1. RAČUNALNIŠKI SISTEMI in KOMUNIKACIJE
Univerza v Mariboru Fakulteta za organizacijske vede
RAČUNALNIŠKI SISTEMI in KOMUNIKACIJE
dr. Igor Bernik, docent
kib1.fov.uni-mb.si/RaSK

2. Računalniški sistem - uvod
Kaj je računalniški sistem?
Računalnik in periferija
Programska oprema
Računalnik je naprava, ki jo lahko programiramo, da manipulira z simboli. Hitro, natančno in zanesljivo lahko izvaja kompleksne in ponavljajoče se procedure ter hrani in bere velike količine podatkov. Fizične komponente imenujemo strojna oprema – hardver, ki izvajajo programsko opremo – softver. Vhodno izhodne enote dovoljujejo računalnikom komunikacijo z uporabnikom in zunanjim svetom.
Računalniški sistemi

3. Kaj je računalnik? Ker je računalnik naprava, naj dela kaj koristnega:
Pisanje teksta
Hranjenje in obdelava podatkov
Reševanje matematičnih problemov
Igranje iger
Primeri: bankomat, referat, borza, ...
Računalniški sistemi

4. Računalniški sistem z vidika:
Uporabnika
Zmogljivosti in omejitve
Programerja
Želim si računalnik, za katerega lahko napišem čim boljši program
Sistemski analitika
Računalniki za dobro delovanje aplikacij – pravi sistem za določena opravila
Sistemskega administratorja; sistemskega managerja
Računalnik, ki omogoča maksimalno učinkovitost celotnega računalniškega sistema (kot rač. samega, kot več rač. na določeni lokaciji ali kot sistem računalnikov na dislociranih lokacijah)
Računalniški sistemi

5. Osnovne operacije pri izvajanju računalniškega procesiranja podatkov
Vhod/Izhod podatkov
Osnovna aritmetična in logična preračunavanja
Transformacija ali prevajanje podatkov (prevajanje programa, update datotek, ...)
Sortiranje podatkov
Iskanje ujemajočih podatkov
Shranjevanje in branje podatkov
Prenos podatkov (prenos datotek)
Računalniški sistemi

6. Komponente računalniškega sistema
Hardver, ki omogoča fizične mehanizme vhoda in izhoda podatkov, manipuliranja z njimi in za elektronsko kontrolo vhoda in izhoda podatkov
Softver – sistemski in aplikativni, ki daje inštrukcije hardveru kako in v kakšnem vrstnem redu naj dela.
Podatki; numerični, alfanumerični, grafični, zvokovni, ... predstavljeni v obliki, s katerimi softver zna delati
Računalniški sistemi

7. Hardverske komponente
Procesor (CPE)
Pomnilnik
Vhodno/izhodni vmesnik
Vhodne enote
Izhodne enote
Računalniški sistemi

8. Centralno procesna enota - procesor
Aritmetično logična enota; izvajanje aritmetičnih in logičnih kalkulacij.
Kontrolna enota; kontrolira procesiranje inštrukcij in gibanje notranjih podatkov procesorja iz enega dela procesorja v drugega.
Vmesnik; premika inštrukcije programa in podatke med procesorjem in ostalim hardverom.
Računalniški sistemi

9. Pomnilnik bit, byte = 8bit 1KB= 210=1024bytes, 220=MB,230=GB
Razločimo različne tipe:
RAM (random access memory)
ROM (read only memory)
Trdi disk, CD-ROM, DVD-ROM, DVD-RAM, tračne enote, luknjane kartice, pomnilne kartice...
Računalniški sistemi

10. Vhodno/izhodni vmesnik
ISA
Serijski
Zaporedni
PCMCIA (PcCard)
SCSI
PCI, PCI-X
USB
FireWire
BlueTooth
Računalniški sistemi

11. Vhodne enote Luknjana kartica Tipkovnica Miška Grafična tablica
Skener (bar-code, ročni, ploski, bobenski, ...)
Pero
Igralna palica, volan
Digitalni foto aparat, video kamera (analogna in digitalna)
...
Računalniški sistemi

12. Izhodne enote Zaslon (CRT, LCD, ...) Projektor (LCD, DLP, ...)
Tiskalniki (iglični, brizgalni, laserski, specialni)
Zvočniki
Računalniški sistemi

13. Softverske komponente
Firmware (v strojne naprave vgrajen softver)
Sistemski softver (BIOS, operacijski sistemi)
Aplikativni, uporabniški programi
Računalniški sistemi

14. Komunikacijske komponente
potrebujemo, ker računalnik dandanes ni več sam
Različne omrežne povezave, prek različnih softverskih protokolov
preko ožičenj (omrežje, telefonska linija)
Brezžično (WiFi, bluetooth, ...)
Računalniški sistemi

15. Podatki, informacije
Tyche Brahe, srednjeveški astronom, je svoje življenje posvetil opazovanju in zapisovanju pozicije planetov.
Johannes Kepler analizira zbrane podatke in predstavi zakone gibanja planetov.
Brahe je zbiral podatke – Keplerjevi zakoni so informacije!
Računalniški sistemi

16. Procesiranje podatkov v informacije
Procesiranje podatkov pojasni njihov pomen.
Računalnik je stroj za procesiranje podatkov!
Podatkovni tok teče v računalnik kot vhod,
informacijski tok iz računalnika je izhod.
Računalniški sistemi

17. Računalnik ali kalkulator - razlika
Oba lahko računata.
Na kalkulatorju je postopek seštevanja naslednji:
Vnesemo prvo število (X)
Izberemo operator seštevanja (+)
Vnesemo drugo število (Y)
Izberemo operator za izračunavanje (=)
Zapišemo izračunano število za nadaljnje računanje
Kalkulator izračuna vrednost glede na zaporedje pritisnjenih gumbov.
Računalnik procesira podatke avtomatsko. Moramo mu podati set inštrukcij (program), ki je shranjen na računalniku (shranjeni program).
Računalnik je naprava, ki procesira podatke v informacije pod kontrolo shranjenih programov.
Računalniški sistemi

18. John von Neumannov koncept
Stored program concept (Koncept shranjenih programov)
Podatki, manipulirani v skladu z inštrukcijami programa so shranjeni v spominu medtem, ko se procesirajo. Tudi programske inštrukcije in podatki so shranjeni v spominu medtem ko se procesirajo. Koncept je standardna osnova za računalniško arhitekturo praktično vseh obstoječih računalnikov.
Računalniški sistemi

19. Četrta generacija (1971 – do danes)
Centralna procesna enota ima sedaj samostojno enoto – mikroprocesor. L se prvi računalnik proda ljubitelju tehnike. L IBM proda prvi PC, do konca leta pa že 2 mio. Leta 82 – 5,5 mio. Deset let kasneje pa 65 mio. Trenti so v zmanjševanju velikosti in porabe elektrike – iz namiznih v prenosne in v ročne. Iz leta v letu padajo cene in naraščajo zmogljivosti. Povezujejo se preko lokalnih mrež v Internet. Tako predstavljajo skupno mrežo informacij.
Računalniški sistemi

20. Peta generacija (od danes naprej)
Peta generacija računalnikov se še razvija. Razlika med 4. in 5. generacijo je v uporabi umetne inteligence, kjer bodo računalniki lahko:
Uporabljali naravni govor
Razumeli deduktivno sklepanje
Se učili iz napak
Videli in razpoznali objekte
Evaluirali na stopnjo novih zahtev.
Za to se potrebujejo bistveno zmogljivejši računalniki, ki bodo delovali podobno kot človek.
Računalniški sistemi

21. RAČUNALNIŠKI SISTEMI 2. Osnovni podsistemi računalnika
Univerza v Mariboru Fakulteta za organizacijske vede
RAČUNALNIŠKI SISTEMI 2. Osnovni podsistemi računalnika
dr. Igor Bernik, docent
kib1.fov.uni-mb.si/RaSK

22. Osnovne sistemske komponente
Računalniški sistem je sestavljen iz centralne enote (računalnika) in različnih perifernih naprav.
Centralna enota vsebuje večino elektronskih sklopov
Periferne naprave so na centralno enoto priključene prek ožičenja (in tudi brezžično)
Von Neumann hardver razbije na 5 osnovnih delov:
CPE (procesor)
Vhod
Izhod
Delovni pomnilnik - RAM
Stalni pomnilnik
Računalniški sistemi

23. Osnovne sistemske komponente
Računalniški sistemi

24. Centralna procesna enota
Centralna procesna enota (CPE-procesor) je najpomembnejša komponenta računalnika. Pod kontrolo shranjenega programa, CPE manipulira z podatki in shranjuje rezultate v pomnilnik - RAM!
CPE stalno prejema inštrukcije, ki jih mora izvesti.
Vsaka inštrukcija vsebuje vrstni red procesiranja podatkov.
Delo procesorja je večinoma preračunavanje podatkov in njihov transport.
Podatki prihajajo iz pomnilnika in vhodnih perifernih naprav (pogonov, tipkovnice).
Po procesiranju se podatki pošljejo nazaj v pomnilnik in na izhodne periferne naprave.
Računalniški sistemi

25. Pomnilnik in pogoni
Delovni pomnilnik računalnika vsebuje podatke in programe.
Vsi podatki ki jih računalnik potrebuje in dela z njimi v času procesiranja so shranjeni v delovnem pomnilniku.
Podatki, ki se nahajajo na enem izmed pogonov in so potrebni za procesiranje, se morajo najprej prebrati v delovni pomnilnik.
Delovni pomnilnik = RAM.
Pogoni = mehki, trdi diski, CD, DVD, tračne enote, ...
Računalniški sistemi

26. Periferne naprave
Periferne naprave so običajno fizično ločene od računalnika – medtem ko procesor in pomnilnik tvorijo glavni del računalnika.
Število perifernih naprav je odvisna od opremljenosti računalniškega sistema. V osnovi jih delimo na:
Vhodne naprave – omogočajo vnos podatkov (tipkovnica, miška)
Izhodne naprave – omogočajo prikaz procesiranih podatkov/informacij uporabniku (monitor, tiskalnik)
Računalniški sistemi

27. Vodila
Vodila so povezave v računalniku, ki povežejo procesor z ostalimi komponentami. Računalniški sistem sprejema in pošilja podatke na vodila, ki jih delimo na:
Sistemsko vodilo, ki povezuje CPE z RAMom. Je centralno vodilo sistema.
V/I vodila, ki povezujejo CPE in ostale komponente. Prenašajo podatke in povezujejo sistemsko vodilo z vsemi V/I napravami.
Računalniški sistemi

28. Osnovni računalniški koraki
potrebni za izvedbo naloge:
1. Shrani program v pomnilnik.
Računalniški sistemi

29. Osnovni računalniški koraki
potrebni za izvedbo naloge:
2. Vnesene podatke iz tipkovnice shrani v pomnilnik.
Računalniški sistemi

30. Osnovni računalniški koraki
potrebni za izvedbo naloge:
3. Procesor procesira podatke na osnovi programa in shrani rezultate v pomnilnik.
4. Rezultati so prikazani na izbrani izhodni napravi.
Računalniški sistemi

31. Pomni: hardver, softver, program
Hardver imenujemo fizične komponente sistema (CPE, pomnilnik, vodila, naprave).
Softver imenujemo programe, ki so elektronski signali in obstajajo zgolj s pomočjo hardvera v pomnilniku.
Program je serija inštrukcij, ki izvaja določene naloge.
Podatki niso programi! Programi vsebuje inštrukcije za procesiranje podatkov. Programi se izvajajo, podatki se procesirajo.
Računalniški sistemi

32. RAČUNALNIŠKI SISTEMI 3. Podatki in številčni sistemi
Univerza v Mariboru Fakulteta za organizacijske vede
RAČUNALNIŠKI SISTEMI 3. Podatki in številčni sistemi
dr. Igor Bernik, docent
kib1.fov.uni-mb.si/RaSK

33. O podatkih
Naši računalniki procesirajo podatke. Njihova funkcija je preprosta: procesiranje podatkov. Procesiranje se izvaja znotraj CPE in med ostalimi komponentami. To je seveda preprosto, toda KAJ so podatki in KAKO se procesirajo v računalniku?
Računalniški sistemi

34. Analogni podatki
Signali, ki jih pošiljamo drug drugemu so podatki. Naši vsakodnevni podatki so v različnih oblikah: zvok, pisma, številke in drugi znaki (ročno napisani ali tiskani), fotografije, grafika, film, ... Vsi ti podatki so naravni – analogni, kar pomeni, da se razlikujejo v svoji obliki. Podatki v tej obliki so neuporabni za računalniško procesiranje. Računalnik lahko procesira zgolj preproste, natančno določene podatkovne formate, ki jih lahko procesira zelo uspešno.
Računalniški sistemi

35. Digitalni podatki
Računalnik je električna naprava. Torej lahko dela le z podatki, ki jih razume na električnem nivoju. To doseže z uporabo električnih stikal, ki so lahko vključeno ("1") ali izključeno ("0"). Z električnimi stikali lahko pišemo števila 0 in 1 ter pričnemo procesirati naše podatke.Računalniški procesor ima milijone teh stikal v obliki tranzistorjev).
Računalniški sistemi

36. Biti
Vsako 0 ali 1 imenujemo bit. Bit (BInary digiT). Število imenujemo binarno, saj izhaja iz binarnega številčnega sistema:
0 1 bit
1 1 bit
bit
bit
Računalniški sistemi

37. Binarni številčni sistem
Binarni številčni sistem je zgrajen iz števil, enako kot naš običajni desetiški številski sistem (10 številski sistem, števila 0-9), le da uporablja le števili 0 in 1.
DESETIŠKI ŠTEVILSKI SISTEM - Desetiška števila so števila z osnovo deset: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 in 9. Primer: 23
BINARNI ŠTEVILSKI SISTEM - Binarna števila so števila z osnovo dva: 0 in 1. Primer: 1012
(0 ko je stikalo izključeno, 1 ko je stikalo vključeno)
Računalniški sistemi

38. Osmiški, šestanjstiški, ... štev. sistemi
Osmiški (octal) in šestnajstiški (hexadecimal) številska sistema omogočata preprosto predstavljanje večbitnih števi lv digitalnem sistemu, saj so njune baze večkratnika števila 2.
Osmiški številčni sistem uporablja števila od 0-7. S tremi biti lahko predstavimo vsako izmed števil osmiškega štev. sistema.
Šestnajstiški številčni sistem uporablja števila od 0-9 in črke od A-F. S štirimi biti lahko predstavimo vsako izmed števil šestnajstiškega štev. sistema.
Dvaintrideset, štiriinšestdeset
Računalniški sistemi

39. Zakaj binarna števila
Dvomestna vezja, ki jih imenujemo tudi digitalna ali binarna so neobčutljiva na motnje, preprosta za razvoj in razumevanje in izjemno zanesljiva. Informacije/podatki se preprosto manipulirajo z uporabo preprostih elektronskih vezij – logičnih vezij oz. vrat.
Računalniški sistemi

40. RAČUNALNIŠKI SISTEMI 4. Logična vezja
Univerza v Mariboru Fakulteta za organizacijske vede
RAČUNALNIŠKI SISTEMI 4. Logična vezja
dr. Igor Bernik, docent
kib1.fov.uni-mb.si/RaSK

41. Booleanova algebra
V binarni logiki imamo lahko pri odgovoru na vprašanje dva odgovora:
True – resnično – da
False – neresnično – ne
Povezujemo jih z tremi osnovnimi logičnimi povezavami – vrati IN, ALI in NE.
Računalniški sistemi

42. Logična vrata in CPE
Računalniški sistemi

43. Logična vrata
Booleanova logika se lahko transformira iz algebraičnega izraza v logični diagram, ki predstavlja IN, ALI in NE vrata. Z implementacijo logičnih diagramov v hardveru dobimo digitalna vezja.
Digitalna vezja so komponente hardvera, ki manipulirajo z binarnimi informacijami.
Vezja so implementirana z uporabo tranzistorjev v integrirana vezja.
Vsakemu osnovnemu vezju tranzistorja pripišemo logična vrata.
Računalniški sistemi

44. Logična vrata NE (NOT)
Računalniški sistemi

45. Logična vrata IN (AND)
Računalniški sistemi

46. Logična vrata ALI (OR)
Računalniški sistemi

47. Logična vrata NE IN (NAND)
Računalniški sistemi

48. Logična vrata NE ALI (NOR)
Računalniški sistemi

49. Logična vrata ekskluzivni ALI (XOR)
Računalniški sistemi

50. Log. vrata ekskluzivni NE ALI (XNOR)
Računalniški sistemi

51. Zakoni Booleanove algebre
Zakona zduževanja:
A + B = B + A
A * B = B * A
Zakona povezovanja:
(A + B) + C = A + (B + C) = A + B + C
A * (B * C) = (A * B) * C = A * B * C
Zakon deljenja:
A * (B + C) = A * B + A * C
de Morganova zakona:
___________ __ __
(A + B) = A * B
________ __ __
A * B = A + B
Računalniški sistemi

52. Zakoni Booleanove algebre
Ostali zakoni:
A + A = A
A * A = A
A + 1 = 1
A * 1 = A
A + 0 = A
A * 0 = 0 __
A + A = 1
A * A = 0
A = A
Računalniški sistemi

53. Logična vezja in uporaba zakonov
__ __
Y = A * B * C + A * B * C + A * C
__ __
Y = A* B * (C + C) + A * C = A * B + A* C __
Ne pozabi: C + C = 1 in A * B * 1 = A * B
Računalniški sistemi

54. RAČUNALNIŠKI SISTEMI 5. Analogni in digitalni podatki
Univerza v Mariboru Fakulteta za organizacijske vede
RAČUNALNIŠKI SISTEMI 5. Analogni in digitalni podatki
dr. Igor Bernik, docent
kib1.fov.uni-mb.si/RaSK

55.  Zapomni si! 
Ime okr. Velikost (byte) Kilo K 2^10 = 1,024 Mega M 2^20 = 1,048,576 Giga G 2^30 = 1,073,741,824 Tera T 2^40 = 1,099,511,627,776 Peta P 2^50 = 1,125,899,906,842,624 Exa E 2^60 = 1,152,921,504,606,846,976 Zetta Z 2^70 = 1,180,591,620,717,411,303,424 Yotta Y 2^80 = 1,208,925,819,614,629,174,706,176
Računalniški sistemi

56. Analogni proti digitalnim podatkom
Računalniški sistemi

57. Digitalni podatki
Računalnik lahko procesira podatke le v primeru, da so ti zapisani kot 0 in 1. Te podatke imenujemo digitalni podatki. Če običajne podatke iz analogne oblike prevedemo v digitalno, bodo le ti prikazani kot veriga 0 in 1, torej jih bo računalnik sposoben procesirati. Torej moramo opraviti postopek digitalizacije naših podatkov. Čisti tekst, zvok in slike digitaliziramo v obliko, zapisano z 0 in 1.
Računalniški sistemi

58. O Bytih Osnovno podatkovno procesiranje je procesiranje teksta
Vsakemu znaku pripišemo 8 bitov (1byte) dolgo oznako, ki predstavlja določen znak.
Primer oznak je prikazan na tabeli:
Računalniški sistemi

59. ASCII ASCII (American Standard Code for Information Interchange)
Industrijski standard, ki alfanumeričnim znakom znotraj prostora 256 znakov (28) vsakemu izmed znakov pripiše 8 bitno kodo.
ASCII tabelo razdelimo na 3 sekcije:
Neizpisljive kode na mestih od 0 do 31.
"Spodnji" del ASCII tabele med 32 in 127 mestom. To je del, kjer so vsi glavni znaki (predvsem ameriške abecede)
"Zgornji" ASCII med 128 in 255. Del kode, kjer s programiranjem lahko dobimo specialne znake, predvsem v odvisnosti od jezika, kateremu so znaki namenjeni (šumniki, nemški znaki, ...)
Računalniški sistemi

60. Tabela znakov: ASCII tabela
Računalniški sistemi

61. Tabela znakov: ASCII tabela
Računalniški sistemi

62. O tekstu in kodah
Uporabniški podatki so v računalniku vedno v digitalni obliki.
Podatke delimo na dve osnovni obliki:
Programska koda, ki omogoča delovanje računalnika
Uporabniški podatki, kot so tekst, grafika, zvok, ...
Dejstvo je, da CPE mora poznati inštrukcije (programe), da funkcionira nad podatki. Program je zbirka inštrukcij, ki se izvajajo ena za drugo, medtem ko program teče. Vsakič ko premaknemo miško, kliknemo, pritisnemo tipko na tipkovnici, ... se inštrukcije pošljejo programom, ki skrbijo za odzive in povedo CPE, kako naj se na akcijo odziva.
Računalniški sistemi

63. Datoteke
Tako programsko kodo kot podatke shranjujemo v datotekah na trdem disku. Glede na končnico datotek, lahko sklepamo, kaj je v njej.
Računalniški sistemi

64. Podatkovni tipi in standardi
Alfanumerični
ASCII
slika (bitmap)
GIF (graphical image format)
PCX (PC Paintbrush)
TIFF (tagged image file format)
BMP (Windows Bitmap)
slika (object)
PICT, PostScript
Grafika in črke
PostScript, TrueType
zvok
Sound Blaster, MPEG*, WAW
video
MPEG*
QuickTime
AVI
Računalniški sistemi

65. Standard predstavitve števil
Standardi običajno določa tri področja: predstavitev števil, izvajanje aritmetičnih operacij (zaokroževanje) in postopke v primeru napak (prekoračitev, deljenje z nič, itd).
Predstavitev števil v računalniku se izvaja posebej za:
1.) Fiksna vejica
2.) Plavajoča vejica
Standard uporablja bazo 2 in določa dva formata za predstavitev števil. To sta 32-bitni format enojne natančnosti in 64-bitni format dvojne natančnosti, ki ju prikazuje slika.
Računalniški sistemi

66. Standard predstavitve števil
Računalniški sistemi

67. Grafični format
Poznamo dve vrsti grafičnih formatov: rastrski (zgrajen iz točk) in vektorski (zgrajen iz poti).
Pri rastrskem (bitmap) formatu je slika zgrajena iz točk različnih barv ali senc.
Vektorska grafika uporablja matematična razmerja med točkami in povezuje poti krivulj, da popiše sliko.
Računalniški sistemi

68. Zvočni formati
Podobno kot slike digitaliziramo tudi zvok. Zvok je nihanje zraka s slišno frekvenco. Z mikrofonom ga spremenimo v nihanje električne napetosti, ki je analogna predstavitev zvoka. Za razliko od slike je pri zvoku pomembna časovna dimenzija. Analogno predstavitev zvoka digitaliziramo tako,da čas razdelimo na drobne časovne korake. Nato določimo povprečno velikost zvočnega signala v posameznem časovnem koraku. Na sliki je povprečna velikost signala predstavljena s stolpci. Velikost stolpcev izrazimo z dvojiškimi števili. Dobljeno zaporedje dvojiških števil predstavlja digitalen zapis zvoka.
Računalniški sistemi

69. Zvočni formati
Pri sliki je natančnost digitalne predstavitve odvisna od gostote mreže, pri zvoku pa je odvisna od frekvence vzorčenja, tem večja je dobljena količina informacije in tem bolj natančna je predstavitev zvoka. Če je časovni korak dovolj kratek, da zajamemo tudi visoke frekvence, ki so na robu slišnega območja človeškega ušesa, potem bolj natančna predstavitev zvoka ni smiselna. Zgornja meja slišnih frekvenc človeškega ušesa je približno 18 kHz.Pri digitalizaciji zvoka za zapis na CD je frekvenca vzorčenja 44 kHZ. Vsak vzorec pa je predstavljen s 16 biti.
Računalniški sistemi

70. Zvočni formati Digitalizacija zvoka
Računalniški sistemi

71. Zvočni formati Digitalizacija zvoka
Računalniški sistemi

72. Ostali formati Formati za besedilo Formati za “računske” aplikacije
Grafični formati
Zvočni formati
Formati za inženirske aplikacije
Video formati
Formati za predstavitev podatkovnih baz
...
Računalniški sistemi

73. RAČUNALNIŠKI SISTEMI 6. Komponente računalniškega sistema
Univerza v Mariboru Fakulteta za organizacijske vede
RAČUNALNIŠKI SISTEMI 6. Komponente računalniškega sistema
dr. Igor Bernik, docent
kib1.fov.uni-mb.si/RaSK

74. Sestava računalniškega sistem
Računalniški sistemi

75. Notranjost računalnika
Glavni elementi računalnika se praviloma nahajajo znotraj ohišja in so:
Matična plošča, ki združuje:
Procesor
Pomnilnik
Sistemski nabor
Vodila in reže za vmesnike
Kontrolerje
Diskovne (mehki, trdi, CD, DVD) in tračne enote,
Grafični podsistem,
Napajalnik, ...
Računalniški sistemi

76. Shematski prikaz računalnika
Računalniški sistemi

77. Sestava računalniškega sistem
Računalniški sistemi

78. RAČUNALNIŠKI SISTEMI 6.1 Procesor
Univerza v Mariboru Fakulteta za organizacijske vede
RAČUNALNIŠKI SISTEMI 6.1 Procesor
dr. Igor Bernik, docent
kib1.fov.uni-mb.si/RaSK

79. Centralna procesna enota (CPE)
Procesor je izdelan na rezini silicija in ima izvedene nožice skozi silicijevo rezino, prek katerih je priključen na električne vhode in izhode.
Več let se že kaže trend, da računalniškim procesorjem podvojijo zmogljivosti vsakih 18 mesecev – Moorov zakon (Thomas Moore – podpredsednik korporacije Intel).
Trenutno ni indikatorjev, da bi se razvoj mikroprocesorjev upočasnil.
Računalniški sistemi

80. Delovanje CPE Dekodira inštrukcije,
Vzpostavlja in obnavlja podatke, s katerimi operira,
Izvaja zahtevane kalkulacije.
Računalniški sistemi

81. Glavne komponente CPE
ALE – aritmetično logična enota; izvaja aritmetične in logične operacije na vhodnih podatkih.
Krmilna enota – nadzira delovanje ALE in upravlja izvajanje programa v procesorju.
Registri – hitre spominske lokacije, na katerih procesor shranjuje operande, ki jih pogosto potrebuje, s tem se pohitri procesiranje.
Notranje podatkovno vodilo.
Računalniški sistemi

82. Vhodi in izhodi ALE Običajno so široki 8, 16, 32 ali 64 bitov.
Krmilni signal vsebuje nekaj bitov (odvisno od funkcije), ki so npr.:
Dodajanje/odvzemanje
Množenje/deljenje
Logični testi (ali je rezultat operacije 0)
Logični testi za ničle (ali ima operand zgolj ničle v podatkih)
Primerjalne funkcije (<, >, =, ...)
Bitni IN oz. ALI operator za dva operanda
Zamenjava bitov.
Računalniški sistemi

83. Registri So naslednji : občasni pomožni akumulator A
podatkovni števec ( DC )
programski števec ( PC )
instrukcijski register ( IR )
register stanj ( CCR )
Računalniški sistemi

84. Aritmetično logična enota
je sklop z več različnimi funkcijami, kot so:
seštevanje
pomik vsebin registrov
komplementiranje vsebin registrov
povečevanje in zmanjševanje vsebin določenih registrov za vrednost 1
logične operacije, kot so IN, ALI, ekskluzivni ALI
Računalniški sistemi

85. Krmilna enota
skrbi za krmilne signale in njihovo pravilno časovno zaporedje.
Obstajata dve vrsti signalov :
nevidni, ki skrbijo za delovanje ALE
krmilni signali, ki so vhodni ali izhodni. Z njimi CPE nadzoruje ostale enote ali preko njih ugotavlja stanj.
Računalniški sistemi

86. Notranje podatkovno vodilo
služi za komunikacije med registri, ki pa ne morejo potekati istočasno, temveč po časovnem multipleksu. V danem trenutku je lahko na vodilu le en podatek in s tem tudi le ena komunikacija.
Vsak mikroprocesor ima zbir različnih ukazov (inštrukcij), ki jih razume. Takšni ukazi so zbrani v tabeli ukazov, kjer je vsak ukaz na kratko opisan. Za mikroprocesor je ukaz razumljiv le v binarni obliki, medtem ko je za programerja ugodneje, če je ukaz zapisan v razumljivejši obliki.
Računalniški sistemi

87. Predstavniki sodobnih procesorjev
Intel združljivi procesorji
PowerPC (IBM, Motorola)
Sparc, UltraSparc (Sun)
ARM
...
Računalniški sistemi

88. Intel Itanium 2 AI 64 - arhitektura
Računalniški sistemi

89. Intel Itanium 2 AI 64 - izgradnja
Računalniški sistemi

90. RAČUNALNIŠKI SISTEMI 6.2 Vodila, pomnilnik in pomnilne naprave
Univerza v Mariboru Fakulteta za organizacijske vede
RAČUNALNIŠKI SISTEMI 6.2 Vodila, pomnilnik in pomnilne naprave
dr. Igor Bernik, docent
kib1.fov.uni-mb.si/RaSK

91. RAČUNALNIŠKI SISTEMI 6.2.1. Vodila
Univerza v Mariboru Fakulteta za organizacijske vede
RAČUNALNIŠKI SISTEMI Vodila
dr. Igor Bernik, docent
kib1.fov.uni-mb.si/RaSK

92. Izmenjevanje podatkov v računalniku
V računalniku poteka izmenjevanje podatkov med napravami prek vodil, ki v skladu s podatki v ROMu nastavijo delovanje računalnika.
ROM čipi vsebujejo inštrukcije, ki so specifične za posamezne dele matične plošče. Te inštrukcije so v računalniku stalno in se ne menjajo. Programska koda v ROMu je namenjena zagonu računalnika in OS.
Računalniški sistemi

93. Inštrukcije v ROMu
Inštrukcije so shranjene v ROM pomnilniku in se aktivirajo eno za drugo pri zagonu računalnika.
Delimo jih na naslednje sklope:
POST (Power On Self Test) inštrukcije
Setup inštrukcije so povezane s CMOS inštrukcijami.
BIOS inštrukcije povežejo različne dele strojne opreme.
Zagonske inštrukcije kličejo operacijski sistem.
Računalniški sistemi

94. Sistemska programska oprema
Računalniki imajo ROMe na matični plošči, dobavljajo pa jih proizvajalci BIOSov, npr:
Phoenix
Intel
AMI
Award
Pri zagonu računalnika lahko preberemo proizvajalca ali si ogledamo in nastavimo parametre prek BIOSa.
Računalniški sistemi

95. Setup programi Pri zagonu računalnika se iz ROM čipa izvedejo:
Inicializacijska rutina, ki vzpostavi funkcioniranje BIOSa.
POST (testni program)
Nalaganje zagonskega sektorja, ki kliče operacijski sistem.
Računalniški sistemi

96. POST
Power On Self Test je prvi sklop inštrukcij, ki se izvedejo pri zagonu. Preverijo komponente računalnika, če delujejo.
Izvajanje POSTa gre v naslednjem vrstnem redu:
Preverjanje grafičnega adapterja
Nalaganje BIOSa (ime, verzija)
Preverjanje RAMa (štetje in preverjanje).
Računalniški sistemi

97. POST – sporočanje napak
Če POST ugotovi napako, bo na zaslon napisal sporočilo o napaki. Če zaslon še ni pripravljen (napaka na video kartici), bo POST napako prikazal kot zvok z zaporednimi piski (npr. 3 kratke 1 dolg, 8 kratkih, ...).
POST bere tudi uporabniške podatke iz CMOSa.
Računalniški sistemi

98. CMOS RAM
CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor). V računalniku je majhen del spomina pod stalno napetostjo (baterija). Uporabljen je lahko za poljubne podatke, v osnovi pa hrani pomembne sistemske podatke in vrednosti pri zagonu. Čeprav gre za majhno količino podatkov (100 or 200 bytov) so le-ti stalno na voljo POST in BIOS programom, ko se naložijo iz ROMa.
Računalniški sistemi

99. Vrednosti CMOSa Vrednosti, ki se hranijo v CMOSu:
Kateri disketniki in trdi diski so v računalniku
Nastavitev in vrsta tipkovnice
Procesor, cache, vrednosti chip set-a, tip RAMa, nastavitve
Datum in čas.
Za pravilno delovanje računalnika morajo biti ti podatki pravilno vnešeni prek BIOSovega nastavitvenega programa.
Računalniški sistemi

100. Vrsta podatkov v CMOS RAMu
CMOS podatke delimo v naslednji skupini:
Podatki, ki jih POST ne more poiskati pri sistemskem testu (diski, RAM)
Podatki, ki jih uporabnik vnese prek BIOSa ali nastavi v OS.
Računalniški sistemi

101. Nastavitve BIOSa
Komunikacija med BIOSom in CMOSom poteka prek nastavitvenega programa.
Računalniški sistemi

102. BIOS adapterjev in naprav
Pri zagonu BIOS bere podatke iz ROMov priključenih adapterjev in naprav prek katerih se kontrolira specifične enote hardvera. Npr. rutina BIOSa, ki prebere, kakšna tipkovnica je priključena.
Adapterji imajo lastno BIOS kodo, ki jim omogoča delovanje. Vsi podatki iz BIOSov naprav (tudi matične plošče) se zapišejo v RAM, od koder jih lahko bere OS.
Računalniški sistemi

103. Tok podatkov na matični plošči
Na matični plošči imamo CPE, pomnilnik in vodila. Vodila so živčni sistem osnovne plošče in povezuje CPE in pomnilnik z ostalimi komponentami. Vodila so različnih tipov, npr: ISA, PCI, USB, ...
Računalniški sistemi

104. Vodila
Prenašajo podatke med različnimi komponentami RaS. Hkrati povezujejo CPE in ostale komponente.
CPE pošilja in sprejema podatke iz:
Sistemskega vodila, ki povezuje CPE in RAM
V/I vodila, ki povezuje CPE z ostalimi komponentami.
Računalniški sistemi

105. Prikaz vodil
Poenostavljen prikaz povezave CPE, RAMa in ostalih enot RaS.
Računalniški sistemi

106. Prikaz vodil
Računalniški sistemi

107. Interna V/I vodila Sodobni računalniki vsebujejo predvsem vodila: PCI,
AGP (za grafiko) in
USB postaja v zadnjem času glavni vmesnik za počasnejše naprave. Toda do sedaj smo uporabljali posebna vodila (na ISA vodilu):
Kontroler disketnika
Serijski port
Paralelni port
Vmesnik tipkovnice
Računalniški sistemi

108. Vodilo PCI (Peripheral Component Interconnect)
Trenutno najpopularnejše V/I lokalno vodilo.
V l ga predstavi Intel in kmalu postane standard; ne zgolj na PC ampak tudi Mac in Unix računalnikih.
PCI je 32-bitno vodilo, običajno hitrosti 33MHz.
Podpira specifikacijo Plug & Play (PnP).
Računalniški sistemi

109. Vodilo AGP - Accelerated Graphics Port
V osnovi je zgrajen na specifikaciji vodila PCI.
AGP specifikacija doda PCI-ju 20 dodatnih signalov.
Standardi AGP:
AGP 1x: 66MHz ura, širina prenosa: 266Mb/s
AGP 2x: 66MHz ura, širina prenosa: 533MB/s
AGP 4x: 66MHz ura, širina prenosa: 1066MB/s
AGP 8x: 66MHz ura, širina prenosa: 2.1GB/s
Podatkovno vodilo je lahko 8, 16, 24, 32 ali 64 bitov.
Računalniški sistemi

110. Vodilo PCI X Novo vodilo, ki izboljšuje vodilo PCI.
Strokovnjaki menijo, da je vodilo prihodnjega desetletja
vodilo PCI Express, bo ohranil strojno in programsko združljivost z obstoječimi rešitvami, čeprav je njegova oblika nekaj povsem novega.
PCI Express prinaša dvostransko povezavo, ki prenaša podatke v paketih, podobno kakor v omrežju. V vsako smer lahko prenaša podatke s hitrostjo 2,5GB/s, skupen prenos je ~i 200MB/s.
Hitrosti bo mogoče povečati na 4x, 8x in 16x. S hitrostjo se bodo povečale tudi velikosti rež (od dobrih 3cm do 12cm).
Računalniški sistemi

111. Vodilo PCI X
Z vodilom PCI Express bodo ogromno pridobile najzmogljivejše grafične kartice. Trenutne grafične kartice, ki temeljijo na arhitekturi AGP (za prevod strojne kode na PCI Express uporabljajo poseben čip – most), bodo zamenjale grafične kartice z grafičnim procesorjem, ki podpira vodilo PCI Express.
Z vodili PCI Express bo možno imeti v računalniku več grafičnih kartic, s čimer se poveča grafična zmogljivost. Z združitvijo dveh grafičnih kartic je skorajda možno podvojiti skupno grafično zmogljivost.
Vodilo PCI Express bo dovajalo 75W električne energije (sedanje AGP vodilo le 42W), ki bo za nekaj časa zadoščalo grafičnim procesorjem.
Računalniški sistemi

112. Serijski vmesnik
Serijski vmesnik je hitrostno omejen na hitrost 115,200 bps. Kabel je lahko dolg do 200 m, nanj pa lahko priključimo:
Miško
Modem ali ISDN adapter
Tiskalnik z serijskim vmesnikom
Digitalni fotoaparat.
V sodobnih računalnikih ga v večji meri zamenjuje USB vmesnik.
Računalniški sistemi

113. Paralelni vmesnik
Paralelni port je najpreprostejši vmesnik v računalniku. Vedno se uporablja za priklop tiskalnika, z izboljšavami in dvosmernim delovanjem (EPP/ECP), pa se nanj lahko priključijo še naprave kot so:
ZIP pogne, prenosne CD-ROM naprave, ...
SCSI adapterje
Digitalne fotoaparate, Optične čitalnike.
V sodobnih računalnikih tudi PV v večji meri zamenjuje vmesnik USB.
Računalniški sistemi

114. Vmesnik tipkovnice
Tradicionalne tipkovnice se priključijo prek DIN ali PS/2 mini DIN vtiča. Pojavljajo pa se tudi tipkovnice z priključkom USB. Starejše se priključijo na interno ISA vodilo in zasedejo prekinitev IRQ.
Računalniški sistemi

115. Vmesnik tipkovnice
Tipkovnica operira s pomočjo “scan” kod, ki se generira vsakič ko se pritisne tipka, te pa se pretvorijo v ASCII vrednosti.
Sistem je zelo fleksibilen saj omogoča zelo različno interpretacijo kod iz tipkovnice. Kode so neodvisne od tega kaj piše na plastičnih delih tipk. Na ta način s pomočjo pretvarjanja kod v ASCII tabelo dobimo tipkovnico za poljubno jezikovno področje.
Računalniški sistemi

116. SCSI
SCSI (Small Computer System Interface) je napredna tehnologija povezovanja naprav. Uporablja se v delovnih postajah in strežnikih za priklop naprav kot so diski, tračne enote in optični čitalci.
Na SCSI lahko priključimo 7 ali 15 naprav (z uporabo enega IRQ).
SCSI je inteligenten in ne obremenjuje procesorja za prenos podatkov.
Računalniški sistemi

117. Priključitev SCSI naprav
Računalniški sistemi

118. USB Je poceni, releativno hiter V/I vmesnik (12 Mbit/sec).
Primerjamo ga lahko z FireWire vmesnikom, ki je trenutno hitrejši.
Zgornja trditev velja, vendar sta oba standarda že nadgrajena:
USB 2.0 – hitrost 400 Mbit/s
FireWire – hitrost 486 Mbit/s
Računalniški sistemi

119. Uspeh USB
Trenutno je USB nadomestilo za ISA vodilo. Uporabljamo ga za preprost priklop naprav:
Tipkovnic
Mišk
Zvočniki, mikrofoni
Tiskalniki
Modemi in ISDN, ADSL vmesniki
Optični čitalci, kamere, ...
Zunanji diski, CD-RW, ...
Čitalci kartic, ...
Računalniški sistemi

120. Priklop USB naprav
Vsaka izmed naprav naj bi imela dva konektorja, da z lahkoto tvorimo verigo.
Vse USB enote lahko priključimo na zgolj en vtič – do 127 naprav v verigi. Ali pa imamo razdelilnik, v katerega priključimo posamezne naprave.
Računalniški sistemi

121. Adapterji
Osnovno funkcionalnost matične plošče je moč poljubno nadgraditi s pomočjo adapterjev, ki so povezava med osnovno enoto računalnika in periferijo. Ta pristop imenujemo: odprta arhitektura; ta omogoča:
Nadgradnjo funkcij računalnika z napravo, ki ima neko novo funkcionalnost
Razširjanje sposobnosti sistema z napravo, ki jo ima večina uporabnikov, vendar imajo različne zahteve.
Računalniški sistemi

122. Uporaba adapterjev Uporabljamo predvsem naslednje: Modemi
ISDN vmesniki
Dodatni paralelni porti
Grafične karitice in video urejevalniki
Specialne grafične kartice za posebne zahteve
TV in radio sprejemnike
Mrežne kartice, ...
Računalniški sistemi

123. Strojne prekinitve (IRQ)
Računalniški sistemi

124. Direct Memory Access DMA
IRQ je le en izmed mehanizmov kontrole vmesnikov prek matične plošče za dostop do vodil. DMA dovoljuje pošiljanje podatkov RAMu brez vmešavanja CPE. Normalno CPE kontrolira vse aktivnosti vodil, s pomočjo DMA pa je kontrola prenosa podatkov do RAMa prepuščena načinu DMA.
Računalniški sistemi

125. Vmesnik DMA
En vmesnik lahko kontrolira štiri DMA kanale. Vsak DMA kanal ima svojo številko, prek katere dostopa do pomnilnika.
DMA številke so lahko
v konfliktu, če dve napravi
zasedeta isto številko.
V tem primeru ne deluje
nobena.Pogosto je
potrebno ponovno
nastaviti IRQ in DMA za
naprave (vmesnike) v konfliktu.
Računalniški sistemi

126. V/I naslovi
Vsaka izmed naprav ima svoj V/I naslov. Vsaka enota je dostopna prek tega naslova, današnji računalniki pa jih imajo 65,536 (2 na 16) - od 0000 to FFFFH. Opisani so v heksadecimalnem številskem sistemu.
Običajno V/I naslovov ni potrebno nastavljati, saj jih konfigurira oz. določi računalnik sam, nekatere naprave pa imajo dogovorjene naslove, na katerih jih CPE najde.
Računalniški sistemi

127. Tok podatkov na matični plošči
Na matični plošči imamo CPE, pomnilnik in vodila. Vodila so živčni sistem osnovne plošče in povezuje CPE in pomnilnik z ostalimi komponentami. Vodila so različnih tipov, npr: ISA, PCI, USB, ...
Računalniški sistemi

128. RAČUNALNIŠKI SISTEMI 6.3 Pomnilnik
Univerza v Mariboru Fakulteta za organizacijske vede
RAČUNALNIŠKI SISTEMI 6.3 Pomnilnik
dr. Igor Bernik, docent
kib1.fov.uni-mb.si/RaSK

129. Pomnilnik
Pomnilnik je obvezen del RaS. Vanj se zapisujejo podatki in shranjeni programi.
Spominska enota je zbir celic za začasno shranjevanje podatkov.
Podatki se prenašajo prek sistemskega vodila v in iz spominske enote.
Računalniški sistemi

130. Pomnilnik
Računalnik uporablja pomnilnik, da shranjuje začasne ukaze in podatke za izvršitev nalog. To omogoča, da procesor lahko shranjene informacije doseže razmeroma hitro.
Računalniški sistemi

131. Vrste pomnilniških modulov
Statične in dinamične pomnilne enote
Statične: Cache pomnilniki
Dinamične:
RAM (Random Access Memory)
ROM (Read Only Memory)
Vrste RAMa:
CMOS RAM
FPM RAM
EDO RAM
ECC RAM
SD RAM
Računalniški sistemi

132. Hierarhija pomnilnika
Registri – najmanjši, najhitrejši pomnilnik
Vmesni (Cache) pomnilnik
Glavni pomnilnik
Navidezni pomnilnik
Dodaten pomnilnik – največji, najpočasnejši
Računalniški sistemi

133. SIMM in DIMM pomnilniški moduli
Pomnilniški modul SIMM ali DIMM sestavlja več DRAM čipov na majhni ploščici s tiskanim vezjem, ki se pa potem prilega SIMM podnožju na na osnovni plošči računalnika.
Računalniški sistemi

134. Primerjava hitrosti
in propustnosti podatkov sodobnih pomnilnih modulov:
Računalniški sistemi

135. RAČUNALNIŠKI SISTEMI 6.4 Stalni pomnilnik
Univerza v Mariboru Fakulteta za organizacijske vede
RAČUNALNIŠKI SISTEMI 6.4 Stalni pomnilnik
dr. Igor Bernik, docent
kib1.fov.uni-mb.si/RaSK

136. Mediji za shranjevanje
Mediji za shranjevanje prenašajo in shranjujejo veliko količino podatkov iz in v pomnilnik in procesor.
Za shranjevanje podatkov uporabljajo magnetni ali optični način zapisa podatkov, v nekaterih primerih pa kombinacijo obeh.
Računalniški sistemi

137. Magnetni diski Trdi in mehki (floppy) diski.
Trdi diski so sestavljeni iz več plošč v ohišju.
Uporabljeni so kot skladišča za hranjenje programov in uporabniških podatkov.
Računalniški sistemi

138. Delovanje trdih diskov
Trdi diski so sestavljeni iz tankih aluminijastih plošč z magnetnim slojem.
Znotraj kovinskega ohišja se vrtijo z veliko hitrostjo.
Podatki se berejo in pišejo s pomočjo bralno pisalnih glav, ki se premikajo rahlo nad diskom.
Glave berejo podatke na magnetnem sloju, ki se vrti pod njimi.
Računalniški sistemi

139. Bralno pisalne glave
Sinhrono gibanje glav je izvedeno z elektromehanskim sistemom – aktuatorjem.
Podatke lahko v nekem trenutku prenašamo le iz ene glave.
Glavo predstavlja majhen elektromagnet.
Računalniški sistemi

140. Bralno pisalne glave
Bralno/pisalne glave so najkompleksnejši del trdega diska.
V modernih diskih se gibljejo zgolj med 5 in 12 mikro inčami nad diskom.
Pri ugašanju računalnika se avtomatsko parkirajo v zato namenjene nosilce, da se ne poškodujejo med transportom.
Računalniški sistemi

141. Zapis na magnetnih diskih
Posamezni biti so shranjeni v mikroskopskih magnetkih na ploščah diska – področjih.
Pri pisanju se glave najprej orientirajo na ciljno področje zapisa, kjer je usmerjenost polaritete magnetnega premaza ista (prazno področje), zatem pa z zamenjavo polaritete zapiše bit 1, če pa ne spremeni polaritete je vrednost bita 0.
Računalniški sistemi

142. Zapis magnetnih in optičnih diskov
Optični disk (spirala)
Magnetni
disk (koncentrični krogi)
Računalniški sistemi

143. Optični pogoni
So pogoni namenjeni shranjevanju velike količine podatkov, ki jih preprosto prenašamo.
Imajo visoko gostoto zapisa in dolgo življenjsko dobo.
Poznamo več naprav:
CD – ROM, RW (Compact Disc)
DVD – ROM, RW (Digital Versatile Disc)
Računalniški sistemi

144. Delovanje optičnega pogona
Računalniški sistemi

145. Novi pomnilni mediji – kartice
Uporabljajo fizikalne principe električnega hranjenja podatkov, imajo visoko gostoto zapisa in majhno fizično velikost, veliko praktičnost.
Poznamo več oblik medijev:
USB ključi
SD in MMC kartice
Compact flash kartice
Sony memory stick
...
Računalniški sistemi

146. Novi pomnilni mediji – kartice
Uporabljajo fizikalne principe električnega hranjenja podatkov, imajo visoko gostoto zapisa in majhno fizično velikost, veliko praktičnost.
Poznamo več oblik medijev:
USB ključi
SD in MMC kartice
Compact flash kartice
Sony memory stick
xD, ...
Računalniški sistemi

147. Grafične kartice

148. Sestava grafične kartice
Najbolj preprosta grafična kartica je sestavljena iz treh osnovnih komponent:
Pomnilnik (framebuffer) - hrani barvo vsake točke.
Računalniškega vmesnika - omogoča povezavo med procesorjem in GK
Vizualnega vmesnika - pripravi podatke iz spomina za prikaz na monitorju.

149. Sestava grafične karticeM E B U
VIZUALNI
VMESNIK
RAČUNALNIŠKI
VMESNIK
IZHOD NA MONITOR
PODATKI IZ CPE

150. Sestava grafične kartice

151. Sestava grafične kartice
Grafični procesor: možgani GK
Grafični BIOS: hrani osnovne značilnosti grafične kartice
Grafični pomnilnik: lastni pomnilnik. V njem se hranijo različne vrednosti za obdelavo slike, ki jih procesor obdela. .
Slikovni medpomnilnik (frame buffer): - hrani sliko pred prikazom
AGP (Advanced graphic port): Računalniško vodilo in posebni konektor - povezovanje računalniškega procesorja in grafične kartice.
RAMDAC: D/A pretvornik, služi za prikaz na CRT monitorjih.
TV Pretvornik: izhodni signal spremeni v video signal.
Izhodni konektorji: povezujejo grafično kartico z dejanskimi izhodnimi napravami: monitor, video, ...

152. Sestava tipične grafične kartice
GRAFIČNI POMNILNIK
IZHOD NA LCD MONITOR F R A M E B U
IZHOD NA CRT MONITOR
TV PRET.
GRAFIČNI PROCESOR
PODATKI IZ CPE
AGP
IZHOD NA CRT MONITOR
RAMDAC
BIOS

153. Razvoj grafičnih kartic
Preprost vmesnik med računalnikom in monitorjem zamenjujejo vse bolj zmogljivi grafični procesorji
Profesionalnim OpenGL se pridružijo bolj igralni DirectX gonilniki
AGP omogoča veliko hitrejši prenos podatkov med GK in CPE
GP postaja vse bolj pomemben del GK in s tem tudi vse hitrejši
vrsta dodatkov: TV tuner, video izhod, DVI

154. Obdelava: enota za preoblikovanje in osvetljevanje
predmeti se najprej preoblikujejo glede na njihov položaj v našem zornem polju
nato pa se GP posveti osvetlitvam
PE natančno preračuna število, tip in oddaljenost izvirov svetlobe od posameznega oglišča ter način osvetlitve (če je v prostoru megla, bo svetloba razpršena).
Starejši GP so svetlobo samo nalepili kot teksturo - manj realno

155. Delovanje sodobnih grafičnih procesorjev
Na programski ravni se:
izoblikuje se prizor s predmeti v prostoru
glede na zorni kot se določijo kordinate in lastnosti (položaj, barve, nanje prilepljene teksture)
odstranijo se prikriti predmeti
tako pripravljena slika se prenese po AGP vodilu v GP.

156. Delovanje sodobnih grafičnih procesorjev
GRAFIČNI POMNILNIK
IZHOD NA LCD MONITOR F R A M E B U
IZHOD NA CRT MONITOR
TV PRET.
GRAFIČNI PROCESOR
PODATKI IZ CPE
PODATKI IZ CPE
AGP
AGP
IZHOD NA CRT MONITOR
RAMDAC
BIOS

157. Delovanje sodobnih GP - pretvorba v trikotnike
vsi 3D predmeti so sestavljeni iz trikotnikov, več jih je natančeje je predmet opisan
liki so tako spremenjeni v skupek trikotnikov s kordinatami ogljišč trikotnika
vsakemu ogljišču pripadajo tudi ustrezne barve, teksture , vektor normale, in še številne druge informacije
zaradi velikega števila trikotnikov so pri MS razvili ploskve višjega reda - AGP ne bo zmogel več

158. Pretvorba 3D slike v trikotnike

159. Enota za preoblikovanje in osvetljevanje
GRAFIČNI POMNILNIK
IZHOD NA LCD MONITOR F R A M E B U
T&L
IZHOD NA CRT MONITOR
TV PRET.
GRAFIČNI PROCESOR
PODATKI IZ CPE
PODATKI IZ CPE
AGP
AGP
IZHOD NA CRT MONITOR
RAMDAC
BIOS

160. Lepljenje tekstur in svetlobe

161. Obdelava: senčilnik ogljišč
senčilnik ogljišč lahko počne veliko več kot samo senči ogljišča
spreminja lahko koordinate oglišč, koordinate tekstur, spreminja barve in osvetljavo
senčilnik ogljišč je popolnoma programabilen
skoraj nemogoče je opisati vse učinke, ki jih lahko dosežemo s senčilnikom ogljišč najosnovejši so: Izpopolnjena skeletna animacija, procedurna deformacija, preslikava z izboklinami, izpopolnjen način izračunavanja loma in odbojnosti predmeta...

162. Obdelava: senčilnik ogljišč
GRAFIČNI POMNILNIK
IZHOD NA LCD MONITOR F R A M E B U
S.O.
T&L
IZHOD NA CRT MONITOR
TV PRET.
GRAFIČNI PROCESOR
PODATKI IZ CPE
PODATKI IZ CPE
AGP
AGP
IZHOD NA CRT MONITOR
RAMDAC
BIOS

163. Skeletna animacija z 32 navideznimi kostmi

164. Obdelava: enota za upodabljanje
T&L in S.O. sta zadnja dela obdelave z trikotniki
odsranijo se ogljišča, ki niso v vidnem polju (clipping)
trikotniki se pretvorijo v slikovne pike (rasterizacija), vsaki piki pa je določena ustrezna barva, svetloba in tekstura glede na informacije v ogljiščih trikotnika.
Slikovnim pikam je določena pripadajoča vrednost Z (globina)

165. Obdelava: enota za upodabljanje
EZU je nekaj podobnega za pike kot je senčilnik oljišč za trikotnike
Novejše grafične kartice imajo namesto EZU programabilen senčilnik slikovnih pik (pixel shader)
Izvajajo se senčenja, lepljenja raznovrstnih tekstur, določijo se točne vrednosti barve, s katero bo slikovna pika prikazana na zaslonu.
Izvaja se leplenje globinskih tekstur, ki dajo zelo realističen odboj svetlobe
glajenje robov (anti-aliasing) - odprava stopničastih robov med trikotniki:SuperSampling (celotna slika, večja ločljivost) in MultiSampling (več zamaknjenih vzorcev)

166. Obdelava: enota za upodabljanje
GRAFIČNI POMNILNIK
IZHOD NA LCD MONITOR F R A M E B U
EZU
S.O.
T&L
IZHOD NA CRT MONITOR
TV PRET.
GRAFIČNI PROCESOR
PODATKI IZ CPE
PODATKI IZ CPE
AGP
AGP
IZHOD NA CRT MONITOR
RAMDAC
BIOS

167. Delovanje defornacij

168. Obdelava: končni prikaz
Dokončno obdelana slika iz EZU se nato shrani v slikovnem medpomnilniku, od tod pa:
preko RAMDAC izriše na CRT monitorju
preko TDMS (transition minimized differential signaling) protokola izriše na LCD monitorju
preko Video čipa pretvori v PAL ali NTSC in izriše na televiziji

169. Obdelava v GP: Končni prikaz
GRAFIČNI POMNILNIK
IZHOD NA LCD MONITOR F R A M E B U F R A M E B U
EZU
S.O.
T&L
IZHOD NA CRT MONITOR
TV PRET.
TV PRET.
GRAFIČNI PROCESOR
PODATKI IZ CPE
PODATKI IZ CPE
AGP
AGP
IZHOD NA CRT MONITOR
RAMDAC
RAMDAC
BIOS

170. Končno prikazana slika

171. Težave in razvoj Zaradi hlajenja vse večji hrup GK
Grafične kartice so ta trenutek najhitrejše razvijajoče področje RK
Pričakovan je upad hitrosti razvoja v prihodnosti

172. RAČUNALNIŠKI SISTEMI 7. Periferne naprave
Univerza v Mariboru Fakulteta za organizacijske vede
RAČUNALNIŠKI SISTEMI 7. Periferne naprave
dr. Igor Bernik, docent
kib1.fov.uni-mb.si/RaSK

173. Razvrstitev periferije
Razdelitev glede na namen.
Vmesniki:
Paralelni
Serijski
Interaktivne naprave
Tipkovnica, miška, zvok
Prikazovalniki
Zasloni, projektorji
Tiskalniki
Laserski,brizgalni
Računalniški sistemi

174. Razdelitev glede na smer podatkov
Vhodne enote: tipkovnica, miška, optični čitalnik
Izhodne enote: zaslon, tiskalnik, zvočni sistem
Vhodno/izhodne enote: modem, xDSL vmesniki, kombinirane enote
Računalniški sistemi

175. Tipkovnica Namenjena je vnosu podatkov in izbiram delovanja programov.
Najbolj razširjena naprava za vnos alfanumeričnega tipa podatkov.
Izhajajo iz pisalnih strojev: standard QWERTY
Z pritiskom na tipko se v računalnik pošlje koda, ki jo OS interpretira kot določen znak ali ukaz.
Računalniški sistemi

176. Miške in kazalne naprave
Miška je namenjena izbiri opcij v OS in kot pomoč pri vnosu podatkov (predvsem grafičnih)
Miško lahko nadomestimo z drugimi kazalčnimi napravami:
Sledilna kroglica
Sledilna ploščica
Sledilna paličica
Računalniški sistemi

177. Prikazovalniki CRT, LCD in PLASMA monitorji Projektorji
Računalniški sistemi

178. Resolucija
Računalniški sistemi

179. CRT monitorji Računalniški sistemi A…..katoda B…..prevodni plašč
C…..anoda
D…..ekran prekrit z fosforjem
E…...elektronski žarek
F…...maska
Računalniški sistemi

180. LCD monitorji Računalniški sistemi
Kristal prepušča svetlobo Kristal ne prepušča svetlobe
Računalniški sistemi

181. CRT proti LCD monitorjem
Kriterij
LCD monitor
CRT monitor
Jasnost
Prikaže zelo jasne slike.
Primeren za svetle prostore.
Slike niso tako jasne kot na LCD. Manj primeren za svetle prostore.
Sevanje
Zelo nalo električnega, magnetenega in elektromagnetnega sevanja.
Oddaja električno,
magneteno in elektromagnetno sevanje.
Geometrijski zvin
Ni zvina, problemi se pojavijo pri menjavi resolucij.
Nagnjen k geometrijskemu zvinu, vedar večina CRT ekranov uporablja razne kontrole za izničenje zvina.
Energijska poraba
Energijsko varčen. Porabi manj kot 1/3 energije, ki jo porabi CRT. Porabi manj elektrike in se manj greje.
Potrebuje več energije in se bolj segreva.
Prostorski pogled
Na mizi zavzame približno 40% manj prostora. LCD je tenak in kompakten.
Večji, težji in zavzame precej več prostora.
Oblika ekrana
Popolnoma raven ekran.
Starejši modeli imajo zaobljen ekran, novejši pa raven ekran.
Računalniški sistemi

182. CRT proti LCD monitorjem
Ostrina
Pri predpisani resoluciji je ostrina zelo ostra. Pri ostalih resolucijah je potrebna nastavitev, kar vodi v nenatančnost pri izmerah.
Slika je ostrejša, razen ko je LCD nastavljen na predpisano resolucijo. Ostrina se zmanjša pri slikah z mehkimi robovi.
Slabe točke
(bad pixels)
Lahko ima točke, ki so stalno ugasnjene ali prižgane, možne so tudi napačno naslovljene točke, bodisi v vrstici ali stolpcu.
V redkih slučajih se pojavita ena ali dve črni fosforni piki, kar pa je težko vidno z očmi. Reža na katodni cevi riše dve tanki črti na ekran, kar večino ljudi ne moti.
Motnje
Lahko da je treba ekran stalno nastavljati. Analogni vhod zahteva pazljivo nastavitev sledenja/faze točke za odpravo digitalnih smeti v sliki.
Pojavlja se moteče valovanje vzorcev, ki se kljub grajenim funkcijam ne da odpraviti popolnoma.
Razmerje višina - širina
Razmerje višina – širina in resolucija sta konstantni.
Lahko si izberemo naljubše ramerje in resolucijo.
Črni odtenki
Slab za črne in zelo temno sive barve. Ni primeren za uporabo v temnih prostorih.
Dober za zelo temne barve.
Dobra slika v zatemnjenih prostorih.
Računalniški sistemi

183. CRT proti LCD monitorjem
Kontrast
Nižji kontrast, kar se pozna na temnih barvah.
Kontrast je visok.
Natančnost pri barvah in sivinah
Barvan zasičenost je slabša zaradi slabšega prikaza črnin. Kvaliteta slik je zadovoljiva, ni pa natančna zaradi črnih, sivih oddtenkov in gamma funkcije.
Gladki prehodi med sivinami in praktično neomejena globina . Dobra izbira za aplikacije, ki zahtevajo zelo natančno nastavitev barv in sivih odtenkov.
Cena
Dražji nakup, cenejše vzdrževanje.
Cenejši nakup, tudi do 50%.
Sivi odtenki
Ponavadi so sposobni prikazati manj kot 256 odtenkov sive.
Gladki prehodi med odtenki in ogromna možnost med različnimi intenzitetami.
Gibajoče podobe
Slabši odzivni časi, slabša premikajoča slika in slabši odziv pri hitrem menjavanju barv.
Hiter odzivni čas, ni motenj pri gibanju. Za prikaz hitro menjajočih se slik je boljša izbira.
Resolucija
Resolucija je predpisana, vse ostale resolucije pokvarijo natančnost slike.
Dela pri različnih resolucijah in ni potrebe po prilagajanju slike.
Računalniški sistemi

184. CRT proti LCD monitorjem
Vidni kot
Omejen vidni kot. Menjavanje vidnega kota povzroči različno zazanavanje svetilnosti, kontrasta in barv.
Kvaliteta ostaja enaka skoraj iz vseh vidnih kotov.
Zasičenje
z belo
Kontrast mora biti pazljivo izbran, da ne prode do zasičenja z belo barvo.
Zasičenje je redek pojav.
Utripanje slike
Do utripanja slike ne prihaja
Možno je utripanje slike.
Računalniški sistemi

185. Plazma zasloni
Računalniški sistemi

186. Tiskalniki - tehnologija
Udarna – iglični
Brizgalna – toplotna, piezzo
Laserska – laserski in LED
Računalniški sistemi

187. Udarna tehnologija tiskanja
Vsako iglico krmili elektromagnet. Če skozi elektromagnet steče električni tok elektromagnet pritegne kladivce, ki udari po igli, ta pa preko traku odtisne točko na papirju.
Elektromagnete krmili tiskalnikov mikroprocesor.
Pisalna glava se premika po eno točko naprej.

188. Brizgalna tehnologija tiskanja
Obstajata dve različni tehnologiji za iztisk kapljice:
tehnologija zračnih mehurčkov
tehnologija s piezo elementom
Tehnologijo zračnih mehurčkov je leta 1977 odkril in patentiral Canon, HP pa je še istega leta podobno toplotno tehnologijo poimenoval thermal inkjet.

189. Laserska tehnologija tiskanja
Računalniški sistemi

190. Laserska tehnologija tiskanja
Računalniški sistemi

191. Ostale periferne naprave
Modemi in mrežne naprave
Optični čitalci
Vmesniki za igranje iger
TV kartice
Čitalci kartic
Zvočne naprave
Foto in video naprave
...
Računalniški sistemi

192. RAČUNALNIŠKI SISTEMI 8. Izbira in nadgradnja sistema
Univerza v Mariboru Fakulteta za organizacijske vede
RAČUNALNIŠKI SISTEMI 8. Izbira in nadgradnja sistema
dr. Igor Bernik, docent
kib1.fov.uni-mb.si/RaSK

193. Odločitev o nakupu
Kakšen računalniški sistem potrebujem, da zadostim potrebe po izvajanju potrebnih programov?
Hitrost procesiranja
Hitrost prikazovanja slike
Količina pomnilnika
Velikost diskovnih enot
Izbira potrebne periferije
Izbira enot za povezovanje
Izbira dodatnih elementov RaS
Računalniški sistemi

194. Nadgradnja Ključno vprašanje je, ali je nadgradnja potrebna?
Nadgradnja pomnilnika
Nadgradnja diskovnih pogonov
Nadgradnja oz. dokup periferije
Nadgradnja – zamenjava procesorja
Računalniški sistemi

195. Cena VS zmogljivost ( )
Računalniški sistemi

196. RAČUNALNIŠKI SISTEMI 9. Sistemska programska oprema
Univerza v Mariboru Fakulteta za organizacijske vede
RAČUNALNIŠKI SISTEMI 9. Sistemska programska oprema
dr. Igor Bernik, docent
kib1.fov.uni-mb.si/RaSK

197. RAČUNALNIŠKI SISTEMI 9.1 Operacijski sistemi
Univerza v Mariboru Fakulteta za organizacijske vede
RAČUNALNIŠKI SISTEMI 9.1 Operacijski sistemi
dr. Igor Bernik, docent
kib1.fov.uni-mb.si/RaSK

198. Glavni operacijski sistemi
Windows
Windows 98, ME
Windows 2000, XP
Apple Macintosh
Mac OS (9)
Mac OS X (10.2)
Unix in Linux
Različne distribucije Linux OS (RedHat, SuSE)
HP-UX, IBM AIX, Digital Unix, IRIX, ...
BeOS, NetWare, NextStep, ...
Računalniški sistemi

199. Uporabniški vmesnik
Moderni operacijski sistemi ponujajo uporabniku veliko pomoč pri delu s pomočjo grafičnega uporabniškega vmesnika (GUV), poleg tega pa si uporabnik izbere tudi tekstovni UV (TUV).
Prek GUV uporabnik daje inštrukcije računalniku, vnaša podatke in sprejema rezultate.
TUV so namenjeni predvsem poznavalcem za hitro upravljanje z OS.
Računalniški sistemi

200. GUV - okna
Moderni računalniki uporabljajo operacijske sisteme z okni, ki imajo nekaj skupnih lastnosti:
Namizje
Okna
Ikone
Menije
Mape
Različne zamenjave za ukaze, kot so drsniki, gumbi, izbirni gumbi, opcije, ...
Računalniški sistemi

201. Elementi oken
Računalniški sistemi

202. Windows XP
Računalniški sistemi

203. Mac OS X
Računalniški sistemi

204. Linux z namizjem KDE
Računalniški sistemi

205. Linux z namizjem KDE
Računalniški sistemi

206. Linux z namizjem KDE
Računalniški sistemi

207. Linux z namizjem Gnome
Računalniški sistemi

208. Linux z namizjem Gnome
Računalniški sistemi

209. Linux in Windows - podatki
Računalniški sistemi

210. Linux – Windows prog. v emulaciji
Računalniški sistemi

211. Linux – varnost (npr. Firewall)
Računalniški sistemi

212. Linux – nastavljanje
Računalniški sistemi

213. Linux – jezikovna podpora
Računalniški sistemi

214. Komponente operacijskega sistema
Jedro; Niskonivojska lupina, ki se naloži takoj po procesu zagona. Ima več funkcij, kot je kontrola pretoka podatkov med V/I vodili in spominom, v grobem pa lahko rečemo da skrbi za povezavo hardvera in softvera.
Lupina; uporabniški vmesnik – tekstovni ali grafični
Datotečni sistem; standard za formatiranje diska in zapis podatkov na diske
Računalniški sistemi

215. Nivoji operacijskega sistema
Računalniški sistemi

216. Nivoji OS Aplikacije; programska oprema, ki jo požene uporabnik.
Podsistem; Programski vmesniki za aplikacije (grafične knjižnice, ...).
Izvršni servisi: glavne funkcije OS – gonilniki naprav, upravljanje z pomnilnikom, okni, interakcija z grafičnimi napravami.
Jedro; Podpira hkratni tek programov in izvršnih servisov in servisov OS.
Abstrakcija strojnega nivoja; neodvisni vmesnik, ki daje možnost, da jedro deluje na določenem tipu procesorja in vsebuje kodo, ki jo procesor zna interpretirati.
Računalniški sistemi

217. Funkcija OS Upravljanje pomnilnika Upravljanje datotek
Upravljanje procesov
Uporabniški vmesnik
Računalniški sistemi

218. Upravljanje pomnilnika
Skrbi za delitev pomnilnika med različne programe, ki se izvajajo znotraj OS.
Zasedanje pomnilnika (alokacija)
Spremljanje podatkov v pomnilniku
Po končanju programa, naj bi le ta sprostil zaseden pomnilnik in ga dal na voljo drugim programom. V primeru, da se to ne zgodi, lahko pride do napake zaradi prekrivanja spominskih naslovov.
Računalniški sistemi

219. Zahteve po pomnilniku v OS
Program za delo potrebuje pomnilnik:
Programski pomnilnik, za izvajanje programa
Pomnilnik sklada (stack) – običajno vsebuje naslove, na katerih se nahajajo procedure, parametri in podatki programa.
Logični naslov v pomnilniku je lokacija, ki jo pozna OS, da program, ki zahteva podatke, usmeri na pravi naslov v pomnilniku.
Računalniški sistemi

220. Upravljanje datotek datotečni sistem
Datotečni sistem je komponenta OS, ki skrbi za zapis podatkov na dodatni pomnilnik.
Ker bi bil direkten dostop do podatkov na zapisu prezapleten, OS pomaga uporabniku, da jih shranjuje v obliki datotek.
Datoteka je skupek podatkov, ki jih imenujemo z logičnim imenom podatkov, ki se v njej nahajajo.
Računalniški sistemi

221. Datotečni sistemi
Datotečni sistem OS podpira skupek ukazov, ki uporabniku dovoljujejo naslednje operacije:
Kreiranje novih datotek
Imenovanje oz. preimenovanje datotek
Branje iz datotek
Pisanje v datoteke
Brisanje datotek – odstranimo podatke iz dodatnega pomnilnika in sprosti prostor za nove podatke.
Računalniški sistemi

222. Datotečni sistemi - vrste
Različni OSi podpira različne vrste dat. sistemov.
FAT (File Allocation Table); FAT 32
HPFS
NTFS (New Technology File System)
DFS, UDF
ReiserFS, Ext3, jfs, XFS
ISO 9660
ISO 13346
Računalniški sistemi

223. Upravljanje z napravami
OS dovoljuje aplikacijam, da delajo z napravami, ki so priključene na RaS.
Računalniški sistemi

224. Zakaj upravljati z napravami v OS
Različne naprave imajo različne zahteve po kontroli in časovni usklajenosti prenosa podatkov.
OS mora napravi
zagotoviti „gonilnik”,
ki skrbi, da se naprava
in programi med-
sebojno razumeta.
Računalniški sistemi

225. Gonilnik
Gonilnik je del programske opreme, ki se nahaja na drugem ali tretjem nivoju OS in prevaja podatke iz naprave v podatke, ki jih razumeta OS in aplikacija.
Računalniški sistemi

226. Upravljanje s procesi
Ker v OS hkrati teče več programov, ki izvajajo vsaj en (ali več) proces, mora OS zagotavljati, da je vsem procesom na voljo del procesorskega časa, da se ne ustavijo.
V odvisnosti od OS in vrste programov je odvisno, kateremu procesu bo namenjenega več procesorskega časa in se bo zato hitreje izvedel.
Računalniški sistemi

227. Večopravilnost OS
Večopravilni OS je sistem, ki zagotavlja preklaplanje procesorskega časa med različnimi procesi in s tem zagotovi njihovo hkratno izvajanje. Na ta način se lahko več procesov hkrati prične, izvaja in/ali zaključi, kar pripomore k izvajanju večih opravil hkrati.
Za izvajanje večopravil (multi-tasking) v OS skrbi tabela procesov (scheduler).
Računalniški sistemi