Poslovna informatika Osnove hardverskih komponenti raunara Glava 2

Poslovna informatika Osnove hardverskih komponenti računara Glava 2

Hardver računara Sadržaj Brojni sistemi i konverzije Kodiranje zapisa u računaru Osnovna struktura i organizacija računara Funkcije i međusobne interakcije glavnih komponenti računara Vrste memorija i memorijskih uređaja 30. 11. 2020. Glava 2

Osnovne operacije računara Ulazne operacije (podaci i instrukcije) Aritmetičke operacije (+, -, *, /) Logičke operacije (And, Or, Not) Izlazne operacije (video, štampa, zvuk…) Smeštanje i čuvanje (podataka i programa) 3

Brojni sistemi § Osnove za preračunavanje i konverzije kodnih zapisa u računaru: – – decimalni brojni sistem (osnova 10) binarni brojni sistem (osnova 2) oktalni brojni sistem (osnova 8) (Linux) heksadecimalni brojni sistem (osnova 16) 30. 11. 2020. Glava 2 DEC BIN HEX 0 0000 0 1 0001 1 2 0010 2 3 0011 3 4 0100 4 5 0101 5 6 0110 6 7 0111 7 8 1000 8 9 1001 9 10 1010 A 11 1011 B 12 1100 C 13 1101 D 14 1110 E 15 1111 F 4

Pretvaranje binarnog brojnog sistema u dekadni § Koja je decimalna vrednost binarnog broja u tabeli? 27 + 26 + 25 + 24 + 23 + 22 + 21 + 20 = ___? Npr. 26= 2*2*2*2 = 64 30. 11. 2020. Glava 2 5

Pretvaranje binarnog brojnog sistema u dekadni Sabrati sve težinske faktore iznad binarne 1 za dobijanje decimalne vrednosti 0 0 ? = 65 64 + 1 = 65 1 *2 0 + 0 *2 1 + 0 *2 2 + 0 *2 3 + 0 *2 4 + 0 *2 5 + 1 *2 6 + 0 *2 7 30. 11. 2020. Glava 2 6

Pretvaranje binarnog brojnog sistema u dekadni Sabrati sve težinske faktore iznad binarne 1 za dobijanje decimalne vrednosti = ___ 83 64 + 16 + 2 + 1 = 83 Šta je ASCII ekvivalent ovog broja? 30. 11. 2020. Glava 2 7

ASCII Tabela § Binarni – 01010011 § Decimalni – 83 § ASCII –S § Hex – h 53 ili 0 x 53 ili 5316 30. 11. 2020. Glava 2 8

Pretvaranje dekadnog sistema u binarni 30. 11. 2020. Glava 2 9

Primeri § Pretvorite broj 2310 u binarni. § Pretvorite 5710 u binarni.

Heksadecimalni brojni sistem § Osnovni nedostatak binarnog zapisa - predugačak je § U računaru najčešće se koristi heksadecimalni zapis – 16 cifara: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E, F § Osnova je 16, npr. 163+162+161+160 Pozi cija 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 hex 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F 30. 11. 2020. Glava 2 11

Pretvaranje heksadecimalnog sistema u dekadni § Procedura za pretvaranje heksadecimalnog broja 2316 u dekadni: § Pretvorite broj 4616 u dekadni: § Pretvorite 3 B 16 u dekadni: 30. 11. 2020. 12

Pretvaranje binarnog u HEX zapis Koji će broj biti ova binarna vrednost ako se interpretira u HEX zapisu? = ___? 30. 11. 2020. Glava 2 13

Pretvaranje binarnog u HEX zapis Za određivanje hex vrednosti, bajt se deli u 2 nibla (4 bita) Svaki nibl se ponderiše ponovo sa desna na levo 30. 11. 2020. Glava 2 14

Pretvaranje binarnog u HEX zapis Hex vrednost za binarni broj od 1 -bajta ograničena je na 2 pozicije 4+1=5 2+1=3 Ovaj binarni broj je ekvivalentan HEX 53 30. 11. 2020. Glava 2 15

Računanje sa decimalnim brojevima 30. 11. 2020. Glava 2 16

Binarni brojni sistem Predstavljanje veličine bajtova: – Bajt (B) = 8 b – Kilobajt (KB) = 1024 B = 210 B – Megabajt (MB) = 1024 KB = 210 KB – Gigabajt (GB) = 1024 MB = 210 MB – Terabajt (TB) = 1024 GB = 210 GB – Petabajt (PB) = 1024 TB = 210 TB – Fetabajt (FB) = 1024 PB = 210 PB b – bit B – bajt Predstavljanje vremena Millisecond= 1/1000 sekund Microsecond= 1/1, 000 sekund Nanosecond= 1/1, 000, 000 sekund Picosecond= 1/1, 000, 000 sekund 30. 11. 2020. Glava 2 17

Zašto baš 1024? Ako je: 1 Kg = 1000 g 1 Km = 1000 m Zašto je: 1 KB = 1024 B? Odgovor je: 2*2*2*2*2*2 = 210 = 1024 30. 11. 2020. Glava 2 18

Rad sa simbolima § Računari mogu prepoznati samo jedan oblik informacija - binarno stanje: – Uključen ili isključen – 0 ili 1 § Ovo binarno stanje naziva se BIT (BINARY DIGIT) 30. 11. 2020. Glava 2 19

1 -Bitni računar § Počnimo sa jednostavnim dizajnom računara: Računar – Jednostavni strujni prekidač signalizira CPU da pokaže specifični simbol na ekranu ? ? Ekran Uključen-ON Isključen-OFF Tastatura 30. 11. 2020. Glava 2 20

1 -Bitni Računar OFF ON =A =B Računar ? on tabela istine Kada je prekidač u položaju ON koji će se simbol prikazati na ekranu? Kako treba da modifikujemo dizajn ovog računara za prikazivanje više od jednog simbola? Ekran ON OFF Tastatura 21

2 -Bitni računar OFF OFF ON ON =A =B =C =D Kakav će simbol kreirati ova sekvenca prekidača? 30. 11. 2020. Glava 2 Računar ? on ? off Ekran ON OFF Tastatura 22

2 -Bitni računar OFF =B Računar OFF ON =R on ON OFF =G ON ON =W ? ? off ON Tabela se može koristiti da definiše boje. Koja će boja u ovom primeru biti prikazana? 30. 11. 2020. Glava 2 Ekran OFF Tastatura 23

3 -Bitni računar OFF OFF OFF ON OFF ON ON ON 30. 11. 2020. Glava 2 =A =B =C =D =E =F =G =H Računar ? o? n off ? on Ekran ON OFF Tastatura 24

3 -Bit računar OFF OFF OFF ON OFF ON ON ON 30. 11. 2020. Glava 2 =A =B =C =D =E =F =G =H Računar ? off ? ? on on Ekran ON OFF Tastatura 25

3 -Bitni računar OFF OFF =A OFF ON =B OFF ON OFF =C OFF ON ON =D ON OFF =E ON OFF ON =F ON ON OFF =G ON ON ON =H 30. 11. 2020. Glava 2 Zbog efikasnosti, programeri obično predstavljaju stanja sa 0 i 1 26

3 -Bitni računar 0 0 0 =A 0 0 1 =B 0 1 0 =C =D 0 1 1 =D OFF =E 1 0 0 =E OFF ON =F 1 0 1 =F ON ON OFF =G 1 1 0 =G ON ON ON =H 1 1 1 =H OFF OFF =A OFF ON =B OFF ON OFF =C OFF ON ON ON OFF ON Za 0 Glava 2 = off, a 1 = on – Ove tabele su jednake 30. 11. 2020. 27

3 -Bitni računar 0 0 0 1 1 1 0 0 1 1 1 30. 11. 2020. Računar =A =B =C =D =E =F =G =H ? off ? o? n on Ekran ON = 1 OFF = 0 Tastatura Glava 2 28

4 -Bitni računar 0 0 =A 0 0 0 1 =B 0 0 1 0 =C 0 0 1 1 =D 0 1 0 0 =E 0 1 =F 0 1 1 0 =G 0 1 1 1 =H 1 0 0 0 =I 1 0 0 1 =J 1 0 =K 1 0 1 1 =L 1 1 0 0 =M 1 1 0 1 =N 1 1 1 0 =O 1 1 =P 30. 11. 2020. Računar ? o? n o? ff off Ekran ON= 1 OFF = 0 Tastatura Šta će ekran prikazati? Glava 2 29

Strukture bazirane na bitovima 10101010 = reč (16) 1010 = bajt (8) 1010 = nibl (4) on/off = bit (1) Bit 30. 11. 2020. Nibl Glava 2 Bajt Reč 30

Strukture bazirane na bitovima 1 Bit 8 Bita = 1 Bajt 0 1 0 0 0 1 = A Otkucaj tastature ASCII Sve što se kuca na tastaturi ide u radnu (primarnu) RAM memoriju 30. 11. 2020. Glava 2 31

Kodiranje zapisa ASCI (American Standard Code for Information Interchange) kodiranje: • ASCII (7 -bitni, 128 jedinstvenih znakova) • ASCII (8 -bitni): § najčešće korišćeni kôd § 256 jedinstvenih znakova • Unicode (32 -bitni): § kodna šema koja podržava 65. 000 jedinstvenih karaktera (uključena arapska, kineska slova…) 32

Hardverske komponente računarskog sistema § Računar se već dosta dugo definiše kao sistem koji se sastoji iz procesora i memorije povezanih magistralom podataka § Računarski sistem se definiše kao računar povezan sa periferijskim uređajima § Obično se za ceo računarski sistem koristi termin “računar” Osnovni računarski sistem sadrži: 1. 2. 3. 4. 5. 6. Monitor Matična ploča CPU BIOS RAM Zvučna i grafička karta 7. Power Unit 8. DVD drajv 9. Hard disk (HD) 10. Tastatura 11. Miš 33

Hardver računara Osnovne komponente računara 1. Ulazni uređaji – Tastatura – Miš – Skeneri – Čitači bar kodova – Mikrofon – Touchpad – Touchpen – Senzori … 30. 11. 2020. 2. Centralna jedinica (CPU) – Procesor – Primarna memorija – Dodatne namenske kartice. . . Glava 2 34

Hardver računara Osnovne komponente računara 3. Izlazni uređaji – – Monitor ili video displej Štampač Ploter Zvučnici. . . 30. 11. 2020. 4. Memorije i memorijski uređaji: – Primarna memorija: RAM (Random Access Memory) – Sekundarna memorija: – Čvrsti diskovi (HD) – CD i DVD jedinice … Glava 2 35

Zavirimo unutra

Matična ploča § Matična ploča je centralni deo računara – Povezuje procesor, memoriju i ulazno-izlazne uređaje – Povezuje računar sa električnim napajanjem § Od matične ploče zavisi brzina protoka informacija! 37

Čipset § Skup čipova (kontrolera) iz kojih se sastoji matična ploča § Kod današnjih PC računara dele se na dva dela: – “severni” deo matične ploče (Northbridge) – kompleksan i brz kontroler koji povezuje procesor sa memorijom i magistralom – “južni” deo matična ploče (Southbridge) – kontroler koji povezuje magistralu sa periferijskim uređajima (DVD, hard diskovi, miš, tastatura, usb …)

Procesor § Procesor (Central Processing Unit, CPU) - osnovni i ključni deo rada računara § Da bi računar radio potreban mu je program, a njega izvršava procesor § Prvi procesor – od proizvođača: Intel, danas trku vode Intel i AMD § Osnovna karakteristika procesora: Brzina (koliko brzo može da izvršava instrukcije programa) koja se meri u milionima instrukcijama po sekundi (Milion Instructions Per Second, MIPS) Intel LGA Core 2 Duo E 8500 3. 16 GHz 39

Procesor § Brzina procesora uglavnom zavisi od: – Arhitekture procesora – noviji procesor sa boljim konstruktorskim rešenjima i više tranzistora će biti brži – Radnog takta – brzina kojom procesor izvršava instrukcije tj. vreme koje je potrebno procesoru da izvrši jedan ciklus obrade. • Svaki računar sadrži interni sat (clock) - specijalno elektronsko kolo koje meri učestalost impulsa. Meri se u GHz (1 bilion ciklusa u sekundi). • Idealno bi bilo da su isti radni taktovi CPUa i magistrala – Širine procesorske reči – broj bitova sa kojim procesor može da radi u jednom trenutku tj. može da prihvati u jednom trenutku sa magistrale podataka • veći broj bitova znači da procesor može da radi sa većom količinom podataka • 64 -bitni procesori su brži od 32 -bitnih – Prisustva i veličine keša – veća količina keša znači i veću brzinu procesora • U keš se smeštaju kopije podataka iz glavne memorije koji se često koriste. Više nivoa keša i njihova veličina utiče na brzinu procesora.

Murov zakon 1970 -tih § § Gordon Moore, suosnivač Intela, izneo predviđanje Procesorska snaga udvostručuje se na svake dve godine Danas se proizvođači procesora trude da održe korak sa ovom tvrdnjom 2000 -tih

CISC ili RISC procesori? § Dva pravca: – CISC (Complex Instruction Set Computer) Procesore treba usavršavati dodavanjem sve većeg broja naredbi koje mogu da izvrše – RISC (Reduced Instruction Set Computer) Procesor treba da poznaje mali broj naredbi, ali koje se izvršavaju veoma brzo § Današnji procesori imaju ugrađene: – Jedinicu za računanje sa decimalnim brojevima (Floating Point Unit, FPU) – Mehanizme predviđanja grananja u programu (branch prediction) – Mogućnosti paralelnog izvršavanja više instrukcija istovremeno (instruction pipeling) – Dva ili više procesorskih jezgara …

Tehnologija izrade procesora § Tehnologija izrade procesora se danas sprovodi foto-litografijom – metoda koja omogućava smeštanje desetina miliona tranzistora na glavu čiode § Veličina integrisanih kola u procesoru se meri nanometrima (nm) (hiljaditi deo mikrona, a mikron je hiljaditi deo milimetara)

Višejezgrani procesori § Višejezgrani procesori je jedna računarska komponenta sa dva ili više nezavisnih procesora (nazvanih jezgra) koji čitaju i izvršavaju instrukcije programa § Instrukcije su obične CPU instrukcije (dodavanje, premeštanje, grananje), ali pošto ima više jezgara mogu se paralelno izvršavati što omogućava paralelno programiranje § Dual-core procesori sadrže dva jezgra § Quad-core četiri jezgra § Omogućena virtuelizacija, istovremeno izvođenje nekoliko nezavisnih operativnih sistema na jednom računaru itd.

Hladnjak procesora § Na svakom procesoru stoji hladnjak § Procesor sa više miliona tranzistora i velikim stepenom integracije uzrokuje veliko zagrevanje § Hladnjak se koristi i za čipset, grafičku kartu, hard disk i sl. § Mana: mehanički deo, podložan otkazima i uticaju prašine što prouzrokuje slabije hlađenje – više se odnosi na hladnjag napajanja koji je više izložen spoljnim uticajima

Kako radi CPU? Osnovni delovi CPU jedinice § Upravljačka jedinica (Control Unit) – kontroliše rad računara, sinhronizuje U/I jedinice, memoriju i ALU, upravlja izvršavanjem programa, memorijom i dr. § Aritmetičko-logička jedinica (Arithmetic Logic Unit, ALU) – obavlja aritmetičke i logičke operacije – Aritmetičke: Sabiranje, oduzimanje, množenje, deljenje, upoređivanje… – Logičke: i, ili, negacija … – Prebacivanje podataka: iz memorije u registre … § Registri – memorijske lokacije koji pamte trenutne podatke i rezultate sa kojima procesor radi. Postoji više registara, neki su: – Adresni registar – smeštaju se adrese memorijskih lokacija – Registar podataka – smeštaju se podaci iz memorije sa kojima procesor radi

Kako radi CPU? § Registri: 1. Podaci prvo idu u registre 4. Rezultat operacije se smešta u registre, a potom se kopira u memoriju § Upravljačka jedinica: 2. Upravlja tokom izvršavanja programa: Uzima podatak iz registra, dekodira i šalje ALU § ALU: 3. Izvršava i skladišti u registre § Keš memorija: 4. Smeštaju se kopije podataka iz glavne memorije koji se često koriste. Postoji više nivoa keša: – Procesor najpre pristupa najbržem (najmanjem) L 1 (Level 1) kešu, ako nema podatak procesor proverava L 2, ako ni tamo nema, onda pristupa glavnoj memoriji – U toku rada programa, podaci se premeštaju iz jednog keša u drugi – Moderni procesori sadrže bar 2 nivoa keša

Računarske memorije Hijerarhija memorija Keš RAM Kapacitet Brzina CPU registri Sekundarna memorija üPrimarna (radna) memorija (RAM) za trenutni pristup informacijama üSekundarna memorija - hard disk (HD) - za dugotrajno skladištenje

Računarske memorije 1. CPU Registri Privremene lokacije za međurezultate i tekuće instrukcije, malog kapaciteta, velike brzine 2. Keš memorija: L 1 – interna, L 2 – brza, između CPU i RAM-a, za podatke koje CPU često traži, kapaciteta oko 1 MB 3. RAM (Random Access Memory): – Read/write, sa slučajnim pristupom za prihvat podataka i instrukcija programa koji se izvršava 4. Sekundarna memorija: – On line: masovna memorija sa podacima i programima HD ≈ 2, 5 TB – Off line: optički spoljni diskovi i memorijski uređaji (npr. , DVD) 49

RAM memorija RAM (Random Access Memory): • Poluprovodnička, primarna, radna memorija: – – • • • zahteva osvežavanje sadržaja tokom rada zahteva stalno napajanje Koristi se za privremeno memorisanje programskih instrukcija i podataka Nestabilna (promenljiva) memorija Informacije ne ostaju memorisane kada se isključi napajanje Radni programi i podaci drže se u RAM Direktan brz pristup sa CPU za čitanje/upisivanje 50

ROM memorija § ROM (Read-Only Memory): – Podaci se memorišu permanentno – Po pravilu se u ovu memoriju upisuju startup instrukcije i drugi permanentni podaci za butovanje (BIOS)

Hard disk § Glavni skladišni prostor unutar računara § Trajno skladišti podatke za razliku od RAM memorije 52

Odnos brzine, veličine i troškova memorije 30. 11. 2020. Glava 2 53

Kako se povezuju komponente preko matične ploče? 1. Magistrale – Električni provodnik kojim se signali šalju kroz računar – Povezuju memorijske jedinice, slotove, spoljašnje magistrale i portove 2. Slotovi i portovi – Omogućavaju jednostavno povezivanje spoljašnjih uređaja (periferijskih jedinica) 54

Magistrala (Bus) § Brzina magistrale može da se meri u GT/s (Giga. Transfer per second) – koliko podataka istovremeno može da se prenese preko magistrale u sekundi – npr. 5 GT/s je 5 milijardi (biliona) transfera podataka u sekundi § Brzina se često odnosi na prednju stranu magistrale (Front side bus, FSB) koja povezuje CPU na severni most (Northbridge) 55

Slotovi: PCI Međupovezivanje perifernih komponenata (Peripheral Component Interconnect, PCI) § PCI omogućava povezivanje sa perifernim uređajima § Npr. ukoliko želite da imate dva monitora, dovoljno je da priključite dve grafičke kartice na PCI slotove 56

Elektronski integrisani drajv (Integrated Drive Electronics, IDE) § Standardni elektronski interfejs koji povezuje hard diskove, DVD drajv i druge uređaje za skladištenje sa matičnom pločom 30. 11. 2020. Glava 2 57

Ulazno/izlazni portovi Glava 2 58

Matična ploča 30. 11. 2020. Glava 2 59

Kako razumete opis jednog procesora? INTEL CELERON DUAL CORE G 530 2. 4 GHZ BOX: Radni takt 2. 4 Ghz Broj jezgara 2 jezgra Cache memorija 2 MB Intel® Smart Cache Proces izrade 32 nm Grafički procesor Intel® HD Graphics, 850 MHz (1 GHz Max Dynamic) (Graphics processing unit) § Podržane tehnologije Virtualization Technology, Speedstep, Execute Disable Bit § Magistrala 5 GT/s (Giga. Transfer per second) DMI (Direct Media Interface - § § § veza između Northbridge-a i Southbridge-a) § Pakovanje Box § Set instrukcija 64 bit

Diskusija Koliko poznajete svoj računar? Koji procesor imate? Koje komponente imate? Koje kartice su instalirane u vašem računaru? Šta vam je važno kada kupujete računar?

Grafička kartica § Grafička kartica je adapter koji je instaliran unutar računara § Njen posao je da prikaže slike na monitoru računara 30. 11. 2020. Glava 2 62

Zvučna kartica § Zvučne kartice omogućavaju izlaz zvuka preko zvučnika, snimanje zvuka sa mikrofona i obradu zvuka koji je uskladišten na disku 63

Mrežna kartica (Network Interface Card) § Mrežna kartica je uređaj koji omogućava računarima da se povežu na lokalnu mrežu (LAN) 64

Plug and Play § Priključi se i igraj (Plug and play) je tehnologija koja omogućava operativnim sistemima automatsko prepoznavanje novih instaliranih uređaja, bez potrebe da korisnik kaže računaru o kom uređaju je reč 65

Serijski portovi § Serijski port je konektor kojim uređaj šalje jedan po jedan bit § Za razliku od paralelnih portova koji prihvataju i šalju više bitova istovremeno 66

Paralelni portovi § Paralelni port je interfejs koji služi za povezivanje spoljnih uređaja, npr. Štampača § Koristi 25 pinski konektor koji omogućava veći propusni opseg 67

Universal Serial Bus Port § Universal Serial Bus (USB) port je najkorišćeniji hardverski interfejs za priključivanje perifernih uređaja na računar 68

Ethernet Port § Ethernet port je utičnica na računaru ili mrežnom uređaju 69

Tema za projekat Oblast: Hardver Rezultate projekta u vidu kraće Power. Point prezentacije izložiti na sledećem času studentima i profesoru Projekat radi i prezentuje tim od dvoje studenata Temu sa konkretnim zadacima preuzeti od profesora na kraju časa Tema: Projekat 1: Tipovi računara – prednosti i nedostaci