Transcript File
Struktura racunara Autor: Marko Mišković Uvod u strukturu racunara • • Postoji više definicija računara. Jedna od njih definiše računar kao elektronsku, digitalnu, reprogramabilnu mašinu koja može da obavlja logičko matematičke operacije, unos, obradu i pamćenje podataka. Elektronska znači da osnov građe računara čine elektronske komponente, digitalna da obavlja operacije sa brojevima (digit – broj), reprogramabilna znači da se redosled operacija može programirati i menjati. Struktura današnjih računara zasnovana je uglavnom na principima Fon Nojmana, matematičara koji je još 1945. godine opisao rad digitalnog računara. Prema Fon Nojmanu računar se sastoji iz tri osnovna dela (računarske jedinice): Džon fon Nojman (život i dela) • • • Džon fon Nojman (mađ. Margittai Neumann Janos Lajos; Budimpešta, 28. decembar 1903 — Vašington, 8. februar 1957) je bio mađarsko-američki matematičar i naučnik koji je dao doprinos kvantnoj fizici, funkcionalnoj analizi, teoriji skupova, topologiji, informatici, ekonomiji, numeričkoj analizi, hidrodinamici, statici i mnogim drugim matematičkim poljima kao jedan od istorijski istaknutih matematičara. Još kao dete pokazivao je izvanrednu inteligenciju. Sa šest godina je napamet delio osmocifrene brojeve. Pamtio je stranice teksta na prvi pogled. Smatraju ga jednim od najbriljantnijih ljudi dvadesetog veka, pa je tako poznati ekonomista Nikolas Kaldorza Nojmana rekao: 'Nepobitno, on je bio biće najbliže geniju koje sam ikada sreo'. Bio je najstariji od tri brata, sin advokata Maksa Nojmana koji je radio u banci, i Margaret Kan. Odrastao je u jevrejskoj porodici. Sa šest godina mogao je da podeli osmocifrene brojeve napamet i da razgovara sa svojim ocem na starogrčkom jeziku. Rano je pokazivao interesovanje i za matematiku, svojstva brojeva i zakone sveta koji ga okružuje. Kao osmogodišnjak savladao je računanje, a sa dvanaest godina bio je na nivou postdiplomaca matematike. Njegovo interesovanje nije bilo samo za matematiku, a izveštaji o njemu govore da je sa osam godina pročitao sve 44 knjige svetske istorije. Osnovna struktura danasnjih racunara • • • • Struktura današnjih računara zasnovana je uglavnom na: centralno procesorska jedinica memorjska jedinica ulozno-izlazna jedinica Osnovne funcije pojedinih računarskih komponenata Upravljačka jedinica • Upravljačka jedinica /Control Unit UJ/ CU povezuje sve komponente računara u funkcionalnu celinu i upravlja njihovim radom. Upravljačka jedinica bira pojedine uređaje na osnovu instrukcija zadanih preko tastature U/I kanala ili programa u radnoj memoriji. CU instrukcije/naredbe dobija od aritmetičko logičke jedinice (ALU Artimetic Logic Unit). ALU posredstvom upravljačke jedinice upravlja PROCESIMA, a na osnovu instrukcija dobijenih od sistemskih ili drugih programa ili nekog drugog ulaznog uređaja. ALU i UJ zajedno čine centralnu upravljačku jedinicu (Central Process Unit-CPU). Upravljačka jedinica Memorijska jedinica • • • • • • • • Memorijska jednica – sastoji se od radne memorije (RAM), operativne memorije (ROM) i trajne (sopljašnje) memorije. Memorija ima zadatak da prima i čuva podatke. Jedinice spoljne memorije Jedinice spoljne memorije se koriste za čuvanje programa i podataka kad računar nije uključen ili kada se oni trenutno ne koriste. Značajni parametri za izbor jedinica spoljne memorije su: srednje vreme pristupa podacima ( merna jedinica mili sekunda-ms) brzina prenosa podataka (merna jedinica Gbit/s) kapacitet (merna jedinica GB-giga bajt ). Jedinice spoljne memorije su: -flopi disk -hard disk -cd -dvd -USB fleš memorije -memorijske kartice Disketa i Hard disk • • Disketa spada u spoljašnju memoriju. Na njoj se skladište (snimaju) programi i podaci. Danas se retko koriste zbog malog kapaciteta ( 1.44 Mb ) i i male brzine prenosa podataka. Za korišćenje disketa u kućištu su ugrađene disketne jedinice koje imaju otvor sa prednje strane u koji se stavlja disketa. U računaru za disketne jedinice rezervisana su slova A: i B:Ove uređaje možemo naći samo na starim računarima. Da bi se disketa upotrebljavala prvo se mora pripremiti za čuvanje podataka i ovaj postupak se naziva formatiranje diskete. - See more at: http://studenti.rs/skripte/memorijske-jedinice/#sthash.Mt8tB7vj.dpuf Disk je jedinica spoljne memorije. Na njemu su uskladišteni svi progeami i podaci koje koristimo u svakodnevnom radu. Kod diska se za uskladištenje podataka koriste metalne ploče koje su presvučene magnetnim slojem. To dozvoljava veću gustinu između staza. Povećana gustina i veći broj ploča povećava njihov kapacitet. Prvi diskovi imali su kapacitet 5 i 10 MB i vreme pristupa oko 35 ms, da bi se do danas kapacitet povećao do 700 GB, a vreme pristupa smanjilo na 7 ms. Upisno čitajuće glave lebde iznad ploča na vazdušnom jastuku dok se ploče okreću brzinom od 7200 obrtaja u minuti (rpm) i tako upisuju i čitaju podatke. Zbog svoje osetljivosti na spoljašnje uslove disk je zatvoren u metalno kućište. - See more at: http://studenti.rs/skripte/memorijske-jedinice/#sthash.Mt8tB7vj.dpu Radna memorija • Radna memorija omogućava izvršavanje programa ili trenutno čuvanje rezultata. (Svaki prekid napajanja – nestanak struje uzrokuje brisanje podataka u radnoj memoriji.). Radna memorija je integrisana u formi elektronskih čipova i standardno se naziva RAM. Da bi se program mogao izvršiti on se u radnu memoriju ”upisuje” iz trajne memorije. To znači kako se menjaju zadaci, tako će se menjati i učitani programi u radnoj memoriji ili će se menjati rezultati rada programa. ROM memorija je memorija koja se samo može čitati, služi za smeštanje stalnih, nepromenljivih programa i konstanti. Trajna memorija • • • • • Trajna memorija ima zadatak da trajno čuva podatke potrebne za rad. Zbog velikog kapaciteta ponekad se trajna memorija naziva i masovna memorija (mass storage memory). Prema načinu izrade (tehnologiji) trajne memorije delimo na: magnetne (diskovi, hard disk), magnetno-optičke (CD, DVD). Trajna memorija po svojoj nameni predstavlja SKLADIŠTE-BIBLIOTEKU svih vrsta programa ili podataka koje korisnik u radu koristi. Razvoj tehnologije i programske potpore ovog desetljeća izdvojio je magnetske i optičke sustave kao glavne nositelje za pravljenje podataka. Opšti zahtevi koji se postavljaju pred trajne memorije su: 1.) Mogućnost upisivanja, brisanja i očitavanja, korisničkih programa (datoteka). 2.) Brz pristup datotekama. 3.) Veliki kapaciteti. Pojedine vrste medija koje se danas koriste ne zadovoljavaju sva tri navedene opšta zahteva, ali su u pojedinima nenadmašni. Magnetska traka • • • Velike magnetske trake još se mogu susresti kod starijih sistema koji su još u funkciji. Mogu uskladištiti velike količine podataka i to im je najznačajnija osobina. Trake se čuvaju u kolutovima ili kasetama sličnim glazbenima, zavisno o konstrukciji i kapacitetu sistema. Kolutovi s magnetskom trakom nameću se na osovine elektromotora kojima upravlja kontrolna elektronika tako da je traka uvek obešena između kolutova i magnetske glave. Ovjes trake kontroliraju elektro-optički senzori koji šalju podatke o položaju trake elektronici elektromotora. Proces trake nužan je da se spreči uticaj inercije elektromotora trake na upis i čitanje podataka jer se zbog težine koluta i tromosti njihovog motora koluti motora dovoljno brzo uputiti i zaustaviti. Pokretanje trake ispod marnetske glave kontroliraju mali brzi motori zanemarive tromosti, koji lako pomeraju traku uz magnetnu glavu konstantnom brzinom jer su oslobođeni obaveza namotavanja trake na kolutove. Ulaz/ulazna jedinica • ULAZ/ Ulazna jedinica omogućava upis podataka u računar. Bilo kakav podatak mora se pretvoriti u odgovarajući niz impulsa, koje računar može prepoznati. Znači potrebni su odgovarajući uređaji kao tastatura, A/D konvertori (analogno/digitalni), senzori, optički analizatori predmeta, slika ili teksta (skeneri) itd., koji će računaru slati njemu razumljive podatke. Izlaz/izlazna jedinica • • • • • • • IZLAZ/Izlazna jedinica omogućava pretvaranje rezultata obrade u električni signal (pomoću D/A konvertora), u skup razumljivih znakova prikazanih na ekranu monitora (ili podatak odštampan štampačem ili čak i govornu poruku). Monitor ili ekran je električni izlazni uređaj koji služi za prikazivanje slike poslate sa drugog uređaja, obično grafičke karte u sklopu računara. Na njemu pratimo rezultate obrade i trenutna dešavanja. Služi za prikazivanje slova ili slika koje mogu biti pokretne ili statične. Slika koja se na monitoru obično prikazuje se stvara u grafičkoj kartici, posebnom sklopu čija je funkcija stvaranje i obnavljanje slike. Postoji nekoliko različitih tehnologija koje koriste monitori. Na osnovu primenjene tehnoligije razlikujemo sledeće vrste monitora: Monitori sa katodnim cevima - (engl. CRT - Catode Ray Tube) - prva poznata tehnologija, poznata još od crno belih televizora, ali pomalo nepraktična jer daje izobličene slike koje stvara zaobljena cev. Tanki monitori: LCD monitori ispunjeni tečnim kristalom (engl. LCD- liquid cristal display). Svetlost se apsorbuje, zatim se na različitim delovima više ili manje raflektuje (iz različitih uglova se različito vidi) Plazma Monitori (slika se formira od minijaturnih sijalica ispunjenih gasnom plazmom, poređane su u mrežu između dve staklene ploče) LED monitori (slika se formira od LED dioda poređanih u obliku mreže na ekranu) Matična ploča • • • • • • • • • • • Matična ploča Matična ploča je štampana ploča sa mnogobrojnim elektronskim elementima (integrisana kola, tranzistori, otpornici, kondezatori). Naziva se i osnovna, glavna, sistemska ili logička ploča. Služi za povezivanje delova računara u funkcionalnu celinu, omogućava njihovo napajanje strujom i njihovu međusobnu komunikaciju. Slika 2. Matična ploča Na matičnoj ploči se nalaze: BIOS (Basic Input/Output System) čip – sadrži softver koji testira sve delove računara, svaki put kada se računar uključi. Šalje početne instrukcije mikroprocesoru, upravlja datumom, vremenom i drugim podešavanjima sistema. Podnožje (postolje) za mikroprocesor. Slotovi – duguljasti priknjučci za druge štampane ploče sa određenim funkcijama (zvučna, grafička, TV, video, modem, mrežna i sl.). Konektori – priključci, različitih oblika za napajanje hard diska, CD/DVD-a, skenera, štampača i drugih periferijskih uređaja. Portovi – serijski i paralelni port, FireWire, Game, InfraRed, Game, PS/2 za miša i tastaturu, LAN- mrežni port, audio konektori. Magistrale – elektronski vodovi kojima se signali kreću između različitih delova matične ploče. Matična ploča služi za objedinjavanje i komunikaciju delova računara, te znatno utiče na celokupne perfomanse. Zbog toga je prilikom izbora sastava računara veoma važno odabrati dobru matičnu ploču. Procesor • • • • • • Procesor ili CPU (Central Process Unit) u računarstvu je izvršna jedinica – prima i izvršava instrukcije pročitane iz odgovarajuće memorije. Nalazi se na matičnoj ploči, da po uključenju računara dobija instrukcije za rad od BIOS-a. Kada se pokrene operativni sistem i drugi programi, dalje od njih dobija instrukcije. Na osnovu zadataka koje mu zadaju te instrukcije, mikroprocesor radi tri osnovne stvari: obavlja aritmetičko-logičke operacije (sabiranje, oduzimanje, množenje i deljenje, operacije poređenja). prenosi podatke sa jedne memorijske lokacije na drugu. prati nizove instrukcija i donosi odluke o njihovom izvršavanju. Procesor odlikuje brzina rada koja se meri i definiše preko dve karakteristike: brojem MIPSova i brzinom radnog takta. MIPS (milion instrukcija u sekundi) je merna jedinica koja pokazuje koliko miliona instrukcija može mikroprocesor da obradi u sekundi. Brzina radnog takta takođe određuje brzinu rada mikroprocesora i meri se u hercima (Hz). Danas se češće sreće izražena u gigahercima (GHz). Memorija • • • • • Memorija Memorija je važna komponenta računara. U memoriju se smeštaju naredbe nekog programa, podaci kojim program operiše, kao i rezultati koji se dobijaju izvršavanjem naredbi. Naredbe i podaci koji se nalaze u memoriji su binarni brojevi. Postoji više kriterijuma po kojima se vrši podela memorija, a najčešće korišćen je da li je memorija unutar ili izvan računara. Na osnovu tog kriterijuma memorije se dele na unutrašenj i spoljašnje. Kao što se vidi računar rasplaže sa velikom količinom memorije iz razloga da bi mogao da radi bez zastoja. Svi podaci, bez obzira sa koje memorije se uzimaju, uglavnom idu u operativnu memoriju. Zatim ih procesor uzima i delove tih podataka kojih će mu ubrzo biti potrebni smešta u keš memoriju, a neke posebne instrukcije smešta u registre. Keš memorija je superbrza memorija. Ubrzava rad računara teko što privremeno čuva podatke koje mikroprocesor često koristi u radu i skraćuje vreme preuzimanja podataka iz operatifne memorije. Nalazi se delom pored, a delom u samom procesoru. Registri su memorijske ćelije ugrađene unutar procesora koje privremeno čuvaju podatke za obradu, koje najčešće zahteva (potražuje) aritmetičko logička jedinica. Fleš memorija • Fleš memorija se koristi kao još jedan oblik hard diska, samo mali, lako prenosiv i tih. Na računar se priključuje preko posebnog tipa utičnice koja se zova USB ( Universal Serial Bus). Nije joj potreban poseban izvor energije, jer se napaja preko matične ploče. Odlikuje je velika brzina prenosa podataka pri očitavanju i zapisivanju. Najčešće se koristi za izradu memorijskih štapića ili USB fleš uređaja. Interface • • • • • • • • Interfejs (Interface) označava međuspoj, međusklop, međuvezu, mesto spoja … (http://recnik.krstarica.com/c/?text=interface&conversion=&src=en&dst=sr&do=1). Sve jedinice računarskog sistema(centralni procesor, memorijske jedinice, ulazno-izlazne jedinice) međusobno su povezane sistemom veza koje nazivamo interfejs. INTERFEJS je univerzalni naziv za skup linija za prenos informacija i elektronskih kola koji upravljaju prenosom signala po linijama koje povezuju računarske i periferne jedinice. Interfejs ili ulazno/izlazni (U/I) interfejs je skup komponenti koje omogućavaju priključak na računarski sistem neke od perifernih jedinica opreme za upravljanje tehničkim procesima. Interfejs se definiše i kao: tačka, u kojoj se ostvaruje veza dva elementa, softver, kao grafički korisnički interfejs kartica, utikač ili drugi uređaj za povezivanje hardvera konektori kabal. Softverski interfejs • • • • • • • • Softverski interfejsi predstavljaju programe, drajvere, napisane tako da se ne mogu samostalno izvršavati, već se oni na različite načine “ugrađuju” u operativni sistem postaju njegov sastavni deo i proširuju mu funkcionalnost. Omogućavaju čitanje i pisanje u različitih fajl sistema, pružaju podršku za hardverske komponente, zvučne i mrežne kartice, monitore i modeme i sl. Sa aspekta korisnika, značajna karakteristika OS je korisnički interfejs odnosno način na koji korisnik komunicira sa OS. Postoje 3 tipa korisničkog interfejsa: komandni pomoću menija i grafički. Komandni interfejs zahteva od korisnika da unese komandu ukucavanjem određenih ključnih reči, u skladu sa skupom pravila koja određuju šta se na određenom mestu može napisati. Interfejs organizovan kroz menije oslobađa korisnika obaveze da memoriše ključne reči i sintaksu. Na ekranu, tekstualni meniji prikazuju sve opcije dostupne u datom trenutku. Kod većine sistema izbor opcije se vrši pomeranjem strelicama kroz opcije i pritiskom tastera Enter ili levim klikom miša. Grafički korisnički interfejs, skraćeno GUI (Graphical User Interface), označava vizuelni raspored kontrola na monitoru. Dakle, ovaj interfejs se zasniva na okruženju, sa radnom površinom koja se pojavljuje nakon pokretanja OS. Računarski resursi (programi, podaci, računari u mreži, …) se predstavljaju malim slikama – ikonicama. Mišem se mogu inicirati mnoge akcije, a nakon pokretanja nekog programa komande se izabiraju iz padajućih menija, od kojih se neke realizuju i kroz dijalog prozora ako je potrebno podešavanje dodatnih parametara komande. Kraj The end