VON NEUMANNOV MODEL KOMPJUTERSKOG SISTEMA

SADRAJ :31.UVOD

42.JOHN VON NEUMANN

53.ARHITEKTURA RAUNALA JOHN VON NEUMANN

64.GRAFIKI PRIKAZ MODELA KOMPJUTERSKOG SISTEMA

95.MEMORIJA I UPRAVLJAKA JEDINICA

106.ARITMETIKO-LOGIKA JEDINICA

117.ULAZNO-IZLAZNE JEDINICE

128.ZAKLJUAK

139.LITERATURA

1. UVODKorijeni kompjutera datiraju unazad 300 godina. Matematiari i filozofi kao to su Pascal, Leibnitz, Babbage i Bool su udarili temelje svojim teoretskim radom. Ali, tek u drugoj polovini prolog stoljea elektronska nauka je bila spremna da primjeni njihovu teoriju.

Korijeni moderanog PC-a idu u USA 1940.-tih. Meu mnogim naunicima, mnogi vole da se sijete John-a von Neumann-a. On je bio matematiar, roen u Maarskoj. I danas moemo koristiti njegov model kompjutera. On je hardver kompjutera podijelio u pet osnovnih dijelova:

centralna procesorska jedinica - CPU

ulaz - Input

izlaz - Output

radna memorija - Working memory

stalna memorija - Permanent memory.2. JOHN VON NEUMANNJohn von Neumann zu Margitta (Margitta Neumann Jnos) (28. decembar, 1903 8.februar, 1957. godine) je bio idovski maar koji se bavio matematikom i dao veliki doprinos kvantnoj fizici, funkcionalnoj analizi, raunarskoj nauci ali i ekonomiji.Zasluan je zajedno sa J. Presper Eckertom i John Mauchlyom za izum Von Neumannove arhitekture iji se princip primjenjuje u skoro svim dananjim raunarima. John von Neumann je osoba koja je dala osnovne principe arhitekture dananjih raunara. Prvi je koji je definirao razliku izmeu fizikog dijela raunala (hardvera) i programskog dijela (softvera). John von Neumann je roen kao Jnos pl. Neumann. Njegov otac Miksa Neumann, je bio vrhunski bankar koji je svom sinu ivei u Budimpeti, omoguio da naui njemaki i francuski. Od rane mladosti bio je prepoznatljiv kao iznimno darovito i radoznalo dijete - svestrano na mnogim podrujima. 1911. godine von Neumann upisuje Lutheran Gimnaziju u kojoj provodi slijedeih 10 godina i zavrava je 1921. godine. Te iste godine upisuje Univerzitet u Berlinu da bi studirao hemiju, diplomira, i te iste, 1926. godine dobija doktorat na Univerzitetu u Budimpeti nizom teorija iz matematike od kojih se mnoge koriste i danas. 1933. godine postaje redoviti profesor na Princetonu u SAD-u i tu poziciju zadrava do smrti.

3. ARHITEKTURA RAUNALA JOHN VON NEUMANNArhitekturu, odnosno model raunala kakav imamo danas prvi je opisao John von Neumann 1945. godine u svom Prvom nacrtu izvjetaja o EDVAC-u. Model raunala, tj. naelo rada Neumannovog opisa vrijedi i za veinu dananjih raunara.Von Neumannova ideja o raunalu kojim bi upravljao izmjenjivi program smjeten u memoriju, bila je revolucionarna i zaokruila je niz vanih otkria koja su bila temelj daljnjem razvoju raunara. Neumannova arhitektura utvruje da raunalo ima slijedee dijelove:

ulazni ureaj (omoguuje unos podataka u raunalo)

izlazni ureaj (omoguuje prikaz podataka koje raunalo obrauje) memoriju (pohrana podataka i naredbi programa)

aritmetikologiku jedinicu ( izvoenje aritmetikih i logikih operacija)

upravljaki sklop (dobavlja naredbe koje se nalaze u memoriji, te na osnovu njih upravlja aritmetikologikom jedinicom, te ulaznim i izlaznim ureajima raunala) procesor (obrauje podatke, nadzire i upravlja radom cjelokupnog sustava) ulazno izlazni ureaji (prijenos podataka izmeu raunala i okoline).John Von Neuman predloio je potpuno novu koncepciju raunala, koja se sastoji uslijedeem:

1.odvajanje programa od strojeva - pohrana programa u memoriju i to u binarnom obliku, odakle se mogu koristiti kao slijed instrukcija kojima se izvrava neki zadatak. Do pojave ovog koncepta svaki se novi zadatak unosio u raunalo preklapanjem sklopki i releja, bilo u samom raunalu ili na tzv. kontrolnoj tabli.

2.odvajanje podataka od programa - podaci se kao i programi smjetaju u memoriju raunala na posebne memorijske lokacije i odatle uzimaju po potrebi programskih instrukcija. Rezultati obrade smjetaju se takoer u memoriju raunala a iz nje na neku perifernu jedinicu odnosno trajni zapis.

3.razdvajanje ulaza, obrade, skladitenja i izlaza podataka semantiki sklopovi podataka pretvaraju se u stroju u itljivu (binarnu) formulu u kojoj bivaju obraeni, nakon ega se ponovno pretvaraju u ovjeku itljiv skup semantikih oznaka.4.u obradbenom dijelu razdvajanje matematiko logikih procesa i procesa kontrole i upravljanja tokovima procesa.4. GRAFIKI PRIKAZ MODELA KOMPJUTERSKOG SISTEMA

Slika 2.2.Funkcije jedinice raunara povezane su tokom podataka, instrukcijskim tokom i tokom upravljakih signala.Veinu upravljakih signala generira upravljaka jedinica na temelju tumaenja instrukcija. Na slici 2.2 debljom punom linijom oznaen je tok podataka, instrukcijski tok oznaen je tanjom punom crtom, a crtkanom linijom tok upravljakih signala. Tok podataka i instrukcijski tok izviru iz memorijske jedinice jer su podaci i instrukcije pohranjeni u toj jedinici. Izmeu memorijske jedinice i aritmetiko-logike jedinice uspostavljenje je dvosmjeran tok podataka; podaci(operandi) koji sudjeluju u aritmetikim ili logikim operacijama dohvaaju se iz memorije, a nakon obavljene operacije podaci koji predstavljaju rezultat obrade pohranjuju se natrag u memorijsku jedinicu. Potrebno je napomenuti da memorijska jedinica nema sposobnost obrade, odnosno ne moe obavljati niti aritmetike niti logike operacije nad operandima. Na slici 2.2 nema izravnog toka podataka izmeu memorijske jedinice i ulazno-izlazne jedinice. Izmjena podataka izmeu memorijske jedinice i ulazno-izlazne jedinice(a time i veza s vanjskim svijetom) u von Neumannovom modelu raunala ostvaruje se neizravno: podaci(rezultat obrade) iz memorijske jedinice upueni ulazno-izlaznoj jedinici moraju proi kroz aritmetiko-logiku jedinicu. Jedino tako, podaci iz ulazno-izlazne jedinice(ulazni podaci) upueni memoriji moraju proi kroz aritmetiko-logiku jedinicu. To je ujedno i razlog postojanja dvosmjernog toga podataka izmeu aritmetiko-logike jedinice i ulazno-izlazne jedinice. Opisani smjerovi podataka odgovaraju dvjema operacijama: izlaznoj operaciji (smjer podataka od memorijske jedinice prema ulazno-izlaznoj jedinici), ulaznoj operaciji (smjer podataka od ulazno-izlazne jedinice prema memorijskoj jedinici). Obje su operacije odreene strujnim instrukcijama. Aritmetiko-logika jedinica sudjeluje u izmjeni podataka izmeu memorijske i ulazno-izlazne jedinice. Tijekom te izmjene podataka ona ne obavlja svoj zadatak - aritmetiko-logike operacije. Da bi se to izbjeglo, von Neumannov model raunara modificiran je tako da postoji izravan tok podataka izmeu memorijske i ulazno-izlazne jedinice(slika 2.3).

Slika 2.3

Izravna veza izmeu memorijske i ulazno-izlazne jedinice naziva se izravan pristup memoriji (eng.DMA Direct Memory Access). Prijenosom podataka na tom putu upravlja poseban DMA upravljaki sklop pa je omoguen istodobni prijenos podataka i obrada u aritmetiko-logikoj jedinici. Tok podataka uspostavljen je izmeu ulazno-izlazne jedinice koja obino predstavlja suelje (eng.interface) ulazno-izlaznim (perifernim) ureajima (prikazna jedinica, zaslon, pisa, mi, tastatura). Instrukcijski tok usmjeren je od memorijske prema upravljakoj jedinici. U skladu s ishodinim zahtjevima (instrukcije su svedene na numeriki kod i pohranjene u istoj memorijskoj jedinici kao i podaci) nema razlike u obliku prikaza podataka i instrukcija. Jedino usmjerenost toka izmeu memorijske jedinice i upravljake jedinice odreuje da se na tom spoljnom putu nalaze instrukcije. Instrukcije, odnosno numeriki kodirane instrukcije tumae se(dekodiraju) u upravljakoj jedinici i na temelju njihova dekodiranja upravljaka jedinica generira slijedove upravljakih signala kojima pobuuje sklopove u aritmetiko-logikoj jedinici, ali i operacije u ostalim funkcijskim jedinicama.

Na slikama 2.2 i 2.3 aritmetiko-logika i upravljaka jedinica su u zajednikom okviru i zajedno ine sredinju procesnu jedinicu (eng.CPU- Central Processing Unit).

5. MEMORIJA I UPRAVLJAKA JEDINICAMemorijaU skladu s Von Neumann-ovim konceptom raunara instrukcije i podaci u raunaru svedeni su na binarni kod tako da se i instrukcije i podaci skladite na jednak nain i u istom obliku u jedinici koja se naziva memorijska jedinica ili memorija.Memorija nema obradbenih sposobnosti, a obavlja samo dvije temeljne operacije:

o itanje iz memorije

o zapisivanje u memoriju

Moe se prikazati u obliku cjelovitog bloka koji se sastoji od odreenog broja memorijskih lokacija,koje se sastoje od odreenog broja bitova. Svakamemorijskalokacijaimasvoju adresu,kojaomoguujepristuptojlokaciji radi itanja podatkakoji jeu njuupisanili radi upisivanja novog podatka.Trebarazlikovati adresu memorijske lokacijeodnjenogsadraja.

Upravljaka jedinicaUpravljaka jedinica je najsloeniji dio sredinjeg procesora, koji ima zadatak kontrolirati i koordinirati rad svih ostalih dijelova raunalnog sustava. Ona odreuje kad treba neto uiniti, memorirati, izraunati, te donijeti logiku odluku u smislu to je vee, to je manje, to je ekvivalentno s neim, to je numeriko, to je pozitivno, a to je negativno. Upravljaka jedinica obavlja svoj zadatak na osnovi instrukcija koje preuzima u slijedu iz glavne memorije te ih interpretira, i nakon toga inicira odreenu akciju generiranjem slijeda upravljakih signala. Upravljaka jedinica svaku instrukciju izvrava kroz dvije faze, i to:

fazu pripreme (pribavljanja) i fazu izvrenja

Njezine najvanije funkcije jesu:

o upravljanje itanjem odnosno pisanjem podataka u glavnoj memoriji

o upravljanje transferom informacija izmeu glavne memorije i aritmetike jedinice

o upravljanje radom aritmetike jediniceo koordinacija rada svih ostalih dijelova raunalnog sustava.

6. ARITMETIKO-LOGIKA JEDINICAAritmetiko-logika jedinicaJedinica u raunalu koja posjeduje obradbene sposobnosti se naziva aritmetiko-logika jedinica.Aritmetiko logika jedinica se sastoji od sklopova koji obavljaju aritmetike i logike operacije na podacima.Ti podaci nazivaju se operandi, te registara za povremeno pohranjivanje operanada i rezultata.

Von Neuman, Burks i Goldstine odluili su se za osnovu digitalnog raunara uzeti binarni brojevni sistem. Osim jednostavnije tehnoloke izvedbe sklopova (oito je jednostavnije realizirati sklop s dva diskretna stanja (0 i 1) negoli sklop s deset diskretnih stanja (0,1,2,...,9) i ekonominijeg prikazivanja brojeva, razlog tome bio je i to to raunalo nije samo aritmetiki raunarski stroj, ve po svojoj prirodi treba biti i logiki. Logii sustavi su sustavi koji barataju s dva stanja istinito lano, odnosno 0 ili 1.Operacije aritmetiko-logike jedinice

Aritmetiko-logika jedinica obavlja aritmetike i logike operacije.

Aritmetike operacije:

zbrajanje, oduzimanje

mnoenje, dijeljenje, Logike operacije: Logiko NE

Logiko I

Logiko ILI.

7. ULAZNO-IZLAZNE JEDINICE

Ulazno-izlazne jediniceZaduene su za komunikaciju raunala sa korisnikom i okolinom raunalnog sustava.Omoguavaju unos podataka potrebnih za obradu u raunalo i prikaz rezultata raunalne obrade. Omoguavaju i prijenos podataka izmeu raunarskih sustava.Osnovne ulazne jedinice su: tastatura, mi, magnetni ita, skener.Osnovne izlazne jedinice su: monitor, tampa, tvrdi disk, disketa, magnetske trake.

8. ZAKLJUAKPrikaz Von Neumannovog modela jedan je od najvanijih radova u strukturi kompjuterskog sustava. U ovome seminarskome radu opisan je model komjuterskog sistema i njegovi osnovni dijelovi. Najvei doprinos dao je Von Neumann pa je kompjuter dobio naziv Von Neumannov kompjutor. Tu je opisan princip rada kompjutora i njegovih sastavnih dijelova. Strukturu Von Neumannova kompjutora ine meusobno povezane jedinice: upravljaka jedinica, aritmetiko-logika jedinica, memorija i ulazno-izlazne jedinice.9. LITERATURA http://bs.wikipedia.org/wiki/John_von_Neumann http://www.algebra.hr/ http://en.wikipedia.org/wiki/File:JohnvonNeumann-LosAlamos.gif http://www.vtsnis.edu.rs/Predmeti/osnovi_racunarske_tehnike/ORT_11_2011.pdf http://www.ss-strukovna-vvlatkovica-zd.skole.hrHYPERLINK "http://bs.wikipedia.org/wiki/John_von_Neumann"http://bs.wikipedia.org/wiki/John_von_Neumann

Branimir Duki Model raunarskog sistema,str.6

S. RIBARI GRAA RAUNALA,str.43-47

HYPERLINK "http://www.ss-strukovna-vvlatkovica-zd.skole.hr/"http://www.ss-strukovna-vvlatkovica-zd.skole.hr

S. RIBARI GRAA RAUNALA,str.45-46

HYPERLINK "http://www.ss-strukovna-vvlatkovica-zd.skole.hr/"http://www.ss-strukovna-vvlatkovica-zd.skole.hr

1