Lespakket 4 - Bussen, chipset en BIOS

Bussen

Een zijsprongetje: het binair talstelsel

• Voordat we de werking van bussen verder bespreken, is het belangrijk om te begrijpen met welke eenheden een computer werkt: bits en bytes. Deze zijn gebaseerd op het binaire talstelsel.

  Waarom werken computers met bits?
  We gaan hier straks verder op in

• We kennen het decimale talstelsel (= 10-delig talstelsel):

  • Een cijfer is een symbool voor een hoeveelheid
  • Er zijn 10 Arabische cijfers: 0, 1, ... 9
  • Getal: combinatie van cijfers om een hoeveelheid weer te geven

• Het aantal verschillende symbolen in een talstelsel noemen we het het grondtal (of de radix) van het talstelsel. Voor het decimaal stelsel is het grondtal dus 10. Dat betekent dat elke positie in een getal tien verschillende waarden kan bevatten.

• Hoe combineren we cijfers in het 10-delig talstelsel zodat ze een getal vormen?

  • Zie bord/boek

    

• Naast het 10-delig talstelsel bestaan er ook talstelsels met andere grondtallen.

• In de informatica kom je zeker het 16-delig talstelsel (hexadecimaal), het 8-delig talstelsel (octaal) en het 2-delig (binair) talstelsel tegen. We kijken naar het hexadecimaal en het binair talstelsel.

Omzetten van decimaal naar binair en van binair naar decimaal

• Manueel
  • Zie boek: telkens 2 methodes
• Via rekenmachine
  • Kies via het menu voor de programmeur-modus
  • Typ een decimaal getal in. Naast de eigenschap "BIN" verschijnt de binaire schrijfwijze.

    

Van bits naar bytes

• Computers werken in het binair talstelsel. De plaats waarin één eentje of één nulIetje bewaard wordt, heet een bit (kort voor binary digit).
• Zo'n bit kan dus slechts twee verschillende waarden aannemen: een 1 of een 0. Dat is natuurlijk erg weinig en daarom worden 8 bits samengenomen tot één byte. Daarmee kan je dan 28 of 256 verschillende waarden maken.
• Moderne computers hebben zeer grote geheugens. Daarom worden grotere eenheden gebruikt, telkens een macht van 1024 (niet 1000 zoals in het metrisch stelsel):
  • 1 kilobyte (KB) = 1 024 bytes = 2¹⁰ bytes
  • 1 megabyte (MB) = 1 048 576 bytes = 2²⁰ bytes
  • 1 gigabyte (GB) = 1 073 741 824 bytes = 2³⁰ bytes
  • 1 terabyte (TB) = 1 099 511 627 776 bytes = 2⁴⁰ bytes
  • 1 petabyte (PB) = 1 125 899 906 842 624 bytes = 2⁵⁰ bytes
  • 1 exabyte (EB) = 1 152 921 504 606 846 976 bytes = 2⁶⁰ bytes
  • 1 zettabyte (ZB) = 1 180 591 620 717 411 303 424 bytes = 2⁷⁰ bytes
  • 1 yottabyte (YB) = 1 208 925 819 614 629 174 706 176 bytes = 2⁸⁰ bytes
  • 1 ronnabyte (RB) = 1 237 940 039 285 380 274 899 124 224 bytes = 2⁹⁰ bytes
  • 1 quettabyte (QB) = 1 267 650 600 228 229 401 496 703 205 376 bytes = 2¹⁰⁰ bytes
• Let op: In de wetenschap betekent "kilo" 1000, maar in informatica wordt meestal 1024 gebruikt. Hierover is lang discussie geweest. Meer info vind je op de Sleutelboek-website.

Test je kennis

Scan deze qr-code om de inhoud te bekijken

Opdracht

Indeling van bussen

• De belangrijkste onderdelen van de computer zijn via de chipset verbonden met bussen (draden) waarlangs ze signalen uitwisselen.
• Een bus bestaat uit meerdere draden (lijnen). Hoe meer draden, hoe meer bits tegelijk kunnen worden verstuurd. De breedte van een bus (bijvoorbeeld 8 bits, 16 bits, 32 bits, 64 bits) bepaalt mee de snelheid van gegevensoverdracht.
• De klassieke systeembus tussen processor en werkgeheugen bestaat uit drie delen:
  • Databus (gegevensbus): transporteert gegevens, verkeer in twee richtingen.
  • Adresbus: transporteert geheugenadressen, verkeer in één richting (van processor naar geheugen).
  • Controlebus (besturingsbus): transporteert besturingssignalen (lezen/schrijven, kloksignalen).
• De breedte van de adresbus bepaalt hoeveel geheugenadressen de processor kan aanspreken:
  • 16 bits: 64 KB geheugen
  • 24 bits: 16 MB geheugen
  • 32 bits: 4 GB geheugen
  • 64 bits: 16 exabyte geheugen
• Bussen worden ook ingedeeld naar locatie:
  • Interne bussen: binnen de processor, voor transport tussen interne onderdelen.
  • Externe bussen: op het moederbord, voor transport tussen processor en andere onderdelen.
    • Systeembus (FSB, local bus): verbindt processor met werkgeheugen.
    • Input/output-bussen (I/O-bussen):
      • Algemene bussen (general buses): naar uitbreidingssleuven of externe aansluitingen.
      • Specifieke bussen (dedicated buses): voor apparaten op het moederbord.
• Schematische indeling van het bussysteem op basis van locatie:

Busoperaties

• Via bussen wisselen twee componenten op het moederbord gegevens uit.

• Er zijn twee richtingen mogelijk:

  • Lezen: gegevens worden opgehaald uit een geheugenplaats of apparaat.
  • Schrijven: gegevens worden opgeslagen in een geheugenplaats of naar een apparaat gestuurd.

• Beide processen noemen we busoperaties.

• We bekijken hieronder hoe lezen en schrijven verlopen op de systeembus (tussen processor en geheugen). Busoperaties naar andere onderdelen, zoals schijfstations of netwerkinterfaces, verlopen op een vergelijkbare manier.

• Lezen (read):

  1. De processor stuurt het adres van de gewenste geheugenplaats via de adresbus naar het geheugen.
  2. De processor zet een leessignaal op de controlebus.
  3. Het geheugen herkent het leessignaal en plaatst de waarde van de gevraagde geheugenplaats op de databus.
  4. Het geheugen geeft via de controlebus aan dat de waarde klaarstaat op de databus.
  5. De processor leest de gegevens van de databus.

• Schrijven (write):

  1. De processor stuurt het adres van de geheugenplaats waar het gegeven moet worden opgeslagen via de adresbus naar het geheugen.
  2. De processor zet een schrijfsignaal op de controlebus.
  3. De processor plaatst het gegeven op de databus.
  4. Het geheugen slaat de waarde van de databus op in de aangegeven geheugenplaats (oude waarde wordt overschreven).

Nog eens alles over bussen in een filmpje

Scan deze qr-code om de video te bekijken

Test je kennis

Scan deze qr-code om de inhoud te bekijken

Chipset

• De chipset koppelt processor, geheugen, uitbreidingssloten, externe poorten en aansluitingen voor harde schijf en DVD-stations.
• Werkt als verkeersagent voor gegevensstromen op het moederbord; bestaat uit één of enkele chips die vast op het moederbord zitten.
• Belangrijke fabrikanten zijn Intel, nVidia en AMD.
• De chipset bepaalt de uitbreidingsmogelijkheden, maximale bussnelheid, type werkgeheugen en processor, energiebeheer en temperatuurcontrole.
• Sommige chipsets hadden vroeger een ingebouwde videofunctie (on-board video); tegenwoordig zit deze meestal in de processor.
• De chipset heeft drie belangrijke functies:
  • System controller: regelt timing, interrupts, DMA en energiebeheer.
  • Peripheral controller: verzorgt businterface voor uitbreidingskaarten, harddiskinterface, toetsenbordcontroller en I/O-poorten.
  • Memory controller: beheert het geheugen.
• Chipset bestaat uit twee delen:
  • North bridge: verbindt processor met snelle onderdelen (geheugen, PCI-Express); bij Intel ook MCH/GMCH genoemd.
  • South bridge: verbindt tragere onderdelen (harde schijf, optisch station, USB, muis, toetsenbord); bij Intel ICH genoemd.
• North bridge en south bridge zijn verbonden via de interlink bus.
• DMA (Direct Memory Access): laat randapparaten toe rechtstreeks met het geheugen te communiceren, zonder tussenkomst van de processor.
• IRQ’s (Interrupt Requests): bepalen de volgorde van taakuitvoering en geven prioriteit aan belangrijke taken.

Scan deze qr-code om de video te bekijken

• Moderne moederborden gebruiken een Platform Controller Hub (PCH) in plaats van aparte north en south bridges. De PCH combineert de functies van beide bridges in één chip en regelt communicatie met randapparaten, opslag en I/O.
• De processor bevat nu de geheugencontroller en PCI-Express controller, waardoor snelle componenten zoals RAM en videokaarten direct met de CPU communiceren voor hogere prestaties.

Test je kennis

Scan deze qr-code om de inhoud te bekijken

BIOS/UEFI

• BIOS/UEFI updaten (flashen):
  • Maak altijd een back-up van je gegevens en BIOS-instellingen.
  • Zoek het juiste update-bestand voor jouw BIOS/UEFI op de fabrikantwebsite.
  • Stel BIOS terug naar fabrieksinstellingen en schakel beveiligingen uit.
  • Voer de update uit zonder het proces te onderbreken.
  • Herstel daarna je eigen instellingen en beveiligingen.

Scan deze qr-code om de video te bekijken

Test je kennis

Scan deze qr-code om de inhoud te bekijken

Opdracht