Arhitektura računarskog sistema

Tranzistori• Uredjaj sa tri završna priključka (elektrode) koji u računaru

može da ima funkciju prekidača ili pojačivača.• Sastoji se od tri sloja poluprovodničkog materijala koji može

da provodi električnu struju.• Obično se kao poluprovodnik uzima silicijum ili germanijum.• Poluprovodnik dobija specijalna svojstva pomoću hemijskog

procesa u kome se meša sa posebnim materijalom koji sadrže višak ili manjak elektrona.

• CMOS tranzistori(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor)

Litografija• Umnožavanje matrice na ploče od silicijuma (silicijumske

oblande)• Matrica koja se prenosi sadrži strukturu kompletnog čipa

uključujući tranzistore, njihove spojeve i ostale strukture• Koristi se fotootpornik sastavljen od polimera• Sa svaki sloj na čipu se na površinu silicijumske oblande nanosi po

jedan sloj fotootpornika• Laserski zrak deluje na fotootpornik i rastvara osvetljene delove• Laserski zrak deluje na fotootpornik i rastvara osvetljene delove• Na kraju procesa preostali fotootpornik se uklanja pomoću

organskog rastvora, dok silicijumska oblanda ostaje sa narezanom željenom strukturom na površini.

Čipovi

• mikroprocesorski čipovi,• memorijskI čipovi• logički čipovi koji kontrolišu rad magistrale

računara, diskove i druge različite vrste računara, diskove i druge različite vrste uređaja.

CISC i RISC arhitekture mikroprocesora

• CISC – složeni skup instrukcija (jedna instrukcija može da izvrši više operacija niskog nivoa)

• RISC – smanjeni skup instrukcija • RISC – smanjeni skup instrukcija Prednosti RISC procesora u odnosu na procesore

izvedene u CISC tehnologiji:– Jednostavnija konstrukcija– Bolje performanse

Časovnik, reč i magistrala• Brzinu i snagu čipova odredjuju tri veličine: brzina časovnika,

veličina reči i širina magistrale.• Brzina časovnika se odnosi na ritam sistemskog časovnika koji je

obično smešten na mikroprocesorski čip. Brzina časovnika se meri u megahercima (MHz), pri čemu je 1MHz ekvivalent milion pulseva u sekundi.

• Magistrala (eng. bus) je veza kojom se prenose elektronski impulsi koji formiraju bitove u mikroprocesor i sistemsku jedinicu. Postoje koji formiraju bitove u mikroprocesor i sistemsku jedinicu. Postoje tri osnovna tipa magistrala:– Magistrala adresa (eng. address bus) prenosi signale koji se koriste za

odredjivanje adrese u primarnoj memoriji.– Magistrala podataka (eng. data bus) prenosi podatke od/ka primarnoj

memoriji.– Magistrala kontrole (eng. control bus) prenosi signale koji kažu

računaru da čita ili piše podatke sa ili na određenu memorijsku adresu ulazni ili izlazni uredjaj.

Takt

• Pravougaoni signal

• Takt sinhronizuje rad svih delova procesora• Bitni momenti su:

– Uzlazna ivica takta (prelazak sa 0 na 1)– Silazna ivica takta (prelazak sa 1 na 0)

Fon Nojmanov računar

• Osnovni koncepti ove arhitekture su: 1. Računarski sistem poseduje samo jednu memoriju u

kojoj se čuvaju i podaci i instrukcije. Izmedju zapisa podataka i instrukcija ne postoje razlike.

2. Memorija računara je adresibilna po lokacijama 2. Memorija računara je adresibilna po lokacijama kojima se može pristupiti bez obzira kakav im je sadržaj.

3. Izvršavanje instrukcija se izvodi strogo sekvencijalno, sem ukoliko drugačije nije eksplicitno naglašeno (npr. izvršavanjem instrukcije skoka se može modifikovati redosled izvršavanja instrukcija).

Delovi mikroprocesora• Mikroprocesor je čip koji sadrži CPU kao i malu količinu

memorije koja se koristi za specijalne namene• Jedinice su medjusobno povezane internim vezama koje se

nazivaju interne magistrale procesora.

Model mikroprocesora

• Aritmetičko-logička jedinica• Upravljačka jedinica• Registri• Magistrala• Takt

Artitmetičko-logička jedinica

• Aritmetičke i logičke operacije nad operandima• Sadrži kombinatorne mreže• Rezultat se smešta u akumulator• Upravljačka jedinica određuje (putem mikroprekidača) koja će operacija biti

izvršena u datom trenutku

Upravljačka jedinica

• Sadrži sekvencijalne mreže koje uvode koncept stanja– faza dobavljanja– faza izvršenja

• Sadrži ROM (eng. read only memory) koja služi za dekodiranje instrukcije• Upravlja mikroprekidačima u procesoru

Registri• Registri opšte namene služe za

smeštanje operanada– R1, R2, ..., Rn-1

• Memorijski adresni registar služi za smeštanje adrese kojom se adresira memorija– MAR

• Memorijski registar podataka služi za smeštanje podataka koji se dobija ili šalje u memoriju– MDR

• Registar instrukcija sadrži tekuću instrukciju – IR

Magistrala

• Povezuje delove procesora

• Služi za prenos sadržaja– adresa– adresa– instrukcija– podataka

Instrukcija• Binarni niz• Sadrži

– Kod operacije– Kod prvog operanda– Kod drugog operanda– Kod drugog operanda

• PrimerADD AX, BX

sadrži kod ADD operacije, kod registra AX i kod registra BX

Izvršenje instrukcije

• Izvođenje svake instrukcije deli se na:– fazu pribavljanja instrukcije -PRIBAVI (fetch),– fazu izvršavanje instrukcije -IZVRŠI (execute).

• Dobavljanje sadržaja iz memorije u procesor– Dobavljanje instrukcije– Dobavljanje instrukcije– Dobavljanje operanda

• Izvršenje tekuće instrukcije koja se nalazi u IR– Izvršenje se događa u ALU– Nad operandima koji se nalaze na ulazu ALU– Rezultat se smešta u akumulator

Sistem prekidanja• Omogućava da se izvršavanja tekućeg programa prekine

usled nekog događaja– signal prekida

• Sistem prekida sadrži:– izbor signala po prioritetima– organizacija povratka – mogućnost programske izmene prioriteta

Memorija

• UNUTRAŠNJA MEMORIJA – neposredno vezana za procesor :– Registri procesora– Keš memorija– Glavna memorija– Glavna memorija

• SPOLJNA MEMORIJA – za skladištenje podataka:– Hard diskovi, – CD, DVD– USB fleš memorije,...

Memorijska hijerarhija• Procesor ne može direktno da

koristi podatke u spoljnim memorijama (jer su one znatno sporije od unutrašnjih),

• pre upotrebe svi podaci se prebacuju iz spoljnih u prebacuju iz spoljnih u unutrašnju memoriju

RAM• privremena• elektronska• sa slobodnim pristupom

• Vrste RAM-a– Dinamička se pravi od ćelija koje čuvaju

vrednosti kao naboje u kondenzatorima• Jednostavniji elementi• Jednostavniji elementi• Gušći zapis• Jeftinija

– Statička (keš) za čuvanje podataka koristiflip-flop kombinatorne mreže

• Složeniji elementi• Brža• Skuplja

RAM (dinamički)

• Memorijski moduli – tanke pločice koje sadrže memorijske čipove i umeću se u odgovarajuće priključke na ploči (slotove)

KEŠ – statički RAM

• Postavlja se između procesora i glavne memorije radi ubrzanja rada računara.• Sadrži trenutno važne podatke pa procesor većinu vremena komunicira sa keš-

memorijom• Nivoi keša:• Nivoi keša:

– L1,L2,L3,...- svaki sledeći ima veći kapacitet ali i kašnjenje– Interni– eksterni

ROM• ROM čip – mali deo memeorije koji je nepromenljiv i sadrži

osnovne programe za kontrolu određenih komponenti računara tj. BIOS (basic input-output system)

• Trajna, uglavnom za čitanje• Integrisana na matiču ploču

Tip memorije Kategorija Način brisanja Način upisa

Mask ROM Read-only Nije moguće Utiskivanje u silicijum

PROM Read-only Nije moguće Elektronskim putem

EPROM Read-mostly UV svetlo Elektronskim putem

EEPROM Read-mostlyElektronsko,na nivou bajta

Elektronskim putem

Flash Read-mostlyElektronsko,na nivou bloka

Elektronskim putem