Raunarstvo i informatika I Sastav raunarskog sistema Neboja

Računarstvo i informatika I Sastav računarskog sistema Nebojša Lazarević, prof. Inf. Aleksinacka gimnazija Aleksinac

Šta ćemo učiti U ovoj lekciji. . . ° Šta je u računaru: ° Sastav jednostavnog mikroračunarskog sistema ° CPU ° Memorija ° Ulaz, izlaz i spoljašnje memorije ° Poboljšanja arhitekture Nebojša Lazarević, prof. Inf. Aleksinacka gimnazija Aleksinac

RAČUNARSKI SISTEMI ° Šta podrazumevamo pod računarskim sistemom? ° Konfiguracija • sastav hardvera – komponenete, OD ČEGA je napravljen ° Arhitektura • osobine značajne za programiranje (mašinski jezik, broj i namena registara u procesoru, komunikacija procesora sa drugim uređajima sistema, . . . ) - ŠTA može sistem da radi ° Organizacija • KAKO su mogućnosti realizovane • Familiju računara čine računari iste arhitekture, a razlićite organizacije, konfiguracije. Iza oznake familije računara obično se nalazi oznaka modela računara. Modeli=računari iste arhitekture i organizacije, npr. IBM 360/44, PC AT, … Nebojša Lazarević, prof. Inf. Aleksinacka gimnazija Aleksinac

Klase računarskih sistema Zajedničko za sve vrste - zasnovani na istim principima projektovanja, teoretskom modelu kompjutera koji se naziva Fon Nojmanova (Von. Neumann, institut Prinston) arhitektura (1946) • Podaci i instrukcije su u memoriji u kojoj se mogu čuvati i iz nje čitati • Sadržaj ove memorije je adresabilan, a to znači da se za svaki podatak zna gde se nalazi u memoriji • Ove adrese nisu zavisne od tipa podataka koji je tamo zapamćen(numerički, tekstualni. . . ) • Izvršavanje instrukcija računara odvija se sekvencijalno(od jedne instrukcije do druge) ° Razlike - brzina, kapacitet, ulaz/izlaz i sl. ° OSNOVA SVEGA – procesor i memorije u koje se podaci upisuju i obradjuju a potom prikazuju na izlaznom uredjaju Nebojša Lazarević, prof. Inf. Aleksinacka gimnazija Aleksinac

Karakteristike Fon Nojmanove arhitekture ° 1. Kompjuter se sastoji od 4 osnovna podsistema • • 1. 1 1. 2 1. 3 1. 4 Memorije Ulaza-izlaza Aritmetičko-logičkog organa (ALU) Upravljačkog organa (Control Unit - CU) ° 2. Koncept unutrašnjeg programa • Instrukcije se zapisuju binarnim brojevima i čuvaju u memoriji ° 3. Sekvencijalno izvršavanje instrukcija • Instrukcije se donose jedna po jedna iz OM u CU, gde se dekodiraju i zatim izvršavaju Nebojša Lazarević, prof. Inf. Aleksinacka gimnazija Aleksinac

Još neke podele. . . ° U zavisnosti razlikujemo: od načina obrade podataka 1. Analogne računare 2. Digitalne računare 1. Analogni računari rade na principu promene napona koji proizvodi fizičke pojave (Voltmetar npr. ). Analogni uređaji prate stalnu promenu vrednosti i rezultate daju otklonom kazaljke ili sipisivanjem krivulje na papiru ili ekranu. Analogni računari su spori i neprecizni. 2. Digitalni računari vrše obradu podataka u binarnom brojnom sistemu jer digitalna i logička kola imaju samo dva naponska stanja (0 i 1). Nebojša Lazarević, prof. Inf. Aleksinacka gimnazija Aleksinac

PUT DO DANAŠNJIH RAČUNARA ° Prva generacija elektronskih računara (1940 – 1950) ° Koristile Vakuumske cevi kao osnovne elektronske elemente ° Programiranje na mašinskom jeziku ° Primena u vojne i naučne svrhe ° Nema serijske proizvodnje (ENIAC – Electronic Numerical Integrator And COmputer), EDVAC, EDSAC ° Druga generacija elektronskih računara (1950 – 1960) ° Koristile tranzistore umesto vakuumskih cevi (poluprovodnički elementi (od silicijuma) ° Manji su, manje energije troše ° Koriste se simbolički jezici, asembler i počinje umrežavanje ° Serijska proizvodnja (IBM 1401) Nebojša Lazarević, prof. Inf. Aleksinacka gimnazija Aleksinac

° Treća generacija elektronski računara (1960 – 1970) – LSI ° Integrisana kola, mikročipovi sačinjeni od mnoštva tranzistora ° Majnfrejm računari – brža obrada podataka i mini računari (preteča Pca) ° Time – sharing ° Četvrta generacija elektronsih računara (od 1970) ° - VLSI – ° 1971 prvi mikroprocesor –Intel 4004 Nebojša Lazarević, prof. Inf. Aleksinacka gimnazija Aleksinac

ORGANIZACIJA HARDVERA RAČUNARA Čuvaju se podaci i programi koji su pokrenuti Unutrašnja Memorija kontroleri Kontrola jedinica Aritmetičko logička jedinica Jedinice spoljne memorije kontroleri Izlazne Jedinice (uređaji) kontroleri Ulazne Jedinice (uređaji) -GLAVNA- Centralna procesorska jedinica –CPU- MAGISTRALE ***APU – Acelerated processing unit (u čipu objedinjavaju CPU i GPU) ***So. C – System on chip (tableti, smart. Phone) – procesor i memorija u jendom čipu Nebojša Lazarević, prof. Inf. Aleksinacka gimnazija Aleksinac

CPU Grupa mem. Ćelija u kojima se čuvaju podaci Uprošćena struktura centralnog procesora Sistemska magistra ALU REGISTRI sabirnice Obradna jedinica Matematičke operacije nad podacima UPRAVLJAČKA JEDINICA (kontrolna jedinica) Upravlja radom procesora i čitavog računarskog sistema Nebojša Lazarević, prof. Inf. Aleksinacka gimnazija Aleksinac

Šema Glavne (RAM) memorije ADRESA Nebojša Lazarević, prof. Inf. SADRŽAJ 0 f 11 g 58652545 0 1 1 1 0 0 f 11 g 50002545 1 0 0 1 1 1 f 11 aa 58645588 1 1 0 0 0 Aleksinacka gimnazija Aleksinac

Klasifikacija programskih jezika 13 Debugger Editor Program. pas Prevodilac Program. obj F- je Povezivač OS Program. exe Punilac RAM Priprema programa za izvršenje Informatika, Aleksinacka gimnazija Nebojša Lazarević, prof. Inf. Aleksinacka gimnazija Aleksinac

Nivoi programske reprezentacije Program u VPJ Apstrakcije temp = v[k]; 14 v[k] = v[k+1]; v[k+1] = temp; Compiler lw lw sw sw Program u asembleru $15, $16, $15, 0($2) 4($2)c Assembler 0000 1001 1100 0110 1010 1111 0101 1000 0000 1001 1100 0110 1010 1111 Mašinski program Mašinska interpretacija Specifikacija kontrolnih signala Jezik registrarskog prenosa Nebojša Lazarević, prof. Informatika, Aleksinacka gimnazija ALUOP[0: 3] <= Inst. Reg[9: 11] & MASK Aleksinacka gimnazija Aleksinac

Izračunati Ako je X>=Y onda M: =x Inace M: =y Y: =2*x + 3 Mov ax, [100] Mov bx, 2 Mul bx, 3 Mov bx, 3 Add ax, bx Mov [101], ax Nebojša Lazarević, prof. Inf. Mov ax, [100] Mov bx, [101] Cmp ax, bx Jge vecix Mov [102], bx Jmp kraj Vecix: Mov[102], ax kraj: Aleksinacka gimnazija Aleksinac

PRINCIP RADA RAČUNARA Aritmetičke instrukcije (add, mul) Instrukcije prenosa (MOV) REGISTAR adresa MEMORIJA sadržaj bx 055 ALU ULAZNI PODACI ax Međumemorije 1. instrukcija 100 1. Podatak 101 2. Podatak (Y) ( X) IZLAZNI PODACI UI MODUL Nebojša Lazarević, prof. Inf. Aleksinacka gimnazija Aleksinac

Registri ° Registri opšte namene • Akumulatori • Indeks registri • Pokazivači segmenata • Pokazivači steka Nebojša Lazarević, prof. Inf. ° Specijalizovani registri • Registar naredbe • Adresni registar memorije • Prihvatni registar memorije • Brojač naredbi • Kontrolni registri • Statusni registar - Registar stanja procesora RSP Aleksinacka gimnazija Aleksinac

Adresni registri ° Registri opšte namene (GPR) ° Specijalizovani adresni registri Neki od navedenih registara mogu se koristiti i kao registri opšte namene Neki su specijalizovani za određene načine adresiranja • Brojač naredbi - Program Counter (PC) • Indeksni registar - Index Register (IX) • Bazni registar - Base Address Register (BAR) • Stek pokazivač - Stack Pointer (SP) • Stranični registar - Page Address Register (P) • Segmentni registar - Segment Address Register (S) Nebojša Lazarević, prof. Inf. Aleksinacka gimnazija Aleksinac

Središna memorija ° Osnovne komponente središne memorije: ° CPU (Central Processing Unit) • Program koji se izvršava se sastoji od niza instrukcija koje se nalaze u memoriji. CPU dobija instrukcije iz memorije pod kontrolom Operativnog sistema (OS) a rezultate vraća u memoriju. Instrukcije su u binarnom obliku i CPU preduzima jednu od akcija: - CPU-MEMORIJA - CPU-U/I - OBRADA PODATAKA(Aritm. i logičke operacije) - KONTROLA RADA ° Glavna memorija ° Ulazno–izlazni moduli – sadrže male memorije (MEĐUMEMORIJE) koje omogućavaju da ih privremeno memorišu i dalje šalju. Nebojša Lazarević, prof. Inf. Aleksinacka gimnazija Aleksinac

Organizacija centralnog procesora - CPU ° Upravljačka jedinica (Control Unit, CU) • upravlja tokom izvršavanja naredbi programa i • usklađuje rad svih delova računara ° Obradna jedinica (Arithmetic-Logic Unit, ALU) • sadrži elektronska kola koja mogu da realizuju sve mašinske naredbe (instrukcije) obrade konkretnog računara ° Registri • Interna memorija centralnog procesora • Sadržaj registra naziva se “reč” (word – 2 B), DW (4 B) ili Qword(8 B) • Veličina reči = broj bitova koji mogu istovremno da se pocesiraju Nebojša Lazarević, prof. Inf. Aleksinacka gimnazija Aleksinac

MIKROPROCESORI ° Mikroprocesor je čip koji sadrži CPU, kao i malu količinu memorije koja se koristi za specijalne namene. ° mogu da se programiraju, ° imaju internu memoriju i/ili registar statusa, ° sposobni su da pristupaju memoriji i ° urađeni su u visokointegrisanoj tehnologiji • Tehnologija proizvodnje definiše osnovne tehničke karakteristike: - vrsta kućišta, broj izvoda, snaga napajanja, temperaturni opseg, pouzdanost. . . Nebojša Lazarević, prof. Inf. Aleksinacka gimnazija Aleksinac

Šta je mikroračunarski sistem? ° Mikroračunarski sistem (MRS) = Računarski sistem zasnovan na mikroprocesoru ° Mikroprocesor = CPU izveden u jednom čipu ili čipsetu ° Čipset (chipset) - skup čipova projektovan da tesno sarađuju i funkcionišu kao celina pri izvršavanju nekog zadatka, npr. skup integrisanih kola kao što je programski kontroler signala prekida koji podržavaju CPU, zajedno sa samim CPU ° Svi današnji kompjuteri imaju CPU izveden u jednom čipu • Pošto se van čipa sporije radi, što više posla treba obavljati u samom čipu • 2. 26+ GHz P 4 - Van CPU se radi na 500 MHz Aleksinacka gimnazija Aleksinac Nebojša Lazarević, prof. Inf. - 2 nivoa keš memorije u samom čipu

Karakteristike memorije NAČIN PRISTUPA 1. Sekvencijalni pristup podaci smešteni u slogove, upisuju se u redosledu unosa, ćitaju u redosledu upisa ili obratno, vreme pristupa proizvoljnom slogu je relativno veliko; npr. magnetna traka 2. (Polu)direktan pristup podaci smešteni u slogove, a na osnovu adrese se direktno pristupa lokaciji gde je slog smešten ili nekoj okolini; npr. magnetni disk 3. Slučajni (direktan) pristup svaka adresibilna lokacija poseduje adresni mehanizam ugrađen u memorijski sklop, te je vreme pristupa svakoj lokaciji konstantano, npr. glavna memorija računara 4. Asocijativni pristup omogućeno je poređenje između posebne maske i vrednosti određenih pozicija bitova u reči, te se iz takve memorije reč čita na osnovu npr. keš memorija Aleksinacka gimnazija Aleksinac Nebojša Lazarević, sadržaja; prof. Inf.

Hardverske komponente računarskog sistema CPU • Registar • Kontrolna jedinica • ALU jedinica + Math (co. p), MMX, … PRIMARY/MAIN MEMORY • ROM (sadrži BIOS) • RAM (nestalna) SPOLJAŠNJA MEMORIJA • Magnetski Hard Disk • Floppy Disk • Optički Disk (CD-…) • Magnetna Traka CLOCK kontroler IDE, SCSI, . . . MAGISTRALA ISA, EISA, [MCA], PCMCIA, PCI, . . . kontroler Ulaz Miš • Tastatura • Touch Screen • Skener • . . . Komunikaciona Oprema • FAX/Modem/ • Mrežna oprema Nebojša Lazarević, prof. Inf. LAN Phone Line kontroler Izlazni uredjaji • Monitor • Zvučnik • Štampač • . . . Aleksinacka gimnazija Aleksinac