a d a r p i c n

a d a r p i c n i r p Struktura i računara

Osnovni pojmovi vezani za računarski sistem Računari su elektronske mašine koje obrađuju ulazne informacije (podatke ili naredbe) i iz njih proizvode izlazne informacije (rezultate). Program je uređen niz naredbi kojima je definisan neki algoritam obrade informacija-skup instrukcija za izvršenje neke obrade. Programiranje je postupak rešavanja nekog problema korak po korak, gde je za svaki korak napisana odgovarajuća naredba. Programeri su ljudi koji pišu programe za računare u nekom od programskih jezika (Pascal, C, C++, C #, Visual Basic, Java, Delfi. . ) 2

Podela računara je izvršena prema različitim kriterijumima, i to: 1. Prema nameni, 2. Prema broju korisnika, ili 3. Prema broju naredbi koje računar može da izvrši u jednom trenutku Vrste računara prema nameni: 1. Računari opšte namene 2. Računari za specijalne namene Prema broju korisnika računari se dele na: 1. Višekorisnički (mainframe based), centralni računar koji opslužuje sve korisnike 2. Jednokorisnički (PC based), svaki korisnik ima svoj računar i na njemu vrši obradu svojih programa Prema broju naredbi koje se izvrše u trenutku vremena računari se dele na: 1. Serijski ili SISD (Single Instruction Single Data) - mogu da izvrše jednu naredbu nad samo jednim podatkom u memoriji. 2. Paralelni ili SIMD (Single Instruction Multiple Data ) - mogu da izvrše istu naredbu nad većim brojem podataka u memoriji. Zovu se još i super računari. 3

Računarski sistem je samo mašina koja radi po određenom programu, može se reći da se svaki računarski sistem sastoji od dve komponente: • Računarskog hardvera koji označava fizičke uređaje računarskog sistema, odnosno sve one delove koji čine komponente i uređaje • Računarskog softvera koji obuhvata programe i podatke po kojima računar radi. 4

a r e v d r a h a r u Strukt

Arhitektura računara Struktura savremenog računara veoma je slična strukturi fon Nojmanove mašine (John von Neumann, projektovao je 1945. godine model računara), pa se za savremene elektronske računare kaže da u osnovi imaju fon Nojmanovu arhitekturu. • Najranije računske mašine su imale fiksne programe (npr digitron). Osnovna ideja koju donosi fon Nojmanova mašina je razdvajanje obrade (CPU) i čuvanja podataka. • Fon Nojmanova mašina se sastoji od procesora (Central Processing Unit – CPU) i memorije • Procesor i operativna memorija su obično smešteni na matičnoj ploči na kojoj su povezani štampanim vezama • U/I uređaji (ulazno/izlazni uređaji ) su periferijske jedinice 6 • Sa M je označena magistrala (bus) koja povezuje ova tri modula

Funkcionalna šema računara Linije crvene boje predstavljaju put kontrolnih signala, dok su linijama zelene boje predstavljeni putevi podataka. Da bi računarski sistem mogao da se koristi, pored Tipičan računarski sistem sastoji se hardvera mora da poseduje i osnovni program koji od sledećih komponenata: upravlja radom računara Centralne (unutrašnje) (operativni sistem), kao i memorije skup drugih programa koji Aritmetičko logičke jedinice imaju različite namene i Kontrolne jedinice omogućavaju korisniku da nešto radi sa računarom Jedinice spoljne memorije (aplikativni programi). Ulaznih i izlaznih jedinica 7

Me skl mor po adišt ija s da en luž tak je/ i za a i ču pr va o n Svaki računar Fon Nojmanove arhitekture ima glavnu memoriju u kojoj gram je a Memorija se skladište podaci i programi. Elektronsko kolo koje ima dva stanja može da zapamti informaciju da ili ne (1 ili 0 -jedan bit). Bitovi se u memoriji računara udružuju u grupe (registre), koji su dužine 8 bita. Ovakva grupa se zove bajt (byte). Uz glavnu memoriju, u savremenim računarskim sistemima, postoje i druge memorije koje služe da unaprede funkcionisanje sistema. • Memorije neposredno vezane za procesor koje se koriste isključivo dok je računar uključen nazivaju se unutrašnje memorije, dok se memorije unutrašnje memorije koje se koriste za skladištenje podataka u trenucima kada računar nije uključen nazivaju spoljne memorije. Spoljašnje memorije su znatno sporije od unutrašnjih. • Unutrašnje memorije: registri procesora, keš-memorija i glavna memorija. • Spoljašnje memorije: diskovi, SSD uređaji i prenosne memorije (USB fleš-memorije, memorijske kartice, CD, DVD) 8

PODSTENIK: § Stanje svakog bita je signal za računar i 8 bita može imati 256 (28) različitih kombinacija nula i jedinica. Koja kombinacija predstavlja koji znak definiše se tabelom koja se zove kod. • ASCII kod -American Standard Code for Information Interchange - što u prevodu znači: američki standardni kod za razmenu informacija. • UNICODE, koristi se za kodiranje skupa simbola koji sadrži slova svih jezika • UTF-8 –kodiranje regionalnih karaktera § Za numeričke podatke važe drugačije šeme skladištenja, kod kojih se povezuje 4 ili 8 bajtova zajedno. Svaka grupa bitova (bajt) u memoriji ima svoju adresu, koja se koristi prilikom uskladištenja podataka ili njihovog očitavanja. Računar ima elektronska kola kojima se unosi ili očitava sadržaj pojedinih adresa u memoriji. Prilikom očitavanja sadržaja neke adrese pravi se kopija sadržaja, a sadržaj adrese se ne menja. 9

Memorija PC računara sastoji se od osmobitnih registara. To je deo računara u kome se u toku rada nalaze programi kojim računar vrši obradu podataka, podaci koji se obrađuju, međurezultati i rezultati obrade. Sastoji se od niza adresibilnih ćelija koje su direktno dostupne. Unapred određena informacija može se upisati u određenu ćeliju. Sadržaj ćelije se može pročitati u svakom trenutku. Memorija je sačinjena od skupa "pregradaka" ili lokacija. Na svaku lokaciju može se smestiti određena količina podataka, kao što se na police u magacinu može smestiti određena količina rezervnih delova. Koliko lokacija ima bitova zavisi od snage i veličine računara. Broj bitova može biti 8, 16, 24, 32, 64, 128 ili čak 256. Svaka lokacija ima adresu, tako da se podaci na tu adresu (lokaciju) mogu lako poslati ili odatle uzeti. Lokacije i adrese u memoriji računara 10

Osnovni parametri (karakteristike) memorije su: 1. Kapacitet memorije (broj adresibilnih ćelija i njihova dužina -B) 2. Dužina adresabilne ćelije (broj bitova koji se smešta u nju -b) 3. Vreme pristupa (vreme koje protekne između zahteva memoriji za podatkom i dobijanja podatka iz memorije. Izražava se delovima sekunde, npr ns –nanosekundama i stalno se smanjuje) nanosekundama Kapacitet memorije računara izražava se brojem bajtova koje računar ima. 1 KB = 1024 B = 210 B 1 MB = 1024 KB = 220 B 1 GB = 1024 MB = 230 B 1 TB = 1024 GB = 240 B Pored grupisanja u registre po 8 bita, moguća su i grupisanja u veće jedinice: 16 bita – polureč (halfword) 32 bita – reč (word) Uvedene su i nove grupe od 64 i 128 bita. 11

UNUTRAŠNJA (operativna) memorija RAM (Random Access Memory) predstavlja najveći deo memorije u koju korisnik može da upisuje sadržaj i da ga čita. U memoriji se za vreme rada računara nalaze program i podaci sa kojima računar radi. U ovu memoriju mogu da se čitaju i upisuju podaci. Po isključenju računara sadržaj ove memorije se gubi To je memorija sa slučajnim pristupom. Često se koristi i skraćenica RWM (Read Write Memory). RAM memorija nije sastavni deo matične ploče ali se na nju priključuje. ROM (Read Only Memory) predstavlja statički deo memorije koji može samo da se čita. Njen sadržaj se ne gubi po isključenju računara. Koristi se za uskladištavanje programa i podataka koji su često potrebni, na primer, za instrukcije za pokretanje računara pri uključivanju. To je BIOS. 12

Spoljne memorije • Jedinice spoljne memorije služe za čuvanje programa i podataka kada računar nije uključen. • Kada se koristi program (po kome radi) i svi podaci (koje računar obrađuje) nalaze se u unutrašnjoj memoriji ili kroz nju prolaze. Međutim, i za vreme rada računara, delovi programa i podaci koji trenutno nisu potrebni, skladište se na jedinicama spoljne memorije. • Spoljne memorije su daleko sporije u odnosu na unutrašnje (veće vreme pristupa) ali imaju veći kapacitet. Memorija sa direktnim pristupom je magnetni disk. On se realizuje u obliku hard diska i nalazi se najčešće diska u kućištu. Podaci se čuvaju u obliku elektro-magnetnih zapisa. 13

Spoljne memorije mogu biti realizovane u raznim oblicima: fleš memorije, memorijske kartice (npr micro SD koje koristimo kod mobilnih telefona i tableta). Uglavnom imaju elektro-magnetene zapise a razlikuju se po kapacitetu, tehnologiji izrade, obliku, veličini, nameni. . . Postoje spoljne memrije koriste optičke/laserske zapise. optičke Optički mediji se očitavaju vrlo tankim i precizno usemerenim laserskim zrakom su CD i DVD. 14

PROCESOR o Centralna procesorska jedinica – PROCESOR, osnovna je komponenta računarskog sistema i ona se danas obično nalazi u obliku jednog čipa – MIKROPROCESOR. o Procesor sadrži: određeni broj registara, aritmetičko-logičku jedinicu i kontrolnu jedinicu o Zadatak aritmetičko-logičke jedinice je da izvršava aritmetičke i logičke instrukcije. o Zadatak kontrolne jedinice procesora je da obezbedi čitanje i izvršavanje instrukcija programa. Na taj način se kontroliše rad čitavog računara. o Ranije su procesori imali samo jednu aritmetičko-logičku jedinicu i mogli su u datom trenutku da izvršavaju samo jednu instrukciju.

• Danas procesori na jednom čipu objedinjuju više nezavisnih procesorskih jedinica, tzv. jezgara (eng. core). Uobičajeno je da jezgara procesori imaju 2, 4, 8. . . jezgara. • Procesori su najčešće sinhroni tj. izvršavaju instrukcije u pravilnim vremenskim intervalima određenim internim satom procesora. • Učestalost otkucaja sata naziva se radni takt tj. frekvencija procesora i meri se u hercima (Hz = 1/s) Uobičajene vrednosti se izražavaju u gigahercima (GHz) • Brzina procesora zavisi od frekvencije, ali i od mnogih drugih faktora. • Procesor podržava mehanizam prekida (eng. interrupt) i može privremeno da prekine izvršavanje programa i obradi neki hitan događaj.

Aritmetičko-logička jedinica sastoji se od registara i elektronskih kola potrebnih za izvođenje aritmetičkih operacija – sabiranja, oduzimanja, množenja i deljenja i logičkih operacija – upoređivandve vrednosti da bi se odredila veća i određivanja da li je izraz istinit ili nije. U početku su ove operacije izvođene sa celim brojevima, dok su operacije s realnim brojevima izvođene softverski. Aritmetičko–logička jedinica ima posebnu jedinicu za izvođenje operacija s realnim brojevima i izračunavanje trigonometrijskih i drugih funkcija (floating point processor). Kontrolna jedinica je koordinator rada celokupnog računarskog sistema. 1. Ona kontroliše izvršavanje programa 2. uzima instrukcije iz memorije i prepoznaje ih, dekodira i naređuje odgovarajuće akcije drugim jedinicama 3. započinje operacije ulazno–izlaznih jedinica i prenosi podatke u centralnu memoriju i iz nje Kod savremenih računara sastoji se od skupa čipova kojima se kontroliše i koordinira rad celokupnog sistema. 17

. . . Procesor (Cental Processing Unit- CPU) definiše tip računara. Predstavlja srce računara, u njemu se realizuju sve računske i logičke operacije i izvršavaju komande koje su zadate programom. CPU direktno utiče na performanse računara tako da treba obratiti pažnju prilikom njegovog izbora kako bi zadovoljio vaše potrebe. Poznati proizvođači CPU su AMD i Intel. Osnovne karakteristike procesora su: § Brzina procesora § Dužina procesorske reči § Radni takt § Keš memorija 18

• Brzina procesora se izražava u milionima operacija koje procesor može da obradi u jednoj sekundi-MIPS-ovima (Milion Instruction Per Second) ili MFLOPS –ima (Milion Floating Point Orerations Per Second) • Podaci su uskladišteni u računaru u registrima koji se sastoje od određenog broja bitova. Važećim standardima određeno je da dužina registra mora da bude stepen broja 2 (23, 24, 25, 26, 27 odnosno 8, 16, 32, 64 i 128 bita). Dužina procesorske reči je broj bitova koji se jednovremeno prenosi i obrađuje unutar procesora. • Radni takt je frekvencija rada procesora - broj računskih ciklusa koje CPU izvrši u jednoj sekundi. To je učestanost impulsa koje generiše sat (clock) - specijalno elektronsko kolo kojim se iniciraju operacije procesora. Meri se u MHz ili GHz. Radni takt današnjih procesora je nekoliko GHz. • Keš memorija je brza memorija koja privremeno skladišti instrukcije koje trebaju procesoru omogućavajući mu da pristupi tim instrukcijama brže nego da dolaze iz radne memorije (RAM). Keš memorija je super brza statička memorija koja se nalazi “između” procesora i radne memorije, sa ciljem da ubrza pristup često korišćenim informacijama. Kod modernih računara keš memorija se nalazi unutar jezgra procesora i radi sa frekvencijom procesora. 19

Ulazne i izlazne jedinice Za unošenje programa i podataka u višekorisnički računar najčešće se koristi terminal, koji se sastoji od ekrana i tastature. Kod personalnih računara se osim tastature kao ulazne jedinice koriste i miš, digitajzer (grafički tablet), kao i razni drugi specijalizovani uređaji (skener, digitalni fotoaparat, čitač bar – koda, itd. ). Najčešća izlazna jedinica je monitor (kod PC računara) ili ekran terminala (kod višekorisničkih računara). Sem monitora kao izlazne jedinice koristi se i štampač, zvučnici, automatski crtač (ploter). . . 20