Bjelovar, 2013. 1

Visoka Tehnička Škola u Bjelovaru

Kolegij : « IT i primjena »

Tema: Pojam i razvoj informacijske tehnologije (IT)

Božidar Hršak, mag.ing.mech. , predavač

Bjelovar, 2013. 2

Informacijska tehnologija (IT)

INFORMATIKA – prema Francuskoj akademiji znanosti (1966) : Znanost o

racionalnoj obradi informacija i to prvenstveno pomoću automatskih

strojeva.

STARIJA KLASIFIKACIJA RAČUNALNIH SUSTAVA:

ANALOGNA (promjena napona uzrokuje neku mehaničku promjenu koja

se registrira kao neko stanje)

DIGITALNA (isključiva upotreba bistabilnih (2 stanja) elektroničkih

elemenata)

HIBRIDNA (nešto između)

Bjelovar, 2013. 3

Uzroci razvoja:

Potreba za prebrojavanjem

Astrologija

Filozofija

Matematika

….

Bjelovar, 2013. 4

Doba analognih računala

Stonehenge

Bjelovar, 2013. 5

ABAK – 3000.g. pr.n.e. u Kini. Kasnije Rimljani preuzeli izum i koristi se naziv Abakus

Abakus

Bjelovar, 2013. 6

Schikkard calculator

Bjelovar, 2013. 7

1642. Blaise Pascal napravio je Mehanički kalkulator koji je mogao izvoditi operacije

zbrajanja

Pascalov stroj

Bjelovar, 2013. 8

1673. Leibnitzov stroj kao usavršenje Pascalovog stroja. Mogao je zbrajati, oduzimati i

množiti

1808. Jacquard doradio tkalački razboj na način da je na osnovu bušene kartice zadavao

uzorak tkanja

Bjelovar, 2013. 9

1822. Babbage-ov diferencijalni stroj koji je mogao izvoditi matematičke operacije.

Međurezultate je spremao i ispisivao. Mogao je riješiti kvadratnu jednadžbu. Ada Byron –

prvi programer u povijesti

Babbageov kompjutor

Bjelovar, 2013. 10

1890. Holerithov kalkulator koji je prvi počeo koristiti bušenu karticu kako se ona kasnije koristila.

1911. Holerith je osnovao kompaniju International Business Mashines (IBM)

1970 – IBM 360

Bjelovar, 2013. 11

Doba digitalnih računala

1939. fizičar Atanasof kreirao 1. digitalni kompjutor. Podaci su se

pohranjivali na bakelitni bubanj. Koriste se bušene kartice

1940. MARK I prvo računalo koje je samostalno obavljalo sve operacije od

početka do kraja samostalno

Bjelovar, 2013. 12

1943. ENIAC računalo 19 000 elektronskih cijevi, težak 30 tona, 1500 m2

prostora je zauzimao. Mogao je izvesto oko 5000 operacija u sekundi

ENIAC – 1946 Electronic Numerical Integrator And Computer

Bjelovar, 2013. 13

1946. Von Neummann-ov model digitalnog računala

1945. godine stvorena je prva koncepcija računala različita od dotadašnjih računalnih

strojeva. Sva računala danas počivaju na potpuno istom konceptu uz unapređenja pojedinih

segmenata i tehnologije izvedbe.

Bjelovar, 2013. 14

Von Neumann Machine Model

• Memorija (Skladištenje adresa i stvarnih podataka)

• Aritmetičko-logička jedinica (izvršava stvarne operacije nad podacima)

• Input jedinica

• Output jedinica

• Kontrolna jedinica (odašilje upravljačke signale, određuje takt i

programsko brojilo)

Bjelovar, 2013. 15

MEMORIJSKI PROSTOR

0000

0001

0002

0003

0004

ULAZNO IZLANI

PODSUSTAV

ARTITMETIČKO – LOGIČKA JEDINICA

R - A R - B R - C

KONTROLNO

UPRAVLJAČKA JEDINICA

GEN. UPR. SIGNALA

PROGRAMSKO BR:

cpu

SABIRNICA

“BUS”

Bjelovar, 2013. 16

Ulazno izlazni podsustav čine ulazno izlazne jedinice koje omogućuju

komunikaciju čovjek-stroj. Ovdje su se upotrebljavale jedinice od bušenih

kartica do današnjih ekrana osjetljivih na dodir.

Središnja jedinica (CPU – Central Procesor Unit) se sastoji od

artimetičko logičke jedinice koja se sastoji od registara. U njima se odvijaju

matematičke operacije i privremena pohrana rezultata i međurezultata.

Osnovni brojevni sustav je binarni. Osnovne računske operacije su zbrajanje

i oduzimanje i posmak (SHIFT). Sve ostale operacije svodile su se na ove.

Bjelovar, 2013. 17

Upravljačka jedinica odašilje signale za vremensko vođenje i upravljenje

ostalim jedinicama računalnog sustava. Osnova je generiranje radnog takta.

U svakom odsječku takta prelazi se na sljedeću instrukciju. Osnova i početak

upravljanja je pribavljanje prve instrukcije iz memorijskog prostora. Nakon

pribavljanja počinje akcija izvođenja. Ovo je poznato kao FETCH and

EXECUTE poces.

Bjelovar, 2013. 18

Von Neumann-ov model računala

Bjelovar, 2013. 19

Bjelovar, 2013. 20

Memorija:

1. Adresni registar sprema adrese memorijskih lokacija 2. Podatkovni registar sadrži stvarne podatke

ALU

1. Akumulator u njemu se događaju sve operacije 2. TEMP postoji više privremenih registara za smještaj rezultata i

međurezultata

Kontrolna jedinica:

1. IR sadrži trenutačno aktivnu instrukciju (ona koja se izvodi), 2. Programsko brojilo (pokazivač na sljedeću instrukciju u programu),

Bjelovar, 2013. 21

STRUKTURA SVAKE INSTRUKCIJE

OPERACIJA OPERAND IZVOR ODREDIŠTE

ADD R6 R2 R6

6 Faza izvršenja svake naredbe:

• FETCH (pribavi)

• DECODE

• EVALUATE ADDRESS

• FETCH OPERANDS

• EXECUTE

• STORE RESULT

Bjelovar, 2013. 22

Naredba FETCH

1) Iz adresnog registra (MAR) izvadi sadržaj programskog bojila (PC) 2) Pročitaj adresiranu memorijsku lokaciju iz podatkovnog registra

memorije (MDR) 3) Pošalji sadržaj MDR-a u instrukcijski registar, povećaj programsko

brojilo na sljedeću instrukciju

Naredba DECODE

Kontrolna jedinica prepoznaje o kojoj se naredbi radi (u ovom slučaju

ADD)

Bjelovar, 2013. 23

Evaluacija adrese

Samo za Load i Store naredbe. Prepoznaje na koju adresu treba nešto

smjestiti

Naredba FETCH

Pribavlja sve vrijednosti operanda za instrukciju i šalje ih u registre u ALU

Naredba EXECUTE

ALU izvršava instrukciju

Naredba STORE

Sprema rezultate na odredišne registre.

Bjelovar, 2013. 24

Karakteristike:

Sekvencijalni strojevi za razliku od paralelnih računala. Osnovna zamjerka

VonNeumannovom modelu jest spora razmjena (ubacivanje podataka) za

obradu u ALU. Ovakva se koncepcija naziva stored procedures computers.

U/I KANAL je ustroj preko kojeg je moguća komunikacija s računalom u

ulaznom i izlaznom smjeru u binarnom kodu, serijskom ili paralelnom vezom.

Svakom uređaju dodjeljuje se njegov U/I kanal, a to je u suštini dio radne

memorije koji služi kao 'transporter' podataka između računala i uređaja. U/I

kanal povezan je s uređajima preko fizičkih priključaka na kućištu računala ili s

utorima u koje se mogu umetnuti potrebite elektroničke tiskane kartice.

Bjelovar, 2013. 25

Serijska veza je uzastopni prijenos bit-ova jedan po jedan u slijedu i

zahtijeva minimalno dvožični vod. Paralelna veza je istovremeni prijenos

grupe bit-ova (najčešće 8) kad se svaki pojedini bit grupe prenosi zasebnim

vodom (višežični vod). Odmah se može zaključiti da je komunikacija

paralelnom vezom brža od serijske ali je tehnički zahtijevnija. Unatoč

navedenom, danas se sve više koristi vrlo brza serijska komunikacija, kojoj

osobitost jednostavnosti i velike brzine prijenosa podataka daje prednost u

odnosu na paralelnu komunikaciju. Veliku brzinu i jednostavnost serijske

komunikacije (USB, FireWire ..) omogućili su moderni elektronički sklopovi. Na

načelima serijske komunikacije dizajnira se sve više uređaja koje računalo

može koristiti.

Bjelovar, 2013. 26

DIGITALNO RAČUNALO povezuje sve navedene uređaje u funkcionalnu

cjelinu i upravlja njihovim radom preko svoje upravljačke jedinice (UJ).

Upravljačka jedinica odabire pojedine uređaje na osnovu instrukcija zadanih

preko tipkovnice, U/I kanala ili programa u radnoj memoriji, a dobija ih od

aritmetičkog i logičkog ustroja (ALU). ALU dakle posredstvom upravljačke

jedinice upravlja PROCESIMA, a na osnovu instrukcija dobivenih od

programske potpore ili nekog drugog ulaznog uređaja.

Bjelovar, 2013. 27

ALU i UJ zajedno tvore CENTRALNI PROCESORSKI USTROJ - CPU. Kod

moćnijih računalnih sustava načinjene su od mnoštva elektroničkih

komponenti, najviše od integriranih sklopova. Kod kućnih računala CPU je u

pravilu izrađena kao jedan integrirani sklop nazvan MIKROPROCESOR. Za brže

izvršavanje matematičkih operacija dodaje mu se MATEMATIČKI

KOPROCESOR - (Floating Point Unit – FPU) kao zasebna komponenta ili se

pak i on ugrađuje u kućište mikroprocesora.

Bjelovar, 2013. 28

Najpoznatiji proizvođači mikroprocesora su američke tvrtke INTEL, MOTOROLA

i AMD i oni u biti diktiraju standarde na svjetskom tržištu računala. Najpoznatiji

Intelovi mikroprocesori nose oznaku 8086, 80286, 80386, 80486, PENTIUM.

Gotovo sva PC računala imaju osnovu na Intelovim mikroprocesorima ili

njihovim kopijama i prema njima određuje se tip računala. Motorola je pak

poznata po mikroprocesorima 68000, 68020, 68040, PowerPC 603. Firma

Digital (više ne postoji) razvila je učinkovit procesor ALPHA, na osnovu kojeg

su nove izvedenice AMD procesora. Motoroline mikroprocesore najviše koristi

tvrtka APPLE-MACINTOSH za svoja osobna računala. Naravno, instrukcije za

kontrolu rada navedenih grupa mikroprocesora potpuno su različite što

programe na PC računalu čini neizvršivim na Macintosh računalu i obratno.

Bjelovar, 2013. 29

RADNA (PRIMARNA) MEMORIJA omogućava izvršavanje programa ili

trenutnu pohranu rezultata njihovog rada. Da bi se program mogao izvršiti on

se u radnu memoriju 'prepisuje' iz trajne memorije. To znači kako se mijenjaju

zadaće, tako će se mijenjati i učitani programi u radnoj memoriji ili će se

mijenjati rezultati rada programa, na primjer povećava se upisani tekst pri

kreiranju ove knjige.

Dakle, sadržaj radne memorije promjenjiv je od slučaja do slučaja i otuda

joj naziv RAM (Random Access Memory = memorija sa slučajnim pristupom).

Naime, isti podatak ne mora se uvijek upisati na isto mjesto u radnoj memoriji,

već na neko trenutno slobodno mjesto.

Bjelovar, 2013. 30

No postoji mali dio memorije koji je nepromjenjivog sadržaja i kojeg koristi

mikroprocesor prilikom uključivanja računala da bi ispravno podesio početne

parametre. Taj dio naziva se ROM (Read Only Memory), a programić kojeg

sadrži naziva se BOOTSTREP (šutnuti čizmom). Pored njega u ROM se smješta

i nadzorni program za upravljanje sustavom i njegovim periferijama - BIOS

(Basic Input/Output System). Noviji ROM-ovi sadrže i kratke programe za

konfiguriranje sustava i zaštitu od virusa.

Bjelovar, 2013. 31

Fizički memorija se prepoznaje kao skup integriranih sklopova smještenih na

maloj tiskanoj pločici s izvodima za ulaganje u utore, nekad kapaciteta 256KB,

1MB, 4MB i 16MB, a u novije vrijeme 128MB, 256MB, 1024MB i više. Postavlja

se u 'banke' s po 2-4 mjesta za umetanje tiskane pločice s memorijskim

čipovima. Obično se u računalu nalaze dvije ili više banaka. Da bi računalo

ispravno radilo dobro je da banka ima sve utore popunjene istom vrstom

pločica.

Memorijski resursi ovise o konstrukciji, namijeni računala i programskoj

potpori koja se koristi.

Bjelovar, 2013. 32

Današnja tehnologija omogućava ugradnju manjih memorijskih resursa

(uobičajeno od 32KB do 1024KB pa i više) u sam mikroprocesor ili u

upravljačku elektroniku tvrdog diska te se na taj način ubrzava izmjena

podataka između pojedinih uređaja računalnog sustava. Te memorije obično

se nazivaju CACHE (skrovište - brza prihvatna, skrovita, pričuvna memorija

van sastava radne memorije). Za cache, ako ne postoji fizički, može se

proglasiti i dio radne memorije.

PROŠIRENJA su raznorazni dodaci koji se mogu pridodati računalu glede

poboljšanja njegove standardne konfiguracije, a glede izvršavanja specifičnih

zadaća. Dakle, sama njihova namjena vrlo je raznolika te će im konstrukcija i

programska potpora ovisiti o zadaći.

Bjelovar, 2013. 33

Arhitekta će tako u radu koristiti crtaču ploču – TABLET, ploču s mehanizmom

za očitavanje koordinata s nekakvog nacrta, i slanje očitanih podataka preko

U/I kanala u računalo. Za korisnika kod kuće, vrlo korisno proširenje je 'skener'

– uređaj koji očitava fotografiju ili neki novinski članak i šalje podatke u

računalo koje ga preko odgovarajuće programske potpore pretvara ga u

digitalnu sliku ili tekst. Kvalitetna programska potpora za prepoznavanje teksta

– OCR (Optical Character Recognition), uz to još povezana s lokalnim

rječnikom i pravopisom vrlo je skupa, višestruko više od samog uređaja.

Naravno, prema navedenom 'skener' spada u grupu ulaznih uređaja vezanih

preko U/I kanala. Jedan od sve raširenijih ulaznih uređaja je WEB kamera,

koju naravno prati mikrofon. Video komunikacija na daljinu je stvarnost.

Bjelovar, 2013. 34

Vrlo često proširenja se susreću kao zasebne elektroničke kartice koje se

umeću u posebne utore s kontaktima u računalu (slot-ove) i mogu

predstavljati modem, dodatnu radnu memoriju, multimedijski dodatak, mrežnu

karticu ili nešto drugo specifične namjene.

Bjelovar, 2013. 35

….. suvremeno doba

2001. Intel Itanium - 64 bitni procesor

Preko 50 milijuna tranzistora

TV preko Interneta

3D grafika u realnom vremenu

Govor, video, enkodiranje glazbe MP3,…

EPIC tehnologija (Explicity Parallel Instruction Computing),…

Bjelovar, 2013. 36

Generacije računala - Prva

'50 godine

Serijska proizvodnja računala u znanstvene svrhe

Gradivni element je elektronska cijev

Prosječno računalo ima oko 40000 el.cjevi

Nositelj podataka je bušena kartica

Slab ulazno/izlazni sustav

Programiranje u strojnom jeziku

Brzina nekoliko tisuća operacija u sekundi

’57 osnovana kompanija DEC

Bjelovar, 2013. 37

Generacije računala - Druga

'60 godine

Gradivni element je tranzistor

Smanjila se potrošnja el. energije i prostora

Primarna memorija izvedena je pomoću magnetskih jezgrica

Brzina oko 100 000 operacija u sekundi

Početak komercijalne primjene

Simbolički jezici COBOL i ALGOL

Razvijeni su prvi COMPILER-i

Početak razvoja UNIX-a

Bjelovar, 2013. 38

Generacije računala - Treća

'70 godine

Upotreba integriranih krugova i monolitne tehnike

Mikro - minijaturizacija

Računala rade na principu samootkrivanja grešaka i unutrašnjeg

programiranja

Stapanje osnovnog software u hardware

Imaju kompletan operativni sustav

’73. Prvo osobno računalo XEROX ALTO (grafika visoke rezolucije, miš,

izbornici, 8-inčni HDD, Smaltalk)

Bjelovar, 2013. 39

Generacije računala - Treća

'75 godine

Pojam LSI i VLSI integracije

Multi programiranje

Pojava virtualnih memorija velikog kapaciteta

Razvoj viših programskih jezika

Decentralizirana obrada

Brz razvoj sustava

’76 Apple I

’77 32-bitni VAX, Apple II

Bjelovar, 2013. 40

Generacije računala - Četvrta

'80 godine

Značajno smanjenje dimenzija i povećanje snage računala

Pojava osobnih računala

Pojava računalnih mreža šireg razmjera

Razvoj operativnih sustava

Korištenje grafičkog sučelja

’81 Operativni sustav Microsoft DOS

’82 Intel 80286

‘84 Macintosh

’85 Microsoft Windows OS i Intel 386 (275000 tranzistotra)

’89 Intel 80486

Bjelovar, 2013. 41

Generacije računala - Peta

'90 godine

93 Intel Pentium (govor, glazba, rukopis, digitalna fotografija)

95 Intel Pentium Pro (32 bitni serveri :: oko 5.5 milijuna

tranzistora)

99 Intel Celeron – isključivo za poboljšanje tržišne marke (igre,

edukacija)

’99 Intel Pentium Xeon – multiprocesorski sustavi

Bjelovar, 2013. 42

Današnje doba

Mobilni telefoni s ugrađenim računalom !