Computer Systems Flashcards
Wat is een computer?
Een multifunctioneel programmeerbaar digitaal elektronisch toestel.
Wat bedoelen we met een computer is multifunctioneel?
Een computer kan voor verschillende zaken gebruikt worden.
Wat bedoelen we met een computer is programmeerbaar?
We kunnen een computer programmeren zodat die multifunctioneel is.
Wat bedoelen we met een computer is digitaal?
Een computer werkt met discrete waarden (= binaire waarden 0 of 1)
Wat bedoelen we met een computer is elektronisch?
Een computer werkt op spanning, waarbij er stroom vloeit door de onderdelen waaruit hij bestaat.
Wat is een embedded systeem.
Een (vaak kleinere) computer die deel uitmaakt van een toestel. Waarvan de functionaliteit verbonden is aan het toestel waarin hij ingebouwd is.
Welke soorten elektronica zijn er?
- Digitaal
- Analoog
- Vermogen
Wat is elektronica?
Een technologie die gebruik maakt van elekectrische signalen om data en/of energie te verwerken.
Wat is digitale elektronica?
Elektronica die gegevens verwerkt doormiddel van concrete of discontinue waarden. (=binaire waarden)
Wat is analoge elektronica?
Elektronica waarbij elke spanning- of stroomwaarde tussen twee grenzen steeds een betekenis heeft.
Wat is vermogen elektronica?
Vermogen elektronica verwerkt geen informatie maar energie en vermogen.
Wat is de populairste vorm van elektronica?
Digitale elektronica
Wat zijn de voordelen van digitale elektronica?
- Kwaliteit:
- Stabiel in tijd en bij bewerkingen of versturen van data. (Signalen mogen verstoort worden zolang we het verschil tussen 0 en 1 kunnen onderscheiden
- Zelf kiezen (trade-off met opslagruimte: hogere kwaliteit, meer geheugen)
- Verschillende kwaliteiten op hetzelfde toestel
- Productieprijs: digitale schakelingen zijn eenvoudiger en lenen zich gemakkelijker tot hoge integratie op IC (Integrated circuit)
- Dezelfde hardware kan gebruikt worden voor verschillende informatie (beeld, geluid, tekst,…)
- Redundantie, encryptie en compressie eenvoudig toe te passen
- Redundantie: We voegen extra info (extra bits) toe om de informatie beter bestand te maken tegen fouten.
- Encryptie: We vervormen informatie zodat deze onleesbaar wordt voor derden. Enkel de beoogde ontvangen kan met de juiste sleutels de informatie lezen.
- Compressie: Tegenovergestelde van redundantie. Verwijderen van een deel van de info om opslag te besparen
- Redelijk betrouwbaar
- Klein
Welke soorten experimentele technologieën zijn er?
Optische en kwantum technologie.
Wat is optische technologie?
Een technologie waarbij de informatiedragers photen (of licht deeltjes zijn). Dit in tegenstelling tot de elektroden bij digitale technologie.
Wat zijn de voordelen van optische technologie?
Het produceert minder warmte, gebruikt minder energie en heeft een groter bandbreedte.
Wat zijn de nadelen van optische technologie?
Niet alle elektrische componenten hebben een optische equivalent. (een oplossing hiervoor is het gebruiken van hybride systemen)
Wat is kwantumtechnologie?
Een technologie waarbij gebruik gemaakt wordt van kwantum-deeltjes. Het geheugen bestaat uit qubits. Elke qubit kan de waarden 0 en 1 hebben. Qubits hebben als het ware de waarde van 2 bits.
Wat is een voordeel van kwantumtechnologie?
De berekeningen kunnen veel sneller uitgevoerd worden. Kwantum computers worden vaak gebruikt bij wetenschappelijk onderzoek waar intensieve simulaties moeten gebeuren.
Wat is een nadeel van kwantumtechnologie?
Er is heel wat nodig om de kwantumcomputer stabiel te houden. (extreme koeling) De algoritmes moeten aangepast worden om parallel in plaats van sequentieel te werken.
Wat is een besturingssysteem?
Een besturingssysteem, ook wel OS, is een software die uitgevoerd wordt op een computerapparaat die de software- en hardware componenten beheerd.
Wat is schedulling?
Schedulling is het concept waarbij het besturingssysteem de software die uitgevoerd moet worden, of de services die aan de user moeten aangeboden worden, inplant zodanig dat verschillende acties simultaan verlopen. (ook wel multi-tasking)
Wat is hardware?
Hardware zijn de fysieke onderdelen van een computer. Inclusief de onderliggende elektronica.
Wat is de kernel?
De kernel is de communicatielaag tussen hardware en software van een computer. De kernel beheerd ook de hardwarebronnen.
Wat is een shell?
Een shell is de gebruikersinterface waarmee de gebruikers verschillende taken kunnen vragen aan de computer.
Welke soorten shell zijn er?
De GUI (=Graphical user interface) en de CLI (= Command Line Interface).
Wat zijn de 3 voornaamste operating systems?
Linux, MacOs, Windows (enigste met eigen code, niet gebaseerd op unix)
Welke zaken bekijken we bij het kiezen van een besturingssysteem?
- Rol
- Direct toegankelijk voor gebruiker? (desktop)
- Toegankelijk voor meerdere gebruikers? (Server)
- Functie: Moet er specifieke software voorzien worden? Wat is de capaciteit van de gebruiker?
- Levenscyclus: verschillende onderhouds- en releasecycli voor ondersteuning en updates
- Stabiliteit: is de OS-release bèta en stabiel getest?
- Compatibiliteit: is het backwards compatible?
- Kost:
- Windows: Jaarlijkse licenties
- MacOs: geen licenties of jaarlijkse kost. Werkt enkel op Apple hardware
- Linux: meestal gratis, support is betalend
Wat is de levencyclus van Microsoft?
De releasecyclus is langzaam (3-5 jaar) en ook de onderhoudscyclus is langzaam.
Waar legt Microsoft de nadruk op?
Achterwaards compatibiliteit
Waar is Microsoft de laatste jaren sterk aan in het investeren ter concurrentie van Linux
Het ontwikkelen van betere scripting - en beheersmogelijkheden met Powershell.
Wat is speciaal aan de serverversie van MacOs?
Het is de desktopversie met verschillende pakketen toegevoegd voor beheer en bestandsdeling.
Hoe is MacOs ontstaan?
Op basis van Unix (gecertifieerd)
Wat is de releasecyclus van MacOs?
Elke 18-24 maanden komt er een nieuwe grote release.
Wat is er zo speciaal na het kiezen van Linux als OS?
Na het kiezen van Linux moet je nog een distributie kiezen. Elke distributie heeft zijn eigen use case.
Geef enkel distributies van Linux
- Suse
- Red Hat
- Debian
- Android
- Raspbian
- Linux from Scratch
Wat zijn enkel kenmerken/use case van Red hat?
- Richt zich op servertoepassingen
- Verantwoordelijk voor het uitbrengen van RHEL (Red Hat enterprise Linux), een stabiele distro met lange levenscyclus
- Sponsort Fedora Project, een persoonlijk bureaublad met nieuwste software
- CentOs is een gratis versie van RHEL-software die geen ondersteuning biedt
- Scientific Linux is een distributie op basis van Red Hat
Wat zijn enkel kenmerken/use case van SUSE?
- Een van de eerste distributies
- Oorspronkelijk van Slackware
- Bevat eigen code, wordt verkocht als een serverversie, maar bestaat ook in een werkstationversie
- OpenSUSE is volledig open source, gratis met meerder desktop pakketten
Wat zijn enkel kenmerken/use case van Debian?
- Uitgebracht voor community die open source software bevordert
- Heeft eigen pakketbeheersysteem (apt) uitgevonden op basis van het .deb-bestandsformaat
- Ubuntu is de meestpopulaire afgeleide distributie. (ook LTS beschikbaar )
- Zowel desktop als server
- Linux Mint is een afgeleide van Ubuntu met verschillende gratis versies
Wat zijn enkel kenmerken/use case van Android?
- Platform voor mobiele gebruikers
- Geen traditionele GUI/Linux-pakketten om het compatibel te maken met desktop
- Gesponsord door Google
Wat zijn enkel kenmerken/use case van Raspbian?
Ontworpen om te draaien op een Raspberry Pi
Wat zijn enkel kenmerken/use case van Linux from Scratch?
Bestaat uit een online boek, broncode en instructies voor het bouwen van een aangepaste Linux Distributie
Wat is een EN-poort als doorlaatfilter?
Een traditionele EN-poort waarbij een van de twee ingangen aanschouwd wordt als een signaallijn en de andere als eens stuurlijn. Wanneer de stuurlijn dan op 0 staat zal het signaal steeds geblokkeerd worden.
Wat is een Exclusieve OF-poort als flexibele invertor?
De tradionele XOR-poort waarbij we een ingang aanschouwen als een signaallijn en de andere ingang als de stuurlijn. Wanneer de stuurlijn op 0 staat wordt het signaal ongewijzigd doorgegeven. Wanneer de stuurlijn op 1 staat wordt het signaal geinverteerd doorgegeven.
Wat is een OF-poort als samensteller?
Een traditionele OF-poort met meerdere ingangen waarbij we aannemen dat er slechts 1 signaal aanstaat, terwijl de rest van de waarden op 0 staat. Dat ene signaal wordt dan doorgegeven.
Wat is een combinatorische schakeling?
Een netwerk van logische poorten die een vooropgestelde functie uitvoert.
Wat is een decoder?
Een decoder is een schakeling die juist één uitgang bepaalt die aanstaat. De uitgang die aanstaat wordt bepaald door de index (=het adres) die als binaire waarden op de ingangen staat.
Er is dus steeds 1 uitgang die aanstaat, terwijl de rest van de uitgangen op 0 staat.
Beschrijf hoe je een decoder tekent.
- Bepaal het aantal ingangen = n
Teken voor elke ingang zijn inverse ( = ingang door een NIET-poort) - Bepaal het aantal uitgangen/EN-poorten = 2^n (naam= D0 -> Dn-1)
- Verbind elke EN-poort met zijn ingangen. Aanschouw de ingangen als hun binaire waarden (bv. voor een decoder met 3 ingangen zijn de ingangen van D0 = 000 en de ingangen van D5 = 101)
Wat is een multiplexer?
Een combinatorische schakeling waarbij de ingang waarvan de index (=adres) als binaire waarden op de adreslijnen staat wordt doorgegeven aan de uitgang.
Waaruit bestaat een multiplexer?
Een decoder verbonden met een EN-poort als doorlaatfilter die uitkomen in een samensteller.
Hoe kunnen we een optelling schakelen met logische poorten?
Door een XOR-poort schakelen
Welk probleem hebben we wanneer we een som schakelen door een XOR-poort?
Er wordt geen rekening met de overdracht gehouden.
Hoe kunnen we het nadeel van een som te schakelen door een XOR-poort oplossen?
We schakkelen beide ingangen van de som door een EN-poort en bekomen de Overdracht.
Wat is een half adder?
Een som-schakeling (XOR) gecombineerd met een EN-schakeling die de overdracht schakelt.
Wat is een full adder?
Een som schakeling waarbij we reeds een inkomende overdracht hebben. Hierbij start de schakeling bij een half adder die dan nogmaals een som schakelt tussen het resultaat van de half adder en de inkomende overdracht. De uitgaande overdracht van de half adder en de uitgaande overdracht van de tweede som worden verbonden met een OF poort en bepalen de uiteindelijke uitgaande overdracht.
Wat is een riple carry adder?
Een opteller die 2 n-bit woorden in een keer optelt. De schakeling start bij een half adder en verbind deze met n-1 full adders.
Uit welke onderdelen bestaat een computer?
- CPU = Central Processing Unit
- RAM = Random Access Memory
- ROM = Read Only Memory
- I/O = Input and Output
Wat is de adresbus?
De bus die gebruikt wordt door de CPU om aan te geven welke data er moet gebruikt worden.
Wat is de databus?
Data wordt gelezen via de databus aan de hand van het adres van de data.
Wat is de controlebus?
De bus die de bewerkingen aanstuurt.
Waarvoor staat CPU?
Central Processing Unit
Waarvoor staat RAM?
Random Access Memory
Waarvoor staat ROM?
Read-Only Memory
Waarvoor staat I/O?
Input and Output
Waarvoor staat ALU?
Arithmetic and Logic Unit
Wat is een ALU?
Het is een onderdeel van elke processor. Het voert op een flexibele wijze berekeningen uit op 2 n-bit operanden.
Uit welke onderdelen bestaat een ALU?
Het heeft altijd een decoder, een EN-poort als doorlaatfilter en een OF-poort als samensteller.
Hoe schakelen we een n-bit ALU?
We schakelen n-keer een 1-bit ALU. Hierbij heeft de eerste 1-bit ALU een Carry in (=INC = Increment) vervolgens wordt steeds de Carry out geschakeld als de Carry in van de volgende ALU. De andere stuurlijnen worden doorgelust.
Wat hebben we nodig om een geheugen te kunnen schakelen?
Terugkoppeling
Hoe kunnen we een klein geheugen schakelen?
We kunnen een 1 bit geheugen schakelen doormiddel van 2 NOR poorten.
Wat is de SR-latch?
Het is een schakeling die een klein geheugen voorsteld. De schakeling bestaat uit 2 NOR poorten en heeft 2 stabiele toestanden. (S(et) = 1, R(eset)= 0 en R = 1, S = 0) De Set en Reset mogen nooit samen op 1 staan.
Indien we een nieuwe waarde willen opslaan moet of de Set of de Reset lang genoeg op 1 staan.
Wat zijn de nadelen van de SR-latch?
- De schakeling is steeds actief
- De set en reset kunnen beide tegelijkertijd op 1 staan
Wat is de geklokte SR-latch?
De geklokte SR-latch is onstaan om de nadelen van de gewone SR-latch te verhelpen. Deze schakeling verbind beide ingangen met een EN-poort als doorlaatfilter die beide met dezelfde klok verbonden zijn.
De waarden van de S en R ingangen zullen dus enkel doorgegeven worden wanneer de klok hoog staat (1)
De klok zal standaard laag (0) staan. Enkel wanneer we iets in het geheugen willen schrijven zullen we de klok eventjes hoog zetten.
Wat zijn de nadelen van de geklokte SR-latch?
- Beide ingangen kunnen nog altijd gelijktijdig op 1 staan. (oscillatie mogelijk)
- Klokpuls kan eventueel te kort zijn. De bit zal dan niet in het geheugen geschreven zijn en/of de SR-latch zal oscilleren
Wat is oscillatie?
Constante trillingen
Wat is de geklokte D-latch?
De geklokte D-latch is eens schakeling die het probleem verhelpt bij de SR-latchen dat beide ingangen tegelijkertijd op 1 kunnen staan. Dit bereiken we door de ingang D te schakelen door een NIET-poort.
De toestandsverandering van 0 naar 1 noemen we de stijgende flank
De toestandsverandering van 1 naar 0 noemen we de dalende flank
Wat is een D-flip-flop?
Het is een schakeling die de toestand van de ingang D onthoudt voor elke stijgende flank op de klokingang (CK).
Na de klok wordt een pulsgenerator verbonden aan de schakeling. (kleine puls op de uitgang doordat er een korte periode is door de poort vertraging waarop beide ingangen van de EN-poort in de pulsgenerator op 1 staan)
Hoe werkt een D-flip-flop
- Door een poortvertraging op de NIET-poort wordt na een stijgende flank op de CK een korte puls gegenereerd op beide EN-poorten
- Deze puls maak kortstondig de S-ingang (d = 1) of de R-ingang (d = 0) van de SR-latch hoog
- De lengte van de puls moet voldoende lang zijn om de SR-latch in een (nieuwe) stabiele toestand te brengen
Wat zijn de voordelen van een d-flip-flop?
- Door aan de CK-ingang een stijgende flank aan te leggen, wordt de waarde die op da moment aan de D-ingang hangt, in het geheugen geschreven.
- De maker (fabrikant) van de D-flip-flop zorgt er zelf voor dat de (interne) puls op de EN-poorten voldoende lang is.
- De (interne) puls moet ook voldoende kort zijn. Want hoe korter de puls, hoe sneller we na elkaar iets in het geheugen kunnen schrijven.
Hoe kunnen we een d-flip-flop over stijgende flank voorstellen?
-> CK
Hoe kunnen we een d-flip-flop over dalende flank voorstellen?
-o> CK
Wat is een register?
Een register is een combinatie van flipflops waarvan de voedingspinnen, de klok en de clear (= clear memory) pinnen gecombineerd zijn.
Wat is het RAM-geheugen?
Het korte termijn geheugen van een computer. Het biedt een tijdelijke opslag voor informatie, die snel toegankelijk is en verwijderd wordt zodra de computer herstart.
Hoe wordt een RAM-geheugen opgebouwd?
- Een RAM-geheugen bestaat uit een lijst aan locaties
- In elke locaties is er een geheugencel waar een computerwoord in opgeslagen wordt. (grootte van dat woord hangt af van de processor. 64 bit processor kan woorden van 64 bit opslaan.)
- De data op de geheugenlocaties kunnen we in willekeurige volgorde opvragen (Ram = RANDOM access memory)
- De geheugenlocaties kunnen we individueel aanwijzen doordat ze een uniek adres hebben (binair getal)
Welke basisopdrachten voor het RAM-geheugen uit?
- Het lezen van de inhoud op een geheugenlocatie met adres x (inhoud wordt op de databus geplaatst)
- Het schrijven van nieuwe inhoud op een geheugenlocatie met adres x.
Hoe gebeurd de communicatie met het RAM-geheugen?
Via de volgende 3 bussen:
* Adreslijn: verbinding tussen processor en RAM-geheugen die aangeeft welke geheugencel gelezen of geschreven moet worden
* Datalijn: verbinding tussen processor en RAM-geheugen waarover op te slaan of uit te lezen datawoord wordt uitgewisseld
* Controle- of stuurlijn: Verbinding tussen processor en RAM-geheugen die de volgende 2 functies bevat: opdracht (wordt er gelezen of geschreven) en timing (zorgen dat de processor en het RAM binnen dezelfde ritme werken)
Uit welke onderdelen bestaat een RAM-geheugen?
- Verschillende (naargelang de grootte van het geheugen) D-flip-flops. (houden 1 bit van 1 geheugenlocatie vast)
Ze ontvangen de Data D van de datalijnen en slaan de data Q op
> is de klok die de chip activeert
Ze zijn georganiseerd in matrix-vorm (horizontaal stellen ze de bits van het woord voor. Verticaal stellen ze verschillende geheugenlocaties voor - Adreslijnen: unidirectionele lijnen (enkel als ingang voor de RAM chip). Het binair getal op deze lijnen stelt de te adresseren locatie voor
- Decoder/woordselectielijnen: zet het signaal op n adreslijnen om naar 2^n woordselectielijnen. De uitgang van de decoder (=woordselectielijnen) zal telkens maar 1 hoge woordselectielijn hebben, namelijk diegene die aangewezen wordt door het binair getal op de adreslijnen
- De leesfilters: combinatie van EN-doorlaatfilters en OF-samensteller.
Functie: Allen de uitgangen van de aangewezen rij van flip-flops wordt doorgegen aan de datalijnen.
En-doorlaatfilter:
Selectie-ingang/stuurlijn verbonden met de woordselectielijn
Signaal-ingang verbonden met de uitgang van de flip-flop
OF-samensteller:
Evenveel ingangen als er locaties op de chip zijn!
Slechts één ingang bevat een nuttig signaal, de rest nul. - De stuurlijnen:
RD : Read: Zolang deze hoog is wordt het woord van de locatie aangegeven door de adreslijnen doorgegeven aan de datalijnen.
WR : Write: Externe klokpuls die aangeeft dat het woord op de datalijnen naar de locatie aangegeven door de adreslijnen moet geschreven worden
CS: Chip Select: maakt het mogelijk om meerdere geheugenchips parallel op dezelfde adres- en datalijnen te zetten. Er mag telkens maar 1 chip geselecteerd worden. CS bepaald of WR en RD door de doorlaatfilters mogen. - De datalijnen: bidirectionele verbindingen die de woorden transporteren.
Van het RAM-geheugen naar de CPU bij het lezen
Van de CPU naar het RAM-geheugen bij het schrijven
Tri-state buffers zijn nodig om de bidirectionele verbindingen te laten werken. - De schrijfpoort: EN-poort als doorlaatfilter
Externe klokpuls als signaallijn
Woordselectielijn als de stuurlijk
Functie: de Externe klokpuls wordt alleen naar de rij (locatie) doorgelaten waarnaar geschreven moet worden. Om problemen te voorkomen ma slechts een schrijfpoort tegelijkertijd actief zijn. Hiervoor zorgt de decoder
Wat is de functie van de d-flip-flops in het RAM-geheugen?c
Ze houden 1 bit van 1 geheugenlocatie vast
Ze ontvangen de Data D van de datalijnen en slaan de data Q op
> is de klok die de chip activeert
Ze zijn georganiseerd in matrix-vorm (horizontaal stellen ze de bits van het woord voor. Verticaal stellen ze verschillende geheugenlocaties voor
Wat zijn de adreslijnen in het RAM-geheugen?
Unidirectionele lijnen (enkel als ingang voor de RAM chip). Het binair getal op deze lijnen stelt de te adresseren locatie voor
Wat is de functie van de decoder en de woordselectielijnen in het RAM-geheugen?
Zet het signaal op n adreslijnen om naar 2^n woordselectielijnen. De uitgang van de decoder (=woordselectielijnen) zal telkens maar 1 hoge woordselectielijn hebben, namelijk diegene die aangewezen wordt door het binair getal op de adreslijnen
Wat zijn de leesfilters in het RAM-geheugen?
Combinatie van EN-doorlaatfilters en OF-samensteller.
Functie: Allen de uitgangen van de aangewezen rij van flip-flops wordt doorgegen aan de datalijnen.
En-doorlaatfilter:
Selectie-ingang/stuurlijn verbonden met de woordselectielijn
Signaal-ingang verbonden met de uitgang van de flip-flop
OF-samensteller:
Evenveel ingangen als er locaties op de chip zijn!
Slechts één ingang bevat een nuttig signaal, de rest nul.
Wat zijn de stuurlijnen in het RAM-geheugen?
RD : Read: Zolang deze hoog is wordt het woord van de locatie aangegeven door de adreslijnen doorgegeven aan de datalijnen.
WR : Write: Externe klokpuls die aangeeft dat het woord op de datalijnen naar de locatie aangegeven door de adreslijnen moet geschreven worden
CS: Chip Select: maakt het mogelijk om meerdere geheugenchips parallel op dezelfde adres- en datalijnen te zetten. Er mag telkens maar 1 chip geselecteerd worden. CS bepaald of WR en RD door de doorlaatfilters mogen.
Wat zijn de datalijnen in het RAM-geheugen?
Bidirectionele verbindingen die de woorden transporteren.
Van het RAM-geheugen naar de CPU bij het lezen
Van de CPU naar het RAM-geheugen bij het schrijven
Tri-state buffers zijn nodig om de bidirectionele verbindingen te laten werken.
Wat is de schrijfpoort in het RAM-geheugen?
EN-poort als doorlaatfilter
Externe klokpuls als signaallijn
Woordselectielijn als de stuurlijk
Functie: de Externe klokpuls wordt alleen naar de rij (locatie) doorgelaten waarnaar geschreven moet worden. Om problemen te voorkomen ma slechts een schrijfpoort tegelijkertijd actief zijn. Hiervoor zorgt de decoder
Schets de leescyclus in het RAM-geheugen.
-
Voorbereiding:
1. Begintoestand: CS, RD en WR lijnen zijn laag (0 stand)
2. De CPU plaatst de datalijnen in hoog-ohmige toestand
3. Vervolgens plaats de CPU het adres van de gewenste locatie op de adreslijnen
4. Via de decoder, adresselectie en de leesfilters komt de inhoud van de gewenste locatie aan de ingang van de tri-state buffers. -
Uitvoering:
5. De CPU maakt de RD en CS lijnen hoog.
6. De tri-state buffers sturen de datalijnen actief aan
7. De CPU leest het gevraagde woord van de datalijnen
8. De CPU maakt CS, RD en WR lijnen terug laag ter voorbereiding van de volgende cyclus