racunarski sistem

ФАКУЛТЕТ ЗА ИНДУСТРИЈСКИ МЕНАЏМЕНТ „УНИОН“ КРУШЕВАЦ

СЕМИНАРСКИ РАД

ПРЕДМЕТ: Комуникационе технологије

ТЕМА: Рачунарски систем и принцип програмског управљања

Студент : Професор:

Луковић Енес бр.инд. 46/2010 др. Зоран Николић

Врање , 2011 године

САДРЖАЈ

САДРЖАЈ..................................................................................................................................2

УВОД.........................................................................................................................................3

1. РАЧУНАРСКИ СИСТЕМ....................................................................................................4

2. УЛАЗНО-ИЗЛАЗНИ УРЕЂАЈИ..........................................................................................6

3. МЕМОРИЈЕ...........................................................................................................................8

3. 1. Унутрашње меморије.................................................................................................103. 1. 1. RAM меморија.....................................................................................................103. 1. 2. RОM меморија.....................................................................................................113. 1. 3. Кеш меморија......................................................................................................113. 1. 4. Асоцијативна меморија......................................................................................113. 1. 5. Виртуелна меморија...........................................................................................12

3. 2. Спољашне меморије...................................................................................................123. 2. 1. Хард диск.............................................................................................................123. 2. 2. Дискета.................................................................................................................133. 2. 3. Магнетна трака....................................................................................................143. 2. 4. Оптички дискови.................................................................................................143. 2. 5. Flash меморија.....................................................................................................15

4. ЦЕНТРАЛНИ ПРОЦЕСОР................................................................................................16

5. ПРИНЦИП ПРОГРАМСКОГ УПРАВЉАЊА.................................................................18

ЗАКЉУЧАК............................................................................................................................19

ЛИТЕРАТУРА.........................................................................................................................20

2

УВОД

Микрорачунар је урђај за обраду података или „аутоматску обраду података“. Често се за микрорачунар каже и да је то персонални рачунар. Ми ћемо тај уређај у даљем тексту једноставно звати рачунар.

Рачунар је електронски уређај који обрађује улазне информације и на основу њих формира излазне информације. Поступак добијања излазних информаија на основу улазних рачунару се задаје такође улазна информација у облику програма. Значи, програм је низ налога (наредби или инструкција) рачунару како да улазне податке трансформише у излазне.

Програми на основу којих рачунар обавља одређене послове називају се једним именом софтвер (software).

Рачунар као физички уређај у рачунарској терминологији назива се хардвер (hardware).

Пошто хардвер без софтвера неможе да ради, а софтвер је без хардвера неупотребљив, то тек хардвер и софтвер долазе до изражаја. Будући да хардвер и софтвер чине јединствен систем, то су у рачунарскох терминологији добили заједничко име рачунарски систем.

Рачунарски системи представљају машине које служе за обраду података. Они на основу скупа неких улазних података, које задаје корисник рачунарског система, генеришу скуп излазних података, који престављају резултат обраде. Улазни подаци представљају величине на основу којих се обавља решавање неког проблема.

Да би се рачунарски систем успешно користио он мора да има могућности да може да комуницира са корисником. Ово омогућују улазно-излазни уређаји који врше унос података у рачунар и приказ резултата обраде.

Део рачунара на коме се чувају подаци назива се меморија. Подаци у меморији рачунара чувају се у бинарном облику, односно у облику нула и јединица. Ово из разлога што се у електротехници лако могу распознати само два различита напонска стања – нема напона (придружује му се вредност 0) и има напона (придружује му се вредност 1). Меморија се састоји из меморијских ћелија. У савременим рачунарима меморијска ћелија има шеснаест, дридесет два или шездесет четири меморијска елемента.

Процесор је „Срце“ сваког рачунара у коме се обрађују сви подаци. Он се и назива и централни процесор (Central Processing Unit) односно скраћеницу CPU. Процесор треба да извршава инструкције које се налазе ускладиштене у оперативној меморији рачунара.

3

1. РАЧУНАРСКИ СИСТЕМ


Сваки рачунарски систем се садтоји од два подсистема и то:

хардверског подсистема и

софтверског подсистема.

Хардверски (Hardware) подсистем чини скуп свих механичких делова рачунара.

Софтверски (Software) подсистем чине сви рачунарски програми који су неопходни за рад рачунара.

Архитектура рачунарског система представља структуру и начин функционисања хардверског подсистема до нивоа који је потребан програмеру за писање програма на симболичком програмском језику (асемблеру).

Хардверски део рачунарског система (слика 1) чине:

улазно излазни уређаји,

оперативна меморија,

централни процесор и

секундарне меморије.

Слика 1. Хардверски део рачунарског система

4

Улазноизлазниуређаји

Улазноизлазниуређаји

Централни процесорЦентрални процесор

ОперативнамеморијаОперативна

меморија

СекундарнамеморијаСекундарна

меморија

Улазни подаци се помоћу улазних уређаја уносе у рачунарски систем и складиште у оперативну меморију. У оперативној меморији се налзе и програми који дефинишу рад рачунара. Програми су ускладиштени у виду појединачних инструкција, које се секвенцијално (један по један) учитавају у централни процесор где се извршавају. Те инструкције говоре процеору које операције треба да изврши и над којим подацима (који се такође налазе у оперативној меморији). Након обављене операције, процесор смешта резултате обраде назад у оперативну меморију. Како постоји интензивна комуникација између меморије и процесора, то оперативна меморија треба да се реализује тако да има што већу брзину приступа.

Како је оперативна меморија брза, скупа и ограниченог капацитета, погодно је да се сви подаци и програми, са којима рачунар тренутно не ради, складиште у екстерним меморијама које су спорије али знатно већег капацитета од оперативне меморије.

Резултати обраде приказују се кориснику помоћу улазних уређаја.

5

2. УЛАЗНО-ИЗЛАЗНИ УРЕЂАЈИ

Да би се рачунарски систем успешно користио он мора да има могућности да може да комуницира са корисником. Ово омогућују улазно-излазни уређаји (слика 2) који врше унос података у рачунар и приказ резултата обраде.

Слика 2. Улазно-излазни уређаји

У рачунару подаци који се обрађују представљени су у бинарно-кодираном формату. Периферне јединице приказују резултате обраде подацима разумљивим кориснику. Због тога, улазно-излазни уређаји морају да врше кодирање и декодирање података.

Улазно-излазне уређаје чине периферне јединице и улазно-излазни контролери и интерфејси.

Улазно-излазни контролери управљају преносом података између централне јединице и периферних уређаја.

6

У/И контролерУ/И контролер

интерфејсмеморија


Периферниуређај


СИСТЕМСКА МАГИСТРАЛАСИСТЕМСКА МАГИСТРАЛА

У/И МАГИСТРАЛАУ/И МАГИСТРАЛА





Улазно-излазни интерфејси су скупови електронских компоненти које омогућавају повезивање периферних уређаја на рачунар.

Улазно-излазни контролери и улазно-излазни интерфејси су повезани улазно-излазном магистралом.

У/И интерфејси могу бити стандардни ако се ради о стандардним прикључцима, и у том случају они су уграђени у рачунар. Ако е ради о нестандардним прикључцима онда они нису уграђени у рачунар него се израђују по посебним штампаним плочама.

Стандардни интерфејски могу бити серијски и паралелни:

Серијски интерфејси преносе податке бит по бит (серијски). Најпознатији серијски интерфејс је RS-232.

Паралелни интерфејси преносе податке паралелно и омогућују знатно већу брзину преноса од серијских.

7

3. МЕМОРИЈЕ

Део рачунара на коме се чувају подаци назива се меморија. Подаци у меморији рачунара чувају се у бинарном облику, односно у облику нула и јединица. Ово из разлога што се у електротехници лако могу распознати само два различита напонска стања – нема напона (придружује му се вредност 0) и има напона (придружује му се вредност 1). Меморија се састоји из меморијских ћелија. У савременим рачунарима меморијска ћелија има шеснаест, дридесет два или шездесет четири меморијска елемента. Најмања величина која се може сместити у једну ћилију јесте бит (скраћеница од Binary digit – бинарна цифра 0 или 1). Количина информација која се може сместити у осам меморијских ћелија назива се бајт (byte). Капацитет мемоије рачунара изражава се у бајтима, но како је то сувише мала јединица мере користе се и веће јединице. Веће јединице од бајта су: килобајт (1 Kb = 1024 bајта), мегабајт (1 MB = 1024 Kb = 1024 x 1024 bајта), гигабајт (1 Gb = 1024 MB = 1024 x 1024 x 1024 bајта) итд.

Меморије код рачунара се могу поделити на:

Унутрашње меморије (RAM, ROM, кеш меморија, асоцијативна меморија, виртуелна меморија, итд)

Спољашне меморије (хард диск, магнетна трака, оптички диск, дискета, flash меморија, итд)

У оперативној меморији се чувају улазни подаци, међурезултати и резултати обраде као и програми (системски и апликативни). Оперативна меморија се састоји од великог броја адресабилних меморијских ћелија има исту дужину од n бинарних цифара, па се у сваку меморијску ћелију може ускладиштити једна од 2n различитих комбинација бинарних цифара (0 или 1).

Тако, на пример, ако је n=3 садржај меморијске локације може бити једна од следећих 8 величина и то: 000, 001, 010, 011, 100, 101, 110, 111.

Да би се обогућио ефикасан механиза приступа садржају меморијских локација оне су нумерисане редним бројевима од 0 до m-1 (слика 3). Редни број ћелије представља адресу меморијске локације а укупа број локација представља капацитет меморије m.

У току извршавања неког програма, рачунар ради са веома виликим бројем података. Ако би се свим подацима приступило само помоћу адресне меморијске локације где се податак налази, сам посао писања рачунарских програма би био веома тежак. Да би се олакшао приступ подацима, у фази писања рачунарских програма, уводи се симболички начин означавања адреса меморијских ћелија.

8

Да бисмо лакше објаснили појам симболичке адресе предпостављамо да се при решавању неког проблема користи променљива Х, чија је тренутна вредност, на пример, 284 а која се налази у меморијској ћелији са адресом 46. ако сада адресу 46 означимо симболом Х и ако је симбол Х у једнозначној коресподенцији са датом адресом то се Х назива симболичком адресом .

0

1

2

3

.

.

.

m-2

m-1

Слика 3. Локације меморијских ћелија

У општем случају симбол Х може да означава било какав објеекат који је смештен у меморији, при чему он може да заузима једну или више меморијских ћелија.

Па пример, симбол Х може да означава променљиву која има вредност 1245 и која се налази, на пример у меморијској локацији са адресом 1986, а може и да означава скуп вредности {3, 6, 9, 1, 4} који је смештен у меморији почев од локације са адресом 1986 (слика 4).

0

.

1986 1245 X 3

1987 342 Y 6

1988 9 Z 9

. 1

. 4

Слика 4. Променљива у мероријској локацији

9

Да би се евидентирала веза између симбола и адресе на којој се налази вредност променљиве, преводиоци ра програмске језике ту везу нотирају у специјалној табели која се назива табела симбола.

Према томе сваком симболу придружене су две величине:

вредност симбола – представља адресу меморијске локације где се налази вредност променљиве и

вредност променљиве – представља садржај меморијске локације на коју указује вредност симбола.

На пример, табела симбола за меморију приказану на слици 4. представљена је сликом 5.

СИМБОЛ ВРЕДНОСТ

X 1986

Y 1987

Z 1988

Слика 5. Табела симбола за меморију приказану на слици 4.

3. 1. Унутрашње меморије

У унутрашње меморије спадају: RAM, ROM, кеш меморија, асоцијативна меморија, виртуелна меморија и друге меморије.

3. 1. 1. RAM меморија

RAM представља скраћеницу од енглеске рећи Random Access Memory и означава меморију са слободним приступом, из које се подаци могу читати, али и у коју корисник може уписивати податке. Оперативна меморија се реализује као RAM меморија. А неки је и зову корисничка меморија.

RAM меморија може бити статичка и динамичка. Статичка меморија временом не губи свој садржај, а садржај динамичке меморије мора повремено да се освежи.

Подаци уписани у RAM меморију губе се прекидом напајања рачунара електичном енергијом.

Изглед RAM меморије дат је на слици 6.

10

Слика 6. Изглед RAM меморије

3. 1. 2. R О M меморија

ROM меморија представља скраћеницу од енглеске речи Read Only Memory и означава врсту меморије из које се подаци могу само читати. У овој врсти меморија налази се системски програми које уписују произвођачи у време њихове израде. Тиме произвођачи обезбеђују сигурност програма, који су неопходни за почетак рада рачунара јер корисник програме у ROM меморији не може угрозити при пормалном коришћењу рачунара.

3. 1. 3. Кеш меморија

Кеш меморија је ултра-брза меморија знатно мањег капацитета од оперативне меморије којој се у већини случајева обраћа процесор, па знатно убрзава обраду.

3. 1. 4. Асоцијативна меморија

Асоцијативна меморија је меморија код које се тражење података врши на основу садржаја меморијске локације а не помоћу адресе локације.

11

3. 1. 5. Виртуелна меморија

Виртуелна меморија представља комбинацију оперативне и спољне меморије. Програме се деле на делове. Па се приликом извршавања програма у оперативну меморију учитава само део који се тренутно извршава. На тај начин се привидно ствара утисак да се у рачунару извршавају програми већи од капацитета оперативне меморије.

3. 2. Спољашне меморије

Спољашне меморије код рачунара су спорије од унутрашњих, али имају предност у односу на унтрашње јер поседују већи капацитет.

Мања брзина у спољашних меморија у односу на унутрашње потиче отуда што се код свих врста спољашних меморија углавном користи механичко кратање, док једино дретање код унутрашњних меморија јесте кретање електона.

Неке од спољашних меморија су:

Хард диск,

Дискета,

Магнетна трака,

Оптички дискови,

Flash меморија и др.

3. 2. 1. Хард диск

Хард или тврди диск је спољашна меморја великог капацитета. Производња хард дискова стално се усавршава, па се услед рога и његов меморијски капацитет стално повећава, а цена снижава. Некада је капацитет тврдих дискова био 20, 40, 80, 120, 180 Mb. Међутим данас се више не производе хард дискови чији је капацитет мањи од 20 Gb, а може бити и знатно већи.

Катактеристика развоја свих спољашних меморија јесте њихова стално повећање капацитета. Оснвни разлог за ово је стално усавршавање рачунарског софтвера, који захтева све већу и већу кочину меморија. Пошто се у савременим рачунарским програмима све више користе слика и звук, за чување оваквих података треба много више меморијског простара но што је то био случај са програмима састављеним углавном од бројева и текста.

Основне карактристике хард диска су:

12

Велика брзина рада,

Велики меморијски капацитет,

Мале димензије у односу на капацитет и

Ниска цена по јединици информације.

Хард диск је уређај који служи за упис и чување података. У металном кућишту налази се више дискова причвршћених за заједничку осовину. Између сваке од ових плоча налазе се по две магнетне главе које служе за упис и читање података. Према томе, код тврдих идскова већи број магнетних глава истовремено чита и уписује податке. Због тога су пис и чување података дод ове врсте спољашних меморија знатно бржи него код дискетне јединице. Магнетне главе се крећу хоризонтално напред-назад да би дошле до жељеног места на диску, а диск потира; слагањем ова два кретања постиже се бржи приступ, а самим тим и бржи упис, односмо читање података. Хард диск је релативно осетљив уређај и стога се несме излагати никаквим ударима јер може доћи до оштећења, а самим тим и до губитка свих података. На слици 7 је приказан изглед хард диска са горње и доње стране.

Слика 7. Изглед хард диска са горње и доње стране

3. 2. 2. Дискета

Дискета је мали магнетни диск који је погодан за чување и пренос података. Употребљавају се две врсте дискетаи то: већег пречника од 5,25 инча и мањег пречника од 3,5 инча.

Већа дискега има 80 стаза и 15 сектора по стази, на њој се може чувати 1,2 MB податак.

Мања дискета такође има 80 стаза и 18 сектора по стази. Капацитет мање дискете је 1,44 MB. Мања дискета има заштитни пластични омотач, на коме се налази отвор за главе дистетне јединицие који је затворен металним затварачем када се дискета не налази у јединици.

13

Са горње десне стране налази се мали отвор, правоугаоног облика. Ако је прозорчић затворен дозвољен је упис података на дискету и супротно, ако је прозорчић отворен забрањен је упис података.

Са доње стране налази се стрелица која нам показује како треба сместити дискету у дискетну јединицу.

На слици 8 је приказан изглед floppy драјва, као и дискета од 5,25 инча и 3,5 инча.

Слика 8. Изглед floppy драјва, као и дискета од 5,25 инча и 3,5 инча.

3. 2. 3. Магнетна трака

Магнетна трака је секундарна меморија која служи за архивиртање и чување велике количине података, при чему се упис и чување података врши на секвенцијалан начин. Секвенцијалан приступ подацима ѕначи да се упис и читање података врши по тачно утврђеном редоследу. Податак се увек уписује на траку тако ђто се додаје на крају, читање се обавља. Податак се увек уписује на траку тако што се додаје на крају, а читање се одвија тако да се увек приликом приступа N-том податку мора прво прочитати N-1 podatak.

Трка је од синтетичког материјала како се налази на танак слој честица фероксда.

3. 2. 4. Оптички дискови

Оптички дискови (CD – Compact Disc) представљају спољне меморије великог капацитета да директним приступом података. Могу бити:

CD-ROM (CD Read Only Memory) – само за читање,

CD-R (CD Recordable) – омогућава једном упис и више пута читање,

R/W (CD ReWritable) – овогућава и читање и писање.

14

CD-ROM драјв је оптички уређај који може да чита податке са оптичког диска, а неможе да уписује податке.

Оптички диск је меморијски уређај који се састоји од пресованог диска са спиралним жљебом који има микрометарска улегнућа која представљају носиоце информација.

У новије време, многи CD драјвови су замењени уређајима који подржавају DVD (Digital Video Disc) технилогију. DVD диске је исте величине као и стандардни CD, али DVD диск може да сачува много већу количину података од класичног CD-a. На слици 9 је приказан изглед неких CD-a са предње и задње стране.

Слика 9. Изглед CD-a са предње и задње стране

3. 2. 5. Flash меморија

Flash меморија је мрморијски чип на који је могуче и уписивати и читати подадте и чији садржај се не губи и не зависи од напона напајања. Flash меморија је малих димензија и врло је погодна за чување и пренос података. На слици 10 је приказан изглед неких Flash меморија.

Слика 10. Изглед Flash меморије

15

4. ЦЕНТРАЛНИ ПРОЦЕСОР


Процесор треба да зна где се прво налази иснтрукција коју треба да изврши, затим треба ту инструкцију да пренесе у процесор и да изврши ону операцију која је том инструкцијом специфицирана. Сам процес извршавања иснтрукције састоји се из више делова. Генерално фазе извршавања инструкције су:

1. прибављање инструкције,

2. декодирање инструкције,

3. одређивање адреса операнада,

4. извршавање специфициране операције над операндима и

5. смештање резултата.

Централни процесор се састоји од:

аритметичко-логичке јединице,

управљачке јединице и

брзих процесорских регистара.

Аритметичко-логичке операције обавља аритметичко-логичка јединица. Она узима податке из процесорских регистра обавља операције и резултате смешта назад у регистре. Што значи да се сва израчунавања изводе баш у овом делу центалног процесора. Поред тога и све логичке операције се овављају у оквиру аритметичко-логичке јединице.

Управљачка јединица је део централног процесора, задужена за извршавање свих инструкција. Управљачка јединица централног процесора доводи инструкције из меморије, потом их дешифрује, односно преводи у облик разумљив за процесор. Такође, ова једнициа централног процесора доводи и податке из меморије и припрема електронска кола за извршавање одређене инструкције.

Регистри су меморијске ћелије, али је приступ до ових ћелија знатно вржи од приступа ћелијама у унутрашњој меморији. Најзначајнији регистри процесора су: акумулатор, програмски бројач и регистар инструкција.

Процесор треба да има могућност да локално ускладишти извесну количину података и за ту сврху се користе брзи процесорски регистре. Процесорски регистри су, по дефиницији, ћелије које служе за складиштење једне меморијске речи, мада дужина процесорског регистра може бити и различита од дужине меморијске речи у зависности од организације процесора.

Процесор представља и један од најважнијих чипова у рачунару, јер он представља основно коло које извршава програмске инструкције боло ког софтвера који се извршава. Савремени процесори садрже дословце милионе транзистора

16

угравираних на танку четвртасту плочицу силицијума која се назива матрица, а чија величина одговара величини нокта па палцу. Процесор је један од најскупљих делова величине рачунара, без обзира на то што је један од најмањих делова.

На слици 11 је приказан изглед два процесора са горње и доње стране и то два највећа произвођача Intel и АMD.

Слика 11. Изглед два процесора са горње и доње стране и то два највећа произвођача Intel и АMD.

17

5. ПРИНЦИП ПРОГРАМСКОГ УПРАВЉАЊА

Архитектура рачунара која се заднива на програмском бојачу у коме се налази адреса инструкције коју треба извршити, и која се на основу те адресе дохвата и преноси у процесор где се извршава, назива се “fon Neuman-ова архитектура” рачунара. Код овог типа процесорске архитектуре рад процесора се одвија у две фазе које се сукцесивно понављају.

ФАЗА 1: Прибављање инструкције из меморије и припрема за извршавање:

Адреса инстукције коју треба извршити налази се у програмском бројачу (PC). Ta адреса се преноси у меморијски адресни регистар (МА), чиме се преко адресне магистрале шаље меморијски захтев за очитавање садржаја те меморијске локације.

Након генерисања контролног сигнала који налаже очитавање садржаја меморијске локације чија је адреса у МА, садржај те меморијске локације се преноси магистралом података у меморијски регистар података (MD), а затим у инструкцијски регистар (IR).

Инструкција која се налази у IR регистру, се анализира и ако се установи да је неиправна генерише се прекид извршавања програма.

Садржај програмског бројача (РС) се увећава за дужину текуће инструкције (у меморијским речима), тако да сада РС садржи адресу наредне инструкције у низу.

ФАЗА 2: Извршавање инструкције:

Одређују се адресе операнада.

Операнди се преко магистрала прибављају из меморије.

Декодира се код операцје и ALU извршава наредну операцију.

Резултати се смештају у меморију, ако је потребно.

Овај метод рада рачунара назива се принцип програмског управљања и на њему се заснива рад савремених рачунара. Основна погодност овог метода јесте једноставнос и концепција која пружа могућност конструисања релативно просте организације процесора кога карактерише ниска цена. Основни недостатак је у ограничености секвенцијалне обраде, чиме се губе перформансе система, као и потреба да се при решавању проблема, проблем увек рашчлани на низ алгоритамских корака који би требало да се извршавају у секвенијалном редослеку.

18

ЗАКЉУЧАК

Рачунар је електронски уређај који обрађује улазне информације и на основу њих формира излазне информације. Поступак добијања излазних информаија на основу улазних рачунару се задаје такође улазна информација у облику програма. Значи, програм је низ налога (наредби или инструкција) рачунару како да улазне податке трансформише у излазне.

Програми на основу којих рачунар обавља одређене послове називају се једним именом софтвер (software).

Рачунар као физички уређај у рачунарској терминологији назива се хардвер (hardware).

Пошто хардвер без софтвера неможе да ради, а софтвер је без хардвера неупотребљив, то тек хардвер и софтвер долазе до изражаја. Будући да хардвер и софтвер чине јединствен систем, то су у рачунарскох терминологији добили заједничко име рачунарски систем.


Да би се рачунарски систем успешно користио он мора да има могућности да може да комуницира са корисником. Ово омогућују улазно-излазни уређаји који врше унос података у рачунар и приказ резултата обраде.

Део рачунара на коме се чувају подаци назива се меморија. Подаци у меморији рачунара чувају се у бинарном облику, односно у облику нула и јединица. Ово из разлога што се у електротехници лако могу распознати само два различита напонска стања – нема напона (придружује му се вредност 0) и има напона (придружује му се вредност 1). Меморија се састоји из меморијских ћелија. У савременим рачунарима меморијска ћелија има шеснаест, дридесет два или шездесет четири меморијска елемента.


19

ЛИТЕРАТУРА

др Ненад Јовановић, Увод у програмирање, Виша пословна школа, Блаце, 2005. године

мр Ненад Јовановић, Средства за обраду и пренос података, Виша пословна школа, Косово Поље - Блаце, 2001. године

Драгољуб Васић, Миодраг Стојановић, Основе информатике и рачунарства за седми разред основне школе, Завод за уџбенике и наставна средства, Београд, 2003. године

Scott Mueller, Надоградња и поправка PC-ja, CET Computer Equipment and Trade, Београд, 2000. године

Internet

20

Documents

racunarski sistem