Računarstvo i informatika I Sastav računarskog sistema

Sastav jednostavnog mikroračunarskog sistema CPU Memorija U ovoj lekciji... Šta ćemo učiti Šta je u računaru: Sastav jednostavnog mikroračunarskog sistema CPU Memorija Ulaz, izlaz i spoljašnje memorije Poboljšanja arhitekture

Šta podrazumevamo pod računarskim sistemom? Konfiguracija Arhitektura RAČUNARSKI SISTEMI Šta podrazumevamo pod računarskim sistemom? Konfiguracija sastav hardvera – komponenete, OD ČEGA je napravljen Arhitektura osobine značajne za programiranje (mašinski jezik, broj i namena registara u procesoru, komunikacija procesora sa drugim uređajima sistema,...) - ŠTA može sistem da radi Organizacija KAKO su mogućnosti realizovane Familiju računara čine računari iste arhitekture, a razlićite organizacije, konfiguracije. Iza oznake familije računara obično se nalazi oznaka modela računara. Modeli=računari iste arhitekture i organizacije, npr. IBM 360/44, PC AT,…

Klase računarskih sistema Zajedničko za sve vrste - zasnovani na istim principima projektovanja, teoretskom modelu kompjutera koji se naziva Fon Nojmanova (Von-Neumann, institut Prinston) arhitektura (1946) Podaci i instrukcije su u memoriji u kojoj se mogu čuvati i iz nje čitati Sadržaj ove memorije je adresabilan, a to znači da se za svaki podatak zna gde se nalazi u memoriji Ove adrese nisu zavisne od tipa podataka koji je tamo zapamćen(numerički, tekstualni...) Izvršavanje instrukcija računara odvija se sekvencijalno(od jedne instrukcije do druge) Razlike - brzina, kapacitet, ulaz/izlaz i sl. OSNOVA SVEGA – procesor i memorije u koje se podaci upisuju i obradjuju a potom prikazuju na izlaznom uredjaju *Alan Tjuring je još pre njega koncipirao ovakve računare...*

Karakteristike Fon Nojmanove arhitekture 1. Kompjuter se sastoji od 4 osnovna podsistema 1.1 Memorije 1.2 Ulaza-izlaza 1.3 Aritmetičko-logičkog organa (ALU) 1.4 Upravljačkog organa (Control Unit - CU) 2. Koncept unutrašnjeg programa Instrukcije se zapisuju binarnim brojevima i čuvaju u memoriji 3. Sekvencijalno izvršavanje instrukcija Instrukcije se donose jedna po jedna iz OM u CU, gde se dekodiraju i zatim izvršavaju

U zavisnosti od načina obrade podataka razlikujemo: Još neke podele... U zavisnosti od načina obrade podataka razlikujemo: Analogne računare Digitalne računare Analogni računari rade na principu promene napona koji proizvodi fizičke pojave (Voltmetar npr.). Analogni uređaji prate stalnu promenu vrednosti i rezultate daju otklonom kazaljke ili sipisivanjem krivulje na papiru ili ekranu. Analogni računari su spori i neprecizni. Digitalni računari vrše obradu podataka u binarnom brojnom sistemu jer digitalna i logička kola imaju samo dva naponska stanja (0 i 1).

PUT DO DANAŠNJIH RAČUNARA Prva generacija elektronskih računara (1940 – 1950) Koristile Vakuumske cevi kao osnovne elektronske elemente Programiranje na mašinskom jeziku Primena u vojne i naučne svrhe Nema serijske proizvodnje (ENIAC – Electronic Numerical Integrator And COmputer), EDVAC, EDSAC Druga generacija elektronskih računara (1950 – 1960) Koristile tranzistore umesto vakuumskih cevi (poluprovodnički elementi (od silicijuma) Manji su, manje energije troše Koriste se simbolički jezici, asembler i počinje umrežavanje Serijska proizvodnja (IBM 1401)

Treća generacija elektronski računara (1960 – 1970) – LSI - Integrisana kola, mikročipovi sačinjeni od mnoštva tranzistora Majnfrejm računari – brža obrada podataka i mini računari (preteča Pca) Time – sharing Četvrta generacija elektronsih računara (od 1970) - VLSI – 1971 prvi mikroprocesor –Intel 4004

ORGANIZACIJA HARDVERA RAČUNARA Čuvaju se podaci i programi koji su pokrenuti Unutrašnja Memorija -GLAVNA- kontroleri kontroleri Ulazne Jedinice (uređaji) Kontrola jedinica Jedinice spoljne memorije Aritmetičko logička jedinica Izlazne Jedinice (uređaji) kontroleri Centralna procesorska jedinica –CPU- MAGISTRALE ***APU – Acelerated processing unit (u čipu objedinjavaju CPU i GPU) ***SoC – System on chip (tableti, smartPhone) – procesor i memorija u jendom čipu

CPU ALU Uprošćena struktura centralnog procesora Sistemska magistrala Grupa mem. Ćelija u kojima se čuvaju podaci Uprošćena struktura centralnog procesora Sistemska magistrala REGISTRI ALU Obradna jedinica sabirnice Matematičke operacije nad podacima UPRAVLJAČKA JEDINICA (kontrolna jedinica) Upravlja radom procesora i čitavog računarskog sistema

Šema Glavne (RAM) memorije ADRESA SADRŽAJ 0f11g58652545 1 0f11g50002545 f11aa58645588

Klasifikacija programskih jezika 13 Debugger Editor Prevodilac Program.pas Program.obj F-je Povezivač Program.exe Punilac RAM OS Priprema programa za izvršenje Informatika, Aleksinacka gimnazija

Nivoi programske reprezentacije Apstrakcije temp = v[k]; v[k] = v[k+1]; v[k+1] = temp; Program u VPJ Program u asembleru Mašinski program Specifikacija kontrolnih signala 14 Compiler lw $15, 0($2) lw $16, 4($2) sw $16, 0($2) sw $15, 4($2)c Assembler 0000 1001 1100 0110 1010 1111 0101 1000 1010 1111 0101 1000 0000 1001 1100 0110 1100 0110 1010 1111 0101 1000 0000 1001 0101 1000 0000 1001 1100 0110 1010 1111 Mašinska interpretacija Jezik registrarskog prenosa ALUOP[0:3] <= InstReg[9:11] & MASK Informatika, Aleksinacka gimnazija

Y:=2*x + 3 Ako je X>=Y onda M:=x Inace M:=y Mov ax, [100] Mov bx, 2 Cmp ax, bx Jge vecix Mov [102], bx Jmp kraj Vecix: Mov[102], ax kraj: Izračunati Y:=2*x + 3 Mov ax, [100] Mov bx, 2 Mul ax, bx Mov bx, 3 Add ax, bx Mov [101], ax

ALU PRINCIP RADA RAČUNARA Instrukcije prenosa (MOV) Aritmetičke instrukcije (add, mul) REGISTAR Instrukcije poređenja i skokova(cmp, jmp, jge) MEMORIJA adresa sadržaj bx 055 1.instrukcija ALU ax 100 1.Podatak ( X) 101 2.Podatak (Y) 102 3.Rezultat ULAZNI PODACI Međumemorije IZLAZNI PODACI UI MODUL

Registri Registri opšte namene Akumulatori Indeks registri Pokazivači segmenata Pokazivači steka Specijalizovani registri Registar naredbe Adresni registar memorije Prihvatni registar memorije Brojač naredbi Kontrolni registri Statusni registar - Registar stanja procesora RSP

Registri opšte namene (GPR) Specijalizovani adresni registri Neki od navedenih registara mogu se koristiti i kao registri opšte namene Neki su specijalizovani za određene načine adresiranja Brojač naredbi - Program Counter (PC) Indeksni registar - Index Register (IX) Bazni registar - Base Address Register (BAR) Stek pokazivač - Stack Pointer (SP) Stranični registar - Page Address Register (P) Segmentni registar - Segment Address Register (S)

Osnovne komponente središne memorije: CPU (Central Processing Unit) Središna memorija Osnovne komponente središne memorije: CPU (Central Processing Unit) Program koji se izvršava se sastoji od niza instrukcija koje se nalaze u memoriji. CPU dobija instrukcije iz memorije pod kontrolom Operativnog sistema (OS) a rezultate vraća u memoriju. Instrukcije su u binarnom obliku i CPU preduzima jednu od akcija: CPU-MEMORIJA CPU-U/I OBRADA PODATAKA(Aritm. i logičke operacije) KONTROLA RADA Glavna memorija Ulazno–izlazni moduli – sadrže male memorije (MEĐUMEMORIJE) koje omogućavaju da ih privremeno memorišu i dalje šalju.

Organizacija centralnog procesora - CPU Upravljačka jedinica (Control Unit, CU) upravlja tokom izvršavanja naredbi programa i usklađuje rad svih delova računara Obradna jedinica (Arithmetic-Logic Unit, ALU) sadrži elektronska kola koja mogu da realizuju sve mašinske naredbe (instrukcije) obrade konkretnog računara Registri Interna memorija centralnog procesora Sadržaj registra naziva se “reč” (word – 2B), DW (4B) ili Qword(8B) Veličina reči = broj bitova koji mogu istovremno da se pocesiraju

mogu da se programiraju, MIKROPROCESORI Mikroprocesor je čip koji sadrži CPU, kao i malu količinu memorije koja se koristi za specijalne namene. mogu da se programiraju, imaju internu memoriju i/ili registar statusa, sposobni su da pristupaju memoriji i urađeni su u visokointegrisanoj tehnologiji Tehnologija proizvodnje definiše osnovne tehničke karakteristike: vrsta kućišta, broj izvoda, snaga napajanja, temperaturni opseg, pouzdanost...

Šta je mikroračunarski sistem? Mikroračunarski sistem (MRS) = Računarski sistem zasnovan na mikroprocesoru Mikroprocesor = CPU izveden u jednom čipu ili čipsetu Čipset (chipset) - skup čipova projektovan da tesno sarađuju i funkcionišu kao celina pri izvršavanju nekog zadatka, npr. skup integrisanih kola kao što je programski kontroler signala prekida koji podržavaju CPU, zajedno sa samim CPU Svi današnji kompjuteri imaju CPU izveden u jednom čipu Pošto se van čipa sporije radi, što više posla treba obavljati u samom čipu 2.26+ GHz P4 Van CPU se radi na 500 MHz 2 nivoa keš memorije u samom čipu

Karakteristike memorije NAČIN PRISTUPA Sekvencijalni pristup podaci smešteni u slogove, upisuju se u redosledu unosa, ćitaju u redosledu upisa ili obratno, vreme pristupa proizvoljnom slogu je relativno veliko; npr. magnetna traka (Polu)direktan pristup podaci smešteni u slogove, a na osnovu adrese se direktno pristupa lokaciji gde je slog smešten ili nekoj okolini; npr. magnetni disk Slučajni (direktan) pristup svaka adresibilna lokacija poseduje adresni mehanizam ugrađen u memorijski sklop, te je vreme pristupa svakoj lokaciji konstantano, npr. glavna memorija računara Asocijativni pristup omogućeno je poređenje između posebne maske i vrednosti određenih pozicija bitova u reči, te se iz takve memorije reč čita na osnovu sadržaja; npr. keš memorija

Hardverske komponente računarskog sistema SPOLJAŠNJA MEMORIJA Magnetski Hard Disk Floppy Disk Optički Disk (CD-…) Magnetna Traka PRIMARY/MAIN MEMORY ROM (sadrži BIOS) RAM (nestalna) CPU Registar Kontrolna jedinica ALU jedinica + Math (co.p), MMX,… CLOCK kontroler IDE, SCSI, ... MAGISTRALA ISA, EISA, [MCA], PCMCIA, PCI, ... kontroler kontroler kontroler Ulaz Miš Tastatura Touch Screen Skener ... Komunikaciona Oprema FAX/Modem/ Mrežna oprema Izlazni uredjaji Monitor Zvučnik Štampač ... Slika 1.8 sa 19 Slika 1.10 str22 LAN Phone Line

Pogled iznutra

Pogled na PC matičnu ploču

Procesorski čip

Struktura Pentium 4 procesora Naziv registra Broj Dužina Funkcija Opšti 8 32 Opšti registri FPR 8 80 FPR (floating point register) sadrži brojeve u pokretnom zarezu FPC 1 16 Kontrolni bitovi za operacije u pokretnom zarezu Status 1 16 Teku´ce stanje FPU Oznake 1 16 Sadrži 2-bitne oznake sadržaja svakog od 8 FPR (važe´ci sadržaj, nula, specijalna vrednost, prazno) MMX 8 64 Preslikavaju se u FPR na bitove manje težine Segment 6 16 Koriste se pri izboru segmenta Zastavice 1 32 Sadrži status i kontrolne bitove Pokazivaˇc instrukcije 1 32 Sadrži adresu teku´ce instrukcije EFLAGS 1 32 Sadrži kontrolne bitove i kodove generisane pri operacijama u procesoru, odnosno delimiˇcno vrši funkciju sliˇcnu PSW Kontrolni registri 5 32 Sadrže informacije vezane za operacije procesora. Drugi registar po redu se ne koristi