PC-teknik 5 p, Studieanvisningar

Transkript

1 PC-teknik 5 p, Studieanvisningar Studieanvisningarna beskriver vecka för vecka vad som behandlas, vilken litteratur som bör läsas och vad studenten förväntas kunna. Refererade dokument finns om inget annat anges i biblioteket i PingPong, men vissa kompletterande dokument och filer finns även under K:\Data\Årskurs2\PC-Teknik\. Hela böckerna (Art of Assembly (AoA) 16-bit (som avses om inget annat anges) resp. 32-bit), som de flesta dokument i PingPong är tagna från, finns på K:. (I stort sett all kurslitteratur finns i PingPong, medan K: används för skrymmande referenslitteratur.) Tips: Märk utskrifter med dokumentnamn för att enklare hitta dem från studieanvisningarna. Observera att detta dokumentet ständigt uppdateras, se datum i sidhuvud. Den exakta planeringen görs vecka för vecka för att kunna anpassa tempo och innehåll något efter klassens respons. (Det finns visst utrymme i slutet av kursen som kan användas efter behov.) Sidor med hänvisningar till 14:e utgåvan är ännu ej uppdaterade, så skriv endast ut studieanvisningar för någon vecka åt gången, medan resten används för att få en ungefärlig uppfattning om kursen. Hur hänvisningar till kursboken sker beskrivs nedan. (Symbolerna används ibland även för att ange hur viktigt annat material är.) Kursbok 15:e Sidor ur Upgrading and Repairing PCs, 15th Edition! Bör läsas. Delar har kanske ej gåtts igenom på föreläsningar eller delats ut. " Motsvarande innehåll finns i PingPong, men boken kan ge ytterligare förklaringar. Överkurs. Från dessa sidor hämtas ca tre poäng av tentan. Fördjupning utöver kurs. Kan ge mer sammanhang och tillämpningar. I möjligaste mån används avsnittens namn i boken för att ange innehåll, vilket gör det möjligt att finna det mesta materialet även i andra utgåvor. Sidhänvisningar för 14:e utgåvan finns i 2003 års studieanvisningar. (Se mapp i PingPong med 2003 års material, där även äldre tentor finns.) Boken innehåller flera kapitel, t ex behandlande nätverk, som inte ingår i PC-teknik, men som kan komma till användning i andra kurser, kanske speciellt i projektkurser. Det är ofta bra att ha in bok i bokhyllan, som man har lärt sig att hitta i, vilken kan vara en utgångspunkt före sökning på biblioteket efter fördjupande böcker. För PC-tekniken kan det vara lämpligt att inhandla minst en bok per två studenter. DVDn som medföljer 15:e utgåvan innehåller två timmar film som bl a handlar om BIOS och minnesteknologi. På DVDn ligger även 14:e utgåvan som PDF-dokument. Referenslitteratur på svenska: LÄTTPOCKET OM PC-DATORER (Pagina) Rapportera gärna fel i sidhänvisningar mm så fort som möjligt till kursansvarige!

2 F1, Vecka 34 (fredag 20/8) Kursintroduktion. Introduktion till ANSI-C. Lathund ANSI C, Lättpocket om printf() & scanf() Läs gärna även dokument under F2 i förväg. Studenten bör kunna: Variabeldeklaration i ANSI C Printf() och scanf() m h a Lathund

3 F2, Vecka 35 (måndag 23/8) Talrepresentation i datorer. Logiska och aritmetiska operationer. Uppbyggnad av en mikrodator (CPU minne I/O). Talbaser Läs dokumentet Talbaser.pdf t o m avsnitt 1.12 Summary. (Till stor del utgör dokumentet en repetition av moment från kursen Analog och digital elektronik.) Gör övningsuppgifterna i dokumentet Talbase_Övningar... (Svaret på uppgift 1.46 ska vara FFh.) Gör sedan så många uppgifter du behöver (fram t o m uppgift 30) i avsnitt 1.14 i dokumentet Talbaser.pdf. Facit till vissa övningar finns i Talbase_Övningar... ASCII-tabell finns i PingPong. Observera att vissa saker inte gåtts igenom utan lämnats för självstudier. När ovanstående behärskas har du förmodligen redan säkrat några poäng på tentan, ca 1/3 av vad som krävs för godkänt. Mikrodatorarkitektur SystemOrganization.pdf t o m avsnitt (resten kommer dock också användas i kursen) 15:e 9 24 Development of the PC " 15:e PC Components, Features, and System Design " 15:e Microprocessors (systembussen mm) Studenten bör kunna följande om Talbaser: Konvertera tal mellan olika baser Negera tal med tvåkomplementmetoden Spara ett tal i en variabel av annan storlek med bibehållet tecken. Begreppen Bit Nibble BCD Byte Word Double Word Bitvisa logiska operationer Representera tal på tvåkomplementform Skifta och rotera tal ASCII-tabellens uppbyggnad (dvs lösa uppgifter med tabellen som hjälp) Packa upp packad BCD och motsvarande Studenten bör kunna följande om Mikrodatorarkitektur: Halvadderare, fulladerare, parallelladderare (blockdiagramnivå) Funktioner i en ALU Komponenterna i en Von Neumann arkitektur De tre bussarna i systembussen Vad som menas med en n bit processor (n, t ex 8, 16 eller 32) Begreppen mikroprocessor, mikrodator och mikrodatorsystem Minnesbanker och effektiv adressering av word och double word (principiellt)

4 F3, Vecka 35 (fredag 27/8) Introduktion till assembler. Art of Assembly, och 4.1 Studenten bör kunna: Använda sizeof i C för att erhålla datatyps eller datastrukturs storlek Hur minne och I/O adresseras, principiellt Registren i 8086 och hur dessa utökats fr o m 386 Begreppen operationskod och operand Hur instruktioner lagras i en von Neumann-arkitektur F4, Vecka 36 (måndag 23/8) 8086-assembler Art of Assembly, (4.3, 4.4 segmentering, mycket översiktligt) 5.5 (Pekare) 3.3.5, (Villkorliga hopp) 6 (Instruktioner som förekommer i kursen, på laborationer och föreläsningar) Lab-PM (Assemblerintroduktion) Studenten bör kunna: Två sätt att göra asm-inlägg i C Olika adresseringsmoden Instruktionerna mov, inc, dec, nop, cmp, jmp, in, out (m fl från lab) Villkorliga programhopp

5 F5, Vecka 36 (fredag 3/9) Från wafer till processor, samt montering på mönsterkort. Länkar från Länkar_till_litteratur.html. (Här hittas det mesta om chiptillverkning mm, motsvarande OH-bilder som visats på föreläsningen.) SystemOrganization.pdf (resten kommer dock användas senare i kursen) Komponentkapslar.pdf (Mycket översiktligt, läs kunskapsmål först) Kretskort.pdf (De tre första sidorna handlar om mönsterkort, resten (kretskort) är ren kuriosa.) "(!) Development of the PC 15:e 9 23 (sid 23! Moore s Law) " PC Components, Features, and System Design (även F2) 15:e 25 36! Processor Manufacturing, Packaging (Vissa saker har endast gåtts igenom muntligt.) 15:e Heat and Cooling Problems 15:e Översiktligt stegen vid framställningen av ett chip. (Wafer, Defekter, Litografi, Die, Yield) Ungefärligt samband mellan ljusvågländ vid framställning och möjlig ledarbredd på ett chip. Ungefär hur snabbt en signal går i en ledare. Hur lång sträcka en signal hinner under en period vid en viss klockfrekvens. Motivera varför en processor innehåller en frekvensmultiplikator (d v s varför den arbetar med högre frekvens på chippet än vad som finns på kortet utanför). Moores lag Principiellt hur ett chip kapslas: Bonding, DIP, PGA, QFP, BGA, Flip-chip Hur ett mönsterkort framställs och är uppbyggt. (Fotoresist, Etsa, Laminat, Kopparfolie, Via)

6 F6, Vecka 37 (måndag 6/9) Temporära etiketter, segmentering i 8086, Timer Art of Assembly, (segmentering) 6.7 (I/O) Lab-PM (Karaokemaskin) och bilaga (Timern) Studenten bör kunna: I/O instruktioner för portar Hopp till temporära etiketter Segmentering Beräkna fysisk adress Stackens funktion Instruktionerna push och pop

7 F7, Vecka 37 (fredag 9/9) Processorarkitektur. Länk från Länkar_till_litteratur.html. CPU_Architecture.pdf, Läs vissa delar (t ex introduktion) översiktligt. Principerna och begreppen är viktiga, inte detaljerna. Läs gärna nedan före texten. Floating_Point.pdf går något utanför kursen, men är en intressant fördjupning för alla som programmerar. (Inledningen är bra för att förklara mantissa och exponent.) Floating_Point_IEEE.pdf sammanfattar lagringsformatet på en sida (generellt dok., ej Intel) PentiumII.pdf illustrerar en modern processors arbetssätt. Repetera även SystemOrganization.pdf t o m avsnitt vid behov.! Processor Features 15:e " Math Coprocessors 15:e ! Eight Generation (64-Bit Register) Processors 15:e ! Processor Speed Ratings (jämförelse med AMD), Overclocking 15:e 50 61, 61-63! Processor Bugs, Pentium Defects (den berömda buggen) 15:e , Hur Intels Itanium-processor (IA-64) skiljer sig från AMD Athlon 64 beträffande exekvering av 32-bitarsprogram (dvs bakåtkompatibilitet med program för Pentium 4 och motsvarande). Vad en FPU respektive BIU är. Principen för hur ett flyttal lagras. För- och nackdelar med flyttal. Varför en AMD med samma klockfrekvens kan vara snabbare än en Intelprocessor. Principen för hur AMD märker sina processorer. Branch Prediction och Speculative Execution (se bok) Hyper-Threading (principen och förutsättningar) (se bok) Svaren till Frågor_till_AoA.pdf, frågorna: endast principen för återkomst från olika banker 14 24, 28, och därtill hörande principer. I kursen ingår ej frågorna 75 78, 84 och 88 (men de kan vara nyttiga ändå). (Svaren till uppgifterna hittas ibland lättast genom sökfunktionen i Acrobat. Sök t ex på Harvard för att hitta svaret på fråga 71.)

8 F8, Vecka 38 (måndag 12/9) Aritmetiska instruktioner, Interrupt, grafik Art of Assembly, 6.5 (Aritmetiska instruktioner, speciellt användning av DX i MUL och DIV) (CALL, RET) (INT) (LOOP) (BIOS Services) (DOS Services) Software interrupt (PDF i PingPong) Studenten bör kunna: Använda aritmetiska instruktioner + loop Principen för, och använda, subrutiner Principen för, och använda, BIOS- och DOS-interrupt F9, Vecka 38 (fredag 17/9) Minnen (RAM) och minneshantering.! SystemOrganization.pdf, kap 1.4! Processor Modes 15:e 48 50! Memory Basics 15:e ! RAM Memory Types 15:e Memory Banks 15:e " The System Logical Memory Layout 15:e " Cache Memory 15:e ( på nästa sida.)

9 Studenten bör kunna: Svaren till Frågor_till_AoA.pdf, frågorna 17 23, Vad som menas med virtuellt minne och principen för hur det används. Översiktligt kunna förklara Real, Protected och Virtuell 8086 (=Virtual Real) mode. Vilka Privilege levels som finns i Protected mode, och hur de används. Vad förkortningen RAM står för och vad som egentligen avses idag. (se nedan) Vad som menas med flyktigt minne (=volatile storage). Vad förkortningarna DRAM och SRAM står för. Hur bitarna lagras i DRAM och vad som avses med Memory Refresh. Ungefärlig tid (storleksordning) mellan refresh (fel i bok på något ställe, rätt tid 15 ms). Hur bitarna lagras i SRAM (minns D-vippa) och skillnad mot DRAM beträffande pris, hastighet och användningsområde. Göra omräkningar mellan frekvens och tid (MHz/GHz och nanosekunder). Vad som avses med synkront respektive asynkront minne. Jämföra DRAM-typena FPM, EDO, SDRAM, DDR SDRAM, DDR2 SDRAM och RDRAM beträffande dataöverföringshastighet (grovt). Vad som avses med burst mode access (se t ex Fast Page Mode DRAM) och varför första byten tar längre tid (latency, som även förekommer i SDRAM). Skillnad i accessmetod mellan SDRAM och DDR SDRAM (se DDR SDRAM) Principen för Dual channel DDR Jämföra DDR och DDR2, samt om dessa passar i samma sockel? Varför Rambus-minnen kan klockas snabbare (fig föreläsningsanteckningar) Sambandet mellan en minnesmoduls databredd, processorns databussbredd och antalet moduler som åtgår per bank. Vad som avses med cache hit och cache miss. Var L1 cache är placerat och hur det är uppdelat. Tre ställen L2 cache kan vara placerat på. Vad som avses med Back-Side Bus och Front-Side Bus. I boken på sidan 67 hävdas felaktigt i ett exempel att processorn arbetar mot L1 cache 90% av tiden. Rätt ska vara 90% av antalet minnesaccesser. Beräkna hur stor del av tiden processorn arbetar mot L1 cache, L2 cache och mot huvudminnet (DRAM). Rätt resonemang finns i AoA.

10 F10, Vecka 39 (måndag 20/9) Filhantering, (samt påbörjar F10 i mån av tid (se anvisningar där)). Art of Assembly, Software interrupt (PDF i PingPong) Grafikrelaterade Interrupt Som alltid Lab-PM Använda de interrupt som förekommer i Laboration Filhantering I grova drag hur en BMP-bild är lagrad

11 F11, Vecka 39 (fredag 24/9) Delarna på moderkortet (bussar, BIOS, chipset) och I/O (portar, tangentbord, grafik). & en beskrivs nedan intill respektive kunskapsmål. Observera att många kunskapsmål markerats som överkurs ( ) och att vissa sidor i boken därför kan läsas väldigt översiktligt av den som lägger sig på en lägre nivå. Läs gärna kunskapsmålen före respektive sidor i boken, och gör egna sammanfattande anteckningar när sidorna läses. " I/O_Subsystem.pdf (Bra att skumma på skärmen före läsning av boken! ) 7.1, 7.2 I/O 7.4, DMA ISA, PCI, AGP 7.11 Interrupt Kan vara intressant för den som programmerar. Handlar om drivrutiner mm.! Chipsets, Hub Architecture, Super I/O, jfr Figure 4.52, 4,55 15:e , 304, 315, 318 Vad ett Chipset är och hur kan det påverka PCns prestanda. Vilka tre delar ett (äldre) chipset består av, och vad dessa har för funktioner. Varför Intels Chipset inte fungerar till AMD Athlon. Principiellt hur hub-arkitekturen skiljer sig från tidigare North Bridge/South Bridge. Tre fördelar med hub-arkitekturen jämfört med North Bridge/South Bridge.! System Bus Types, The Memory Bus, The ISA Bus 15:e 308, 309, , 313 (slå upp förkortningar) Prestandaförhållanden mellan, och användningsområden för: Processorbuss (FSB) och BSB Minnesbuss ISA (16 bit) LPC PCI (32 bit, 33 MHz) AGP (4x/8x) Vilken den ideala hastigheten för minnesbussen är. LPC-bussens överföringshastighet och bredd. Local Buses 15:e Förklara begreppet Local bus. Hur det kommer sig att ISA var en Local Bus i PCns begynnelse, men inte numera. Hur VESA Local Bus fungerade, dess främsta syfte och varför den försvann.

12 ! The PCI Bus, AGP, PCI Express 15:e , Bussbredd och överföringshastighet (bandbredd) i vanligaste PCI-utförandet. Att PCI även förekommer i snabbare (mindre vanliga) varianter och i 64-bits utförande. Hur PCI-bussen ansluts till processorn (och kan överföra data mellan enheterna) Att olika AGP-kort kan arbeta med olika matningsspänningar (två st) och vilka dessa är. Att AGP förekommer i olika hastigheter (t ex 4x, 8x). Bandbredd i AGP: T ex hur en 66 MHz AGP 4x gör för att överföra 1 GB/s. Att AGP medger direktaccess till systemets RAM-minne. Hur PCI Express skiljer sig från PCI beträffande överföringssätt.! System Resources (Interrupts, DMA, I/O Port Adresses) 15:e Vad som avses med ett interrupt (avbrott), vad det syftar till och hur det hanteras. Vad förkortningen IRQ står för. Varför flera ISA-kort inte kan dela på ett interrupt. Hur PCI delar på interrupt. Vad IRQ Steering syftar till. Hur det kommer sig att IRQ 8 har högre prioritet än IRQ 3 Vad förkortningen DMA står för och vad DMA syftar till. Vad DMA-kanal 3 i 16-bit ISA lämpligen används till. Hur många I/O-portadresser det finns och vad som skiljer dem från minne. Resolving Resouce Conflicts, Plug-and-Play Systems, Motherboard Selection 15:e ! BIOS 15:e Vad förkortningen BIOS står för och vilka delar det utgörs av. Vad BIOS har för funktion i datorn. Vad som avses med firmware (skillnad mot software). Några funktioner som måste finnas i BIOS, trots att de ersätts av drivrutiner, och varför. Var inställningar som görs i Setup lagras (dvs CMOS RAM) och hur minnet behålls. Några expansionskort med egna BIOS. Fyra saker som BIOS på moderkortet utför. Ungefär var i minnet BIOS mappas. Vilken adress PCn läser första instruktionen på när den startar. Minnestyperna ROM, PROM, EPROM och EEPROM ( Flash ROM) Vad förkortningarna står för och hur de raderas (om möjligt). Vad vi menar med att bränna ett minne. Upgrading the BIOS, BIOS Error Messages 15:e , ! Introduction to Input/Output Ports 15:e (USB), (IEEE-1394), (Serieport), (Parallellport) Vad som avses med signal skew vid parallell överföring. Nackdelar med parallell överföring beträffande kostnad, hastighet och kabellängd.

13 Vad förkortningen USB står för. Vilka hastigheter som klaras med USB 1.1 respektive 2.0. Om det är möjligt att ansluta en enhet med USB 1.1 till en dator med USB 2.0. Vad som (i USB-sammanhang) menas med function respektive hub. Varför en USB-hub bör ha extern spänningsmatning. Hur många USB-enheter som kan anslutas till en dator. Ungefär hur mycket effekt en USB-hub kan leverera till en enhet. Ungefär vilken överföringshastighet som klaras med IEEE-1394a. Vilka två ytterligare namn som används istället för FireWire, och varför. Om USB 1.1 respektive Firewire klarar att ansluta enheter utan inblandning av PC. Vad förkortningen COM-port står för. Vad som menas med att serieporten är asynkron. Principiellt hur en byte data skickas över serieporten. Hur lång tid det tar att överföra t ex en 1 MByte fil över seriekabel med hastigheten 9,6 kbps. Motivera ovanstående med start- och stoppbit. Vad en UART har för funktion i PCn. Vad förkortningen UART står för. Vilken hastighet som kan uppnås om PCn har en UART av typen Vilka systemresurser en serieport behöver (av Interrupts, DMA och I/O Port Adresses) Vad parallellporten primärt är tänkt att används till. Hur en standardparallellport kan läsa data (och antal bitar åt gången). Hur en dubbelriktad port skiljer sig från en standardport. Ungefär vilken hastighet en dubbelriktad port uppnår. Ungefär vilken hastighet en EPP port uppnår. (Notera att hastigheten för parallellporten i boken anges i Byte/s och serieportar i bit/s.) Vilka systemresurser en parallellport av typen ECP använder och vilken resurs som skiljer denna från EPP och tidigare portar. Hur man vanligtvis går tillväga för att konfigurera parallellporten (t ex Std eller ECP) Hastighetsförhållandena mellan, USB 1.1, USB 2.0, Firewire, Serieport och Parallellport, med den grova klassificeringen långsam, medel och snabb. (långsam<1 Mbps, snabb>100 Mbps)! The Keyboard Interface, Typematic Functions, Keyboard Key numbers... 15:e Begrepp: Tangentmatris (key matrix), kontaktstudsar (contact bounces), avstudsa, Make code, Brake Code, Scan Code Tangentbordsprocessorns funktioner och hur den kan programmeras för tangentrepetition. Pricipen för hur data från tangentbordet tas emot i ett AT-system (dvs en modern PC) Pointing devices (Musen) 15:e ! Video Hardware 15:e , 866, Hur en CRT-monitor fungerar. Förklara begreppen shadow mask, persistence, raster, refresh rates, dot pitch, vertical scan frequency och horizontal frequency Ungefär vid vilken vertikalfrekvens en CRT-monitor är flimmerfri. Hur en Active-Matrix LCD (TFT) är uppbyggnad. Vad som avses med en dead pixel och vilka två tillstånd denna kan befinna sig i. Vad DPMS har för funktion och vilka signaler som detta använder sig av.

14 Vad standarderna MPR I, MPR II och TCO styr. Vad videokortets BIOS är till för. Vad en grafikaccelerator kan användas till. Beräkna nödvändigt videominne vid en viss upplösning och ett visst antal färger. Varför 3D-kort behöver mer RAM än beräkningen ovan visar. F12, Vecka 40 Vad som inte hanns med F11. (Portar, Grafik) F13, Vecka 40 Hårddisken (inklusive gränssnitt). Kursvärdering. Tid för frågor. &! The IDE Interface 15:e , , Vad ATA används till. Samband mellan begreppen ATA och IDE. Var kretsen som styr hårddisken sitter vid anslutning via ATA (på moderkortet eller i HD?) Databredden i ATA. Vad det fanns för samband mellan ATA-kontakten och ISA-bussen. Vad som huvudsakligen skiljer olika ATA-standarder (t ex ATA-4 och ATA-5) Vad som händer om man t ex ansluter en hårddisk med ATA-6 till ett moderkort med ATA-5. Vilka två typer av IDE-kablage som finns och när de kan/bör användas. Två sätt att konfigurera två hårddiskar för master/slave. Hur BIOS kan ta reda på hårddiskens konfiguration. Hur många ATA-enheter som kan anslutas direkt till ett moderkort. (se Secondary ATA Channel.) Hur ännu fler ATA-enheter kan anslutas till en PC. Vad ATAPI (ATA Packet Interface) är till för, och vilka typer av enheter som använder det. Serial ATA (SATA, ett gränssnitt som börjar bli vanligare.) Jfr parallell ATA beträffande hastighet, kabel (och kabellängd), databredd och konfiguration (master/slave). Hur RAID kan öka hastighet (Level 0, Striping) eller säkerhet (Level 1, Mirroring).! The SCSI Interface, SCSI Versus ATA 15:e , Hur många enheter som kan anslutas till en SCSI-buss. Prestandajämförelse SCSI IDE. (Vilken är snabbast? Spelar det någon roll i praktiken? Vilken teknik är som regel dyrast? Vad är största fördelen med SCSI?

15 ! Magnetic storage Principles 14:e ,! Begreppen Tracks Per Inch, Bits Per Inch, Arial Density (enhet Gbit/sq. inch) Hur snabbt Arial Density växer på 18 månader (jfr Moores lag). " Hårddisken i arbete. Se video på bifogad DVD.! Hard Disk Storage 15:e , , Begreppen hard drive (hårddisk), fixed disk och nonvolatile data storage (icke-flyktig ). Parkinson s law (För den som undrat varför vissa lärare jobbar natten före varje föreläsning.) Begreppen platters (skivor), tracks (spår), sectors (sektorer) cylinders, head och head crash. Normalt antal lagrade bitar per sektor. Ungefär vad som sker vid lågnivåformatering, partitionering och högnivåformatering. Skillnad mellan Media Transfer Rate och Interface Transfer Rate. Vilken hastighet ovan som normalt är av störst betydelse. Vad som avses med zoned recording, och hur det påverkar lagringsutrymme och hastighet. Skillnader i Media Transfer Rate ((raw/formatted)/(max/min/average)). Prestandamåtten Average Seek Time, Latency och Average Access Time. Vad ett cluster (=allocation unit) är, och hur det påverkar diskåtgång. Boken innehåller många avsnitt som inte alls behandlats i kursen, t ex datasäkerhet, bärbara lagringsmedia, nätverk, filsystem, nätaggregat, installation, uppgradering mm. Skumma redan nu igenom resten av boken lite snabbt, så vet du vilka delar som kan hittas där när de behöv i andra kurser eller praktiska problem dyker upp. F14 Ersätts med frågestund inför tentan.