Transcript ARHITEKTURA RAČUNARA

ARHITEKTURA RAČUNARA
1. Opšti pojmovi



Računarski hardver - pod hardverom racunara
podrazumevaju se njegove komponente, zapravo ono
što se moze "videti i opipati“
Softver - ili programska podrska racunara obuhvata
sve programe koji se mogu koristiti na nekom
racunarskom sistemu. Programska podrska deli se na
sistemski softver i aplikacioni softver
Hijerarhijska struktura- Sam racunar predstavlja
jedan hijerarhijski organizovan sistem. On predstavlja
strukturu komponenata i funkcija.
1. Opšti pojmovi


Podatak - Registrovanje činjenice o Ijudima,
predmetima, pojmovima, pravilima, procesima i drugim
događajima, objektima ili situacijama nazivaju se opštim
imenom podaci. Podacima se na određeni formalizovani
način predstavljaju sirove činjenice o realnom svetu u
takozvanom simbo/ičkom obliku.
Informacija-Kada je za neku odredenu primenu
potrebno, izdvajaju se ili na određeni način formiraju oni
podaci koji imaju neki značaj za korisnika i mogu da ga
motivišu na preduzmanje određenih akcija. Ovakvi
podaci nazivaju se informacije" .
1. Opšti pojmovi
 RAČUNARSKI
HARDVER - Hardver ili
tehnicka podrska obuhvata fizicke
komponente sistema kao što su
integrisana kola, transformatori,
elektromehanicke pokretacke jedinice
diskova i disketa, svetlece diode i drugo.
1. Opšti pojmovi
STRUKTURA RAČUNARA -
1. Opšti pojmovi
Racunar se sastoji od pet osnovnih
funkcionalnih celina ili jedinica:
1. ulazna jedinica,
2. izlazna jedinica,
3. operativna i spoljna memorija,
4. upravljacka (kontrolna) jedinica i
5. aritmeticko-Iogicka (ALV) jedinica.
1. Opšti pojmovi


ULAZNA JEDINICA-podaci se iz oblika dostupnih
korisniku (alfanumerickih), zatim e1ektricnih,
neelektricnih, svetlosnih, zvucnih i drugih oblika
pretvaraju u oblik koji je dostupan racunaru, dakle u
binarni oblik, i unose se i pamte u memoriju.
MEMORIJA- Memorija je jedinica za pamcenje i za
čitanje podataka i programa.Sastoji se od operativne
ili primarne memorije i spoljne ili masovne memorije.
Operativna memorija je realizovana od
poluprovodničkih bistabilnih elemenata i namenjena
je za privremeno pamcenje ulaznih
podataka,programa, razliltilta i međurezultata obrade.
Masovna (spoljna, sekundarana) memorija sluzi za trajno
pamcenje podataka velikog obima.
1. Opšti pojmovi
ARITMETIČKO-LOGIČKA JEDINICA Aritmeticko-logicka jedinica je deo racunara u
kome se izvrsavaju razne operacije nad
podacima. To su osnovne aritmeticke operacije
sabiranja, oduzimanja, deljenja i mnozenja,
zatim logicke operacije I, ILI, ekskluzivno ILI, NE
i logicko poredanje
 UPRAVLJAČKA JEDINICA - Upravljacka
jedinica upravlja tokom izvrsenja operacija u
racunaru na način koji je definisan skupom
programskih naredbi.

1. Opšti pojmovi
IZLAZNA JEDINICA -Izlazna jedinica
obradene podatke iz racunara pretvara u oblik
dostupan korisniku u vidu alfanumerickih
znakova, slika ili zvuka i omogucava da se oni
zapamte u pogodnom obliku
 OSTALE JEDINICE PROCESORA - Da bi
se povecala brzina izvrsavanja aritmetickih
operacija procesoru se dodaje matematicki
koprocesor.

1. Opšti pojmovi
MIKROPROCESOR-Mikroprocesor (MPU Microprocessing Unit) je osnovna funkcionalna
jedinica računara u kojoj se izvrsavaju sve racunske
aritmeticke i logicke operacije i programske
komande
Osnovni paramert mikroprocesora su:
 brzina - izrazava se u milionima operacija koje
mikroprocesor
moze da uradi u sekundi (MIPS Milion Instruction Per Second ili MFLOPS - Milion
Floating Point Operations Per Second);
 duzina procesorske reci - broj bitova koji se u
para1elnom formatu
prenose i obraduju u
mikroprocesoru;
 radni takt - ucestanost kojom se inicira rad
mikroprocesora, koju
generise klok (takt) oscilator.

1. Opšti pojmovi

Programski brojac (PC - Program
Counter)- je registar koji ukazuje na naredbu
programa koja se izvrsava.

Ukazatelj magacina (SP - Stack Pointer) -
je registar koji ukazuje narednu slobodnu lokaciju u
magacinskoj memoriji.
 Indeksni registar (IX - Index Register) omogucava indeksno adresiranje
 Registar kodova stanja (CCR - Condition
Code Register) -beležse rezultati aritmeticko
logicke jedinice promenom stanja odredenih bit
pozicija u ovom registru.
1. Opšti pojmovi
 1.ULAZNI
UREDAJI
 TASTATURA-Tastatura je osnovni
element podsistema ulaza za
komunikaciju s racunarom
 MIS-Mis je nezaobilazni uredaj racunara
sa instaliranim graficki orijentisanim
operativnim sistemima. Sluzi za
pokazivanje i izbor objekata na ekranu.
1. Opšti pojmovi
SKENER-Skener je ulazni uredaj koji radi na
principu registrovanja koeficijenta refleksije
odredene boje slike koja se skeniranjem
prikazuje na ekranu i koja se dodatno moze
obradivati u racunaru posebnim programima.
 DIGITALIZATOR -Digitalizator je uredaj za
unosenje podataka (koordinata) sa crteža.
Digitalizator je, u stvari, jedna vrsta skenera koji
se najcesce koristi za očitavanje analognih
vrednosti sa raličitih grafikona i njihovo
pretvaranje u digitalne vrednosti radi dalje
obrade u racunaru.

1. Opšti pojmovi
SVETLECE PERO-Svetlece pero (light
pen) po svojoj funkciji je slicno TSD-u.
Razlika je u tome sto je svetlece pero, tj.
pokazivac sada senzor koji detektuje svoju
poziciju na ekranu
 ČITAČ LINIJSKOG KODA -Linijski (bar) kod
je kombinacija vertikalnih linija različitih sirina
koja se koristi za sifriranje, uglavnom,
komercijalnih proizvoda u cilju automatskog
unosenja podataka u racunar

1. Opšti pojmovi
2. IZLAZNI UREDAJI

MONITOR -Monitor je izlazni uredaj za prikazivanje
tekstualnih i grafickih informacija.

ŠTAMPAČ-Stampac je izlazni uredaj namenjen za
dobijanje izlaza iz racunara u stampanoj formi na
izlaznom medijumu, najcesce papiru.
1.
Matricni ili iglicasti stampac stampa znak po znak
2.
Stampači sa ubrizgavanjem mastila - ink-jet
stampaci rade na principu ubrizgavanja mastila na
papir.
3.
Elektrostaticki Ink-Jet štampači kapljice se
ubrzavaju prolaskom kroz katodu za ubrzanje koja je
na pozitivnom potencijalu od 2000V i usmeravaju
prema papiru za stampanje
4.
Laserski stampači zbog izuzetnog kvaliteta
stampanja kopija poslednjih godina nalaze sve siru
primenu.
1. Opšti pojmovi
Postoje dva osnovna tipa laserskih
stampaca:
1. stampači koji su kompatibilni sa HP
LaserJet štampačima proizvodnje firme
Hewlett Packard koji podržavaju jezik HP
Graphic Language;
2. stampaci koji podržavaju PostScript
jezik.
1. Opšti pojmovi
CRTAC (PLOTER)-Crtači ili ploteri su izlazni
uredaji koji se koriste za formiranje trajnih
kopija izlaznih informacija računara koje su
grafickog karaktera
U zavisnosti od tehnike koju koriste za crtanje na
medijumu za zapis ploteri se dele na:
 plotere koji koriste vektorski nacin zapisa,
 plotere koji za zapis koriste raster tehniku.

1. Opšti pojmovi
3. ULAZNO-IZLAZNI UREDAJIUlaznoizlazni uredaji se karakterisu time da se podaci u
1.
2.
njih mogu zapamtiti, prema tome imaju svoj ulaz, i
da se mogu iz njih pročitati ili da se dobiju na
njihovom izlazu.
DISKETA (FLOPPY DISK)-Disketa je kruzna
ploca napravljena od tvrdog plasticnog materijala
na koju je nanet sloj feromagnetnog materijala.
DISK (HARD DISK)-Disk je tipicana periferna
memorija za trajno pamcenje podataka.Disk
sačinjava odredeni broj kruznih metalnih ploca
koje su presvucene slojem feromagnetnog
materijala.
1. Opšti pojmovi
1.
2.
3.
OPTICKI - KOMPAKT DISK (CD)upis/čitanje podataka obavlja se laserskim
mlazom
MAGNETNA TRAKA-Magnetna traka je
jeftin medijum kapaciteta priblizno
jednakog kapacitetu diska
ZIP I JAZ DISKOVI-ZIP diskovi su slicni
disketama s tim sto su dvostruko deblji i
kapaciteta su do 250MB.
1. Opšti pojmovi

DISPLEJI OSETLJIVI NA DODIR-Displeji
osetljivi na dodir (Touch Sensitive Display TSD) koriste direktan metod za
pozicioniranje kursora na displeju
jednostavnim ukazivanjem na mesto na
ekranu gde kursor treba da bude postavljen.
 MODEM-Naziv modem potice od dve reči:
Modulator - Demodulator. Modem
transformise digitalni signal u racunaru u
odgovarajući zvucni signa koji se prenosi
telefonskom linijom.
1. Opšti pojmovi

ZVUČNA KARTICA-Da bi savremeni racunari imali
multimedijske mogucnosti moraju biti obezbedeni
zvucnim efektima, muzikom i govorom. Za te namene
realizovane su posebne ploce elektronike koje se
prikljucuju na osnovnu plocu pacunara.

OSTALI MODULI -Mrežna kartica ili mrežni adapter
služi za povezivanje računara u lokalnu računarsku
mrežu. Ova kartica može imati eternet priključak, koji
odgovara staroj tehnologiji, UTP priključak, nastao sa
novom tehnologijom, ili oba priključka kao prelazno
rešenje.
1. Opšti pojmovi
Kriterijumi za izbor računara:

Za obradu teksta nije potreban racunar sa posebnim
performansama. Treba imati uvek na umu da se posle
dye go dine od kupovine racunara ne mogu kupiti
rezervni delovi, pa ih blagovremeno treba obezbediti.

Za potrebe koriscenja racunara u muzici treba
obezbediti podrsku za klavijature i veliki memorijski
prostor.

Kod grafike je potrebna dobra graficka kartica, veliki i
kvalitetan monitor i dosta memorijskog kapaciteta za
graficku karticu i radnu memoriju.
1. Opšti pojmovi





Pen mouse se obezbeduje za preciznija crtanja.
Za baze podataka je potreban veoma pouzdan disk sa
Write kontrolerom.
Ako je racunar namenjen za serverske usluge, bitna je
dobra osnovna (majka) ploca i disk velikog kapaciteta.
napajanje, takozvani UPS (Uninterruptable Power
Supply) izvor.
Server treba da bude opremljen sa brzom mreznom
karticom. Kod servera nije neophodno da
karakteristike monitora, tastature i misa budu
posebnog kvaliteta.
2. Organizacija i arhitektura računara
 Von





Neumann-ova arhitektura:
memorija,
upravljacka jedinica,
aritmeticko-Iogicka jedinica,
ulazna jedinica i
izlazna jedinica.
2. Organizacija i arhitektura računara
Arhitektura von Neumann-ove mašine
2. Organizacija i arhitektura računara
“Princeton” arhitektura
2. Organizacija i arhitektura računara

"Harvard" arhitektura - osnovne komponente von-Neumann-ove
masine
2. Organizacija i arhitektura računara

Visenivoska masina
2. Organizacija i arhitektura računara
Savremeni racunari
kao visenivoske masine

2. Organizacija i arhitektura računara
 Postoji
sledeći princip
ekvivalencije hardvera i softvera:
sve što se može uraditi pomoću
softvera može se takođe uraditi i
pomoću hardvera i sve što se
može uraditi pomoću hardvera
može se takođe uraditi i pomoću
softvera.
2. Organizacija i arhitektura računara
 Flynn-ova
klasifikacija racunara
SISD arhitektura sistema
2. Organizacija i arhitektura računara
 SI
MD arhitektura sistema
2. Organizacija i arhitektura računara
 MIMD
arhitektura sistema
2. Organizacija i arhitektura računara
 MISD
arhitektura sistema
2. Organizacija i arhitektura računara



Istorija razvoja racunarskih sistema
Prvi znacajan korak u pravcu razvoja
savremenih racunara napravio je
matematicar John von Neumann koji je
predlozio i realizovao koncept "racunara sa
uskladistenim programom" ("stored
program computer").
asembler ("assembler") program vrsi
prevodenje simbolickog programa u njegov
binarni, masinski oblik.
2. Organizacija i arhitektura računara
 Tri
godine kasnije, 1957. godine zavrsen je
program prevodilac ("compiler") koji je
programe pisane u FORTRAN-u prevodio
na asemblerski jezik, da bi ih dalje
asembler prevodio na masinski, binarni
jezik.
 COBOL, PLlI, BASIC, ALGOL i drugi.
2. Organizacija i arhitektura računara

1.
2.
3.
4.
Četiri implementacione
tehnologije:
tehnologija integrisanih kola,
tehnologija magnetnih diskova,
tehnologija DRAM ("Dynamic Random
Access Memory") memorija i
tehnologija mreza.
3. Struktura računara opšte namene
Organizacija računara sa jednim procesorom i dva periferijska uređaja
3. Struktura računara opšte namene
Procesor je sa ostalim komponentama
povezan pomoću sistemske magistrale
Sistemska magistrala se sastoji od :
1. magistrale podataka,
2. magistrale upravljackih signala i
3. adresne magistrale.

3. Struktura računara opšte namene
Magistrale mogu biti:
Eksterne- povezuju procesor sa primarnom
memorijom
Interne – prnose informacije između registra,
upravljačke jedinice i aritmetičko-logičke
jedinice
Memorijske- između procesora i primarne
memorije,
U/I magistrale- komunikacije između
procesora i U/I uređaja

3. Struktura računara opšte namene
 Karakteristike
magistrale:
adresne
Širine magistrale količina podataka koja se
može preneti
 brzina koja prikazuje koliko bita se može
preneti kroz svaku žicu u sekundi, kao i
 širina propusnog opsega koja prikazuje
koliko se ukupno podataka može preneti preko
magistrale u datoj jedinici vremena.

3. Struktura računara opšte namene
U/i magistrala koja se koristi za komunikaciju
izmedu procesora i U/i uredaja,
 Procesor "uzima" instrukcije iz memorije i
izvrsava ih jednu po jednu
 Registri procesora su memorijske lokacije
koje se nalaze unutar procesora i predstavljaju
veoma brzu memoriju malog kapaciteta. Postoje
registri koji se mogu adresirati i interni registri

3. Struktura računara opšte namene
 Veza
između komponenata računara
3. Struktura računara opšte namene
3. Struktura računara opšte namene
GLAVNA MEMORIJA:
 Je brza elektronska komponenta računarskog sistema u
kojoj se drže programi koje izvršava procesor kao i
podaci koje ti programi koriste.
 Kapacitet glavne i sekundarnih memorija se izražava u
bajtima dok se kapacitet memorijskih čipova izražava u
bitima.
 Uobičajeni kodovi kojima se predstavljaju karakteri u RS
su:
 ASCII(American Standard Code for Information
Interchange)-za razmenu ihformacija
 EBCDIC(Extended Binary Coded Decimal Interchange
Code)- prošireni binarno kodovani decimalni kod

3. Struktura računara opšte namene

Prednosti poluprovodničkih memorija su:
Mala veličina
 Brzina
 Otpornost-na udare i temperaturne promene
 Niska cena-zahvaljujući masovnoj proizvodnji


Glavne mane:

Njihova nestabilnost-traže stalno napajanje. Ovo
ne važi za ROM memoriju koje su postojane.
3. Struktura računara opšte namene
3. Struktura računara opšte namene
3. Struktura računara opšte namene
Interval potreban za realizaciju nove verzije čipa
ide od 18 do 48 meseci.
3. Struktura računara opšte namene
3. Struktura računara opšte namene
3. Struktura računara opšte namene
Centralni procesor
 (CPU - "Central Processing Unit")
Funkcija procesora je da obavlja
aritmeticke, logicke i druge operacije nad
podacima koji se nalaze u primarnoj
memoriji.
 Procesor sa glavnom memorijom
razmenjuje podatke, kao sto je prikazano
na slici.

3. Struktura računara opšte namene
Komunikacija između procesora i glavne memorije
3. Struktura računara opšte namene

1.
2.
3.
Na najvisem nivou apstrakcije
centralni procesor se sastoji od
sledecih osnovnih komponenata:
upravljacke jedinice,
aritmeticko-Iogicke jedinice (ALU "Arithmetic Logical Unit") i
registara.
3. Struktura računara opšte namene

Upravljacka jedinica je odgovorna za
pristupanje instrukcijama u primarnoj memoriji i
za odredivanje njihovog tipa.
 Aritmeticko-Iogicka jedinica na osnovu signala
upravljacke jedinice primenjuje potrebne
operacije nad operandima instrukcije i generise
rezultat.
 registri su brojac naredbi - BN (PC-"Program
Counter") i registar naredbi RN (IR-"Instruction
Register").
3. Struktura računara opšte namene
Osnovne operacije se izvrsavaju tako sto se
podaci i instrukcije prenose izmedu glavne
memorije, registarske datoteke i aritmetickoIogicke jedinice.
 Osnovnim operacijama procesora podaci
i instrukcije se mogu: kopirati iz glavne memorije
u neki registar pri cemu se prethodni sadrzaj
registra brise ("LOAD"),
 kopirati iz nekog registra u glavnu memoriju pri
cemu se prethodni sadrzaj memorije brise
("STORE")

3. Struktura računara opšte namene
 Interna
struktura procesora
3. Struktura računara opšte namene

Kada se racunar ukljucuje potrebne instrukcije
se nalaze u ROM memoriji, BN je napunjen
adresom koja pokazuje na ROM memoriju.
 Ovaj program za punjenje moze biti takav da
sam zavrsi skladistenje jezgra operativnog
sistema unutar operativne memorije, ili da najpre
prenese drugi program u operativnu memoriju
koji nakon toga instalira jezgro operativnog
sistema
3. Struktura računara opšte namene
 Kod
jednoadresnih masina neophodan je
registar koji se zove akumulator
 Citanje instrukcije iz memorije
3. Struktura računara opšte namene
 Arhitektura
sa:






procesora je odredena
skupom registara
skupom tipova podataka koje procesor
podrzava,
formatom instrukcija,
skupom instrukcija,
nacinima adresiranja i
mehanizmom prekida.
3. Struktura računara opšte namene

1.
2.
3.
4.
Pri projektovanju skupa
instrukcija vazan je broj
registara procesora i nacin
njihovog koriscenja:
registri opste namene
registar koji pokazuje na vrh steka - SP
registar koji sadrzi statusne i upravljacke bite PSW ("Program Status Word")
registar koji se koristi za maskiranje prekida.
3. Struktura računara opšte namene
Format instrukcija daje odgovor na pitanje:
"Kako su instrukcije specificirane?".
 Format instrukcija odreduje duzinu
instrukcije, broj adresa koje se koriste, velicinu
razlicitih polja itd.
 Nacini adresiranja daju odgovor na pitanje:
"Kako se pristupa podacima? "
 Postoje CISC ("Complex Instruction Set
Computers") i RISC ("Reduced Instruction
Set Computers") masine.

3. Struktura računara opšte namene





CISC masine ili masine sa slozenim skupom
instrukcija imaju veci broj formata instrukcija,
instrukcije razlicitih duzina, veci izbor nacina
adresiranja i vecu slozenost hardvera.
Sazeto poredenje CISC i RISC arhitekture
racunara je dato u tabeli 2.1. Ukratko se moze
reci da su osnovne prednosti RISC arhitekture:
postoji vise prostora za registre procesora,
postoji vise prostora za kes memoriju ("cache"),
koriscenje "pipelining"-a je jednostavnije.
3. Struktura računara opšte namene
 Glavni
nedostaci RISC arhitekture
su:
 programi imaju vecu velicinu (sastoje se
od vise instrukcija), potrebno je vise
memorije za izvrsavanje programa.
3. Struktura računara opšte namene
Primarna (glavna) memorija
 Primarna memorija, jedna od glavnih
komponenti svakog racunarskog
sistema, se zove jos i glavna iIi
operativna memorija
 Primarna memorija se sastoji od niza
memorijskih ćelija ili, kako se cesto kaze,
memorijskih lokacija. Svaka lokacija ima
svoju memorijsku adresu

3. Struktura računara opšte namene
 Sadržaj
memorijske lokacije može biti
podatak, instrukcija ili deo instrukcije
 Operacija citanja prenosi vrednost iz
adresirane memorijske lokacije u registar
procesora, a operacija upisivanja prenosi
vrednost iz registra procesora u
adresiranu memorijsku lokaciju.
3. Struktura računara opšte namene
 Operacije
citanja i upisivanja u memoriju
izvršava procesor i pri tome koristi sledeća
dva registra: MAR(memorijski adresni
registar, tj. "Memory Address Register") i
PRM (prihvatni registar memorije, tj. MDR
- "Memory Data Register").
 Procesor moze direktno da pristupi bilo
kojoj lokaciji primarne memorije
3. Struktura računara opšte namene
 Zbog
velike razlike u brzini rada procesora
i primarne memorije izmedu njih se dodaje
brza memorija koja se zove kes ("cache
memory") ili skrivena memorija.
 Kada procesor adresira neku memorijsku
lokaciju prvo se proverava da li kes
memorija sadrži tu adresu.
3. Struktura računara opšte namene




RAM ("Random Access Memory"), tj. memorija
koja se naziva jos i memorija sa slucajnim pristupom. U
svaku memorijsku lpkaciju se mogu upisati ili izbrisati
podaci više puta. Memorijski čipovi služe kao primarne
memorije.
Primer postojane memorije je ROM ("Read Only
Memory") memorija. Sadržaj se može čitati ali se ne
može brisati ili upisivati novi.
PROM ("Programmable ROM"), EPROM ("Erasable
PROM") i EEPROM ("Electrically EPROM" ili "Flash
RAM") memorije.
sekundarna memorija koja pripada grupi postojanih
memorija
3. Struktura računara opšte namene

Najpoznatiji uređaji sekundarne memorije su
magnetni disk i trake Pre nego se sadržaj sekundarne
memorije obradi on se mora preneti u primarnu(glavnu)
memoriju.Podela sek. memorije na: poluprovodničke i
magnetno/optičke.
 Skrivena


i asocijativna memorija
Najvaznije karakteristike memorije racunara su
brzina, velicina, cena i postojanost
Vreme pristupa operativnoj memoriji je za oko red
velicine sporije od vremena pristupa registrima
procesora. Operativna memorija je zato "usko grlo"
sistema kod aplikacija kod kojih je efikasnost obrade
najvaznija.
3. Struktura računara opšte namene
 Skrivena
memorija
 Pored operativne memorije uvodi se još
jedan hijerarhijski nivo memorije koji ima
bolje vreme pristupa.
 Takva memorija se zove ultra brza
memorija
 Prema dostupnosti programeru memorija
moze biti neskrivena i skrivena ("cache").
3. Struktura računara opšte namene
 Asocijativna

memorija
Asocijativna memorija je specijalna, mala kes
memorija sa brzim pretrazivanjem koja se koristi
za memorisanje tabela stranica ("page tables")
 U najvecem broju slucajeva memorijskim
lokacijama se pristupa pomocu adrese
 Asocijativna memorija je memorija kod koje se
identifikacija memorijskih lokacija prilikom
pristupa vrsi kljucem, a ne adresom.
3. Struktura računara opšte namene
 Za
upravljanje citanjem i pisanjem
podataka koristi se poseban upravljacki
deo koji je oznacen sa "Upravljanje GIP
3. Struktura računara opšte namene

Primer rada asocijativne memorije
3. Struktura računara opšte namene

1.
2.
3.
4.
5.
6.
Izvršavanje instrukcija i programa kod
asocijativne memorije:
procesor iz primarne memorije uzima instrukciju koju
treba da izvrsi na osnovu adrese u BN,
dekodira se operacioni kod instrukcije.
procesor uzima iz memorije operand Hi operande ako
je potrebno,
izvrsava se instrukcija,
rezultat se upisuje Hi u registar iIi u operativnu
memoriju,
prelazak na korak 1.
3. Struktura računara opšte namene
Prvi korak koji mora da se izvrsi je da se u
registar BN upise adresa prve instrukcije
(adresa 0) programa koji se izvrsava, procesor
izvrsava jedan veoma vazan korak - povećava
sadržaj registra BN za jedan,
 Posle analize instrukcije, koju obavlja
dekoder operacija tako sto analizira bitove
operacionog koda i izdaje komandu, odnosno
pobuduje odgovarajuca elektronska kola, prelazi
se na njeno izvrsavanje

3. Struktura računara opšte namene
 Nakon
izvrsenja jedne instrukcije sadrzaj
brojača naredbi se azurira tako da
pokazuje na adresu sledece instrukcije
koju treba izvrsiti.
 Programi su jednostavno nizovi instrukcija
3. Struktura računara opšte namene
 Pomocne

memorije
Racunarski sistemi imaju hijerarhijsko uredenje
memorije. Za brz pristup podacima koristi se
najvisi nivo memorije, odnosno memorija koju
čine kes i glavna memorija
 Sledeci nivo memorije je sekundarna
memorija, koju čine sporiji uredaji kao sto su
magnetni diskovi.
 Treci nivo memorije ("tertiary storage") cini klasa
najsporijih memorijskih uredaja, kao sto
su magnetne trake.
3. Struktura računara opšte namene
 Magnetni

disk
Magnetni diskovi podržavaju direktan pristup bilo
kojoj memorijskoj lokaciji na nekoj od vise
raspolozivih magnetnih ploca, koje rotiraju oko
zajednicke ose
 Podaci na magnetnom disku se zapisuju u
obliku koncentricnih krugova koji se zovu staze
("tracks")
 Svaka staza i svaki sektor imaju svoju adresu.
3. Struktura računara opšte namene
Struktura magnetnog diska
3. Struktura računara opšte namene

Disk uredaji se adresiraju kao veliki
jednodimenzionalni nizovi logickih blokova podataka.
Logicki blok je najmanja jedinica za prenos podataka u
komunikaciji sa operativnom memorijom.
3. Struktura računara opšte namene
Vreme pristupa disku ima tri
komponente:
1. vreme traženja ("seek time"),
2. vreme usled rotacije diska ("rotational
latency") i
3. vreme prenosa podataka.
3. Struktura računara opšte namene
 RAID
tehnologija- podaci se umesto na
jedan upisuju na više magnetnih
diskova
 RAID 0 - Podaci se distribuiraju na sve
diskove sekvencijalno (u delovima).
RAID 0 nivoa ne koriste se tehnike
redundantnosti.
 RAID 1- nivoa za svaki disk postoji
identitna kopija diska ("mirroring").
3. Struktura računara opšte namene

RAID 2- svi diskovi se koriste za svaki
pristup
 RAID 3 - koristi sekvencijalnu distribuciju
podataka na nivou bajta time se ostvaruje
poboljsanje performansi.
 RAID 4- sekvencijalno distribuiraju na nivou
bloka, a ne na nivou bajta. Disk parnosti
moze postati "usko grlo" sistema pri
istovremenom radu vise aplikacija.
3. Struktura računara opšte namene
 RAD
5 - nivo sekvencijalno distribuira
podatke na nivou bloka i informacija 0
parnosti se upisuje na sve diskove na
kojima su podaci ("round-robin" sema)
 RAID 6 - nivoa povecana je slozenost
obrade za kontrolu parnosti, jer se dve
šeme za kontrolu parnosti koriste
istovremeno
3. Struktura računara opšte namene

1.
2.
U/I procesori:
Multipleksni U/I procesori vrse
razmenu podataka sa nekoliko
periferijskih jedinica koje rade paralelno,
Selektorski U/I procesori vrse razmenu
podataka samo sa jednom periferijskom
jedinicom.
3. Struktura računara opšte namene

1.
2.
3.
Način komuniciranja sa U/I
uređajima:
Pomoću adrese koje se koriste u
naredbama za direktan U/I i za
memorijski mapiran U/I.
koriscenje sistema prekida
koristi direktan pristup memoriji (DMA
- "Direct Memory Access").
3. Struktura računara opšte namene

1.
2.
3.
4.
Direktan memorijski pristup
obuhvata:
odredivanje adrese periferijske
jedinice,
odredivanje pocetne adrese u
operativnoj memoriji,
odredivanje broja reci u bloku i
odredivanje smera prenosa.
3. Struktura računara opšte namene
 Sistem
prekida
 prekidi se koriste za komunikaciju
periferijskih uredaja sa centralnim
procesorom. Procesor je mnogo brži od
rada periferijskih uredaja, tako da
procesor bez sistema prekida mora da
ceka zavrsavanje U/I operacije, što je
veoma neefikasno.
3. Struktura računara opšte namene

1.
2.
3.
4.
Postoji vise razlicitih tipova dogadaja
koji mogu da izazovu prekid, kao na
primer,
poziv nekog servisa operativnog sistema,
deljenje nulom, zavrsetak neke U/I
operacije,
nedozvoljen pristup memoriji,
klik misem ili pritisak nekog tastera na
tastaturi
3. Struktura računara opšte namene

1.
2.
3.
Postoje tri vrste prekida:
softverski prekidi,
hardverski prekidi i
izuzeci.
3. Struktura računara opšte namene
 Softverski
prekidi nastaju na osnovu
programskih instrukcija. Softverski
prekidi omogucavaju pristup
"ugrađenom" kodu unutar BIOS-a,
operativnog sistema ili periferijskih
uredaja.
3. Struktura računara opšte namene
 Hardverski
prekidi nastaju na osnovu
signala prekida koje generisu U/I uredaji.
Hardverski prekidi nastaju asinhrono, tj.
mogu se javiti u bilo koje vreme izvrsavanja
nekog drugog programa






1) uredaj generise signal zahteva za prekidom,
2) uredaj preko magistrale podataka salje broj vektora prekida
3) procesor zavrsava izvrsavanje tekuce instrukcije i nakon
toga izvrsava
rutinu za upravljanje prekidom (ISR) koja odgovara broju
vektora prekida dobijenog preko magistrale podataka.
4) nakon zavrsetka rada rutine za upravljanje prekidom uredaju
se salje
odgovor na prekid (INT "acknowledge").
3. Struktura računara opšte namene

1.
2.
Hardverski prekidi se dele u dve
grupe:
Maskirajucim prekidima se moze
dozvoliti ili zabraniti rad.
Kod nemaskirajućih prekida stanje
bita u statusnoj reči nije bitno.
3. Struktura računara opšte namene








Servisiranje hardverskog prekida iz
ugla operativnog sistema obuhvata
sledece aktivnosti:
kompletirati tekucu instrukciju,
sačuvati kontekst programa,
identifikovati izvor prekida,
aktivirati ISR,
izvrsiti ISR,
indikacija kraja prekida (EO I - "End Of Interrupt")
kontroleru 8259
IRET - povratak na izvrsavanje prekinutog programa
3. Struktura računara opšte namene
 Izuzeci-su sinhroni dogadaji koji se
pojavljuju kao rezultat nastanka neke greske
u toku izvrsavanja instrukcija
 Prioritet prekida -U visekorisnickom
okruzenju se moze desiti da vise programa ili
vise uredaja generise vise prekida u isto vreme.
Nastanak takve situacije se moze razresiti ili
zabranom više prekida u isto vreme ili
uvodenjem prioriteta prekida.
3. Struktura računara opšte namene

1.
2.
3.
Paralelizam na nivou instrukcije -Kada
se primenjuje koncept paralelizma na
nivou instrukcije cilj je da se na datom
racunarskom sistemu izvrsi što više
instrukcija u sekundi.:
uzimanje instrukcija unapred
korišćenje tehnike protocne obrade
("pipeline processing").
korišćenje superskalarnih arhitektura.
3. Struktura računara opšte namene
Primer instrukcijskog toka koji ima
5 faza:
1. uzimanje instrukcije,
2. dekodiranje instrukcije,
3. uzimanje operanda,
4. izvrsavanje instrukcije i na kraju
5. upisivanje rezultata.
3. Struktura računara opšte namene
Hardverske jedinice za "pipelining" koji ima pet
faza
3. Struktura računara opšte namene
 "Pipelining"
je jednostavnije koristiti
ako:
 a) su sve instrukcije iste dužine,
 b) postoji mali broj formata instrukcija,
odnosno načina adresiranja i
 c) memorijski operandi se pojavljuju
samo kod operacija "LOAD" i "STORE".
3. Struktura računara opšte namene
 Problemi
koji mogu da nastanu
kod "pipelining"-a su:
 Strukturni hazardi su prouzrokovani
nedostatkom hardvera
 Kontrolni hazardi su prouzrokovani
instrukcijama grananja i uslovnog grananja
 Hazardi nad podacima su prouzrokovani
zavisnoscu podataka od rezultata
fzvrsavanja prethodne instrukcije
3. Struktura računara opšte namene
 Primer
superskalarne arhitekture
sa 3 "pipelining"-a
3. Struktura računara opšte namene
 Superskalarni
jedinica
procesor sa 6 funkcionalnih
3. Struktura računara opšte namene
 Paralelizam
na nivou procesora-Oni
se razlikuju po nacinu koriscenja operativne
memorije i nacinu medusobnog povezivanja.
 Na slici je prikazan primer GMSV ("Global
Memory, Shared Variable") arhitekture
sistema, koji ima 3 procesora označenih sa
P1, P2 i P3. Svi procesori koriste zajedničku
memoriju koja se zove globalna memorija
Viseprocesorski sistem sa
deljenom memorijom
Višeprocesorski sistem sa deljenom memorijom
3. Struktura računara opšte namene

1.
2.
3.
Moze se desiti da vise procesora konkurentno
pristupa globalnoj memoriji. Tada se za
razresavanje moguceg nastanka kolizije kod
pristupa istoj memorijskoj lokaciji koriste
sledeca tri modela:
EREW ("Exclusive Read Exclusive Write"),
CREW("Concurrent Read Exclusive Write")
CRCW ("Concurrent Read Concurrent
Write").
3. Struktura računara opšte namene

Prvi navedeni model EREW - ekskluzivno
citanje, ekskluzivno pisanje ne dozvoljava
nastajanje konflikta niti za citanje niti za pisanje.
 Drugi navedeni model CREW - konkurentno
citanje, ekskluzivno pisanje dozvoljava
konkurentno citanje za vi se procesora,
 Treći navedeni model CRCW - konkurentno
citanje, konkurentno pisanje dozvoljava
istovremeni pristup vise procesora i za operaciju
citanja i za operaciju pisanja
3. Struktura računara opšte namene

Prikazani DMSV viseprocesorski sistem ima distribuiranu
deljenu memoriju. Svaki procesor kod ovakvih sistema
izvrsava svoj programski kod, a memorijske jedinice
oznacene sa DM 1, DM2 i DM3 su medusobno
povezane. DMSV
("Distributed Memory,
Shared Variable") arhitekture sistema,
3. Struktura računara opšte namene

Na slici je prikazan primer DMMP ("Distributed
Memory, Message Passing") arhitekture sistema, tj.
viseracunarskog sistema sa distribuiranom memorijom.
Kod ovakve arhitekture sistema procesori (P1, P2 i P3)
su medusobno povezani, a memorijske jedinice (DM1,
DM2 i DM3) su potpuno nezavisne.