Sastav raunarskog sistema ta je u kompjuteru Poglavlje

Sastav računarskog sistema Šta je u kompjuteru? Poglavlje 4

Ciljevi • Opisati komponente modularnog mikroračunara • Navesti delove procesora i objasniti kako rade • Navesti tipove radne memorije i objasniti njihovu ulogu • Objasniti kako se podaci predstavljaju u kompjuteru • Opisati kako kompjuter pronalazi podatke i instrukcije • Objasniti kako se programske instrukcije izvršavaju u procesoru • Kako ubrzati kompjuter

Sadržaj • Sastav računara • Procesor • Tipovi memorije • Izvršavanje programa • Brzina i snaga

Mikroračunari se dele na: • Integrisane mikroračunare – Kompjuter ugrađen u sam proizvod – Specijalizovani za jedan zadatak • Modularne mikroračunare – Moduli povezani sistemskom magistralom – Kompjuteri opšte namene (personalni, serveri)

Modularni mikroračunari

Šta je u kutiji? Matična ploča Sadrži sledeće komponente: • Procesorski čip • Memorijske čipove (RAM, ROM) • Magistrale (prenos podataka) • Priključke za ostale komponente • Dodatne čipove (kontrolere)

Šta je u kutiji? Uređaji za čuvanje podataka Hard disk Kartice – kontroleri ulazno/izlaznih uređaja Flopi disk uređaj Video kartica CD-ROM uređaj Zvučna kartica DVD-ROM uređaj Modem TV kartica

Procesor - CPU • Kontrolni centar • Skup elektronskih kola koja izvršavaju instrukcije • Obradjuje podatke i pretvara ih u informacije • Sadrži – – Upravljačku jedinicu (UJ) Aritmetičko-logičku jedinicu (ALJ) Registre Sistemski časovnik

Upravljačka Jedinica UJ • Deo hardvera koji je zadužen da nadgleda i kontroliše rad • Usmerava i navodi kompjuter da izvršava instrukcije programa • Komunicira sa svim hardverskim komponentama

Aritmetičko / Logička Jedinica ALJ Izvršava aritmetičke operacije Izvršava logičke operacije

Aritmetičke operacije Sabiranje Oduzimanje Množenje Deljenje

Logičke operacije • Provera ispunjenosti uslova • Poređenja – Brojeva – Slova – Specijalnih karaktera

Registri Privremena memorija Veoma brza Specijalne namene Nalazi se u procesoru Registar instrukcija Registar podataka U njemu je instrukcija koja se izvršava ovog trenutka Sadrži podatke koji se trenutno obrađuju u ALJ Prihvata rezultate izvršenja instrukcije iz ALJ

Sistemski časovnik • Sistemski časovnik proizvodi impulse koji određuju ritam rada • Svaki impuls je jedan mašinski ciklus • Jedna linija programa može biti podeljena na više procesorskih instrukcija • Procesor ima ograničen set instrukcija – koje može da razume i obradi

Mikroprocesor • Ceo procesor je smešten u jednom čipu • Izrađen od silicijuma • Sadrži milione tranzistora – Elektronski prekidači koji dopuštaju ili sprečavaju protok struje

Tipovi mikroprocesora Intel-compatibilni • Pentium • Cyrix • Celeron • AMD • Xeon i Itanium

Tipovi mikroprocesora • Power. PC – Nastao saradnjom kompanija Apple, IBM i Motorola – Koristi se u Apple Macintosh familiji – Može se naći u serverima i integrisanim sistemima • Alfa (Alpha) – Proizvođač je Compaq – Serveri i radne stanice visokih zahteva

Memorija (skladišta podataka) • Spoljna memorija (sekundarno skladište) – Podaci koje bi trebalo sačuvati na duže vreme – Trajno skladište • Radna memorija (primarno skladište) – Podaci koje koristimo u kratkom vremenskom intervalu – Privremeno skladište – Brži pristup podacima nego kod spoljne memorije • Registri – Podaci koji se upravo sada obrađuju, kroz instrukciju koja se izvršava u procesoru – Brži pristup podacima od operativne memorije

Merenje kapaciteta memorije KB – kilobajt • 1024 bajtova • Diskete • Keš memorija MB – megabajt • Milion bajtova • RAM GB – gigabajt • Milijardu bajtova • Hard disks • CD, DVD TB – terabajt • Bilion bajtova • Veliki hard diskovi

Tipovi radne memorije RAM Random Access Memory ROM Read Only Memory

RAM • Elektronska, zahteva napajanje za čuvanje podataka • Gubi sadržaj pri isključenju napajanja • Sadrži podatke i instrukcije koji mogu biti pročitani i promenjeni

Šta se nalazi u RAM-u? • Operativni sistem • Program koji se trenutno izvršava • Podaci potrebni za izvršavanje programa • Rezultati obrade koji će biti prikazani korisniku

Tipovi RAM memorije SRAM • Stabilno čuva sadržaj dok je napajanje uključeno • Brža od DRAM

Tipovi RAM memorije DRAM • Stalno se mora osvežavati (i pored napajanja sadržaj se vremenom gubi) • Zbog veličine i niže cene – najčešće korišćena u personalnim kompjuterima • SDRAM – Brža verzija DRAM • Rambus DRAM – Brži od SDRAM – Skuplji

Dodavanje RAM memorije • Kupujemo memorijske module koji su pakovani na štampanim pločama • SIMM – memorijski čipovi su samo sa jedne strane • DIMM – čipovi su sa obe strane • Maksimalna količina RAM memorije koja se može dodati zavisi od dizajna matične ploče

ROM • Čuva sadržaj i po isključenju napajanja • Instrukcije za startovanje kompjutera • Sadrži podatke i instrukcije koji se mogu čitati, ali se ne mogu menjati • Instrukcije i podaci se upisuju u fabrici ROM čipova

PROM • Programabilni ROM • Pisač ROMa može promeniti sadržaj PROM memorije

Pronalaženje podataka u memoriji • Svaka lokacija u memoriji ima jedinstvenu adresu – Adresa se nikad ne menja – Sadržaj se može promeniti • Memorijska lokacija sadrži jednu instrukciju ili jedan podatak • Programeri koriste simbolička imena za podatke, koja se u prevodiocu (kompajleru) prevode u adrese

Predstavljanje podataka Uključeno-Isključeno Binarni brojni sistem Predstavlja stanje elektronskih kola

Bit, Bajt, Reč • BIT – Binarna cifra – Uključeno-Isključeno kolo – 1 ili 0 • BAJT – 8 bita – Jedan alfanumerički znak • REČ – Veličina registra – Broj BITa koje procesor obrađuje u jednom trenutku

Magistrala podataka • Putanja kojom se prenose električni signali • Sistemska magistrala – Prenosi podatke između procesora i memorije • Širina magistrale – Broj bita koji se mogu preneti istovremeno – Obično jednaka dužini procesorske reči (dužina registra) • Brzina se meri u MHz

Magistrala Veća širina magistrale = Kompjuter veće snage Može da prenese više podataka istovremeno = Brži kompjuter = Veća dostupna memorija Procesor može da adresira više memorije Procesor može da obradi veći broj i više vrsta instrukcija

Magistrale za proširenje • Povezuju matičnu ploču sa slotovima za proširenje • Priključujemo kartice u slotove – Adapterske kartice – Kartice za ulazno-izlazne uređaje • Obezbeđuju eksterne priključke (portove) – Serijske – Paralelne

Magistrale za proširenje

PC magistrale i portovi ISA Spori uređaji, poput miša i tastature PCI Brzi uređaji poput hard diska i mrežnih kartica AGP Povezuju grafičke kartice USB Podržava ulančavanje, eliminiše potrebu za višestrukim kartcama za proširenje, podržava “plug-and-play” IEEE 1394 Povezivanje video opreme (Fire. Wire) PC Card Veličine kreditne kartice, može se naći na laptop računarima

Izvršavanje Programa • Upravljačka jedinica (UJ) uzima instrukciju iz radne memorije • UJ dekodira (tumači, dešifruje) instrukciju • UJ proziva hardverski deo koji izvršava instrukciju • Kontrola se prenosi na deo hardvera koji izvršava instrukciju • Zadatak koji je instrukcija postavila se obavlja • Kontrola se vraća UJ

Mašinski ciklus I-vreme • UJ uzima instrukciju iz radne memorije i stavlja je u registar instrukcija • UJ dekodira instrukciju i pronalazi memorijsku lokaciju na kojoj se nalaze podaci potrebni za izvršenje instrukcije

Mašinski ciklus E-vreme • Obrada (Egzekucija) – UJ premešta podatke iz memorije u registre aritmetičko logičke jedinice (ALJ) – ALJ preuzima kontrolu i izvršava instrukciju – Kontrola se vraća UJ • UJ smešta rezultat obrade u radnu memoriju ili u odgovarajući registar

Brzina i snaga Šta kompjuter čini brzim? • Brzina mikroprocesora • Širina magistrale • Keš memorija • Paralelna obrada • Bolja arhitektura i organizacija

Brzina procesiranja Vreme izvršenja instrukcije • Milisekunde • Mikrosekunde • Nanosekunde – Savremeni kompjuteri • Piko sekunde – U budućnosti

Brzina mikroprocesora • Takt – Megaherc (MHz) – Gigaherc (GHz) • Broj instrukcija u sekundi – Miliona Instrukcija Po Sekundi (MIPS) • Obrada složenih matematičkih operacija – Miliona floating-point operacija po sekundi (Mega. FLOPS )

Keš • Mali blok veoma brze memorije (u procesorskom čipu ili izvan njega) • Ubrzava prenos podataka do procesora • Instrukcije i podaci koji se često koriste

Keš P R O C E S S O R Korak 1 Procesor traži podatak ili instrukciju Korak 3 Prenesi podatak u procesor i u Keš R Keš A M Korak 2 Idi na adresu u radnoj memoriji i pročitaj Sledeći zahtev od procesora • Prvo pogledaj u keš • Ako nema u kešu idi u memoriju

Tipovi keš memorije • Interna – Nivo 1 (L 1) – Ugrađena u procesorski čip – 128 KB • Eksterna (spoljna) – – – Nivo 2 (L 2) Poseban čip 256 KB ili 512 KB SRAM tehnologija Jeftiniji i sporiji od L 1 Brži i skuplji od radne memorije

Tipovi procesiranja • Serijsko – Izvršava se jedna instrukcija u jednom trenutku – Uzmi, dekodiraj, izvrši, sačuvaj • Paralelno – Više procesora radi u isto vreme – Može izvršiti bilion floating-point instrukcija po sekundi (teraflops) – Primer: mrežni serveri, serveri baza podataka

Tipovi procesiranja • Tekuće linije (Pipelining) – Korak u izvršenju instrukcije se mora završiti pre nego što sledeći nastupi • Uzimam Instrukciju 1, • Kad započnem dekodiranje Instrukcije 1, istovremeno uzimam Instrukciju 2