Sastav računarskog sistema Šta je u kompjuteru?

Poglavlje 4

Ciljevi

• Opisati komponente modularnog mikroračunara

• Navesti delove procesora i objasniti kako rade

• Navesti tipove radne memorije i objasniti njihovu ulogu

• Objasniti kako se podaci predstavljaju u kompjuteru

• Opisati kako kompjuter pronalazi podatke i instrukcije

• Objasniti kako se programske instrukcije izvršavaju u procesoru

• Kako ubrzati kompjuter

Sadržaj

• Sastav računara

• Procesor

• Tipovi memorije

• Izvršavanje programa

• Brzina i snaga

Mikroračunari

Mikroračunari se dele na:

• Integrisane mikroračunare– Kompjuter ugrađen u sam proizvod– Specijalizovani za jedan zadatak

• Modularne mikroračunare– Moduli povezani sistemskom magistralom– Kompjuteri opšte namene (personalni,

serveri)

Modularni mikroračunari

Šta je u kutiji?

Matična ploča

Sadrži sledeće komponente:• Procesorski čip

• Memorijske čipove (RAM, ROM)

• Magistrale (prenos podataka)

• Priključke za ostale komponente

• Dodatne čipove (kontrolere)

Šta je u kutiji?

Uređaji za čuvanje podataka

Hard disk

Flopi disk uređaj

CD-ROM uređaj

DVD-ROM uređaj

Kartice – kontroleri ulazno/izlaznih

uređaja

Video kartica

Zvučna kartica

Modem

TV kartica

Procesor - CPU

• Kontrolni centar

• Skup elektronskih kola koja izvršavaju instrukcije

• Obradjuje podatke i pretvara ih u informacije

• Sadrži– Upravljačku jedinicu (UJ)– Aritmetičko-logičku jedinicu (ALJ)– Registre– Sistemski časovnik

Upravljačka Jedinica UJ

• Deo hardvera koji je zadužen da nadgleda i kontroliše rad

• Usmerava i navodi kompjuter da izvršava instrukcije programa

• Komunicira sa svim hardverskim komponentama

Aritmetičko / Logička JedinicaALJ

Izvršava aritmetičke operacije

Izvršava logičke operacije

Aritmetičke operacije

Sabiranje

Oduzimanje

Množenje

Deljenje

Logičke operacije

• Provera ispunjenosti uslova

• Poređenja– Brojeva– Slova– Specijalnih karaktera

Registri

Privremena memorija

Veoma brza

Specijalne namene

Nalazi se u procesoru

Registar instrukcija

U njemu je instrukcija koja se izvršava ovog trenutka

Registar podataka

Sadrži podatke koji se trenutno obrađuju u ALJ

Prihvata rezultate izvršenja instrukcije iz ALJ

Sistemski časovnik

• Sistemski časovnik proizvodi impulse koji određuju ritam rada

• Svaki impuls je jedan mašinski ciklus

• Jedna linija programa može biti podeljena na više procesorskih instrukcija

• Procesor ima ograničen set instrukcija – koje može da razume i obradi

Mikroprocesor

• Ceo procesor je smešten u jednom čipu

• Izrađen od silicijuma

• Sadrži milione tranzistora– Elektronski prekidači koji

dopuštaju ili sprečavaju protok struje

Tipovi mikroprocesora

Intel

• Pentium

• Celeron

• Xeon i Itanium

Intel-compatibilni

• Cyrix

• AMD

Tipovi mikroprocesora

• PowerPC– Nastao saradnjom kompanija Apple, IBM i

Motorola– Koristi se u Apple Macintosh familiji– Može se naći u serverima i integrisanim

sistemima

• Alfa (Alpha)– Proizvođač je Compaq– Serveri i radne stanice visokih zahteva

Memorija (skladišta podataka)

• Spoljna memorija (sekundarno skladište)– Podaci koje bi trebalo sačuvati na duže vreme– Trajno skladište

• Radna memorija (primarno skladište)– Podaci koje koristimo u kratkom vremenskom intervalu– Privremeno skladište– Brži pristup podacima nego kod spoljne memorije

• Registri– Podaci koji se upravo sada obrađuju, kroz instrukciju

koja se izvršava u procesoru– Brži pristup podacima od operativne memorije

Merenje kapaciteta memorije

KB – kilobajt• 1024 bajtova• Diskete• Keš memorija

MB – megabajt• Milion bajtova• RAM

GB – gigabajt• Milijardu bajtova• Hard disks• CD, DVD

TB – terabajt• Bilion bajtova• Veliki hard diskovi

Tipovi radne memorije

RAMRandom Access Memory

ROMRead Only Memory

RAM

• Elektronska, zahteva napajanje za čuvanje podataka

• Gubi sadržaj pri isključenju napajanja

• Sadrži podatke i instrukcije koji mogu biti pročitani i promenjeni

Šta se nalazi u RAM-u?

• Operativni sistem

• Program koji se trenutno izvršava

• Podaci potrebni za izvršavanje programa

• Rezultati obrade koji će biti prikazani korisniku

Tipovi RAM memorije

SRAM

• Stabilno čuva sadržaj dok je napajanje uključeno

• Brža od DRAM

Tipovi RAM memorije

DRAM• Stalno se mora osvežavati (i pored napajanja

sadržaj se vremenom gubi)

• Zbog veličine i niže cene – najčešće korišćena u personalnim kompjuterima

• SDRAM – Brža verzija DRAM

• Rambus DRAM– Brži od SDRAM– Skuplji

Dodavanje RAM memorije

• Kupujemo memorijske module koji su pakovani na štampanim pločama

• SIMM – memorijski čipovi su samo sa jedne strane

• DIMM – čipovi su sa obe strane

• Maksimalna količina RAM memorije koja se može dodati zavisi od dizajna matične ploče

ROM

• Čuva sadržaj i po isključenju napajanja

• Instrukcije za startovanje kompjutera

• Sadrži podatke i instrukcije koji se mogu čitati, ali se ne mogu menjati

• Instrukcije i podaci se upisuju u fabrici ROM čipova

PROM

• Programabilni ROM

• Pisač ROMa može promeniti sadržaj PROM memorije

Pronalaženje podataka u memoriji

• Svaka lokacija u memoriji ima jedinstvenu adresu– Adresa se nikad ne menja– Sadržaj se može promeniti

• Memorijska lokacija sadrži jednu instrukciju ili jedan podatak

• Programeri koriste simbolička imena za podatke, koja se u prevodiocu (kompajleru) prevode u adrese

Predstavljanje podatakaUključeno-Isključeno

Binarni brojni sistem

Predstavlja stanje elektronskih kola

Bit, Bajt, Reč• BIT

– Binarna cifra– Uključeno-Isključeno kolo– 1 ili 0

• BAJT– 8 bita– Jedan alfanumerički znak

• REČ– Veličina registra– Broj BITa koje procesor obrađuje u jednom

trenutku

Magistrala podataka

• Putanja kojom se prenose električni signali

• Sistemska magistrala– Prenosi podatke između procesora i memorije

• Širina magistrale– Broj bita koji se mogu preneti istovremeno– Obično jednaka dužini procesorske reči (dužina

registra)

• Brzina se meri u MHz

Magistrala

Procesor može da obradi veći broj i više vrsta instrukcija

Procesor može da obradi veći broj i više vrsta instrukcija

Veća širina magistrale = Kompjuter veće snage

Može da prenese više podataka istovremeno = Brži kompjuter

Procesor može da adresira više memorije = Veća dostupna

memorija

Magistrale za proširenje

• Povezuju matičnu ploču sa slotovima za proširenje

• Priključujemo kartice u slotove– Adapterske kartice– Kartice za ulazno-izlazne uređaje

• Obezbeđuju eksterne priključke (portove)– Serijske– Paralelne

Magistrale za proširenje

PC magistrale i portovi

ISA Spori uređaji, poput miša i tastature

PCI Brzi uređaji poput hard diska i mrežnih kartica

AGP Povezuju grafičke kartice

USB Podržava ulančavanje, eliminiše potrebu za višestrukim kartcama za proširenje, podržava “plug-and-play”

IEEE 1394 (FireWire)

Povezivanje video opreme

PC Card Veličine kreditne kartice, može se naći na laptop računarima

Izvršavanje Programa• Upravljačka jedinica (UJ) uzima instrukciju iz radne

memorije

• UJ dekodira (tumači, dešifruje) instrukciju

• UJ proziva hardverski deo koji izvršava instrukciju

• Kontrola se prenosi na deo hardvera koji izvršava instrukciju

• Zadatak koji je instrukcija postavila se obavlja

• Kontrola se vraća UJ

Mašinski ciklus

I-vreme

• UJ uzima instrukciju iz radne memorije i stavlja je u registar instrukcija

• UJ dekodira instrukciju i pronalazi memorijsku lokaciju na kojoj se nalaze podaci potrebni za izvršenje instrukcije

Mašinski ciklus

E-vreme

• Obrada (Egzekucija)– UJ premešta podatke iz memorije u registre

aritmetičko logičke jedinice (ALJ)– ALJ preuzima kontrolu i izvršava instrukciju– Kontrola se vraća UJ

• UJ smešta rezultat obrade u radnu memoriju ili u odgovarajući registar

Brzina i snaga

Šta kompjuter čini brzim?

• Brzina mikroprocesora

• Širina magistrale

• Keš memorija

• Paralelna obrada

• Bolja arhitektura i organizacija

Brzina procesiranja

Vreme izvršenja instrukcije

• Milisekunde

• Mikrosekunde

• Nanosekunde– Savremeni kompjuteri

• Piko sekunde– U budućnosti

Brzina mikroprocesora

• Takt– Megaherc (MHz) – Gigaherc (GHz)

• Broj instrukcija u sekundi– Miliona Instrukcija Po Sekundi (MIPS)

• Obrada složenih matematičkih operacija – Miliona floating-point operacija po sekundi

(MegaFLOPS )

Keš

• Mali blok veoma brze memorije (u procesorskom čipu ili izvan njega)

• Ubrzava prenos podataka do procesora

• Instrukcije i podaci koji se često koriste

Keš

Korak 1Procesor

traži podatak ili instrukciju

Korak 2Idi na adresu u radnoj

memoriji i pročitaj

Korak 3Prenesi podatak u procesor i u

Keš

Sledeći zahtev od procesora• Prvo pogledaj u keš• Ako nema u kešu idi u

memoriju

PROCESSOR

R

A

M

Keš

Tipovi keš memorije

• Interna– Nivo 1 (L1)– Ugrađena u procesorski čip– 128KB

• Eksterna (spoljna)– Nivo 2 (L2)– Poseban čip– 256KB ili 512 KB– SRAM tehnologija– Jeftiniji i sporiji od L1– Brži i skuplji od radne memorije

Tipovi procesiranja

• Serijsko– Izvršava se jedna instrukcija u jednom trenutku– Uzmi, dekodiraj, izvrši, sačuvaj

• Paralelno– Više procesora radi u isto vreme– Može izvršiti bilion floating-point instrukcija po

sekundi (teraflops)– Primer: mrežni serveri, serveri baza podataka

Tipovi procesiranja

• Tekuće linije (Pipelining)– Korak u izvršenju instrukcije se mora završiti pre

nego što sledeći nastupi• Uzimam Instrukciju 1,

• Kad započnem dekodiranje Instrukcije 1, istovremeno uzimam Instrukciju 2