Raunarski sistemi Fon Nojmanova arhitektura Elementarni fiziki objekat

Računarski sistemi

Fon Nojmanova arhitektura • Elementarni fizički objekat fon Nojmanove mašine (pa i savremenih elektronskih računara) je elektronska cev (tanzistor). • Može da bude u 2 diskretna stanja – protiče struja/ne protiče struja, (”registruje” binarnu cifru 0 ili 1) i naziva se ćelija. • Ćelije se u fon Nojmanovoj mašini organizuju u nizove fiksne dužine koji se nazivaju registar.

• Procesor (Upravljačka jedinica, aritmetička jedinice i U/I jedinice. Aritmetička jedinica je sadržavala i dva specijalna registra, akumulator i registar podataka R) • Memorija (1024 registra od kojih je svaki imao svoju adresu (mesto, lokaciju) – broj od 1 do 1024, a svaki registar je imao po 40 bita. Sadržaj svakog registra mogao je da se interpretira kao jedan ceo broj u binarnom obliku, ili kao dve (20 -bitne) instrukcije. Program se sastojao od niza binarnih instrukcija (instrukcija zapisanih binarnom azbukom), tj. bio je na mašinskom jeziku.

• Aritmetičke operacije (deset cifara operacija a deset cifara adresa operanda) • Dodela memorijskoj lokaciji/procesorskim registrima. • Tok upravljanja je bio jedna instrukcija za drugom, osim u slučaju ”goto” instrukcije koja je ukazivala na memorijsku lokaciju gde je trebalo naći instrukciju za izvršenje

Struktura modernog računarskog sistema

Struktrura računarskog sistema Računarski sistem Hardware (hardver) Software (softver)

Hardver • Čine ga svi uređaji računarskog sistema: – Komponenta za obradu podataka (procesor), – Skladište (memorija) za pamćenje programa i podataka. – Uključuje i komponente ulaznih i izlaznih informacionih tehnologija i komponente komunikacione tehnologije koje omogućuju komunikaciju među pojedinim komponentama.

Podela • Hardver se globalno može podeliti na računar i periferne uređaje. • Računar čine procesor i operativna (unutrašnja) memorija, • Periferni uređaji uključuju ulazno/izlazne uređaje i spoljašnju memoriju.

Procesor • Obrađuje podatke i upravlja radom ostalih delova računarskog sistema – ulaznih, komunikacionih, izlaznih uređaja, memorije. • Sastoji se od obradne jedinice - jedinice za aritmetičku i logičku obradu i komandne (upravljačke) jedinice, koja određuje koju komponentu ALJ treba aktivirati u kom trenutku.

Struktura procesora Opšti registri Aritmetičkologička jedinica Komandna jedinica Magistrale

Unutrašnja memorija • Služi za čuvanje informacija neposredno potrebnih u procesu obrade (programi operativnog sistema, programi koji se upravo izvršavaju, i podaci potrebni tim programima). • Sastoji se iz niza bitova organizovanih u nizove dužine 8 koji se nazivaju bajt. • Bajtovima su dodeljene adrese, a oni se dalje grupišu u nizove fiksne dužine (2, 4 ili 8 bajtova), koji se nazivaju registar.

• Koriste se i nazivi: operativna memorija, glavna memorija, centralna memorija, … • To je memorija elektro-magnetne prirode. Veoma je brza, ali je sporija od mikroprocesora. • Razlikujemo RAM (Random Access Memory) i ROM (Read Only Memory) Keš-memorija je brža i služi kao posrednik između mikroprocesora i unutrašnje memorije. Može se nalaziti unutar samog mikroprocesora ili izvan njega. MPS Keš Unutraš nja mem.

MPS Keš L 1 L 2 Unutrašnja mem. Kod savremenih računarskih sistema često je ovako raspoređena keš memorija.

Pored brzine, glavna karakteristika memorije je njen kapacitet. Memorija se sastoji iz niza registara: … 0 1 2 n-1 n Jedna lokacija se sastoji iz niza ćelija. Ćelija je fizički objekat koji može da registruje jedan bit. Ćelija {0, 1} - bit a 1 a 2 a 3 a 4 a 5 a 6 a 7 a 8 - bajt Registar dužine 8 ai - binarna cifra Često se registar dužine 8 naziva bajt

Registar dužine 16 U registru dužine 16 zapisuje se jedna reč Registar dužine 32 služi za zapis dvostruke reči Najmanja adresibilna lokacija u memoriji je jedan bajt. Stoga se kapacitet memorije najčešće izražava u bajtima. 1 Kb = 1024 bajta 1 Mb = 1024 Kb 1 Gb = 1024 Mb 1 Tb = 1024 Gb 1 bajt ~ 1 slovo ABCD-e ~ 1 znak (karakter) na tastaturi

Periferni uređaji

Ulazno/izlazni uređaji • Obezbeđuju unošenje i izdavanje informacija u računar tj. iz računara, i predstavljaju sredstvo komunikacije računara sa spoljašnjom sredinom. • Podaci koji se unose preko ovih ulaznih uređaja, bilo da su to brojevi, tekst, slika, zvuk, smeštaju se, transformisani u binarni oblik, u deo primarne memorije namenjen ulazu podataka.

• Ulazni (tastatura, miš, skener, …) • Izlazni (monitor, štampač, ploter, …)

Spoljašnja memorija • Omogućava trajno čuvanje podataka • Podaci i programi koji se čuvaju u spoljašnjoj memoriji po potrebi se prenose u operativnu memoriju i koriste u procesu obrade. • Vreme pristupa spoljašnjoj memoriji je mnogo veće od vremena pristupa unutrašnjoj, ali je zato kapacitet neuporedivo veći.

Magistrale • Magistrala adresa - preko koje se prenose memorijske adrese podataka ili instrukcija. • Magistrala podataka preko koje se prenose podaci iz memorije ili u memoriju. • Kontrolna magistrala preko koje se prenose signali za čitanje ili upis, iz memorije ili sa ulaznih uređaja odnosno u memoriju ili na izlazne uređaje.

Programski sistem - Softver • Sistemski softver • Aplikativni softver

• Hardware i software je skoro nemoguće razgraničiti. • Sistemski software omogućava korisniku korišćenje računara. • Aplikativni software rešava probleme koje korisnik zadaje

• Prirodna podela bi bila da su hardware i sistemski software jedna celina koju zovemo virtuelna mašina. • Virtuelna mašina predstavlja skup mogućnosti koje se korisniku prezentuju kao funkcije koje procesor može da obavi. (Uputsvo za rad sa mašinom)

Operativni sistem • OS je posrednik između računara i korisnika. • Operativni sistem je najniži deo softwera koji ide direktno na hardware u cilju da njime upravlja i učini ga upotrebljivim za korisnike. • Zadatak je da omogući: normalno izvršavanje korisničkih programa, kako bi omogućili udobnost i efikasnost upotrebe hardvera.

Definicija • Operativni sistem je program koji upravlja računarskim resursima. (Menadžer resursa) • Upravljanje se deli na: – Upravljanje procesorom – Upravljanje memorijom – Upravljanje U/I uređajima (HDD, VM, miš. . . ) – Upravljanje podacima (File System) – Upravljanje mrežama

Režimi rada računara • Paketna obrada • Multiprogramiranje • Time sharing • Multitasking • Multiprocesing

• Sistemski software je širi pojam od Operativnih sitema jer može da uključi i kompajlere, editore, programe za sortiranje, alate. . .

Uslužni programi • Obavljaju rutinske poslove kao što je formatiranje diska, sortiranje datoteka, kopiranje sa jednog medija na drugi, editovanje programa i teksta, povezivanje prevedenih programskih celina (program povezivač, engl. linker), punjenje programa na mašinskom jeziku u predviđeni prostor operativne memorije odakle se može izvršavati (program punilac, engl. loader), otkrivanje grešaka (program za trebljenje, engl. debugger), itd. • Uslužni programi su često ugrađeni u operativni sistem i sa njime čine celinu, dok se neki proizvode i prodaju posebno.

Jezički procesori • Prevode program napisan na ne-mašinskom programskom jeziku na mašinski jezik kako bi se mogao izvršavati na računaru. • Za prevođnje simboličkog jezika na mašinski jezik grade se asembleri a za prevođenje viših programskih jezika grade se kompilatori (ili prevodioci).

• Posebna vrsta jezičkih procesora su interpreteri, koji prevode, liniju po liniju, program sa višeg programskog jezika na mašinski jezik, i svaki prevedeni iskaz izvršavaju pre nego što pređu na prevođenje sledećeg iskaza. • Interpreteri su lakši za korišćenje od prevodilaca, omogućuju brže otkrivanje grešaka i zahtevaju manje memorijskog prostora, ali su manje efikasni od prevodilaca, jer zahtevaju prevođenje programa pri svakom izvršavanju.

Funkcionisanje računarskog sitema

• Napiše se program na višem programskom jeziku, • unese u računar, • prevede na mašinski jezik i poveže sa drugim prevedenim programskim celinama (i tako dobije • program (koji, npr. u MS-DOS-u ima ekstenziju. EXE, u verzijama linux-a obično bez ekstenzije), • može se uneti u operativnu memoriju i izvršavati. • Izvršavanje mašinskog programa odvija se instrukcija po instrukcija.

• Izvršavanje pojedinačne mašinske instrukcije odvija se u mašinskom ciklusu. • On se sastoji od dve faze: prvo, upravljačka jedinica donosi instrukciju iz operativne memorije, dekodira je i odgovarajuće delove smešta u procesorske registre (registar adresa, registar instrukcija). • Zatim se potrebni podaci donose iz memorije u registre podataka, ALJ izvršava operaciju, a rezultat privremeno smešta u akumulator, do njegovog smeštanja u memoriju.

• Zatim se izvršava sledeća instrukcija, a adresa na kojoj se ona nalazi izračunava se na osnovu adrese prethodne izvršene instrukcije, dodavanjem broja bajtova koje je zauzimala prethodna instrukcija. • Mašinski ciklusi se ponavljaju do instrukcije zaustavljanja tj. kraja programa.

• Ovakva metoda izvršavanja programa naziva se sekvencijalna ili serijska obrada, i odgovara konceptu fon Nojmanove mašine. • Postoji i paralelni način obrade, pri čemu se program razbija na delove koji se istovremeno izvršavaju na desetine, stotine ili čak hiljade raznih procesora.