Struktura i princip rada računara

Osnovni pojmovi vezani za računarski sistem i podela Računarski sistemi odnosno računari su elektronske mašine koje obrađuju ulazne informacije (podatke ili naredbe) i iz njih proizvode izlazne informacije (rezultate).  Program je uređen niz naredbi kojima je definisan neki algoritam obrade informacija-skup instrukcija za izvršenje neke obrade.  Programiranje je postupak rešavanja nekog problema korak po korak, gde je za svaki korak napisana odgovarajuća naredba.  Programeri su ljudi koji pišu pragrame za računare u nekom od programskih jezika (Pascal, C, C++, C #, Visual Basic, Java, Delfi . . )

Podela računara je izvršena prema različitim kriterijumima, i to: Prema nameni, Prema broju korisnika, ili Prema broju naredbi koje računar može da izvrši u jednom trenutku   Vrste računara prema nameni: Računari opšte namene Računari za specijalne namene Prema broju korisnika računari se dele na: Višekorisnički (mainframe based), centralni računar koji opslužuje sve korisnike Jednokorisnički (PC based), svaki korisnik ima svoj računar i na njemu vrši obradu svojih programa Prema broju naredbi koje se izvrše u trenutku vremena računari se dele na: Serijski ili SISD (Single Instruction Single Data) - mogu da izvrše jednu naredbu nad samo jednim podatkom u memoriji. Paralelni ili SIMD (Single Instruction Multiple Data ) - mogu da izvrše istu naredbu nad većim brojem podataka u memoriji. Zovu se još i super računari.

Računarski sistem je samo mašina koja radi po određenom programu, može se reći da se svaki računarski sistem sastoji od dve komponente: Računarskog hardvera koji označava fizičke uređaje računarskog sistema, odnosno sve one delove koji čine komponente i uređeje Računarskog softvera koji obuhvata programe i podatke po kojima računar radi.

Struktura hardvera

Blok šema računara Rad računara se odvija u tri etape: Unošenje podataka Izvršenje naredbi nad unetim podacima prema programu koji je prethodno unet u računar Izlaz dobijenih rezultata iz računara Procesor i operativna memorija su obično smešteni na matičnoj ploči na kojoj su povezani štampanim vezama U/I uređaji (ulazno/izlazni uređaji ) su periferijske jedinice Sa M je označena magistrala (bus) koja povezuje ova tri modula

Funkcionalna šema računara Linije crvene boje predstavljaju put kontrolnih signala, dok su linijama zelene boje predstavljeni putevi podataka. Da bi računarski sistem mogao da se koristi, pored hardvera mora da poseduje i osnovni program koji upravlja radom računara (operativni sistem), kao i skup drugih programa koji imaju različite namene i omogućavaju korisniku da nešto radi sa računarom (aplikativni programi). Tipičan računarski sistem sastoji se od sledećih komponenata: Centralne (unutrašnje) memorije Aritmetičko logičke jedinice Kontrolne jedinice Jedinice spoljne memorije Ulaznih i izlaznih jedinica

Centralna memorija Računar obrađuje podatke izvršavajući naredbe date programom. Program i podaci koji se obrađuju uskladišteni su u unutrašnjoj (centralnoj memoriji računara). Ova memorija se sastoji od elektronskih kola, od kojih svako može da ima dva stanja, koja se obično označavaju sa 0 i 1 (0-stanje kada u kolu nema struje, 1-stanje kada u kolu ima struje). Zbog toga se ova kola zovu bit (skraćenica od binary digit-binarna cifra). Ovo se može uporediti sa sijalicom, kod koje bi stanje kada je ugašena bilo označeno sa 0, a stanje kada je upaljena sa 1. Ako bi imali više sijalica bilo bi više kombinacija 0 i 1 koje bi označavale neku informaciju po unapred utvrđenom kodu. Primer: 1 sijalica – 2 informacije, tj. 21 informacija 2 sijalice – 4 informacije, tj. 22 informacija 3 sijalice – 8 informacija, tj. 23 informacija Elektronsko kolo koje ima dva stanja može da zapamti informaciju da ili ne (jedan bit). Bitovi se u memoriji računara udružuju u grupe (registre), koji su dužine 8 bita. Ovakva grupa se zove bajt (byte).

Stanje svakog bita je signal za računar i 8 bita može imati 256 (28) različitih kombinacija nula i jedinica. Koja kombinacija predstavlja koji znak definiše se tabelom koja se zove kod. ASCII kod -American Standard Code for Information Interchange - što u prevodu znači: američki standardni kod za razmenu informacija. UNICODE – koristi dva bajta (16 bita) za kodiranje simbola 216 = 65536, koristi se za kodiranje skupa simbola koji sadrži slova svih jezika. Za numeričke podatke važe drugačije šeme skladištenja, kod kojih se povezuje 4 ili 8 bajtova zajedno. Svaka grupa bitova (bajt) u memoriji ima svoju adresu, koja se koristi prilikom uskladištenja podataka ili njihovog očitavanja. Računar ima elektronska kola kojima se unosi ili očitava sadržaj pojedinih adresa u memoriji. Prilikom očitavanja sadržaja neke adrese pravi se kopija sadržaja, a sadržaj adrese se ne menja.

Svaka lokacija ima adresu, tako da se Memorija PC računara sastoji se od osmobitnih registara. To je deo računara u kome se u toku rada nalaze programi kojim računar vrši obradu podataka, podaci koji se obrađuju, međurezultati i rezultati obrade. Sastoji se od niza adresibilnih ćelija koje su direktno dostupne. Unapred određena informacija može se upisati u određenu ćeliju. Sadržaj ćelije se može pročitati u svakom trenutku. Memorija je sačinjena od skupa "pregradaka" ili lokacija. Na svaku lokaciju može se smestiti određena količina podataka, kao što se na police u magacinu može smestiti određena količina rezervnih delova. Koliko lokacija ima bitova zavisi od snage i veličine računara. Broj bitova može biti 8, 16, 24, 32, 64, 128 ili čak 256. Svaka lokacija ima adresu, tako da se podaci na tu adresu (lokaciju) mogu lako poslati ili odatle uzeti. Lokacije i adrese u memoriji računara

Kapacitet memorije računara izražava se brojem bajtova koje računar ima. 1 KB = 1024 B = 210 B 1 MB = 1024 KB = 220 B 1 GB = 1024 MB = 230 B 1 TB = 1024 GB = 240 B   Pored grupisanja u registre po 8 bita, moguća su i grupisanja u veće jedinice: 16 bita – polureč (halfword) 32 bita – reč (word) Uvedene su i nove grupe od 64 i 128 bita.

Osnovni parametri (karakteristike) memorije su: Kapacitet memorije (broj adresibilnih ćelija i njihova dužina) Dužina adresabilne ćelije (broj bitova koji se smešta u nju) Vreme pristupa (vreme koje protekne između zahteva memoriji za podatkom i dobijanja podatka iz memorije. Izražava se u ns i stalno se smanjuje) UNUTRAŠNJA (operativna) memorija RAM (Random Access Memory) predstavlja najveći deo memorije u koju korisnik može da upisuje sadržaj i da ga čita. U memoriji se za vreme rada računara nalaze program i podaci sa kojima računar radi. U ovu memoriju mogu da se čitaju i upisuju podaci. Po isključenju računara sadržaj ove memorije se gubi. To je memorija sa slučajnim pristupom. Često se koristi i skraćenica RWM (Read Write Memory). RAM memorija nije sastavni deo matične ploče. ROM (Read Only Memory) predstavlja statički deo memorije koji može samo da se čita. Njen sadržaj se ne gubi po isključenju računara. Koristi se za uskladištavanje programa i podataka koji su često potrebni, na primer, za instrukcije za pokretanje računara pri uključivanju. To je BIOS.  

Jedinice spoljne memorije Jedinice spoljne memorije služe za čuvanje programa i podataka kada računar nije u upotrebi. Kada se koristi program, po kome radi i svi podaci koje računar obrađuje nalaze se u unutrašnjoj memoriji ili kroz nju prolaze. Međutim, i za vreme rada računara, delovi programa i podaci koji trenutno nisu potrebni, privremeno se skladište na jedinicama spoljne memorije, kojih ima dva tipa: Sa direktnim pristupom Sa sekvencijalnim pristupom Memorija sa direktnim pristupom je magnetni disk. On se realizuje u obliku hard diska lil memorijskih kartica 13

Memorija sa sekvencijalnim pristupom je magnetna traka Memorija sa sekvencijalnim pristupom je magnetna traka. Kod savremenih računara ona se realizuje u obliku kaseta različitih veličina i ne koristi se aktivno, nego samo za arhiviranje programa i podataka. Razvojem CD i DVD okruženja kao medija za zapisivanje podataka i njihovim korišćenjem za arhiviranje, magnetne trake se gotovo više ne koriste. Optički mediji se očitavaju vrlo tankim i precizno usemerenim laserskim zrakom. Postoje dve vrste medija: CD DVD 14

Aritmetičko-logička jedinica Aritmetičko-logička jedinica sastoji se od registara i elektronskih kola potrebnih za izvođenje aritmetičkih operacija – sabiranja, oduzimanja, množenja i deljenja i logičkih operacija – upoređivanja dve vrednosti da bi se odredila veća i određivanja da li je izraz istinit ili nije. U početku su ove operacije izvođene sa celim brojevima, dok su operacije s realnim brojevima izvođene softverski. Aritmetičko–logička jedinica ima posebnu jedinicu za izvođenje operacija s realnim brojevima i izračunavanje trigonometrijskih i drugih funkcija (floating point processor). Kontrolna jedinica Kontrolna jedinica je koordinator rada celokupnog računarskog sistema. Ona kontroliše izvršavanje programa uzima instrukcije iz memorije i prepoznaje ih, dekodira i naređuje odgovarajuće akcije drugim jedinicama započinje operacije ulazno–izlaznih jedinica i prenosi podatke u centralnu memoriju i iz nje Kod savremenih računara sastoji se od skupa čipova kojima se kontroliše i koordinira rad celokupnog sistema.

Procesor Procesor (Cental Processing Unit- CPU) definiše tip računara. Predstavlja srce računara, u njemu se realizuju sve računske i logičke operacije i izvršavaju komande koje su zadate programom. CPU direktno utiče na performanse računara tako da treba obratiti pažnju prilikom njegovog izbora kako bi zadovoljio vaše potrebe. Proizvođači CPU su AMD i Intel. Osnovne karakteristike procesora su: Brzina procesora Dužina procesorske reči Radni takt Keš memorija Blok šema procesora

Brzina procesora se izražava u milionima operacija koje procesor može da obradi u jednoj sekundi-MIPS-ovima (Milion Instruction Per Second) ili MFLOPS –ima (Milion Floating Point Orerations Per Second) Podaci su uskladišteni u računaru u registrima koji se sastoje od određenog broja bitova. Važećim standardima određeno je da dužina registra mora da bude stepen broja 2 (23, 24, 25, 26, 27 odnosno 8, 16, 32, 64 i 128 bita). Dužina procesorske reči je broj bitova koji se jednovremeno prenosi i obrađuje unutar procesora. Radni takt je frekvencija rada procesora - broj računskih ciklusa koje CPU izvrši u jednoj sekundi. To je učestanost impulsa koje generiše sat (clock) - specijalno elektronsko kolo kojim se iniciraju operacije procesora. Meri se u MHz ili GHz. Radni takt današnjih procesora je nekoliko GHz. Keš memorija je brza memorija koja privremeno skladišti instrukcije koje trebaju procesoru omogućavajući mu da pristupi tim instrukcijama brže nego da dolaze iz radne memorije (RAM). Keš memorija je super brza statička memorija koja se nalazi “između” procesora i radne memorije, sa ciljem da ubrza pristup često korišćenim informacijama. Kod modernih računara keš memorija se nalazi unutar jezgra procesora i radi sa frekvencijom procesora.

Ulazne i izlazne jedinice Za unošenje programa i podataka u višekorisnički računar najčešće se koristi terminal, koji se sastoji od ekrana i tastature. Kod personalnih računara se osim tastature kao ulazne jedinice koriste i miš, digitajzer (grafički tablet), kao i razni drugi specijalizovani uređaji (skener, digitalni fotoaparat, čitač bar – koda, itd.). Najčešća izlazna jedinica je monitor (kod PC računara) ili ekran terminala (kod višekorisničkih računara). Sem monitora kao izlazne jedinice koristi se i štampač, zvučnici, automatski crtač (ploter)...