antal magnetiske plader, hvorpå man kan lagre enkelte bits ved at magnetisere et bestemt område af pladen • Moderne harddiske rummer typisk 200-1000 Gigabyte RHS - Informationsteknologi

43. Harddisk vs. RAM RHS - Informationsteknologi

44. Harddisk vs. RAM • Med andre ord: • RAM: • Meget hurtigt og stabilt, MEN • Meget dyrt, og gemmer ikke data uden strøm • Harddisk: • Meget billig og stor kapacitet, og gemmer data uden strøm, MEN • Meget langsom, og baseret på mekanik RHS - Informationsteknologi

45. Andre typer ydre lager RHS - Informationsteknologi

46. Hardware – opgave 3 • Undersøg, hvor meget plads der er på harddisken på din computer. Hvor meget af pladsen er brugt? • For ca. 20 år siden kostede en harddisk på 40 Megabyte omkring 4000,-. I dag koster en harddisk på 1000 Gigabyte omkring 500,-. Hvor meget billigere er en harddisk blevet, regnet ud i pris pr. Gigabyte • Sammenlign dit resultat med Moore’s lov – har udvik-lingen været tilsvarende for prisen (pr. Gigabyte) på en harddisk? RHS - Informationsteknologi

47. Bundkortet • I en PC vil der være en plade, hvorpå de centrale komponenter sidder – denne plade kaldes for bundkortet • På bundkortet vil der (mindst) være • CPU • RAM (indre lager) • Nogle ”hjælpekomponenter” • Pladser til at sætte andre enheder ind (sokler) RHS - Informationsteknologi

48. Andre typer enheder • Eksempler på andre enheder kan være: • Grafikkort • Lydkort • Netkort • TV-kort • På nogle PC’er sidder disse komponenter direkte på bundkortet, på andre som ”ekstra” enheder sat i soklerne på bundkortet • Hvorfor…? RHS - Informationsteknologi

49. Andre typer enheder • Selv med dagens meget hurtige CPU’er, kan man ”aflaste” CPU’en ved at bruge disse ekstra enheder • Grafikkort • Specielt designet til at regne på grafik • Fjerner denne beregning fra CPU’en • Kan øge den grafiske ydelse med op til 100 gange • Typisk anvendelse: SPIL!! RHS - Informationsteknologi

50. RHS - Informationsteknologi