Transcript Građa računala - Računalstvo 1

Računalstvo I
Građa računala
Priredio: Ranko Čelustka
Literatura:
http://pubwww.srce.hr/1.tehnicka_skola
Leo Budin: Informatika za 1. razred
gimnazije
1
Što je računalo?
• Elektronički uređaj koji može primati podatke i instrukcije,
prema tim instrukcijama obrađivati podatke i prikazati
dobivene rezultate (ili ih spremiti za kasniju upotrebu).
Podaci i
instrukcije
Računalo
Rezultati
• Računalo se sastoji od dvije usko vezane komponente:
hardver (fizički dijelovi) i softver (programi).
2
Arhitektura računala
Arhitektura (građa, struktura)
računala koju je John von
Neumann predožio 1945. u
čuvenom radu
”First Draft of a Report on the
EDVAC”
naziva se von Neumannova
arhitektura i praktično sva
računala od tada do danas
temelje se na toj arhitekturi.
John von Neumann 1903.-1957.
3
Osnovne osobine računala von
Neumannove arhitekture
1.
Računalo se sastoji od
slijedećih jedinica:




2.
3.
Ulazna jedinica
Ulazne i izlazne jedinice
Radne memorije
Aritmetičko-logičke jedinice
Upravljačke (kontrlolne) jedinice
Izlazna jedinica
Memorija
Kontrolna
jedinica
Aritmetičko
logička
jedinica
Računalo je univerzalni stroj koji se programira (prilagođuje
postavljenom zadatku) upisivanjem odgovarajućeg programa
u memoriju.
Građa računala ne ovisi o zadatku koji se njime rješava.
Podaci i programi smješteni su u zajedničkoj memoriji.
4
Ulazna jedinica
Služi za unos podataka i
programa u računalo.
Primjeri: tipkovnica, miš, tvrdi i
savitljivi diskovi, CD, CD
RW, DVD, skener, čitači
bar koda, itd.
Izlazna jedinica
Služi da rezultate obrade
podataka prikaže
korisniku ili ih pohrani
za kasniju upotrebu.
Primjeri: monitor, pisač, tvrdi i
savitljivi disk, CD, CD RW,
zvučnici.
Neke jedinice služe kao ulazne i izlazne istovremeno,
primjerice tvrdi i savitljivi diskovi, CD (jednom se piše, a
puno puta čita), CD RW.
5
Memorija računala
Služi za smještaj programa i podataka koji se tim
programom obrađuju.
Sadržaj lokacije
Adresa lokacije
• Sastoji se od niza
registara –
memorijskih lokacija
• Svaka lokacija ima svoj
redni broj - adresu
• Navodeći adresu
lokacije, moguće je
čitati sadržaj te
lokacije ili upisivati
nove podatke (sadržaj)
0
1
0
0
1
1
1
0
1
1
1
1
0
1
0
1
1
1
2
3
memorija
n-1
n
6
Program računala
•
•
•
•
Program čini niz naredbi (instrukcija) u memoriji računala
koje su kodirane binarnim kodovima (brojevima)
Naredbe se izvršavaju onim redom kojim su smještene u
memoriji, osim ako neka naredba ne uzrokuje prijelaz
(skok) na naredbu koja nije slijedeća na redu
Naredbe moraju odgovarati strojnom jeziku računala na
kojem se izvode – različita računala imaju različite
strojne jezike!
Naredba se sastoji od dva dijela:
• Prvi dio naredbe kaže što treba
napraviti (operacijski kod), a drugi dio
kaže s čime to treba napraviti (adresa
operanda)
7
Upravljačka i aritmetičko-logička jedinica
P o d a ci i
i n stru kci j e
Re zu l ta ti
Izlazna jedinica
Re zu l ta ti
A rg u m e n ti
Memorija
In stru kci j e
Ulazna
jedinica
Aritmetičko
logička jedinica
Upravljačka
jedinica
Procesor
Podaci i
instrukcije
Upravljački
signali
Upravljačka jedinica “čita” instrukcije iz memorije i na
temelju njih upravlja preostalim dijelovima računala
Aritmetičko logička jedinica obavlja potrebne aritmetičke ili
logičke operacije s podacima koje uzima iz memorije
Upravljačka jedinica + Aritmetičko logička jedinica čine
Centralnu procesnu jedinicu (procesor, CPU, mikroprocesor)
8
Izvođenje programa
Ponavljaj
Pročitaj instrukciju iz
memorije
Dekodiraj instrukciju
Rezultati
Argumenti
Instrukcije
Memorija
Aritmetičko
logička jedinica
Upravljačka
jedinica
Prebaci potrebne podatke
(argumente
instrukcije) iz
memorije u aritmetičko
logičku jedinicu
Izvedi operaciju
Procesor
Pohrani dobiveni rezultat
u memoriju
Do kraja programa
9
Vrste memorije prema postojanosti
podataka
Memorija RAM (engl. random access memory)
•
•
•
•
Podaci se mogu upisivati i čitati.
Prekidom napajanja gubi se sadržaj.
Brza, jeftina i velikog kapaciteta
Najveći dio memorije računala čini RAM memorija
Memorija ROM (engl. read only memory)
• Podaci se čuvaju i nakon prekida napajanja
• Podaci se upisuju jednom, a mogu se čitati više puta
(postoje vrste koje se mogu i brisati).
• Rabi se za pohranu stalnih podataka.
Flash memorija (engl. flash memory)
• Podaci se čuvaju i nakon prekida napajanja.
• Zbog brzine i mogućnosti pisanja potiskuje ROM.
• Zamjenjuje tvrdi disk kod prijenosnih uređaja.
10
Veličina memorije
• Veličina memorije izražava se u bitima
• Bit – memorija kapaciteta 1b (b=bit) može pohraniti jednu
binarnu znamenku (binary digit)
•
•
•
•
Bajt (engl. byte) - 1B = 8b (B = bajt)
1KB = 210 bajta = 1024 bajta = 1024 × 8 bita
1MB = 220 B = 1024×1024 B = 1,048,576 B
1GB = 230 B = 1024×1024×1024 B = 1,073,741,824 B
• Kapacitet radne i vanjske memorije tipičnog osobnog
računala:
- 1990. godine: 4MB RAM, 100MB disk
- 1995. godine: 16MB RAM, 1GB disk
- 2000. godine: 128MB RAM, 20GB disk
11
Sinkronizacija i brzina rada računala
Sinkronizirati = uskladiti
Za sinkronizaciju rada pojedinih dijelova računala služi signal
takta.
frekvencija [Hz]
T
1
f 
T
perioda [s]
Izvršavanje jedne instrukcije traje nekoliko perioda signala
takta (veća frekvencija -> kraće vrijeme traje instrukcija)
Brzina rada računala:
Izražava se u broju operacija s realnim brojevima u sekundi
(FLOPS = floating-point operations per second)
1955. IBM 704: 5000 FLOPS,
1973. Cray 1: 167 MFLOPS,
2003. Cray X1: 52.4 TFLOPS,
2010 Cray predviđa: 1015 FLOPS!
(usporedi: pentium PC 200Mhz -> 200 MFLOPS)
12