Sastav ra čunarskog sistema Šta je u k omp j uter u?

1. Sastav računarskog sistemaŠta je u kompjuteru? Poglavlje 4

2. Ciljevi • Opisati komponente modularnog mikroračunara • Navesti delove procesora i objasniti kako rade • Navesti tipove radne memorije i objasniti njihovu ulogu • Objasniti kako se podaci predstavljaju u kompjuteru • Opisati kako kompjuter pronalazi podatke i instrukcije • Objasniti kako se programske instrukcije izvršavaju u procesoru • Kako ubrzati kompjuter

3. Sadržaj • Sastav računara • Procesor • Tipovi memorije • Izvršavanjeprograma • Brzina i snaga

4. Mikroračunari Mikroračunari se dele na: • Integrisane mikroračunare • Kompjuter ugrađen u sam proizvod • Specijalizovani za jedan zadatak • Modularne mikroračunare • Moduli povezani sistemskom magistralom • Kompjuteri opšte namene (personalni, serveri)

5. Modularni mikroračunari

6. Matična ploča Sadrži sledeće komponente: Procesorski čip Memorijske čipove (RAM, ROM) Magistrale (prenos podataka) Priključke za ostale komponente Dodatne čipove (kontrolere) Šta je u kutiji?

7. Uređaji za čuvanje podataka Hard disk Flopi disk uređaj CD-ROM uređaj DVD-ROM uređaj Šta je u kutiji? Kartice – kontroleri ulazno/izlaznih uređaja Video kartica Zvučna kartica Modem TV kartica

8. Procesor - CPU • Kontrolni centar • Skup elektronskih kola koja izvršavaju instrukcije • Obradjuje podatke i pretvara ih u informacije • Sadrži • Upravljačku jedinicu (UJ) • Aritmetičko-logičku jedinicu (ALJ) • Registre • Sistemski časovnik

9. Upravljačka JedinicaUJ • Deo hardvera koji je zadužen da nadgleda i kontroliše rad • Usmerava i navodi kompjuter da izvršava instrukcije programa • Komunicira sa svim hardverskim komponentama

10. Aritmetičko / LogičkaJedinicaALJ Izvršava aritmetičke operacije Izvršava logičke operacije

11. Aritmetičkeoperacije + Sabiranje Oduzimanje Množenje Deljenje - / *

12. Logičkeoperacije NOT • Provera ispunjenosti uslova • Poređenja • Brojeva • Slova • Specijalnih karaktera AND OR >= <= > < < > =

13. Registri Privremena memorija Veoma brza Specijalne namene Nalazi se u procesoru Registar podataka Sadrži podatke koji se trenutno obrađuju u ALJ Prihvata rezultate izvršenja instrukcije iz ALJ Registar instrukcija U njemu je instrukcija koja se izvršava ovog trenutka

14. Sistemski časovnik • Sistemski časovnik proizvodi impulse koji određuju ritam rada • Svaki impuls je jedan mašinski ciklus • Jedna linija programa može biti podeljena na više procesorskih instrukcija • Procesor ima ograničen set instrukcija – koje može da razume i obradi

15. Mikroprocesor • Ceo procesor je smešten u jednom čipu • Izrađen od silicijuma • Sadrži milione tranzistora • Elektronski prekidači koji dopuštaju ili sprečavaju protok struje

16. Intel Pentium Celeron Xeon i Itanium Intel-compatibilni Cyrix AMD Tipovi mikroprocesora

17. Tipovi mikroprocesora • PowerPC • Nastao saradnjomkompanija Apple, IBM i Motorola • Koristi se u Apple Macintosh familiji • Može se naći u serverima i integrisanim sistemima • Alfa (Alpha) • Proizvođač je Compaq • Serveri i radne stanice visokih zahteva

18. Memorija (skladišta podataka) • Spoljna memorija (sekundarno skladište) • Podaci koje bi trebalo sačuvati na duže vreme • Trajno skladište • Radna memorija (primarno skladište) • Podaci koje koristimo u kratkom vremenskom intervalu • Privremeno skladište • Brži pristup podacima nego kod spoljne memorije • Registri • Podaci koji se upravo sada obrađuju, kroz instrukciju koja se izvršava u procesoru • Brži pristup podacima od operativne memorije

19. KB – kilobajt 1024 bajtova Diskete Keš memorija MB – megabajt Milion bajtova RAM GB – gigabajt Milijardu bajtova Hard disks CD, DVD TB – terabajt Bilion bajtova Veliki hard diskovi Merenjekapaciteta memorije

20. Tipoviradne memorije RAM Random Access Memory ROM Read Only Memory

21. RAM • Elektronska, zahteva napajanje za čuvanje podataka • Gubi sadržaj pri isključenju napajanja • Sadrži podatke i instrukcije koji mogu biti pročitani i promenjeni

22. Šta se nalazi u RAM-u? • Operativni sistem • Program koji se trenutno izvršava • Podaci potrebni za izvršavanje programa • Rezultati obrade koji će biti prikazani korisniku

23. Tipovi RAM memorije SRAM • Stabilno čuva sadržaj dok je napajanje uključeno • Brža od DRAM

24. Tipovi RAM memorije DRAM • Stalno se mora osvežavati (i pored napajanja sadržaj se vremenom gubi) • Zbog veličine i niže cene – najčešće korišćena u personalnim kompjuterima • SDRAM • Brža verzija DRAM • Rambus DRAM • Brži od SDRAM • Skuplji

25. Dodavanje RAM memorije • Kupujemo memorijske module koji su pakovani na štampanim pločama • SIMM – memorijski čipovi su samo sa jedne strane • DIMM – čipovi su sa obe strane • Maksimalna količina RAM memorije koja se može dodati zavisi od dizajna matične ploče

26. ROM • Čuva sadržaj i po isključenju napajanja • Instrukcije za startovanje kompjutera • Sadrži podatke i instrukcije koji se mogu čitati, ali se ne mogu menjati • Instrukcije i podaci se upisuju u fabrici ROM čipova

27. PROM • Programabilni ROM • Pisač ROMamože promeniti sadržaj PROM memorije

28. Pronalaženje podataka u memoriji • Svaka lokacija u memoriji ima jedinstvenu adresu • Adresa se nikad ne menja • Sadržaj se može promeniti • Memorijska lokacija sadrži jednu instrukciju ili jedan podatak • Programeri koriste simbolička imena za podatke, koja se u prevodiocu (kompajleru) prevode u adrese

29. Predstavljanje podatakaUključeno-Isključeno Binarni brojni sistem Predstavlja stanje elektronskih kola 1 0 Uključeno Isključeno

30. Bit, Bajt, Reč • BIT • Binarna cifra • Uključeno-Isključeno kolo • 1 ili 0 • BAJT • 8 bita • Jedan alfanumerički znak • REČ • Veličina registra • Broj BITa koje procesor obrađuje u jednom trenutku

31. Magistrala podataka • Putanja kojom se prenose električni signali • Sistemska magistrala • Prenosi podatke između procesora i memorije • Širina magistrale • Broj bita koji se mogu preneti istovremeno • Obično jednaka dužini procesorske reči (dužina registra) • Brzina se meri u MHz

32. Procesor može da obradi veći broj i više vrsta instrukcija Magistrala

33. Magistrale za proširenje • Povezuju matičnu ploču sa slotovima za proširenje • Priključujemo kartice u slotove • Adapterske kartice • Kartice za ulazno-izlazne uređaje • Obezbeđuju eksterne priključke (portove) • Serijske • Paralelne

34. Magistrale za proširenje

35. PC magistrale i portovi

36. Izvršavanje Programa • Upravljačka jedinica (UJ) uzima instrukciju iz radne memorije • UJ dekodira (tumači, dešifruje) instrukciju • UJ proziva hardverski deo koji izvršava instrukciju • Kontrola se prenosi na deo hardvera koji izvršava instrukciju • Zadatak koji je instrukcija postavila se obavlja • Kontrola se vraća UJ

37. Mašinski ciklus I-vreme • UJ uzima instrukciju iz radne memorije i stavlja je u registar instrukcija • UJ dekodira instrukciju i pronalazi memorijsku lokaciju na kojoj se nalaze podaci potrebni za izvršenje instrukcije

38. Mašinski ciklus E-vreme • Obrada (Egzekucija) • UJ premešta podatke iz memorije u registre aritmetičko logičke jedinice (ALJ) • ALJ preuzima kontrolu i izvršava instrukciju • Kontrola se vraća UJ • UJ smešta rezultat obrade u radnu memoriju ili u odgovarajući registar

39. Brzina i snaga Šta kompjuter čini brzim? • Brzina mikroprocesora • Širina magistrale • Keš memorija • Paralelna obrada • Bolja arhitektura i organizacija

40. Brzina procesiranja Vreme izvršenja instrukcije • Milisekunde • Mikrosekunde • Nanosekunde • Savremeni kompjuteri • Piko sekunde • U budućnosti

41. Brzina mikroprocesora • Takt • Megaherc (MHz) • Gigaherc (GHz) • Broj instrukcija u sekundi • Miliona Instrukcija Po Sekundi (MIPS) • Obrada složenih matematičkih operacija • Miliona floating-point operacija po sekundi (MegaFLOPS )

42. Keš • Mali blok veoma brze memorije (u procesorskom čipu ili izvan njega) • Ubrzava prenos podataka do procesora • Instrukcije i podaci koji se često koriste

43. Keš Korak 3 Prenesi podatak u procesor i u Keš P R O C E S S O R R A M Keš • Korak 2 • Idi na adresu u radnoj memoriji i pročitaj Korak 1 Procesor traži podatak ili instrukciju • Sledeći zahtev od procesora • Prvo pogledaj u keš • Ako nema u kešu idi u memoriju

44. Tipovi keš memorije • Interna • Nivo 1 (L1) • Ugrađena u procesorski čip • 128KB • Eksterna (spoljna) • Nivo 2 (L2) • Poseban čip • 256KB ili 512 KB • SRAM tehnologija • Jeftiniji i sporiji od L1 • Brži i skuplji od radne memorije

45. Tipovi procesiranja • Serijsko • Izvršava se jedna instrukcija u jednom trenutku • Uzmi, dekodiraj, izvrši, sačuvaj • Paralelno • Više procesora radi u isto vreme • Može izvršiti bilion floating-point instrukcija po sekundi (teraflops) • Primer: mrežni serveri, serveri baza podataka

46. Tipovi procesiranja • Tekuće linije (Pipelining) • Korak u izvršenju instrukcije se mora završiti pre nego što sledeći nastupi • Uzimam Instrukciju 1, • Kad započnem dekodiranje Instrukcije 1, istovremeno uzimam Instrukciju 2