Transcript Poslovna informatika - Univerzitet Singidunum

Poslovna informatika
Osnove hardvera unutar računara
7.7.2015
Glava 2
1
Hardver računara
1.
2.
3.
4.
Ciljevi:
Na koji način se u računaru memorišu i obrađuju podaci informacije
Osnovna struktura i organizacija računara
Funkcije i međusobna interakcija glavnih komponenti
računara
Vrste memorija i memorijskih uređaja
7.7.2015
Glava 2
2
Hardver računara
Osnovne funkcije računara
• Prihvatanje ulaza:
– prihvatanje podataka iz spoljašnjeg sveta
• Obrada (procesiranje) podataka:
– obavljanje aritmetičkih ili logičkih operacija (donošenje odluka) nad
podacima
• Formiranje izlaza:
– dobijanje informacija i slanje informacija u spoljašnji svet
• Memorisanje informacija:
– slanje i skladištenje informacija u memoriju računara
7.7.2015
Glava 2
3
Hardver računara
Osnovne HW komponente
1. Ulazni uređaji
–
–
–
–
–
–
–
Tastatura (keyboard)
Miš (mouse)
Skeneri (image scanners)
Čitači bar kodova
Mikrofon
Kamera
Joystick
7.7.2015
Glava 2
4
Hardver računara
Osnovne HW komponente
2. Izlazni uređaji
–
–
–
–
–
7.7.2015
Monitor ili video displej
Štampač
Projektor
Ploter
Zvučnici
Glava 2
5
Hardver računara
Osnovne HW komponente
3. Centralna jedinica za obradu
–
–
–
–
–
–
7.7.2015
Procesor
Matična ploča
Memorija
Grafička, zvučna, mrežna, TV kartica, ...
Modem
Jedinica za napajanje
Glava 2
6
Hardver računara
Osnovne HW komponente
4. Memorije i memorijski uređaji
– Primarna memorija: RAM (Random
Access Memory)
– Sekundarna memorija: Memorijski uređaji
koji služe za dugotrajno skladište podataka
•
•
•
•
•
•
7.7.2015
Čvrsti diskovi (HD)
CD i DVD jedinice
Blu-Ray uređaj
Flash memorije
Flopi Disk, ZIP uređaj
Magnetne trake
Glava 2
7
Hardver računara
•
Hardver (hardware;
computer hardware )
– Opipljivi deo računara
•
•
Hardver se mnogo ređe
menja nego softver
Mogućnosti računara u
najvećoj meri zavise od
hardvera i njegovog
kvaliteta (performanse)
7.7.2015
Glava 2
8
Hardver računara
7.7.2015
Glava 2
9
Hardver računara
Predstava informacija u računaru
• Informacija
– Obrađeni podaci koji daju novo
značenje
– Bilo šta što se može biti predmet
komuniciranja
• Informacije se pojavljuju u mnogim oblicima
– Reči, brojevi, slike
– Audio, video, animacije
7.7.2015
Glava 2
10
Binarni brojni sistem
• Računarske informacije su
digitalne
–Bit ili binarna cifra
• Najmanja jedinica
informacija
• Može da ima samo dve
vrednosti: 1 ili 0
• Može da predstavlja brojeve,
kodove ili naredbe
– Bajt: skup od 8 bita
7.7.2015
Glava 2
11
Binarni brojni sistem
•
Korišćenjem dva simbola (0 i 1) svi brojevi mogu biti
predstavljeni i nad njima se mogu obavljati proizvoljne
aritmetičke operacije
–
–
Bilo koji broj se može posmatrati kao komponente svojih
pozicionih vrednosti od kojih je svaka stepena dva
19 se predstavlja binarno sa 00010011
7.7.2015
Glava 2
12
Binarni brojni sistem
Brojevi zapisani sa bitima
• Binarni brojni sistem
– Označava sve brojeve
kombinovanjem samo dve
binarne cifre
– Decimalni brojevi se mogu
konvertovati u binarne i obrnuto
– Obrada binarnih brojeva je
potpuno skrivena od korisnika
računara
7.7.2015
Glava 2
13
Binarni brojni sistem
Kodiranje
• ASCII
– Najčešće korišćeni kod
– American Standard Code for Information
Interchange
– 8 bita = 256 jedinstvenih znakova
– 28=256
• Unicode
– Kodna šem koja može biti
• 8 bita, 16 bita, 32 bita
• Nasleđivanje, tj. kompatibilnost unazad
7.7.2015
Glava 2
14
Binarni brojni sistem
•ASCII
– Industrijski standard
– Kodirani su:
•Brojevi, slova, karakteri
•Non printable (nevidljivi): od 0 do 31
•Lower ASCII: od 32 do 127
•Higher ASCII: od 128 do 255
– Mogu se menjati zavisno od stranog jezika koji se koristi
– Specijalni simboli
– Grafički karakteri
7.7.2015
Glava 2
15
Binarni brojni sistem
Standard ASCII characters
7.7.2015
Dec
Char
Dec
Char
Dec
Char
Dec
Char
Dec
Char
Dec
Char
33
!
49
1
65
A
81
Q
97
a
113
q
34
"
50
2
66
B
82
R
98
b
114
r
35
#
51
3
67
C
83
S
99
c
115
s
36
$
52
4
68
D
84
T
100
d
116
t
37
%
53
5
69
E
85
U
101
e
117
u
38
&
54
6
70
F
86
V
102
f
118
v
39
'
55
7
71
G
87
W
103
g
119
w
40
(
56
8
72
H
88
X
104
h
120
x
41
)
57
9
73
I
89
Y
105
i
121
y
42
*
58
:
74
J
90
Z
106
j
122
z
43
+
59
;
75
K
91
[
107
k
123
{
44
,
60
<
76
L
92
\
108
l
124
|
45
-
61
=
77
M
93
]
109
m
125
}
46
.
62
>
78
N
94
^
110
n
126
~
47
/
63
?
79
O
95
_
111
o
127
_
48
0
64
@
80
Glava 296
P
`
112
p
16
Binarni brojni sistem
Extended
ASCII characters
7.7.2015
Glava 2
17
Binarni brojni sistem
• Instrukcije programa su u binarnom zapisu
– Sačuvani programi se smeštaju kao skupovi bita
– Programske instrukcije su prezentovane u binarnoj notaciji
kao odgovarajući kodovi instrukcija
7.7.2015
Glava 2
18
Binarni brojni sistem
• Osnovni nedostatak u binarnom predstavljanju brojeva je
predugačak zapis broja
• U računarskim sistemima najčešće koristi heksadecimalni
sistem predstavljanja brojeva
• Heksadecimalni brojni sistem – 16 cifara:
– 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E,F
• Primeri:
– 0100 0001 b = 41 h
– 1010 0111 b = A7 h
7.7.2015
Glava 2
19
Brojni sistemi
Osnova za preračunavanje
7.7.2015
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
20
Binarni brojni sistem
Obeležavanje:
b – bit
B – bajt
–
–
–
–
–
–
7.7.2015
Bajt
Kilobajt (KB)
Megabajt (MB)
Gigabajt (GB)
Terabajt (TB)
Petabajt (PB)
=8b
= 1024 B = 210 B
= 1024 KB = 210 KB
= 1024 MB = 210 MB
= 1024 GB = 210 GB
= 1024 TB = 210 TB
Glava 2
21
Matična ploča
• Sistemska ploča - motherboard
• Povezuje komponente i omogućava komunikaciju između
delova računara
• Od matične ploče zavise:
• Performanse
• Tip procesora koje podržava (AMD, Intel)
• Integrisane komponente
• kontroler za zvuk, grafiku, LAN čip, USB priključak, flopy kontroler
7.7.2015
Glava 2
22
Matična ploča
7.7.2015
Glava 2
23
Dijagram
savremene
matične ploče
7.7.2015
Glava 2
24
Matična ploča
• Čipset – povezuje sve delove sa procesorom
– NorthBridge
• Veza sa memorijom i grafičkom karticom, itegrisan je,
performanse se mogu menjati kroz BIOS i softverski
– SouthBridge
• Sporiji od NorthBridgea, povezuje procesor sa PCI, USB, ...
• Socket
– Određuje koji se procesor može ugraditi u matičnu ploču
– Npr. ne može se ugraditi AMD procesor u matičnu ploču koja
podržava Intel Socket
7.7.2015
Glava 2
25
CPU
CPU - Central processing unit
• CPU (mikroprocesor, µP )
– Poluprovodnički čip
– Interpretira i izvršava programske
instrukcije
– Nadgleda aritmetičke i logičke operacije
nad podacima
– Broj tranzistora u jednom čipu se
udvostručava na svakih 18 meseci
7.7.2015
Glava 2
26
CPU
• Komunicira sa svim ostalim delovima
računara indirektno preko memorije
– BIU – Bus Interface Unit
• Izvršavanje instrukcija
– EU – Execution Unit
• ALU – Arithmetic Logic Unit
• Kompleksan skup elekt. kola (sastoji
se od stotina miliona tranzistora i
dioda)
7.7.2015
Glava 2
27
CPU
7.7.2015
Glava 2
28
CPU
7.7.2015
Glava 2
29
CPU
Registri
• Registri opšte namene – privremeno čuvanje rezultata
• IP - Instruction pointer registar, sadrži adresu sledeće
instrukcije koju BIU treba da prenese iz memorije u
procesor
• PSW - Processor Status Word, registar služi da zapamti
nekoliko bitnih osobina poslednjeg rezultata dobijenog iz
ALU i da zapamti određena setovanja procesora
7.7.2015
Glava 2
30
CPU
•
•
•
•
•
Koraci koje obavlja CPU
Prihvat (fetch) naredbi iz RAM-a
Čitanje podatka iz RAM-a - ako se zahteva u naredbi
(reading)
Dekodovanje naredbi (decoding)
Izvršenje naredbe (executing)
Upis rezultata obrade - u MEM ili periferijsku jedinicu
(writing)
7.7.2015
Glava 2
31
CPU
Pipelining
• Pre nego što procesor završi sa obradom prve
instrukcije započinje se obrada naredne
• Omogućeno povećanje brzine obrade instrukcija
• Standardna karakteristika procesora
7.7.2015
Glava 2
32
CPU
Pipelining
1. Instruction fetch
2. Instruction decode
and register fetch
3. Execute
4. Memory access and
Register write back
7.7.2015
Glava 2
33
CPU
Primer jedne instrukcije sa operandima
7.7.2015
Glava 2
34
CPU
Kompatibilnost
• Softver nije neophodno kompatibilan sa svakim CPU
– Softver napisan za PowerPC familiju procesora ugrađenih u Macintosh
računare ne radi na Intelovim procesorima
– Softver napisan za Linux ne radi pod Windows OS
• Oba sistema rade na PC-u sa Intelovim mikroprocesorima
 CPU u okviru iste familije po pravilu su kompatibilni
unazad
– Noviji procesori mogu da izvršavaju sve instrukcije koje se izvršavaju i na
starijim modelima
– Instrukcije se izvršavaju i na starijim modelima
7.7.2015
Glava 2
35
CPU
Proizvođači
• Intel
• Pentium, Celeron, Xeon, Itanium
• AMD
• Serija Athlon
• Motorola
• MC68xxx, PoverPC (za Macintosh)
7.7.2015
Glava 2
36
CPU
Performanse
• Aplikacije zahtevaju brže mašine u cilju postizanja
zadovoljavajućih rezultata
• Ukupne performanse računara su određene sa:
• Brzinom takta (clock speed) procesora
• Izražava se gigahercima
• (1GHz = milijarda taktnih ciklusa u sekundi)
• Arhitekturom i dužinom reči procesora
• Radne stanice i serveri koriste 64-bit procesore
• Većina PC-a koriste 32-bit procesore
• Neki ugrađeni (embedded) i računari posebne namene koriste
još uvek 8- i 16-bitne procesore
7.7.2015
Glava 2
37
CPU
Performanse
• MIPS
• MIPS (miliona instrukcija u sekundi)
• Ukupan broj instrukcija koje se mogu obaviti u jedinici vremena
• Nije toliko od interesa – računari obavljaju različite poslove
• Megaflopsi
• Milioni operacija sa pokretnom decimalnom tačkom koje procesor
može da izvrši za jednu sekundu
7.7.2015
Glava 2
38
Hardver računara
Performanse
• Tehnike za povećanje
računarske moći su:
• Paralelno
procesiranje
• Server klasteri
7.7.2015
Glava 2
39
Hardver računara
• BIOS: Basic Input/Output System - Osnovni set instrukcija
za pokretanje računara.
• Memorijski slotovi: Za prihvat RAM memorije, obično ih
ima više
• PCI slotovi: Peripheral Component Interconnect (ISA,
EISA) konektori za zvučne, TV, mrežne, grafičke karte, ...
• AGP port: Accelerated Graphics Port, konektor isključivo
namenjen za grafičke kartice, karakteriše ga veća brzina od
PCI-a
7.7.2015
Glava 2
40
Hardver računara
• IDE konektori: Integrated Drive Electronics , služi za spajanje PATA
hard diskova, optičkih uređaja (DVD/CD-ROM/RW); obično postoje dva
konektora.
• SATA konektori: Serial Advanced Technology Attachment je nešto
novijeg datuma nego PATA, služi za konektovanje SATA hard diskova i
ima bolje performanse
• USB priključci: Universal Serial Bus, služi za priključivanje spoljnih
uređaja (printera, memorijskih stickova itd.). Najnoviji standard je USB
2.0
• Legacy konektori: Prevaziđeni konektori (serijski i paralelni), podrška
starim uređajima, sve manje se koriste. Odlikuje ih mala brzina
7.7.2015
Glava 2
41
Hardver računara
• Konektori za periferije: Konektori za miš i tastaturu su takođe veoma
stari i nisu se previše menjali. Danas se sve više proizvode za USB
standard.
• CMOS baterija: Pamti osnovne postavke i sadrži u sebi sistemski sat
• Integrisani delovi: Većina ploča danas ima već ugrađene audio
(zvučne), mrežne, pa i grafičke čipove.
• Naponski konektor: Preko njega matična ploča dobija struju (od
AC/DC konvertora), te je raspodeljuje ostalim delovima na matičnoj
ploči.
7.7.2015
Glava 2
42
Hardver računara
Magistrale, portovi i periferije
 Na matičnoj ploči računara (motherboard) informacije se prenose
između pojedinih komponenti preko skupa veza koje se zovu
sistemska magistrala (system buses, ili samo buses)
7.7.2015
Glava 2
43
Hardver računara
PRIMARY
CPU
STORAGE
DATA BUS
ADDRESS BUS
CONTROL BUS
7.7.2015
INPUT
OUTPUT
SECONDARY
DEVICES
DEVICES
STORAGE
Glava 2
44
Hardver računara
Magistrale, portovi i periferije
• Magistrale
–
–
–
–
Tipično imaju 32 ili 64 veze
Povezuju memorijske jedinice
Povezuju proširive slotove
Povezuju spoljašnje magistrale i portove
• Slotovi i portovi
– Olakšavaju jednostavno povezivanje
spoljašnjih uredjaja (periferijske jedinice)
7.7.2015
Glava 2
45
Memorija
• RAM: Random Access Memory
– Dinamička – zahteva osvežavanje sadržaja tokom rada
– Statička – zahteva stalno napajanje
• ROM: Read Only Memory
–
–
–
–
PROM: Sadržaj se može upisati jedanput
EPROM: Može se brisati ultraljubičastom svetlošću
EEPROM: Može se brisati električno
Flash: Dozvoljava višestruki upis
7.7.2015
Glava 2
46
Memorija
•
RAM (random access memory) memorija sa slučajnim
pristupom
– Poluprovodnička komponenta
– Koristi se za privremeno memorisanje programskih instrukcija i
podataka
– Jedinstvene adrese, podaci se mogu smestiti u bilo koju lokaciju
– Brz pristup (čitanje i upisivanje)
– Informacije ne ostaju memorisane kada se isključi napajanje
7.7.2015
Glava 2
47
Memorija
Računarska memorija
• ROM (read-only memory)
– Podaci se memorišu permanentno
– Po pravilu se u ovu memoriju upisuju startup instrukcije i drugi permanentni
podaci
• Fleš memorije
– Koriste se u telefonima, pejdžerima, prenosivim računarima, PDA i td.
– Moguć je višestruki upis
– Sadržaj se čuva i u odsutsvu napajanja
7.7.2015
Glava 2
48
Memorija
Brzina
CPU
registri
Cache
RAM
Kapacitet
Hijerarhija kod memorija
Sekundarna memorija
7.7.2015
Glava 2
49
Memorija
Računarska memorija
• CPU Registri
– Privremene lokacije za međurezultate i tekuće instrukcije
• Keš memorija
– L1 – interno u procesoru
– L2 - Brza memorija između CPU i RAM-a, za podatke koje CPU često
traži ~ 1MB
• RAM
– Read/write memorija za prihvat podataka i instrukcija programa koji se
izvršava ~ 256, 512, 1024 MB
• Sekundarna memorija
– Masovna memorija sa podacima i programima ~ 200 GB
– Deo ove mem može da se koristi za virtualnu memoriju
7.7.2015
Glava 2
50
Rad sa
podacima
Pristup memoriji i periferijama
• Poliranje
• Mehanizam prekida - omogućava efikasniji rad računara
sa periferijama
• Eksterni
• Interni
• DMA – Direct Memory Access, predstavlja direktan
transfer podataka između periferije i memorije bez
posredovanja procesora u tom transferu
7.7.2015
Glava 2
51
Napajanje
• Konverzija AC u DC napajanje
– 220 V u 3,3 V, 5 V i 12 V
• Ima sopstveno hlađenje
• Glavna karakteristika
napojne jedinice je njena
snaga. Izražava se u vatima
(W)
7.7.2015
Glava 2
52
Notebook (laptop)
računari
Režim hibernacije
•Trajanje baterije – vaćna karakteristika
•Autonomni rad – od 1 do 8 časova
•Režim hibernacije (hibernation mode)
– U cilju smanjenja utroška energije i produženja vremena između dva
punjenja
– Kada se računar duže ne koristi, a ostao je uključen svi aktivni podaci
iz rama se smeste na HD, a računar je praktično isključen
7.7.2015
Glava 2
53
Plug and Play
• Uključivanje ili isključivanje (memorija, čipova, dodatnih
pločica, flash memorija, uređaja itd.) menja konfiguraciju
računara
• Plug and Play tehnologija – nije potrebno posebno
podešavanje i setovanje
• Po prvi put viđeno na Apple Macintosh računarima
• Kod starijih računara ovakve akcije su zahtevale izmenu
prekidača (switches) ili džampera (jumpers)
7.7.2015
Glava 2
54
Hardver računara
Perspektive
• Nova laserska tehnologija nazvana EUVL (Extreme
Ultraviolet Lithography ) drastično će povećati
performanse i smanjiti dimenzije čipova
• Superprovodnici koji provode elektricitet bez zagrevanja
će povećati brzinu računara za dva reda veličine
• U optičkim računarima se signali prenose svetlošću a ne
električnim impulsima
7.7.2015
Glava 2
55
Hardver računara
- zaključak •
•
•
Računari manipulišu sa sekvencama bita - binarnim
reprezentima informacija
CPU izvršava programske instrukcije koje su takođe
kodirane kao nizovi bita, obavljajući računske i logičke
operacije kojima se ulazni podaci transformišu u izlazne
Nisu svi CPU međusobno kompatibilni
7.7.2015
Glava 2
56
Hardver računara
- zaključak • CPU koristi:
– RAM (random access memory) kao privremenu memoriju za
instrukcije i podatke
– ROM (read-only memory), sadrži nepromenljive informacije koje
služe kao referentni materijal za CPU u toku izvršavanja
programskih instrukcija
• CPU, radna memorija, kontroleri, generatori taktova itd. se
nalaze na matičnoj ploči i povezani su odgovarajućim
magistralama
7.7.2015
Glava 2
57