ORT2 ETFBL Predavanja PrviDio

ELEKTROTEHNIKI FAKULTET BANJA LUKA

Prof. dr Zlatko Bundalo, dipl. in.

OSNOVI RAUNARSKE TEHNIKE II- nastavni materijali -

UVODPojava i nagli razvoj digitalnih raunar su doveli do sve vee njihove primjene u razliitim praktinim oblastima. To je ujedno povealo i interes za koritenje raunara i za njiihove mogunosti i karakteristike. Zbog toga raste interesovanje za funkcionisanje i organizaciju raunara, odnosno za arhitekturu raunara. Pojam arhitektura raunara je dosta irok i obuhvata sve ono to je vezano za projektovanje, realizaciju i primjenu raunara sa osvrtom na organizaciju i strukturu svih elemenata. Naglim razvojem elektronskih i raunarskih tehnologija 70-tih i 80-tih godina 20-tog vijeka dolo je do pojave ovog termina i do prilagoavanja njegovog znaaja razvoju raunarskih sistema. Pojava mikroprocesora i mikroraunara 80-tih godina dovela je do odreenih promjena same arhitekture raunara i raunarskih sistema. Nagli razvoj raunara i opadanje njihove cijene dovodi do poveanja broja korisnika, tj. onih koji su zainteresovani za primjenu raunara. Danas je veliki broj strunjaka zainteresovan za funkcionisanje i arhitekturu raunara sa njihovih aspekata posmatranja. Postoje dvije grupe zainteresovanih strunjaka za organizaciju i mogunosti raunara: 1. oni koji se bave projektovanjem, konstrukcijom i proizvodnjom raunara, 2. oni koji se bave koritenjem raunara. Za prvu grupu arhitektura raunara je interesantna zato to se nastoji projketovati i proizvesti raunar sa to boljim karakteristikama za odreenu namjenu i sa to niim trokovima. U tu grupu strunjaka spadaju inenjeri koji rade na projektovanju i proizvodnji raunara, odnosno strunjaci iz oblasti elektrotehnike, elektronike, raunarske tehnike, hardvera, softvera i slinih oblasti. Druga grupa su korisnici koji se takoe do odreenog nivoa interesuju i moraju znati odreene elemente vezane za arhitekturu i mogunosti raunara, da bi mogli odabrati za svoje potrebe raunarski sistem koji je optimalan za njihovu primjenu, sa to niom cijenom, odnosno da bi mogli optimalno koristiti raunarski sistem koji imaju za svoje potrebe. Kako raunari postaju jeftiniji sve je vei broj njihovih korinika u razliitim oblastima primjene. Svi oni koriste raunar kao sredstvo za rad, jer on posjeduje osobine koje mu daju znatne prednosti u odnosu na ovjeka. To su da funkcionie brzo, tano i jeftino, to su u stvari njegove prednosti u odnosu na druge naine izvravanja konkretnih zadataka. Sam izraz Arhitektura raunara je nastao 60-tih godina 20-tog vijeka u velikoj firmi koja se bavi proizvodnjom raunara IBM. Prvi put je upotrebljavan za opis programskog modela jednog tipa raunara na nivou tzv. asemblerskog jezika. Kasnije se taj termin proirio i u principu se koristi za oznaavanje svega onog to je vezano za metode, postupke, naine i algoritme koji su vani za organizaciju, konstrukciju i funkcionisanje raunara i raunarskih sistema, posmatrano na svim nivoima. Tako se moe posmatrati i govoriti o: 1. arhitekturi na nivou osnovnih jedinica, 2. arhitekturi na nivou raunarskog sistema, 3. arhitekturi pri povezivanju vie raunara ili raunarskih sistema, tj. na razliitim nivoima posmatranja ili na tzv. razliitim hijerarhiskim nivoima posmatranja. Tako se moem govoriti o arhitekturi raunara: 1. na hardverskom nivou, 2

2. 3. 4. 5.

na softverskom nivou, na nivou procesora, o arhitekturi memorije, o arhitekturi U/I sklopova i sl.

Kada se posmatra i govori na nivou softvera, onda se moe govoriti o: 1. programskoj organizaciji (modelu) procesora, 2. arhitekturi operativnog sistema, 3. arhitekturi pojedinih (korisnikih) programa. Prema tome, moe se rei da je arhitektura raunara nain realizovanja raunara i svih njegovih sastavnih elemenata, ukljuujui i sklopovske (odnosno hardverske) dijelove i programske (odnosno softverske) dijelove sa ciljem postizanja i ostvarivanja zahtjeva korisnika. Odgovarajua arhitektura raunara se postie primjenom odreenih metoda, tehnika i postupaka na svim nivoima posmatranja raunara. Tokom razvoja raunara dolazilo je do izmjena arhitektura raunara to je bilo uslovljeno razvojem elemenata raunara. Do razvoja arhitektura dolazilo je zbog sljedeih razloga: a) b) c) d) promjena tehnolokih osnova, odnosno sklopova za realizovanje (hardvera), razvoj i usavravanje u oblasti programiranja i programske opreme (softvera), poveanje zahtjeva korisnika, nove oblasti primjene.

Razvoj hardware utie na promjene u arhitekturi raunara zbog pojave novih elemenata za realizovanje raunara. Tako, recimo, od elektronskih vakuumskih cijevi koje su koritene u prvim elektronskim raunarima, dolo je do pojave integrisanih sklopova vrlo visokog stepena integracije, tzv. VLSI i ULSI kola. Ove promjene u razvoju elektronskih komponenti su uticale i na promjenu arhitekture raunara. to se tie softvera, kod prvih raunara su programi pisani iskljuivo pomou 0 i 1. Poslije se pojavljuju osnovni elementi programskih jezika (prvi je bio asemblerski jezik), zatim su se pojavili vii programski jezici, pa do raznih metoda programiranja, sve do danas koritenog grafikog programiranja. Zbog prednosti raunara interes korisnika je bio da ih koriste u to veem broju oblasti primjene, to je vodilo ka razvoju arhitektura raunara. Nove oblasti primjene su povezane sa interesima korisnika i sniavanjem cijena, to takoe dovodi ra razvoja i poboljanja arhitekture i karakteristika raunara.

DEFINICIJA I OSNOVNA ARHITEKTURA PROCESORA, RAUNARA I RAUNARSKOG SISTEMAPROCESOR Procesor je digitalni sklop, odnosno digitalni sistem, koji vri obradu podataka i informacija, a pod upravljanjem od strane programa koga taj procesor izvrava. Procesor je u principu realizovan koritenjem vie integrisanih kola. Ako je realizovan na jednom integrisanom kolu onda se naziva mikroprocesor. Strukturu procesora ine razna digitalna kola i sklopovi (logika kola, flip flopovi, 3

brojai, registri, koderi, dekoderi, pomjerai, sklopovi za sabiranje i oduzimanje) koji su meusobno povezani u odreene funkcionalne cjeline, odnosno jedinice procesora. Osnovne funkcionalne cjeline, odnosno jedinice, procesora su: 1. upravljaka jedinica (kontrolna jedinica), 2. aritmetiko-logika jedinica (operaciona jedinica), 3. registarska jedinica (blok registara). Sve su one meusobno povezane. Osnovna arhitektura procesora je prikazana na sljedeoj slici.

Adresne linije Registarska jedinica Aritmetiko logika jedinica Linije podataka

Upravljaka (kontrolna) jedinica

Upravljake linije

Upravljaka jedinica izvrava instrukcije (programe) i odnosno upravlja jedinicama procesora i jedinicama raunara. Aritmetiko-logika jedinica vri obradu podataka izvravajui aritmetike i logike operacije. Podaci se dovode iz registarske jedinice ili iz memorije ili nekog ulaznog sklopa. Registarska jedinica se koristi za uvanje podataka prije obrade, onih koji se obrauju, meurezultata i konanih rezultata obrade. Vanjskim signalima (linijama) se procesor povezuje sa drugim sklopovima u raunaru. Preko adresnih linija procesor vri adresiranje ostalih sklopova raunara. Preko linija podataka se prenose podaci i instrukcije izmedju procesora i ostalih jedinica raunara. Preko upravljake linije se prenose upravljaki signali i vri upravljanje ostalim jedinicama i sklopovima. RAUNAR Raunar ini procesor povezan sa memorijskom jedinicom, ulaznom jedinicom, izlaznom jedinicom, uz odgovarajui program i odgovarajue pomone sklopove. Raunar se obino realizuje koritenjem vie integrisanih kola. Postoje raunari realizovani na jednom integrisanom kolu. Oni su uglavnom namijenjeni za upravljanje, a posjeduju i mikroprocesor, pa se nazivaju mikrokontroleri. Raunar kod koga se mikroprocesor koristi kao procesor naziva se mikroraunar. Osnovne jedinice raunara su: 4

1. 2. 3. 4.

procesor, memorijska jedinica (operativna memorija), ulazna jedinica, izlazna jedinica.

Osnovna arhitektura raunara je prikazana na sljedeoj slici.

Memorijska jedinica (memorija)

Ulazna jedinica

Procesorska jedinica (procesor)

Izlazna jedinica

tok instrukcija i podataka upravljaki signali direktan (tzv. DMA) pristup memoriji

Ulazna jedinica slui za unoenje podataka i programa. Izlazna jedinica se koristi za davanje rezultata obrade korisniku u onom obliku koji je najpogodniji za koritenje. Procesor izvrava programe, obrauje podatke i upravlja svim ostalim elementima u raunaru i raunarskom sistemu. Memorijska jedinica se koristi za pamenje, tj. memorisanje podataka koji se obrauju, meurezultata i konanih rezultata. U ovu jedinicu se takoe unose i programi koje procesor onda oitava iz memorijske jedinice i izvrava. Zbog toga se ova memorija naziva operativna memorija, i tei se ka tome da ona bude to je mogue vea. Tada se u nju mogu smjestiti cijeli programi i svi potrebni podaci, to uveliko ubrzava izvravanje programa i obradu podataka, za razliku od situacije kada se zbog manje memorije u nju unosi dio po dio programa koji se izvrava i podataka, to uveliko usporava rad. Za prenoenje velikih koliina podataka i programa koristi se direktan pristup memoriji, tzv. DMA (Direct Memory Access) prenos. RAUNARSKI SISTEM Raunarski sistem ini raunar povezan sa odgovarajuim perifernim jedinicama koji posjeduje odgovarajuu programsku podrku, tj. odgovarajue programe. Ako se u njegovom sastavu nalazi mikroraunar, onda se on naziva mikroraunarski sistem. 5

Po arhitekturi razlikuju se dva tipa raunarskih sistema: 1. raunarski sistem opte namjene, 2. specijalizovani raunarski sistem. Raunarski sistemi opte namjene koriste se u razliitim primjenama opteg tipa kao to su prorauni, obrade podataka razliite vrste (ekonomskih, komercijalnih, itd.), zatim tehniki prorauni i razliite vrste projektovanja pomou raunara u razliitim oblastima. Takav raunarski sistem se sastoji od raunara, perifernih jedinica i odgovarajuih programa. Opta arhitektura raunarskog sistema opte namjene je prikazana na sljedeoj slici.

Raunar

Ulazne periferne jedinice Izlazne periferne jediniceUlazno/izlazne periferne jedinice

Specijalizovani raunarski sistem je prilagoen i namijenjen za odreene specifine primjene. Najee se radi o primjenama u upravljanju objektima, procesima, mainama, uredjajima ili u specifinim oblastima obrade podataka. Kod ovakvih sistema najee se radi u tzv. realnom vremenu, gdje se uzimaju informacije od objekta ili procesa upravljanja koje se obrauju i na osnovu njih istovremeno generiu signali za upravljanje. Sve se to realizuje u skladu sa odraenim algoritmom upravljanja. Zbog toga ovakvi sistemi posjeduju odreene senzorske elemente i sklopove ili jedinice preko kojih se dobivaju informacije od procesa ili objekta upravljanja, kao i odgovarajue upravljake elemente i sklopove ili jedinice pomou kojih se upravlja procesom ili objektom upravljanja. Osnovna arhitektura specijalizovanog raunarskog sistema je prikazana na sljedeoj slici.

Senzorna jedinicaObjekat ili proces upravljanja

RaunarUpravljaka jedinica

Ulazne periferne jedinice Izlazne periferne jediniceUlazno/izlazne periferne jedinice

6

PERIFERNE JEDINICE RAUNARSKIH SISTEMAPeriferne jedinice su ureaji koji se koriste u raunarskim sistemima za unoenje podataka i programa i upravljanje sistemom, zatim za davanje i prikazivanje rezultata u najpogodnijem obliku, te za memorisanje velikih koliina podataka i programa. Krae reeno, one slue za ostvarivanje veze i komunikacije izmeu korisnika i raunarskog sistema, za povezivanje i komunikaciju izmeu raunarskog sistema i okoline, te za memorisanje velikih koliina podataka i programa. Postoji praktino veliki broj razliitih perifernih jedinica koje se mogu svrstati, prema funkciji koju obavljaju, u tri grupe: 1. ulazne periferne jedinice, 2. izlazne periferne jedinice, 3. ulazno-izlazne periferne jedinice

ULAZNE PERIFERNE JEDINICE Funkcija ulaznih perifernih jedinica je da obezbijede mogunost unoenja podataka i programa i mogunost upravljanja radom raunarskog sistema. Neke od ulaznih perifernih jedinica vre tzv. analogno-digitalnu konverziju (krae A/D konverziju), odnosno pretvaraju ulazne podatke iz analognog u digitalni oblik. Prirodni procesi se uglavnom odvijaju analogno. Npr. temperatura se mijenja analogno i mjeri se u stepenima. Da bi mogle te informacije o promjenama temperature da se koristite u raunaru, njih se mora pretvoriti u digitalne podatke. To realizuju A/D konvertori. Najee koritene i uobiajene ulazne periferne jedinice su: Tastatura Tastatura je u stvari skup tastera postavljenih na jednoj podlozi pomou kojih se unose podaci alfanumerikog tipa. Tako se u raunar unose podaci i programi. Pomou tastature se takoe upravlja radom raunara i raunarskog sistema. Mi Mi je ulazna jedinica koja se koristi za olakavanje i ubrzavanje upravljanja radom raunara. On olakava i ubrzava rada na raunaru u odnosu na rad sa tastaturom. Mi se najee koristi za bre biranje opcija iz grafikih menija pritiskom na samo jednu tipku to znatno olakava i ubrzava rad. Grafika tabla Ona omoguava da se u raunar unose podaci predstavljeni u obliku crtea, grafikona ili dijagrama. Dosta se koristi u projektnim biroima u razliitim oblastima, pri emu se pomijeranjem grafikog pera na tabli mogu u raunar unositi crtei, tj. gotovi dijagrami, nacrti, grafikoni i dr. Skener Skener omoguava da se u raunar unose podaci u obliku gotovih slika, fotografija i sl. Pri tome se slika skenira i pretvara u take i to od gornjeg lijevog ugla do donjeg desnog ugla. Svaka taka se pretvara u digitalni podatak. Na taj nain se vri digitalizacija slike.

7

Video kamera Video kamera je ureaj koji uz dodatne sklopove vri digitalizaciju pokretne slike, odnosno video signala. Pomou nje se podaci takvog tipa unose u raunar. Mikrofon Pomou mikrofona i dodatnih sklopova se vri digitalizacija zvuka, odnosno audio signala. Tako se podaci oblika audio signala unose u raunar.

IZLAZNE PERIFERNE JEDINICE Funkcija izlaznih perifernih jedinica je davanje odnosno prikazivanje rezultata obrade podataka u raunaru u eljenom i najpovoljnijem obliku za korisnika. One digitalne podatke pretvaraju u znakove, crtee, analogne signale i sl. To znai da neke od njih vre digitalno-analognu konverziju (D/A konverzija). Uobiajene i najee koritene izlazne periferne jedinice su: tampa On slui za dobivanje rezultata obrade u tampanom obliku. tampa rezultate u alfanumerikom obliku, a nekad i u grafikom. Postoji vie razliitih tipova tampaa. Razlikuju se po brzini i nainu tampanja. Slue za dobijanje trajnih ili tzv. tvrdih kopija rezultata, meurezultata ili konanih rezultata obrade u raunaru. Najee se koriste: 1. spori tampai koji tampaju znak po znak i koriste se za tampanje manjih koliina podataka jer su najjeftiniji, 2. brzi tampai ili tzv. linijski tampai koji tampaju liniju po liniju i koriste se tamo gdje se tampaju velike koliine podataka, 3. laserski tampai koji su relativno brzi i jeftini, a kvalitet tampanja je jako dobar. Video monitor To je monitor, uglavnom sa katodnom cijevi, koji se koristi za privremeno prikazivanje meurezultata i rezultata kao i za praenje rada sistema. To su danas uglavnom grafiki kolor monitori. Postoje i koriste se i tzv LCD i TFT video monitori. Ploter Ploter je ureaj za crtanje, tj. ureaj koji se koristi za crtanje pomou raunara i omoguava da se rezultati obrade podataka dobiju u obliku crtea, dijagrama, skica i sl. Kod klasinih plotera crtanje se vri pomou pera na papiru. Pera mogu biti razliite boje, a kreu se i po x i po y osi tako da se moe nacrtati odreeni lik. Njihova primjena je takoe masovna u biroima za projektovanje. Praktino postoje tzv. ravni ploteri i ploteri sa valjkom. Sve vie se koriste i foto ploteri. Zvunik Pomou zvunika i dodatnih sklopova se vri reprodukcija zvuka, odnosno audio signala sa raunara. Tako se digitalni rezultati obrade pretvaraju u zvune signale.

8

Video projektor Video projektor je ureaj pomou kojeg se digitalni rezultati obrade pretvaraju u pokretne slike, tj. video signale. Operaterska konzola Ona se koristi u velikim raunarskim sistemima da bi operater koji je zaduen za rad sistema mogao preko nje upravljati radom sistema i pratiti rad sistema. Ona se u principu sastoji od tastature, mia, video monitora i tampaa. Preko tastature i mia operater upravlja radom sistema. tampa i video monitor imaju funkciju izlaznog ureaja za prikazivanje rezultata i stanja raunarskog sistema. Korisniki terminal Kod velikih raunarskih sistema obino postoji vie korisnika. Svaki korisnik upotrebljava za rad tzv. korisniki terminal. Korisniki terminal se uglavnom sastoji od tastature, mia i video monitora. Pomou tastature i mia korisnici unose podatke, razvijaju svoje programe, izvravaju svoje programe i upravljaju radom sistema. Na monitoru se prate rezultati rada i obrade i stanje sistema.

ULAZNO-IZLAZNE PERIFERNE JEDINICE Pod ovim nazivom se najee podrazumijevaju periferne jedinice koje se koriste za memorisanje velikih koliina podataka i programa. To su tzv. periferne ili sekundarne memorije. U tim memorijama se uvaju podaci, meurezultati, konani rezultati, a takoe i programi i to kako oni za rad sistema (sistemski programi) tako i korisniki (aplikativni) programi. Da bi se neki program u raunaru mogao izvriti on se prvo mora iz sekundarne memorije prebaciti u operativnu memoriju, te nakon toga izvravati iz operativne memorije. Kao ulazno-izlazne periferne jedinice u praksi se najee koriste memorije magnetnog tipa tzv. povrinske magnetne memorije. One koriste tanke magnetne povrine nanesene na odgovarajue nosae, a memorisanje se vri u magnetnim povrinama. Ove periferne jedinice su tzv. elektromehaniki ureaji gdje se uz koritenje odreenih elemenata za upravljanje ostvaruje mogunost i upisivanja i oitavanja podataka. Za upisivanje i oitavanje se koriste tzv. magnetne glave. U zavisnosti od oblika nosaa magnetne povrine postoji nekoliko razliitih konstrukcija ovih perifernih jedinica. Poznate su pod nazivima: magnetni dobo (bubanj, cilindar), magnetni disk, magnetna traka, magnetna disketa, magnetna kaseta i dr. Magnetni diskovi i diskete se najee koriste kod malih raunarskih sistema i raunara, dok se kod velikih raunarskih sistema koriste magnetni doboi, trake i kasete. Glavne prednosti i razlozi koritenja ovakvih perifernih jedinica su veliki kapacitet i niska cijena. Nedostatak je mala brzina rada. Pored ulazno-izlaznih perifernih jedinica magnetnog tipa u praksi se sve vie koriste ovakve jedinice drugih tipova. Tu spadaju ulazno-izlazne jedinice optikog tipa, kod kojih se za upisivanje i oitavanje koriste optiki signali, odnosno laserski signal. To su tzv. kompaktni diskovi, odnosno CD I DVD uredjaji. Zatim, sve vie se koriste ulazno-izlazne jedinice poluprovodnikog tipa, tzv. fle memorije, odnosno fle memorijski stikovi.

9

TIPOVI RAUNARA I RAUNARSKIH SISTEMAU praksi se koriste i postoje razliiti tipovi raunara i raunarskih sistema, sa razliitim arhitekturama. Postoje razliite mogue klasifikacije tipova raunara i raunarskih sistema, u zavisnosti od kriterijuma na osnovu kojih se vri klasifikacija, odnosno od aspekta sa kojeg se posmatra sistem. Neke od moguih klasifikacija su: 1. 2. 3. 4. 5. 6. klasifikacija prema aplikacionom stanovitu, klasifikacija prema funkcionalnom stanovitu, klasifikacija prema broju procesora, klasifikacija prema toku instrukcija i toku podataka, klasifikacija prema putevima prenosa podataka, klasifikacija prema promjenjivosti strukture.

KLASIFIKACIJA PREMA APLIKACIONOM STANOVITUTo je klasifikacija prema oblasti primjene raunara i raunarskih sistema, a prema njoj uglavnom postoji podjela na sljedee tipove: 1. 2. 3. 4. 5. sistemi za upravljanje procesima, poslovno orijentisani sistemi, nauno-tehniki sistemi, udaljeni serijski sistemi, sistemi za prikupljanje podataka

Sistemi za upravljanje procesima Takvi sistemi spadaju u specijalizovane raunarske sisteme i koriste se za upravljanje odreenim procesom ili objektom i potpuno su prilagoeni konkretnoj primjeni. Njihov i hardver i softver je projektovan i realizovan samo za konkretnu primjenu. To su uglavnom uvijek sistemi za rad u tzv. realnom vremenu, to znai da sistem funkcionie istovremeno dok se odvija proces kojim on upravlja. On dobija informacije od procesa i upravlja odvijanjem tog procesa u isto vrijeme dok se proces odvija. Zbog toga takvi sistemi moraju imati kratko vrijeme odziva, tj. moraju da u kratkom vremenu reaguju na promjene u odvijanju procesa. Takoe, vrijeme odziva mora biti garantovano to znai da mora biti manje od nekog maksimalno dozvoljenog da bi se adekvatno moglo uticati na proces. Kod ovih sistema se zahtijeva i velika pouzdanost rada sistema, naroito ako se radi o sistemima koji upravljaju skupim ili opasnim procesima ili onim procesima koji se ne mogu ponoviti te se mora obezbijediti da raunar i sistem stalno funkcionie. Opta arhitektura sistema za upravljanje procesima je principijelno ista kao i kod specijalizovanih raunarskih sistema i prikazana je na sljedeoj slici.

Senzorna jedinicaObjekat ili proces upravljanja

RaunarUpravljaka jedinica10

Periferne jedinice

Kod ovakvih raunarskih sistema dobivene informacije od senzorskih jedinica raunar obrauje prema odgovarajuem upravljakom algoritmu i produkuje odreene upravljake informacije koje preko upravljakih jedinica generiu signale za upravljanje procesom ili objektom.

Poslovno orjentisani sistemi To su raunarski sistemi koji se uglavnom koriste za obradu velikih koliina podataka, uglavnom komercijalnog ili ekonomskog tipa (kao to je npr. jedan bankarski sistem). Takvi sistemi spadaju u sisteme opte namjene. Na takvom sistemu istovremeno radi vie korisnika preko svojih korisnikih terminala, a svi korisnici koriste isti softver za odreenu poslovnu primjenu. Vie korisnika radi istovremeno na istom raunaru, odnosno na istom procesu, a to je omogueno odreenim nainom upravljanja i izvravanja korisnikih programa. Iako svi korisnici koriste isti raunar i isti procesor, oni imaju osjeaj da svi istovremeno rade i koriste raunar sami za sebe. Meutim, stvarno raunar, odnosno procesor, izvrava uzastopno dio po dio programa svakog korisnika. To se realizuje zahvaljujui velikoj brzini rada procesora, tj. velikom brzinom se izvrava dio po dio programa svakog korisnika u kratkim vremenskim intervalima, tako da svi korisnici imaju osjeaj da stalno koriste raunar i da se svi programi stalno izvravaju. Takav nain rada je mogue realizovati na dva naina koji se nazivaju: 1. multiprogramiranje, 2. raspodjela vremena. Kod multiprogramiranja operativni sistem rasporeuje redoslijed izvravanja pojedinih korisnikih programa i vremensku duinu izvravanja tih programa uzimajui u obzir mogue prioritete meu programima, zahtjeve za koritenje pojedinih perifernih jedinica, pojedinih programa i podataka. Tu nije fiksan ni redoslijed ni vrijeme izvravanja ve se oni definiu na osnovu konkretnih uslova sa namjerom da se izvri optimizacija rada i to vie skrati vrijeme izvravanja svih programa. Takav nain rada se danas uglavnom koristi u viekorisnikim sistemima i naziva se multiprogramiranje. Kod rada sa raspodjelom vremena svakom korisniku je dodijeljen fiksni vremenski interval za izvravanje dijela njegovog programa, a fiksan je i raspored (redosled) izvravanja programa vie korisnika. Ovaj nain rada je koriten kod starijih generacija raunara jer ga je jednostavno organizovati. Meutim, on nije optimalan jer korisnici ekaju na svoj redoslijed u izvravanju, a gubi se vrijema ako neki korisnik nije aktivan. Opta arhitektura poslovno orijentisanih sistema je principijelno ista kao i kod raunarskih sistema opte namjene i prikazana je na sljedeoj slici.Korisniki terminal 1

Korisniki terminal 2

Raunar

Zajednike periferne jedinice

Korisniki terminal n

11

Nauno-tehniki sistemi Nauno-tehniki raunarski sistemi su vrlo slini poslovnoorijentisanim sistemima i spadaju u raunarske sisteme opte namjene. Meutim, koriste se za sloene naunotehnike proraune i projektovanje pomou raunara u razliitim oblastima. Po arhitekturi i nainu funkcionisanja takvi sistemi su u principu isti kao i poslovnoorijentisani sistemi. Razlika je u tome to svaki korisnik razvija i izvrava posebno svoj vlastiti, isto namjenski program u skladu sa vlastitom primjenom, tj. problemom koji rjeava.

Udaljeni serijski sistemi Udaljeni serijski raunarski sistemi su sistemi kod kojih se korisnici i pojedini periferni ureaji nalaze na veoj udaljenosi od glavnog raunara. U takvim sistemima se pored glavnog raunara najee koristi jedan poseban komunikacioni raunar, koji je mnogo jeftiniji i jednostavniji, s obzirom na svoju funkciju, od samo glavnog raunara. Taj komunikacioni raunar je povezan sa glavnim raunarom brzom komunikacionom serijskom vezom. Opta arhitektura udaljenog serijskog raunarskog sistema prikazana je na sljedeoj slici.



Komunikacioni raunar

Raunar

Periferne jedinice


Periferne jedinice

brza komunikaciona serijska veza (najee realizovana PTT linijama)

Sistemi za prikupljanje podataka To su raunarski sistemi koji se koriste za prikupljanje i obradu podataka, ali se prikupljaju podaci koji se ne obrauju istovremeno kad se i prikupljaju, tj. nije rad u realnom vremenu. Takvi sistemi prikupljaju podatke iz okoline, formatiraju ih i smjetaju u perifernu memoriju. Ovi sistemi obino koriste dva procesora, tako da jedan vri prikupljanje podataka i njihovo upuivanje i upisivanje u vanjsku (perifernu) memoriju, a drugi procesor vri obradu tih podataka iz vanjske memorije. Opta arhitektura raunarskog sistema za prikupljanje podataka je prikazana na sljedeoj slici.

12

Senzorski elementiProcesor za prikupljanje podataka Procesor za obradu podatakaPeriferne jedinice

Ulazne periferne jedinice

Vanjska memorija

RAUNAR

KLASIFIKACIJA PREMA FUNKCIONALNOM STANOVITUOvdje se radi o klasifikaciji tipova raunara i raunarskih sistema prema funkcionalnosti, raspoloivosti i pouzdanosti rada sistema. Prema tom stanovitu sistemi se uglavnom dijele na: 1. 2. 3. 4. 5. 6. simpleksni sistemi, simpleksni sistemi sa izdvojenim komunikacionim procesorom, simpleksni sistemi sa izdvojenim komunikacionim i procesorom za upravljanje podacima, master slejv sistemi, dualni i dupleksni sistemi, distribuirani sistemi.

Ovakva podjela se vri prema tome koliko sistem ispunjava svoju funkciju i koliko pouzdano funkcionie, tj. kolika je mogunost otkaza.

Simpleksni sistemi To su raunarski sistemi kod kojih ne postoji nikakvo dupliranje, niti u pogledu softvera niti u pogledu hardvera. Kod njih su sve softverske, hardverske i komunikacione funkcije jedinstvene i skoncentrisane na jednom mjestu, tj. u jednom raunaru. To znai da u sistemu postoji jedan raunar, jedan operativni sistem i sl., te kad jedan dio otkae ne postoji drugi da ga zamijeni. Znai da su to sistemi bez redundanse. Pojavom greke u hardveru, softveru ili komunikacijama dolazi do otkaza itavog sistema. U sutini to su raunarski sistemi opte namjene ili specijalizovani u kojim nema nikakvih rezervnih hardverskih niti softverskih elemenata, te je u principu arhitektura ovakvih sistema ista kao kod sistema opte namjene ili specijalizovanih sistema.

Simpleksni sistemi sa izdvojenim komunikacionim procesorom Poto se u raunarskim sistemima najvie vremena gubi na komunikaciji izmeu korisnikih terminala (korisnika) i perifernih jedinica i raunara, da bi se ubrzao rad sistema esto se koristi dodatni, tzv. komunikacioni procesor. Komunikacionom procesoru se dodjeljuju svi poslovi vezani za komunikaciju sa korisnicima. Na taj nain se glavni procesor oslobaa tih aktivnosti i posveuje se izvravanju korisnikih programa, ime se poveava ukupna brzina rada raunara. Veza izmeu 13

komunikacionog procesora i glavnog procesora, odnosno raunara je brza serijska veza ili paralelna veza. Opta arhitektura takvog raunarskog sistema je prikazana na sljedeoj slici.Korisniki terminal 1


Komunikacioni procesor

Raunar


Periferne jedinicespore serijske veze

brza serijska ili paralelna (linija)veza

Simpleksni sistemi sa izdvojenim komunikacionim i procesorom za upravljanje podacima Kod ovakvog raunarskog sistema je pored komunikacionog procesora uveden i izdvojen i procesor za upravljanje podacima, odnosno vanjskom memorijom. Tako se glavni procesor oslobaa i poslova upravljanja vanjskom memorijom i koristi samo za izvravanje korisnikih programa, te je tako jo vie poveana brzina funkcionisanja itavog sistema. Opta arhitektura takvog raunarskog sistema je prikazana na sljedeoj slici.Korisniki terminal 1


Komunikacioni procesor

Raunar

Procesor za upravljanje podacima

Vanjska memorija


Periferne jedinicespore serijske veze

brza serijska ili paralelna (linija)veza

Masterslejv sistemi Kod masterslejv sistema se koriste dva procesora, jedan je tzv. master procesor (master - glavni procesor), a drugi je tzv. slejv procesor (slave - pomoni procesor). Glavni procesor upravlja korisnikim terminalima, perifernim jedinicama, redoslijedom izvravanja korisnikih programa, tj. radom sistema. Pomoni procesor izvrava samo korisnike programe i na taj nain se poveava brzina funkcionisanja sistema. 14

Opta arhitektura takvog raunarskog sistema je prikazana na sljedeoj slici.Korisniki terminal 1


Glavni (master) procesor

Pomoni (slejv) procesor


Periferne jedinice

Dupleksni i dualni sistemi To su sistemi kod kojih se koriste dva raunara, te se na taj nain poveava pouzdanost rada itavog sistema i njegova raspoloivost. Kod dupleksnog sistema drugi (rezervni) raunar slui kao tzv. vrua rezerva i moe da obavlja neke druge funkcije razliite od funkcija koje obavlja prvi (glavni) raunar. Tek kada doe do otkaza glavnog raunara njegove funkcije preuzima rezervni raunar. Medjutim, to preuzimanje funkcija (odnosno tzv. oporavak od greke) nije trenutno jer je potrebno odreeno vrijeme da rezervni raunar preuzme funkcije glavnog raunara. Kod dualnog sistema oba raunara funkcioniu istovremeno i obavljaju iste funkcije sve vrijeme rada. U sluaju otkaza glavnog raunara rezervni raunar nastavlja da normalno funkcionie. To znai da je oporavak od greke trenutan i da je tu pouzdanost rada i raspoloivost sistema najvea. U nekim sistemima gdje je potrebna jo vea pouzdanost i sigurnost rada koriste se tri raunara. To omoguava provjeru ispravnosti rada raunara, tj. da li sluajno neki od njih ne funkcionie ispravno, uporeivanjem rezultata rada sva tri raunara po veinskoj logici na principu dva prema jedan.

Distribuirani sistemi To su raunarski sistemi kod kojih se koristi vie procesora, odnosno vie raunara, a koji su meusobno povezani i istovremeno izbravaju programe. Razlozi koritenja takvih sistema su poveanje brzine rada, poveanje pouzdanosti rada i mogunost koritenja zajednikih programa, podataka i perifernih jedinica. Ovakvi raunarski sistemi se dijele u dvije grupe: 1. multiraunarski sistemi, 2. mree raunara. Multiraunarski sistemi Multiraunarski sistemi su sistemi koji koriste vie raunara meusobno povezanih brzim paralelnim vezama, a koji se fiziki nalaze na malom rastojanju od nekoliko centimetara do nekoliko decimetara, i obino su smjeteni u jednom kuitu. Svi raunari obino sarauju na obavljanju 15

odreene funkcije. Razlog koritenja ovakvih sistema je prije svega poveanje brzine rada, a istovremeno se poveava i pouzdanost sistema. Postoje tri osnovna naina meusobnog povezivanja raunara u takvim sistemima: 1. koritenje zajednike magistrale, 2. koritenje komunikacione matrice, 3. koritenje memorijskih i U/I jedinica sa vie pristupa. Zajednika magistrala (ili zajednika sabirnica) je jedan paralelni prenosni put, odnosno, skup paralelnih provodnika preko kojih se prenose podaci. Kod takvog naina povezivanja svi raunari i sve zajednike jedinice (memorijske i ulazno-izlazne) su povezane na zajedniku magistralu. Opta arhitektura raunarskog sistema sa zajednikom magistralom je prikazana na sljedeoj slici.

Raunar 1

Raunar 2

Raunar n

Zajednike memorijske jedinice

Zajednike U/I jedinice

Zajednika sabirnicaOvo je najjednostavniji i najjeftiniji nain povezivanja. Ali, njegov nedostatak je manja brzina rada jer se svi prenosi podataka vre preko jedne (zajednike) magistrale, a ona doputa samo jedan prenos u samo jednom smijeru u jednom trenutku. To znai da raunari moraju ekati da magistrala bude slobodna da bi se prenos mogao izvriti, to utie na smanjenje brzine rada. Komunikaciona matrica (ili komutaciona matrica) se sastoji od skupa prekidaa ili komunikacionih (komutacionih) elemenata rasporedjenih u obliku matrice. Ona omoguava istovremno uspostavljanje vie veza, tj. vie istovremenih prenosa podataka. Tako je brzina rada, tj. prenosa podataka jako poveana i najvea, ali je i sloenost i cijena sistema najvia. Opta arhitektura raunarskog sistema koji koristi komunikacionu maticu je prikazana na sljedeoj slici.Zajednika memorijska jedinica Zajednika memorijska jedinica Zajednika memorijska jedinica Zajednike U/I jedinice

Raunar

Raunar


Raunar


16

Na ovaj nain se uglavnom realizuju veliki, brzi raunari, tzv. super raunari. Koriteni komunikacioni (komutacioni) elementi su takoe vrlo sloeni i zahtijevaju sloeno upravljanje pa su takvi sistemi vrlo sloeni i skupi. Memorijske i U/I jedinice sa vie pristupa omoguavaju uspostavljanje vie direktinih veza izmeu raunara i zajednikih memorijskih i U/I jedinica i to tako da postoji direktna veza izmeu svakog raunara i svake zajednike jedinice. Po sloenosti, cijeni i brzini rada ovakav nain organizacije sistema spada izmeu prethodna dva tipa multiraunarskih sistema. Opta arhitektura takvog raunarskog sistema je prikazana na sljedeoj slici.

Raunar

Raunar

RaunarZajednike U/I jedinice

Zajednika memorijska jedinica





Mree raunara Mree raunara su raunarski sistemi kod kojih se koristi vie raunara iz meusobno udaljenih mjesta, od nekoliko metara do nekoliko stotina kilometara, koji su meusobno povezani serijskim komunikacionim vezama. Svaki raunar u mrei funkcionie nezavisno sa svojim lokalnim programima, podacima i lokalnim perifernim jedinicama. Meutim, postoji mogunost razmjene podataka, programa i koritenja zajednikih perifernih jedinica izmedju raunara u takvoj mrei. Serijska veza u takvoj mrei moe da bude ostvarena pomou para provodnika, telefonske linije, koaksijalnog kabla, optikog kabla, radio putem i sl. Osnovni problem u ovakvoj mrei je spor prenos podataka, tj. spora komunikacija izmeu raunara. Prednosti i razlozi koritenja su mogunosti koritenja istih programa, podataka i perifernih jedinica. Raunarske mree se mogu posmatrati s obzirom na nain medjusobnog povezivanja raunara i s obzirom na meusobnu udaljenost raunara u raunarskoj mrei. S obzirom na osnovni nain povezivanja, odnosno najee koritene strukture mree, raunarske mree se dijele na raunarske mree sljedeih tipova koji su poznati pod nazivima: 1. 2. 3. 4. zvijezda, prsten, zajednika magistrala, potpuno povezana mrea.

17

Zvijezda je tip strukture raunarske mree kod koje se koristi jedan centralni, komunikacioni raunar na koga su povezani svi ostali raunari. Opta arhitektura takve raunarske mree je prikazana na sljedeoj slici.

RaunarCentralni raunar

Raunar

Raunar

Raunar

Raunar

Prednost ove strukture je vea brzina komunikacije izmedju raunara. Nedostatak je vea sloenost i cijena jer je potreban jo jedan dodatni (komunikacioni) raunar, koji se obino naziva server. Prsten je tip strukture mree raunara u kojoj su svi raunari medjusobno povezani u obliku jednog prstena, tj. ne postoji centralni raunar. Opta arhitektura raunarske mree tipa prsten je prikazana na sljedeoj slici. Problem i nedostatak u ovakvoj raunarskoj mrei je u tome to se komunikacija izmedju raunara ostvaruje samo po prstenu. Zbog toga postoji problem u komunikaciji nesusjednih raunara koja se odvija preko raunara posrednika, to usporava rad itavog sistema posebno ako se radi o veem broju raunara u mrei.

Raunar Raunar RaunarZajednika magistrala je struktura raunarske mree u kojoj se koristi zajednika serijska veza (serijska zajednika magistrala ili sabirnica) na koju su paralelno vezani svi raunari. Takvo povezivanje je najjednostavnije i najjeftinije, ali je problem mala brzina prenosa podataka preko magistrale i mala brzina rada itavog sistema. Opta arhitektura raunarske mree tipa zajednika magistrala je prikazana na sljedeoj slici.

Raunar

Raunarzajednika magistrala

Raunar

Raunar18

Raunar

Potpuno povezana mrea je raunarska mrea kod koje postoje posebne direktne veze izmeu svaka dva raunara. Ona omoguava postizanje najvee brzine komunikacije izmedju raunara i najveu brzinu rada takvog sistema. Medjutim, to je najsloenija i najskuplja struktura mree. Zbog toga se u praksi u komercijalne svrhe vrlo rijetko koristi. Opta arhitektura raunarske mree tipa potpuno povezana mrea je prikazana na sljedeoj slici.

Raunar Raunar Raunar Raunar

S obzirom na medjusobnu udaljenost raunara u raunarskoj mrei, odnosno s obzirom na prostor koji mree obuhvataju, raunarske mree se dijele na mree sljedeih tipova koje su poznate pod skraenim nazivima: 1. 2. 3. 4. mrea LAN tipa, mrea MAN tipa, mrea WAN tipa, INTERNET mrea.

Mrea LAN tipa (Local Area Network) je tzv. lokalna mrea raunara. Raunari se nalaze u jednoj prostoriji ili zgradi, tj. na manjoj udaljenosti (do nekoliko stotina metara). Veza izmedju raunara se ostvaruje najee parom provodnika ili koaksijalnim kablom. Mrea MAN tipa (Metropolitan Area Network) je tzv. gradska mrea raunara. Takva mrea se formira na nivou grada ili dijela grada, tj. na udaljenosti raunara do nekoliko kilometara. Obino je to mrea sastavljena od vie mrea LAN tipa. Veze u takvoj mrei (izmedju LAN mrea) se obino ostvaruju pomou optikog kabla, odnosno telekomunikacionih (telefonskih) veza. Mrea WAN tipa (Wide Area Network) je tzv. raunarska mrea regionalnog tipa ili tzv. raunarska mrea ireg podruja. Ona obino obuhvata vie gradova, iru regiju, pa ak i vie drava. Raunari se nalaze na udaljenosti do nekoliko stotina kilometara i povezani su telefonskim linijama, optikim kablom ili radio putem. Obino je to mrea sastavljena od vie mrea MAN tipa. INTERNET mrea je tzv. globalna ili svjetska mrea raunara. Ona obuhvata praktino mreu raunara na povrini cijele Zemlje, odnosno iz cijelog svijeta. Sastoji se od povezanih raunarskih mrea WAN tipa. Veze se ostvaruju putem telekomunikacionih (telefonskih) linija ili satelitskih veza.

KLASIFIKACIJA PREMA BROJU PROCESORAPo ovoj klasifikaciji raunarski sistemi se mogu podijeliti na sisteme sa jednim procesorom i sisteme sa vie procesora.

19

Sistemi sa jednim procesorom Osnovna arhitektura raunara i raunarskog sistema je arhitektura u okviru koje se koristi jedan procesor. Takvi su bili svi raunari na poetku, a i danas veliki broj savremenih raunara koristi samo jedan procesor. Jedan procesor izvrava sve funkcije, a uglavnom se koristi multiprogramski princip rada gdje vie korisnika radi na istom raunaru. Da bi se procesor oslobodio poslova komunikacije sa korisnicima i perifernim jedinicama na emu gubi najvie vremena i da bi mogao maksimalnom brzinom izvravati korisnike programe kod nekih raunara, a to je poelo od II generacije raunara, uvodi se jo jedan, poseban procesor, tzv. periferni procesor ili U/I procesor. Taj procesor se korisi za realizovanje svih komunikacija sa korisnicima i perifernim jedinicama, odnosno za sve U/I prenose. Ovaj procesor izvrava posebne ulaznoizlazne programe, tzv. drajvere za U/I prenose uredjaje, dok za to vrijeme centralni procesor izvrava korisnike programe. Periferni ili ulaznoizlazni procesori se esto nazivaju U/I kanalima. Postoje dva tipa U/I procesora, tj. U/I kanala: 1. multipleksorski kanali, 2. selektorski kanali. Multipleksorski kanali se koriste za komunikaciju sa sporim perifernim jedinicama kao to je tastatura, tampa i sl. Oni funkcioniu tako da istovremeno realizuju prenose sa vie perifernih jedinica na principu multipleksiranja. Selektorski kanali se koriste za komunikaciju sa brzim perifernim jedinicama kao to su magnetni diskovi, magnetni doboi i sl. Ovi kanali obezbjeuju istovremeno samo jedan prenosni put sa samo jednom perifernom jedinicom. Prvo realizuju kompletan prenos sa jednom perifernom jedinicom pa tek potom sa drugom. Opta arhitektura raunarskog sistema koji koristi U/I kanale prikazana je na sljedeoj slici.

U/I jedinicaMemorijska jedinicaU/I procesor (multipleksorski kanal)

periferna jedinica periferna jedinica periferna jedinica periferna jedinica periferna jedinica periferna jedinica

U/I jedinica U/I jedinica U/I jedinica

Spore periferne jedinice

Centralni procesor

U/I procesor (selektorski kanal)

U/I jedinica U/I jedinica

Brze periferne jedinice

Sistemi sa vie procesora U takvim sistemima se koristi vie procesora prije svega za poveavanje brzine rada, a i za poveanje pouzdanosti i za mogunost koritenja zajednikih programa i podataka i perifernih jedinica. Takvi sistemi se meusobno razlikuju uglavnom prema nainu povezivanja izmeu procesora i prema njihovoj meusobnoj udaljenosti. 20

Sistemi sa vie procesora se dijele na tri tipa sistema: 1. vrsto spregnuti sistemi ili multiprocesorski sistemi, 2. umjereno spregnuti sistemi ili multiraunarski sistemi, 3. slabo spregnuti sistemi ili mree raunara. Ova podjela se vri, dakle, prema tome kako su procesori meusobno povezani (paralelno ili serijski), na kolikoj su meusobnoj udaljenosti i kako meusobno sarauju pri izvravanju programa. vrsto spregnuti sistemi (multiprocesorski sistemi) su raunarski sistemi kod kojih se koristi vie procesora meusobno povezanih paralelnim vezama i koji se nalaze na malim meusobnim rastojanjima (od nekoliko cantimetara do nekoliko decimetara), a mogu biti na jednoj tampanoj ploi ili u jednom kuitu. Pri izvravanju programa svi procesori meusobno surauju i mogu da izvravaju iste programe ili dijelove istog programa. Osnovni cilj koritenja ovakvih sistema je poveanje brzine rada raunara. Na ovakav nain se esto realizuje centralni procesor raunarskog sistema. To znai da postoje raunari kod kojih je procesor sastavljen iz vie procesora, pa ak i vie desetina procesora. Meusobno povezivanje procesora u takvim sistemima se moe ostvariti, slino kao kod multiraunarskih sistema, na tri naina: 1. koritenjem zajednike magistrale, 2. koritenjem komunikacione matrice, 3. koritenjem zajednikih memorijskih i U/I jedinica sa vie pristupa. Jedina razlika u odnosu na multiraunarski sistem je ta to se ovdje povezuju procesori, a ne raunari i to su sve memorijske i U/I jedinice zajednike za sve procesore. Opta arhitektura takvog sistema kod koga se koristi zajednika magistrala prikazana je na sljedeoj slici.Memorijske jedinice

Procesor 1

Procesor 2

Procesor n

U/I jedinice

zajednika magistralaI kod druga dva naina povezivanja (koritenjem komunikacione matrice ili koritenjem zajednikih memorijskih i U/I jedinica sa vie pristupa) eme su identine kao kod tako povezanih multiraunarskih sistema samo to se umjesto raunara povezuju procesori. Umjereno spregnuti sistemi (multiraunarski sistemi), kao i slabo spregnuti sistemi (mree raunara), opisani su ranije kada se govorilo o distribuiranim raunarskim sistemima .

KLASIFIKACIJA PREMA TOKU INSTRUKCIJA I TOKU PODATAKATo je klasifikacija koja se vri na osnovu odnosa izmeu programa koji se izvravaju (tzv. tok instrukcija) i podataka koji se pri tome koriste (tzv. tok podataka). Ova klasifikacija je u praksi poznata pod nazivom Flinova klasifikacija. Na osnovu te klasifikacije postoje etiri osnovna tipa raunarskih sistema poznatih pod skraenim oznakama: 21

1. 2. 3. 4.

sistemi SISD tipa, sistemi MISD tipa, sistemi SIMD tipa, sistemi MIMD tipa.

Sistemi SISD tipa (Single Instruction Stream, Single Data Stream) su raunarski sistemi kod kojih se jedan program (jedan tok instrukcija) izvrava nad jednim skupom podataka (jednim tokom podataka). U tu grupu spadaju svi standardni jednoprocesorski raunari. Sistemi MISD tipa (Multiple Instruction Stream, Single Data Stream) su raunarski sistemi kod kojih se istovremeno (paralelno) vie programa izvrava nad jednim skupom podataka. Tu spadaju neke specijalne arhitekture raunara, tzv. protoni raunari. Tu moe postojati i situacija da vie procesora izvrava vie programa nad jednim skupom podataka, pa se na taj nain poveava brzina rada. Sistemi SIMD tipa (Single Instruction Stream, Multiple Data Stream) su raunarski sistemi kod kojih se izvrava jedan program nad vie razliitih skupova podataka istovremeno, tj. paralelno. Tu takodje, spadaju neke specijalne arhitekture raunara, tzv. vektorski raunari. Sistemi MIMD tipa (Multiple Instruction Stream, Multiple Data Stream) su raunarski sistemi kod kojih se istovremeno (paralelno) izvrava vie razliitih programa nad vie razliitih skupova podataka. To su arhitekture raunara sa vie procesora gdje istovremeno vie procesora izvrava svoje vlastite programe i koriste svoje vlastite podatke.

22

Documents

ORT2 ETFBL Predavanja PrviDio