1. Osnovi Racunarske tehnike
RAUNAR: Ureaj koji samostalno obavlja obradu podataka izvr邸avajudi digitalne logike operacije na osnovu
unetog programa.
PODATAK: Diskretna informacija o stanju i procesima oko nas (25, R, boja, ton, ...). Svaki podatak odgovara nekoj
veliini, vrednosti. Vrednost je apstraktna, postoji samo u mislima i mo転e se predstaviti na mnogo naina (12,
dvanaest, twelve, XII, 1100, ...)
HARDVER: Fizike (elektronske ili mehanike) komponente od kojih se sastoji raunar ili raunarski system
SOFTVER: Program koji upravlja radom raunara
ELEKTRONSKO KOLO: Set meusobno povezanih elektronskih komponenata koje obavljaju odreenu funkciju u
raunaru
INTEGRISANO KOLO: Kombinacije hiljada elektronskih kola napravljenih na tankom silikonskom elementu, koji se
naziva ip (chip)
KONCEPT RAUNARA
Ulaz: podaci/informacije
Instrukcije: softver, program
Izlaz: podaci/informacije (brojevi, slike, rei,...)
Osnovni podsistemi raunara: Memorija, Ulaz, Procesiranje (obrada), Izlaz
Sve je povezano preko raunarske magistrale (bus)
Memorija: Dugotrajna memorija Disk CD-ROM, Kratkotrajna memorija RAM
Ulaz: Tastatura Mi邸 Mikrofon Modem Mre転a
Izlaz: Monitor Printer Modem Mre転a Zvunici
TEHNOLOGIJE BUDUDNOSTI BAZIRANE NA RAUNARIMA: Nanotehnologija; Biomedicinski implanti; Ve邸taka
inteligencija.
TURINGOV MODEL RAUNARA: Ideju o univerzalnoj raunarskoj ma邸ini prvi je teorijski definisao Alan Turnig 1937
godine. Njegov model raunske ma邸ine bio je baziran na koracima koje ovek preuzima kada vr邸i raunanje. Turing
je izvr邸io apstrakciju (uop邸tavanje) ovih koraka i u model raunrske ma邸ine koja je promenila svet.
Procesori podataka: Pre obja邸njenja Turingovog modelapotrebno je razumeti raunare kao ureaje za obradu
podataka. Raunar po ovoj definiciji radi kao crna kutija koja prihvata ulazne podatke (input data), vr邸i njihovu
obradu i kreira izlazne podatke (output data). Ovako definisan raunar mo転e poslu転iti za obja邸njenje njegove
funkcionalnosti, ali je ovakva definicija preop邸ta da bi se opisao savremeni raunar.
2. Programabilni procesori podataka: Turingov model mnogo preciznije opisuje raunar op邸te namene. Ovaj model
dodaje novi elemenat raunarskoj ma邸ini program. Program je set instrukcija (naredbi) koje defini邸u raunaru 邸ta
treba da radi.
Univerzalna Turingova ma邸ina: je raunarska ma邸ina koja mo転e da izvr邸i bilo koje raunanje ako su obezbeeni
adekvatan program i ulazni podaci. Mo転e se pokazati da ovakva definicija odgovara opisu savremenih raunara, i u
stvari govori da je univerzalna Turingova ma邸ina sposobna da izrauna sve 邸to se raunati mo転e.
Fon NEUMANN-ov model raunara: Raunari koji su izgraeni na osnovu Turingove univerzalne ma邸ine sme邸tali su
podatke u memoriju raunara, a programi su realizovani na razliite naine. Negde 1944.1945. godine Joh von
Neumann je predlo転io da se podaci i program u logikom smislu isti.
Fon Nojmanov koncept raunara
Najvedi broj dana邸njih raunarskih sistema je zasnovan na fon Nojmanovoj arhitekturi raunarskog sistema, iji su
osnovni koncepti:
U istoj memoriji uvaju se instrukcije i podaci
Svi podaci su predstavljeni u binarnom obliku
Instrukcije slede jedna za drugom u memoriji raunara
Nizom instrukacija (programom) opisuju se akcije koje treba daizvr邸i raunar
Raunar razmenjuje podatke izmeu memorije i aritmetikejedinice preko akumulatora
Instrukcije se izvr邸avaju jedna za drugom dok se redosledeksplicitno ne promeni naredbom za skok
Arhitektura raunara
Pojam arhitekture raunara oznaava glavne sastavne delove raunara i njihovu povezanost u jednu funkcionalnu
celinu
Arhitektura raunara - hardverske komponente
Postoji pet osnovnih hardverskih komponenata svakog raunarskog sistema: 1. kontrolna jedinica (CU),
2.aritmetiko-logika jedinica (ALU), 3. osnovna memorija, 4. ulazne periferije i 5. izlazne periferije
ISTORIJAT RAZVOJA RAUNARA
Abakus ne zna se tano vreme nastanka jedan od najstarijih ureaja za sabiranje
Paskalova ma邸ina za sabiranje i oduzimanje (oko 1643) Automatski prenos izmeu dekada Prikaz brojeva u
komplementu
Babid転ova ma邸ina za izraunavanje op邸te namene (1834) Automatske operacijesa vi邸e koraka Automatska
kontrola niza operacija (program)
Herman Holerit ( kraj 19. -poetak20.veka) Osnovao kompaniju za proizvodnju komercijalnih mehanikih
raunskih ma邸ina IBM (1924.)
3. Vakuumske cevi Prekretnicau razvoju ureaja za raunanje Oko 1940. nastaju prvi raunari op邸te namene(1.
generacija raunara) 1943. - ENIGMA raunar za de邸ifrovanje
ENIAC (razvijan od 1943. do 1946.) Prvi raunar op邸te namene 18000 vakuumskih cevi, preko 30t, potro邸nja
200kW Programi i podaci u istoj memoriji (John von Neumann)
Tranzistori (1948.)Razvijeni u Bell-ovimlaboratorijama Na邸li su 邸iroku primenu u raunarskoj tehnici (2.
generacija raunara) Vedi stepen integracije, manje dimenzije raunara, manja potro邸nja, ni転a cena
Razvoj velikih raunarskih sistema Oko 1955. IBM i UNIVAC razvijaju raunare sa paralelnom obradom
(multiprocesiranje i multiprogramiranje)
Integrisana kola SSI (od 1964.) logiko kolo u jednom ipu
MSI (od 1968.) registar u jednom ipu,
LSI (od 1971.) memorije, UART, CPU, ...
VLSI (od 1980.) mikroprocesori
Razvoj mikroprocesora omogudio je razvoj mini i mikroraunara Od 70.- tih godina na tr転i邸tu su d転epni raunari
Od 80.- tih poinje proizvodnja personalnih raunara (1981. IBM-PC)
Od 90. godina primenjuju se PDA
GENERACIJE SAVREMENIH RAUNARA
Prva generacija (1940 - 1956) - elektronske cevi
Druga generacija (1956 - 1963) - tranzistori
Treda generacija (1964 - 1971) - integrisana kola
etvrta generacija (od 1971 - do danas) - mikroprocesori
Peta generacija (danas i u bliskoj bududnosti) - ve邸taka inteligencija
Tehnolo邸ke osnove raunara - prekidaki elementi -
ranije: Elektromehaniki releji Solenoid sa mehanikim kontaktima
1940tih: Vakumske cevi Nema fizikih kontakata za prekidanje struje U poetku kori邸dene u radio tehnici
1950tih do danas Tranzistori Razvijeni u Bell Labs 1948. god. John Bardeen, Walter Brattain, and William
Shockley Nobelova nagrada, 1956. god.
Od 1960tih do danas VLSI kolaVery Large Scale Integration) Milioni tranzistora u jednom ipu
- (
Od 1970tih do danas Mikroprocesori
-
1974. Intel 8080, jedan prvih mikroprocesora u jednom ipu
od
4. Tehnolo邸ke osnove raunara - tranzistori
Tranzistor je element sa 3 elektrode (zavr邸na prikljuka) koji se razliito nazivaju u zavisnosti od tehnologije koja se
koristi za gradnju tranzistora
Nain kori邸denja P i N materijala kod tranzistora odreuje i vrstutehnologije koja se koristi za gradnju tranzistora:
bipolarna, MOS (Metal-Oxid-Semiconductor), CMOS, ...
U bipolarnoj tehnologiji elektrode tranzistora se nazivaju: kolektor,
baza i emitor
Od tranzistora, otpornika, dioda, ... grade se razne komponente koje uestvuju u gradnji ipova
Tehnolo邸ke osnove raunara - ipovi
ipovi su raunarske komponente koji se prave od velikog broja tranzistora spakovanih na silicijumskoj povr邸ini
Na ploicu se pakuju podloge od provodnikog i neprovodnikogmaterijala u obliku oblande na kojem su
urezani tranzistori
Tranzistori na ipu su meusobno spojeni
Tradicionalno, tranzistori su sve do 1997. godine bili spajani pomodu aliminiju a, meutim od ovog perioda sve
m
vi邸e se koristi bakar
Mo転emo razlikovati 3 vrste i
pova zasnovanih na tranzistorima: mikroprocesorske, memorijske, logike
Tehnolo邸ke osnove raunara - mikroprocesori
Mikroprocesor je ip izgraen od velikog broja tranzistora
Danas se procesorske jedinice svih raunara prave od jednog ili vi邸e mikropocesora
r
Od dizajna mikroprocesora zavisi dizjn svih komponenti u raunaru
a
Od brzine rada mikroprocesora bitno zavisi brzina rada celog raunarskog sistema
Od nastanka prvih mikroprocesora pa do danas kori邸dene razne tehnologije za izradu mikroprocesora
su
Tehnologije za izradu mikroprocesora
Za gradnju mikroprocesora koriste se poluprovodnike tehnologije
Tranzistor se sastoji od tri sloja poluprovodnikog materijala koji mo転e d provodi struju pod odreenim
a
uslovima
Poluprovodniki mat
erijali su obino silicijum i germanijum
ist silicijum ne provodi elektricitet, ali ako mu se doda bor ili
arsen, on postaje provodnik
Poluprovodniki materijali se oznaavaju sa P (pozitivan) i N (negativan)
Mogu se kombinovati razliiti sloj materijala P i N tipa
evi
5. Pregled razvoja mikroprocesora
CISC (Complex Instructio-Set Computer) Pravljenje arhitektura prilagoenih vi邸im programskim jezicima
1974. IBM
-projekat preusmerenja 300 poziva u telefonskoj mre転i
RISC (Reduced InstructionSet Computer)
-
Analiza postojedih procesora
pokazala da su 3 naina bitna za pobolj邸anje brzine procesora:
povedanje broja registara
pobolj邸anje mehanizma preklapanja instrukcija
smanjenja broja instrukcija
IBM 801 jedan od prvih raunara u skladu sa novom koncepcijom
RISC mikroprocesori
Principi gradnje: Smanjen broj taktova za izvr邸enje jedne instrukcije
Koristi fiksni format instrukcije (upro邸dava se dekodiranje)
Smanjen broj instrukcija za pristup osnovnoj memoriji
Smanjen broj kodoa koje procesor prepoznaje
v
Do sada je proizveden veliki broj RISC mikroprocesora:
Motorola (88000, ...PowerPC),
Silicon Graphics (MIPS R1000, ..., R112000)
Digital (Alpha),
HP (PARISC 8200, ..., 8600)
-
Intel (i860XP, ...)
KLJUNE REI
aritmetiko-logika jedinica (Arithmetic and Logic Unit, ALU), asembler (assembler), centralna jedinica za obradu
(Central Processing Unit, CPU), digitalna logika kola (digital logical circuit), instrukcije (instructions), izlaz (output) ,
kontrolno-upravljaka jedinica (Control Unit, CU) , ma邸inski jezik (machine language) , memorija (memory, store) ,
mikroprogram (microprogram) , operativni sistem (operating system) , podatak (data) , programi (software) ,
programski jezik (programming language) , raunar (computer) , raunarski sistem (computer system) , strukture
podataka (data structures), tehniki deo sistema (hardware), ulaz (input), vi邸i programski jezik (high level language)
6. BROJEVI SA POKRETNOM DECIMALNOM TAKOM
STANDARDNA TANOST
Za uvanje oznaenog numerikog podatka koriste se 32 bita (4 bajta ): 1 bit (MSB) = znak broja,
7 bita = eksponent, 24 bita = mantisa
PROIRENA TANOST
Za uvanje oznaenog numerikog podatka koriste se 64 bita (8 bajtova):1 bit (MSB) = znak broja,
11 bita = eksponent , 52 bita = mantisa
OPSEG BROJEVA
Prekoraenje i podkoraenje se automatski detektuje u raunaru ( V flag ) i naje邸de se prekida izvr邸enje programa.
Kao posledica zaokru転ivanja pri izvr邸avanju aritmetikih operacija u rezultatu mo転e da se javi:
-prekoraenje (overflow) - broj je vedi od najvedeg dozvoljenog broja
-potkoraenje (underflow) - broj je manji od najmanjeg dozvoljenog broja
Binarno kodirani decimalni brojevi (BCD)
BCD cifre koriste samo 10 od 16 mogudih kombinacija sa 4 bita
Manja je efikasnost iskori邸denja memorije
Sabiranje ne mo転e da se izvr邸i direktnom primenom pravila binarne aritmetike
- Neophodna je hardverska ili softverska korekcija
- Sporija je obrada od binarne aritmetike
Programer vodi rauna o pravilnoj interpretaciji kodiranih brojeva
KODIRANJE NE NUMERIKIH PODATAKA
ASCII - American Standard Code for Information Interchange 7 - bitni kod Skoro svi mikroraunari koriste ovaj
kod za prikaz slova i simbola IBM-PC kompatibilni raunari koriste 8-bitnu ASCII verziju
EBCDIC Extended Binary Coded Decimal Interchange Code 8 - bitni kod Razvijen od strane IBM-a Koriste ga
samo IBM veliki raunari i neki IBM kompatibilni raunari
