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