ICT Arhitektura Racunara

8/10/2019 ICT Arhitektura Racunara

1/28


2/28

3.4. MEDJUSOBNO POVEZIVANJE POMOCU MAGISTRALE

Magistrala je komunikaciona putanja dva ili vise uredjaja. Ona je kljucni deljeni medijum. Vise uredjaja

se prikljucuje na magistralu, a signal koji prenosi je na raspolaganju svim ostalim uredjajima prikljucenim

na magistral. Ako dva uredjaja predaju u isto vreme signal, onda ce se njihovi signali preklopiti Ipokvariti. Znaci samo jedan uredjaj moze uspesno da predaje istovremeno. Magistrala se sastoji od vise

komunikacionih linija, ili putanja. Svaka linija prenosi signale binarnim kodom 0 I 1. U toku vremena,

sekvenca binarnih cifara moze da se prenese preko jedne linije. Na primer, 8 bitna jedinica podataka se

prenosi preko 8 linija magistrale. Racunarski sistemi sadrze rayliciti broj magistrala koje obezbedjuju

putanje izmedju komponeneata na rznim nivojima hijerarhije racunarskog sistema. Postoji magistrala

koja povezuje CPU, U/I I glavna memorija ona se naziva SISTEMSKA MAGISTRALA.

Slika sa strane 86.

Struktura magistrale- Magistrale se sastoje od pedeset do sto linija i svakoj liniji je dodeljeno znacenje

ili funkcija. Mada pu nekim slucajevima postoji mogucnist da se one grupisu u tri razlicite funkcionalne

grupe:

1. Linije podataka obezbedjuju pomeranje podataka izmedju modula sistema I to se naziva

magistrala podataka. Ona moze biti od 32,64,128 bita. Jedna linija prenosi samo 1bit. Od

sirine zavisi koliko ce sbrzo podaci da se prenesu. Npr ako zelimo da prenesemo 64bita, a

imamo 32bitnu magistralu. Prenos ce se vrsiti iz dva dela. Ova magistrala se naziva

magistrala pdataka

2. Adresne linije sluze da odredimo odrediste nekog podataka na magistrali podataka. Ako

procesor zeli da cita neku rec podataka iz memorije, on stavlja adresu zeljene reci na

adresne linije. Sirina ove magistrale odredjuje maximalni kapacitet memorije sistema.

Adresne linije se koriste I za adresiranje U/I modula na magistrali. Ova magistrala se naziva

magistala adresa.

3. Upravljacke linije se koriste da bi se upravljalo linijama podataka I adresama I sve podatke

deli na komponente. Upravljacki signali se dele na komandne I vremenske informacije.

Vremenske informacije su tu da nam pokazu validnost informacija, a komandne sluze da bi

se izvrsile potrebne informacije.

Tipicne upravljacke linijepodrazumevaju:

Upis u memoriju- podatak se upise u adresiranu lokaciju

Citanje iz memorije- podatak se postavi na magistralu

U/I upis- podatak sa magistrale izadje na U/I port

U/I citanje- podatak se cita sa magistrale Prenos ACKpokazuje da je podatak prihvacen sa magistrale ili postavljen na nju

Zahtev za magistralu- Pokazuje da je potrebu za magistralu I dobija se upravljanje nad njom

Odobrenje magistrale- Odobreno upravljanje

Zahtev za prekid- Prekid je neresen

Prekid ACK - prekid prepoznat

Clock- sinhronizacija operacija


3/28


4/28

b. DistribuiranaarbitrazaU distributivnoj semi, nema centralnog kontrolera. Svaki modul

sadrzi upravljacku logiku a moduli rade zajedno deleci magistralu. Kod ove metode,

svrha je da se obelezi jedan uredjaj bio to processor ili U/I modul kao master (gospodar)

I onda master zapocne prenos podataka (odnosno cita I upisuje ) sa nekim drugim

uredjajem koji je tu prikazan kao slave (sluga).

3.

Vremensko uskladjivanje

je nacin na koji ce se uskladjivati dogadjaji na magistrali. Magistralekoriste:

a. Sinhrono vremensko uskladjivanj - kod kojeg se pojavu dogadjaja na magistrali

odredjuju generator takta. Magistrala ima liniju generator takta, preko koje generator

takta daje predaje niz bitarnih cifara 0 I 1. Jedna predaja 1-0 zove se ciklus generisanja

takta ili ciklus magistrala I definise vremenski odsecak.

b. Asinhrono vremensko uskladjivanje

4.1 PREGLED RACUNARSKOG MEMORIJSKOG SISTEMA

Karakteristike racunarskih memorija sistema su:

1. Lokacija:a. Unutrasnja (procesorski registri, kes memorija, glavna memorija). Unutrasnja

memorija se cesto izjednacava sa glavnom memorijom, ali postoje I druge vrste

unutrasnje memorije. Procesor zahteva posebnu lokalnu memoriju, u okviru

registra.

b. Spoljasnja(opticki diskovi, magnetni, diskovi, trake). Spoljasnja memorija sastoji se

od periferijskih uredjaja, a skladistenje kao sto su disk I traka kojima procesor moze

da pristupa preko U/I kontrolera.

2. Kapacitet: Ocigledna karakteristika memorije je njen kapacitet. Za unutrasnju memoriju on

se izrazava u bajtovima 1 bajta=8bita. Uobicajene duzine reci su 8,16,32,64 bita. Kapacitet

spoljasnje memorije izrazava se u bajtovima.

a. Veljicina reci

b. Broj reci

3. Jedinica prenosa:

a. Recje prirodna jedinica za oznacavanje organizcije memmorije. Velicina je jednaka

broju bitnova koji se koristi da bi se predstavio co broj ili duzina reci. Adresibilne

jedinice u nekim sistemima je ona rec. Medjutim mnogi sistemi dozvoljavaju

adresiranje na osnovu bajta.

b. Blok -Jedinice za prenos: Za glavnu mem.to je broj bitova iz memorije ili upisivanja u

vremenu. Jedinica renosa ne mora da bude rec ili adresa za spoljnju memoriju to su

blokovi. Jedinaca prenosa za glavnu memoriju to je broj bitova iz memorije ili

upisivanja u vremenu. Jedinica renosa ne mora da bude rec ili adresa za spoljnjumemoriju to su blokovi.

4. Metoda pristupa:

a. Sekvencijalni

b. Direktni

c. Asocijativni

5. Performansa:

a. Vreme pristupa


5/28

b. Vreme ciklusa

c. Brzina prenosa

6. Fizicka vrsta

a. Poluprovodnicka

b. Magnetska

c.

Optickad. Magnetno-opticka

7. Fizicke karakteristike

a. Nepostojana/Trajna

b. Izbrisiva/Neizbrisiva

8. Organizacija

a. Memoriski modul

Slika sa strane 117.

Memoriska hijerarhija:

Kao sto bi se moglo ocekivati, postoje kompromis izmedju tri kljucne karakteristike memorije:kapaciteta, vremena pristupa i cene. Da bi se napravili memoriski sistemi, koriste se razne tehnologije, a

u celosti tom spektru tehnologija vazi sledeci odnos:

1. Krace vreme pristupa, veca cena po bitu

2. Veci kapacitet, manja cena po bitu

3. Veci kapacitet, duze vremem pristupa.

Tipicna hijerarhija memorije je sledeca:

1. Memorija na ploci

a. Registri

b. Kesc. Glavna memorija

2. Skladiste van ploce(magnetski disk,CD-ROM,CD-RW,DVD-RW,DVD-RAM)

3. Ofline skladista(magnetske trake, MO, WORM)

Kako se ide niz hijerarhijum dogadja se sledece:

1. Smanjuje se cena po bitu

2. Povecava se kapacitet

3. Povecava se vreme pristupa

4. Smanjuje se ucestalost ristupa u memoriju od strane procesora

Lokalnost reference u toku izvrsenja programa reference memorije od strane procesora se teze

grupisu . Programi obicno sadrze jedan broj intelekturalnih petlji I podprograma. Kada jednom udje

u reference ili podprogram, ponavljaju se reference kao skup instrukcija. U kratkom vremenu

procesor uglavnom radi sa fixiranom grupom reference memorije.

4.2 PRINCIPI KES MEMORIJE

Slika sa strane 120. Pod a)


6/28

Kes memorija je namenjena da pruzi memoriji brzinu a u isto vreme da obezbedi kapacitet memorije.

Postoji relativno velika I spora glavna memorija zajedno sa brzom I manjom kes memorijom. Kes sadrzi

neke delove kopije glavne memorije. Kada procesor cita rec iz memorije onda se proverava da li je ta rec

u kesu , ako jeste isporucuje se procesoru ako nije onda se blok glavne memorije sastoji od nekog fixnog

broja reci , ucitava se u kes pa u processor.

Duzina reda, ne ukljucujci tag I upravljacke bitove, zove se velicina reda. Ona moze biti toliko mala da

ima 32bita, gde svaka rec je 1 bajt u tom slucaju velicina reda je 4 bajta.


5.1 POLUPROVODNICKE GLAVNE MEMORIJE


Organizacija - Osnovni element poluprovodnicke memorije je memorijska celija. One dele izvesne

osobine:

1.

One imaju dva stabilna stanja,koja mogu da se upotrebe kako bi se predstavile ninarne cifre 1 i 02. One seu takve da se u njih upisuje kako bi se uspostavile stanje

3. One su takve da se iz njih cita kako bi se saznalo njihovo stanje.

Celija najcesnje ima 3 funkcionalna termina koje dovode elektricni signal. Terminalom za izbog bira se

memorijska celija za upisivanje ili citanje. Upravljacki termital upucuje na citanje I upisivanje. Za

upisivanje,drugi terminal obezbedjuje elektricni signal kojim se stanje celija postavlja na 0 I 1.

DRAM I SRAM memorija - Memorija sa slucajnim pristupom , odnosno RAM. RAM memorija ima dve

karakteristike:

1.

Pomocu elektricnih signala omogucava se brzo i lako ucitavanje i upisivanje podataka u RAM

memoriju2.

RAM memorija je nepostojana. RAM memoriji mora da se obezbedi stalno napajanje

elektricnom energijom. Ako se napajanje prekine, podaci se gube. RAM memorija je samo za

privremeno skladistenje.

RAMse deli naDRAM I SRAM.

DRAM - dinamicka memorija se pravi od celija koje sladiste podatke kao naelektrisanja na

kondenzatorima. Prisustvo ili odsusutvo naelektrisanja na kondenzatorima implementira se binarnim

ciframa 0 I 1. S obzirom da kondenzatori imaju teznju ka praznjenjem, DRAM zahteva periodicno

osvezavanje nerlektrisanja da bi se odrzlo skladiste podataka. Postoji SENS pojacivac koji odredjuje

napon kondenzatora. DRAM se koristi za skladistenje jednog bita (0 ili 1) I ona je u sustini analogni

uredjaj.

SRAM - je digitalni uredjaj binarne vrednosti se skladiste koristeci konfiguraciju flip flop logickih kola.

Statistika RAM memorija ce cuvati podatke dok ima napajanja.

SRAM I DRAM memorije su nepostojane, znaci da se mora obezbediti trajno napajanje elektricnom

energijom kako bi se ocuvale vrednosti bitova. Celija dinamicke memorije je jednostavnija I manja od

celija staticke memorije. DRAM memorija je gusca (manje celije vise = vise celija po jedinice povrsine ) I


7/28

jeftinija od SRAM memorije. Sa druge strane DRAM zahteva odrazavanje. SRAM memorija rade brze od

DRAM memorije. SRAM memorija se koristi za KES mem (kako na cipu tako I van njega ) , a DRAM

memorija se koristi za glavnu memoriju.

Vrste ROM memorija(memorija samo za citanje) ROM memorija je trajna. Iz ROM memorije moze da se

cita ali nije moguce da se u nju upisuju podaci. Znacajna primena ROM memorije je mikroprogramiranje.

Druge primene ukljucuju:

1. Biblioteku programa za cesto zahtevane funkcije

2. Sistemske programe

3. Tabela funkcija

Prednost ROM memorije je u tome sto su programi ili podaci stalno u glavnoj memoriji I ne moraju nikad

da se ucitaju iz uredjaja sekundarne memorije.

ROM memorije se pravi kako I svaki drugi cip od integrisanog kola, tako sto se podaci stvarno ozicavaju u

cip u okviru fabrikacije. Tu nastaju dva problema:

1. Faza unosenja podataka je jako skupa bez obzira na to da li se pravi jedna kopija ili hiljade njih2. Nema mesta za greske, ako je jedan pogresan onda se odbacije ROM memorija.

PROM programobilna memorija samo za citanje - Ona je trajna I u nju moze da se upise samo jedanput.

Proces upisivanja se izvodi elektricnim putem I to mogu da izvrse prodavac ili kupac. Za proces upisivanja

koristi se specijlna oprema. PROM memorije obezbedjuju fleksibilnost.

EPROM izbrisiva memorija samo za citanje - kod nje cita i upisuje elektricnim putem. Medjutim pre

upisivanja sve celije moraju da se izbrisu tj. one se izlazu ultraljubicastim zracima I taj proces traje

20min.

EEPROM elektricno izbrisiva memorija samo za citanje- podaci mogu da se upisu u bilo kom trenutku

bez brisanja predhodnog sadrzaja. Azuriraju se samo adresirani bajtovi ili bitovi. Operacija upisivanja

traje mnogo duze od operacije citanja. EEPROM je mnogo skuplja od EPROM.

Flesh memorije - koristi tehnologiju elektricnog brisanja, moze da obrise jednu ili vise stavki u jednom

trenutku. Flesh memotija je dobila svoje ime zato sto je cip organizovan tako da odeljci memorijskih

celija brisu jednostrukom akcijom ili fleshom. Medjutim flesh memorija ne obezbedjuje brisanje na nivou

bajta.

6.1MAGNETNI DISK

Magnetni disk je kruzna ploca napravljena od nanelektrisanog materijala, koji se zove supstrakti,

presvucena materijalom koji je namagnetisan. Supstrakt se tradicionalno pravi od aluminijuma ili

aluminijumske legure, ali danas se moze praviti od staklenog supstrakta koji nam donosi prednosti:

Poboljsanje uniformosti povrsine magnetnog filma da bi se povecala pouzdanost diska.

Znacajno smanjenje ukupnih neispravnosti povrsine da bi se smanjile greske prilikom upisivanja I

citanja

Sposobnost podrske manjih visina preleta

Bolju cvrstinu da bi se smanjila dinamika diska


8/28

Vecu sposobnst izdrzavanja udara I ostecenja

Organizacija i formatiranje diska - Glava je mali uredjaj sposoban za citanje iz dela ploce koja rotira

ispod njega. Svaka staza je iste sirine kao I glava. Postoje 1000 staz na povrsini diska.


Susedne staze su razdvojene razmacima. To minimizuje greske zbog razdesnosti glave ili jenostavne

interferacije magnetnih polja. Podaci se prenose na disk i sa njega u sektorima. Postoji na 100 sektora

koji mogu biti fixni ili promenljivi. U vecini se koriste fixni sektori, gde je 512 bajtova skoro univerzalna

velicina sektora. Da ne bi doslo do nekih ne razumnih zahteva postoje razmaci izmedju sektora I staze.

Disk rotira I prolazi kroz fixnu tacku sporije u delu koji je nesto blize centru rotacije nego u delu koji je

dalji od njega. Mora da se nadje nacin da brzina citanja bude ista u svakom delu to moze da se uradi

povecanjem razmaka. Rotacija se skenira konstantnom ugaonom brsinom (CAV). Prednost CAV-a je to

sto blokovi mogu direktno da se adresiraju po stazi I sektoru. Da bi se glava pomerila sa svoje trenutne

pozicije na specificnu adresu potreban je samo kratak pokret glave na odredjenu stazu I kratko vreme da

se odgovarajuci sector obrne ispod glave. Nedostatak CAV-a je sto kolicina podataka koja moze da se

uskladisti na duzim stazama moze da se uskladisti I na kracim stazama.


Zbog gustine povecanja kretanja od najspoljasnjije do najunutrasnjije staze izrazena je u bitnovima po

linearnom incu, kapacitet diska u direktnom CAV sistemu ogranicen je max gustinom zapisivanja koja

moze da se na najunutrasnijoj stazi. Da bi se povecala gustina savremeni sistemi koriste zapisivanje u

vise zona gde je povrsina podeljena od centra sadrze vise bitova (vise sektora) od onih koji su blize

centru. Kako se glava diska pomera sa jedne zone u drugu duzina pojedinacnih bitova se menja sto

prouzrokuje promenu u vremenu za citanje I upisivanje.

Potrebno je neko sredstvo da bi se locirale pozicije sektora unutar staze. Jasno je da mora postojatipocetak I kraj svakog sektora. Za to postoje upravljacki podaci zapisani na disku. Prema tome, disk je

formatiran sa nekim dodatnim podacima koje koristi samo uredjaj disak i koji nisu dostupni korisniku.


Polje ID je jedinstveni identifikator ili adresa koja se koristi da bi se locirao poseban sektor.

Bajt synch - je specijalni uzrok bitova koji razdvajaju pocetak polja. Broj staze identifikuje stazu na

povrsini. Broj glave identifikuje glavu zato sto taj disk ima vise povrsina. Svako polje ID I polje za podatke

sadrzi kod za otkrivanje gresaka.

Fizicke karakteristike:

1. Kretanje

a. Fiksan glava(kretanje po jednoj stazi) Kod fixne postoji jedna glava za citanje I

upisivanje po stazi. Sve glave su montirane na krutoj rucici koja se proteze preko svih

staza. Takvi sistemi su retki.

b. Pokretna glava(po jednoj povrsini) postoji jedna glava za citanje - upisivanje.


9/28

Glava je montirana na rucici , da bi glava mogla da se postavi iznad svake staze rucica

moza da se produzuje I skracuje.

Disk se montira na uredjaju diska koji se sastoji od rucice, vretena koje ga obrce I

elektronskih kola potrebna za ulaz I izlazi binarnih podataka.

2. Prenosivost disakaa. Neizmenljivi disk se montira u uredjaju diska. Cvrsti disk u personalnom racunaru je

neizmenljivi disk.

b. Izmenljivi disk moza da se izvadi I zameni drugim diskom. Prednost je neogranicena

kolicina podataka sa ogranicenim brojem sistema diskova. Pored toga takav disk moze

da se premesta sa jednog racunarskog sistema na drugi. Fleksibilne diskete I ZIP ketridzi

su primeri izmenljivih diskova.

3. Strane

a. Jednostrani - Neki jeftini sistemi koriste jednostrane diskova.

b. Dvostrani - U vecini slucajeva sloj koji se moze namagnetisati, nanesen je sa obe strane

ploce pa se takvi diskovi nazivaju dvoslojnim.

4. Ploce

a. Jedna ploca

b. Visestruke ploce - Neki diskovi mogu da smeste visestruke ploce naslagane po vertikali.

Obezbedjene su visestruke rucice. Sve glave su mehanicki fixirane tako da su sve na

istom rastojanju od centra u svakom trenutku. Skup svih glava zove se cilindar.

5. Mehanizam glave

a. Kontaktni(fleksibilni)

b. Sa fiksnim razmakom

c. Sa aerodinamicnim razmakom(Winchester)

Slika sa stane 193.

Parametri performanse diskova - Svaki detalji U/I operacije diska zavise od racunarskog sistema,

operativnog sistema I prirode U/I kanala I hardvera kontrolera diska. Opsti vremenski dijagram U/I

prenos.

Kada uredjaj diska radi, disk rotira konstantnom brzinom. Da bi citala ili upisivala glava mora da se

postavi na zeljenu stazu I pocetak zeljenog sektora na stazi, izbog staze obuhvata pomeranje glave u

sistemu sa pokretnom glavom ili elektronski izbor jedne glave u sistemu sa fixnim glavama.

U sistemu sa pokretnom glavom vreme koje je potrebno da se glava postavi zove se vreme

pozicioniranja. U oba slucaja jednom kada se staza izabere kontroler diska ceka dok se odgovarajuci

sektor ne obrne da bi se poravnao sa glavom. Vreme koje je potrebno da bi pocetak sektora stigao do

glave to se zove rotacioni kasnjenje.Zbir vremena pozicioniranja ako ga ima I rotaciono kasnjenje daje

vreme pristupa, koje predstavlja vreme potrebno da se dodje na polozaj za citanje ili upisivanje. Kada je

glava na tom polozaju izvodi se operacija za citanje ili upisivanje kako se sektor pomera ispod glave, to je

deo prenosa podatka operacije, vreme potrebno za prenos je vreme prenosa.

Pored vremena pristupa I vremena prenosa postiji I vise kasnjenja cekanja koja se normalno pridruzuju

operacijama U/I operacijama diska. Kada proces izda U/I zahtev, on mora najpre da ceka u redu da mu


10/28

se uredjaj stavi na raspolaganje. U tom trenutku, uredjaj se dodeljuje procesu . Ako uredjaj deli jedan

U/I kanal ili skup U/I kanal sa drugim uredjajem diskova, onda moze doci do dodatnog cekanja da kanal

bude raspoloziv. U tom trenutku izvodi se pozicioniranje da bi poceo pristup disku.

U nekim vremenskim sistemima za servere, koristi se tehnika poznata kao rotaciono poziciono

detektovanje (RPS). Ona radi na sledeci nacin: kada se izda komanda za pozicioniranje komande, kanal

se oslobadja da bi opsluzio druge U/I jedinice. Kada se pozicioniranje zavrsi uredjaj odredjuje kada ce

podatak rotirati ispod glave. Kako se taj sector priblizi glavi, uredjaj pokusava da ponovo uspostavi

komunikacionu putanju ka hostu. Ako su upravljacka jedinica ili kanal zauzeti drugim U/I operacijama,

onda pokusaj ponovnog uspostavljanja veze ne uspeva I uredjaj mora da rotira jos jedan ceo obrtaj pre

nego sto moze da pokusa ponovo povezivanja , sto se zove RPS promasaj. To je dodatni elemn kasnjenja

koji mora da se saber sa vremenom kasnjenja.

Vreme pozicioniranja je vreme potrebno da se rucica diska pomeri na zahtevanu stazu. Postoje dve

kljucne komponente vreme satrovanja I vreme potrebnog za prelazak staza. Vreme prelaska (vreme

pozicioniranja glave iznad ciljne staze dok se ne potvrdi identifikacija staze).

Postoji I rotaciono kasnjenje.

RAID NIVO 0,1,4,5 IZ SVESKE SA PREDAVANJA

6.4 OPTICKA MEMORIJA

CD - Kompakt disk. Neizbrisivi disk skladisti digitalizovane audio informacije. Standardni sistem

koristi 12cm diskove I moze da se zapise vise od 60 min neprakticnog vremena reprodukcije.

CD-ROM Memorija samo za citanje na kompaktnom disku. Neizbrisivi disk koji se koristi za

skladistenje racunarskih podataka. Standardni sistem koristi 12cm diskove I moze da drzi vise od

650 Mbajtova.

CD-R - CD na koji se moze upisivati. Slican CD-ROMU. Korisnik moze da upisuje na disk samo

jednom.

CD-RW CD sa kojeg se moze prepisivati. Slican CD-ROM-u. Korisnik moze izbrisati I pomovo

upisuje na disk vise puta.

DVD - Digitalni video disk. Koriste se od 8-12cm sa dvostranim kapacitetom od 17 Gbajtovima.

Osnovi DVD je samo za citanje (DVD-ROM).

DVD-R DVD preko koga se mogu prepisivati. Slican DVD-ROM-u. Korisnik moze da upisuje na

disk samo jednom. Mogu da se koriste jednostrani diskovi.

DVD-RWDVD preko koga se moze se prepisivati. Slican DVD-ROM-u. Korisnik moze da brise I

da upisuje vise puta.

Bly-ray DVD - Video disk visoke definicije. Obezbedjuje znacajno vecu gustinu podataka nego

DVD, koristeci laser (ultraljubicasti) u jednom sloji na jednoj strain moze da se smesti 25Gbajtova.


Informacije sa CD na CD-ROM se izdvaja uz pomoc lasera male snage koji se nalazi u plejeru optickih

diskova. Laser osvetljava kroz providni polikarbonat dok motor obrce disk pored njega. Intenzitet

reflektovane svetlosti lasera se menja kada naidje na otvor. Posebno, ako je laserski zrak padne na

otvor koji ima grublju povrsinu, svetlost rasipa I manji intenzitet se reflektue nazad ka izvoru. Povrsina


11/28

izmedju otvora nazivaju se polja. Polje je glatka povrsina, koja reflektuje unazad velikim intenzitetom.

Promena izmedju otvora I polja otkriva se fotosenzorom I pretvara u digitalni signal. Sensor testira

povrsinu u pravilnim intervalima. Pocetak ili kraj otvora predstavlja 1, kada se pojavljuje nikakva

promena u elevaciji izmedju interval zapisana je 0.

Da bi se povecao kapacitet informacije na CD-u I CD-ROM-u se ne organizuje po konvencionalnim

stazama. Umsto toga, disk sadrzi jednu spiralnu stazu koja pocinje blize centru I spiralno se odvija sve do

spoljasnje ivice diska. Sektori blizu spoljasnjosti diska isti su kao I oni blizi unutrasnjosti. Informacija se

ravnomerno pakuje na disk u segmentima iste velicine, koji se skeniraju istom brzinom pomocu rotiranja

diska promenljivom brzinom. Otvori se citaju laserom konstantnom linearnom brzinom (CLV). Disk

rotira sporije za pristupe blizu spoljasnje ivice, nego one blizu centra. Dakle, kapacitet staze I rotaciono

kasnjenje se povecavaju sa pozicije blize spoljasnjoj ivici diska. Kapacitet podataka za CD-ROM-u je oko

680mb.

7.0 ULAZ/IZLAZ


Pored procesora I skupa memorijskih modula, treci kljucni elemenat racunarskog sistema je skup U/I

modul. Svaki moduli ma interfejs sa sistemskom magistralom ili centralnim komutatorom I upravlja

jednim ili vise periferijskih uredjaja. U/I modul sadrzi logiku za izvodjenje komunikacione funkcije

izmedju periferijskog uredjaja I magistrale.

Periferijski uredjaji se ne povezuju sa magistralom zato sto:

1.

Postoji sirok skup raznih periferijskih uredjaja sa razlicitim metodama rada. Bilo bi neprakticno

ugradjivati potrebnu logiku unutar procesora da bi se upravljalo citavim spektarom uredjaja.

2.

Brzina prenosa podataka periferijskih uredjaja cestoje znatno manja od one kod memorije ili

procesora. Dakle, nije prakticno koristiti veoma brzu sistemsku magistralu da bi se direktno

komuniciralo sa periferijskim uredjajem.3.

Sa druge strane, brzina prenosa podataka nekih periferijskih uredjaja veca je od one memorije ili

procesora. Opet, nesaglasnost bi dovela do neefikasnosti ako se njom ne bi upravljalo na

ispravan nacin.

4.

Periferijski uredjaj cesto koriste formate podataka I duzine reci razlicite od onih koji koristi

racunar na koji su prikljuceni.

Dakle, potrabno je U/I modul. Taj moduli ma 2 glavne funkcije:

1. Interfejs prema procesoru I memoriji preko sistemske magistrale ili centralnog komutatora.

2. Interfejs prema jednom periferijskom uredjaju ili prema vise njih preko prilagodjenih linkova za

podatke.

7.1 SPOLJASNJI UREDJAJI

U/I operacije se izvrsavaju preko sirokog asortiman spoljasnjih uredjaja koji obezbedjuju sredstva za

razmenu podataka izmedju spoljasnjeg okruzenja I racunara. Spoljasnji uredjaj se prikljucuju na racunar

pomocu linka na U/I modul. Link se koristi za razmenu upravljanja, stanja I podataka za izmedju U/I

modula I spoljasnjeg uredjaja. Spoljasnji uredjaj prikljucen na U/I modul se zove periferijski uredjaj ili

jednostavnij, preriferal.


12/28

Spoljnje uredjaje mozemo podeliti u 3 grupe:

1. Citljive za ljude:pogodne za komuniciranje sa korisnikom racunara. Primeri uredjaja citljivi za

ljude su terminali sa video displejom (VDT) I stampaci.

2. Citljive z masinu: pogodne za komuniciranje sa opremom. Primer uredjaja citljivih za masine su

sistemi magnetnih diskova I traka, senzori I pokretaci, kao sto su oni sto se koriste u robotskim

primerima.

3. Komunikacione: pogodne za komuniciranje sa udaljenim uredjajima. Komunikacioni uredjaji

omogucavaju racunaru da razmenjuje podatke sa udaljenim uredjajima, koji mogu biti citljivi za

ljude kao sto je terminal, citljivi za masina ili cak I za drugi racunar.


Upravljacki signal odredju funkciju koju ce uredjaj izvrsiti, kao sto je slanje podata U/I modul

(INPUT/READ), prihvatanje podataka iz U/I modula (OUTPUT ili WRITE), izvestavanje o stanju ili

izvodjenje neke upravljacke funkcije specificne za uredjaj koji je u pitanju. Podaci su u obliku skupa

bitova koji treba da se salju ili primaju uz U/I modula. Signali stanjaukazuju na stanje uredjaja. Primeri

su READY / NOT-READY koji ukazuju da li je uredjaj spreman za prenos podataka.

Upravljacka logika pridruzena uredjaju upravlja random uredjaja, kao odzivom na naredbu iz U/I

modula. Pretvarac pretvara podatke iz elektricnog oblika energije u druge za vreme izlaza iz drugih

oblika u elektricni za vreme ulaza. U opstem slucaju, pretvaraci se prikljucuju na bafer za privremeno

drzanje podataka koji se prenose izmedju U/I modula I sppoljasnjeg okruzenja. Uobicajena velicina

bafera je od 8-16 bitova.

7.2U/I MODULI

Glavne funkcije modula su:

1. Upravljanje I vremensko uskladjivanje

2. Komnikacija procesora

3. Komniciranje uredjaja

4. Baferovanje podataka

5. Otkrivanje gresaka

U bilo kom trenutku, procesor moze da komunicira sa jednim spoljasnjem uredjajem ili sa vise njih po

nepravdanim uzrocima, zavisno od potreba programa za ulazom I izlazom.

Unurasnji resursi, kao sto su glavna memorija I sistemska magistrala, moraju da se dele izmedju vise

aktivnosti, ukljucujuci U/I podataka. Prema tome, funkcija U/I ukljucuje zahtev za upravljanje Ivremenskim uskladjivanjemda bi upravljala tokom saobracaja izmedju unutrasnjih I spoljasnjih resursa.

Na primer, upravljanje prenosom podataka od spoljasnjeg uredjaja do procesora moglo bi da obuhvati

niz sledecih postupaka:

1. Procesor isputuje U/I modul da bi proverio stanje prikljucenog uredjaja

2. U/I modul vraca stanje uredjaja


13/28

3. Ako je uredjaj operativan I spreman da predaje, procesor zahteva prenos podataka pomocu U/I

modula

4. U/I modul dobija jedinicu podataka (8 ili 16 bitova ) od spoljasnjeg uredjaja

5. Podaci se prenose od U/I modula procesora

Ako sistem koristi magistralu, onda je svaka interakcija izmedju procesora I U/I modula obuhvata jedno

ili vise arbiriranja magistrale.

Komunikacija rocesoraobuhvata sledece:

1. Dekodovanje komande: U/I modul prihvata komande procesora, koje se po pravilu salju kao

signali na upravljackoj magistrali

2. Podaci:se razmenjuju izmedju procesora I U/I modula preko magistrale podataka

3. Izvestavanje o stanju:s obzirom na to da su periferisjki uredjaji tako spori, vazno je znati stanje

U/I modula.

4. Prepoznavanje adrese:bas kao sto svaka rec memorije ima adresu, to vazi I za svaki U/I uredjaj.

Zbog toga U/I modul mora da prepozna jednu jedinstvenu adresu za svaki periferisjki uredjaj

kojim upravlja.

U/I modul mora biti u stanju da izvede komunikaciju uredjaja, ta komunikacija obuhvata komande,

informacije o stanju I podatke.

Sustinski zadataak U/I modal je baferovanje podataka. Podaci koji dolaze iz glavne memorije salju se u

U/I modul u veoma brzom neprekindom nizu. Podaci se baferuju u U/I modulu I zatim se salju na

periferijski uredjaj njegovom brzinom podataka. U suprotnom smeru, podaci se baferuju kako ne bi

spustali memeoriju sporom operacijom prenosa. Dakle, U/I modul mora biti sposoban da radi sa oba

uredjaja I brzinom memorije. Slicno tome, ako U/I uredjaj radi brzinom vecom od one za pristup

memoriji, onda U/I modul izvodi potrebnu operaciju baferovanje.

Najzad, U/I modul je ceto odgovoran za otklanja greske I izvestava processor o njima. Takodje, Imehanicke I elektricne neispravnosti , nenamerna promena uzroka bitnova, kada se on prenosi sa

uredjaja na U/I modul.


Struktura U/I modula - Modul se povezuje sa ostatkom racunara preko skupa signalnih linija(odnosno,

linija sistemske magistrale). Podaci koji se prenose u modul i iz njega, baferuju se u jednom registru za

podatke ili vise njih. Moze takodje postojati jedan registar stanja ili vise njih, koji obezbedjuju

informaciju o trenutnom stanju. Registar stanja moze takodje da radi kao upravljacki registar, da prima

detaljnu upravljacku informaciju od procesora. Logika unutar modula medjusobno reaguje sa

procesorom preko skupa upravljackih linija. Procesor koristi te upravljacke linije da bi izdao komande U/Imodulu. Neke od upravljackih linija moze da koristi U/I modul. Svaki U/I moduli ma jedinstvenu adresu.

U/I modul sadrzi logiku specificnu za interfejs za svakim od uredjaja kojima upravlja.

U/I modul funkcionise kako bi se omogucilo procesoru da vidi sirok opseg uredjaja na jedinstven nacin.

U/I modul moze da sakrije detalje vremenskog ukladjivanja, formata I elektromehanike spoljasnjeg

uredjaja, tako da procesor moze da funkcionise pomocu jednostavnih komandi za citanje I upisivanje I,

mozda, komandi za otvaranje I zatvaranje.


14/28

U/I kanal ili U/I processorje interfej ka procesoru visokog nivoa. U/I modul koji je primitivan I zahteva

detaljno upravljanje zove se U/I kontroler ili kontroler uredjaja.U/I kontroeri se obicno mogu videti na

mikroracunarima, dok se U/I kanali koriste u glavnim racunarima.

9.1 DECIMALNI SISTEM

U svakodnevnom zivutu za predstavljanje brojeva koristimo sistem zasnovan na decimalnim ciframa(1,2,3,4,5,6,7,8,9,0), taj sistem nazivamo decimalni.

Za decimalni sistem kaze se da ima bazu, ili osnovu od 10. To znaci da se svaka cifra u broju mnozi sa 10

podignutim na stepen koji odgovara polozaju te cifre.

83=(8*101)+(3*100)

Isti princip vazi I za decimalne razlomke, samo sto se koristi 10 podignut na negativni stepen.

0.256 = (2*10-1) + (5*10-2) + (6*10-3)

U svakom broju, cifra krajnje levo zove se najznacajnija cifra, zato sto nosi najvecu vrednost. Cifra

krajnje desno zove se najmanje znacajna cifra.

9.3 BINARNI SISTEM

U binarnom sistemu imamo samo dve cifre, 1 i 0. Brojevi u binarnom sistemu predstavljeni su sa

osnovom 2.

102= (1*21) + (0*20) = 210

112= (1*21) + (1*2

0) = 310

1002= (1*22) + (0*21) + (0*20) = 410

9.4 PRETVARANJE IZMEDJU BINARNOG I DECIMALNOG SISTEMA

Iz decimalnog u binarni broj.

- Pretvaranje sa osnove 10 na osnovu 2 vrsimo ponavljajuci deljenje brojem 2. Ostaci i poslednji

kolicnik, 1, daju nam, po opadajucem redosledu vaznosti, binarne cifre broja N. Slika 9.1 stana

311.

Razlomak iz decimalnog u binarni broj

- Mnozenje brojem 2. Pri svakom koraku, razlomljeni deo broja iz predhodnog koraka mnozi se sa

brojem 2. Cifre levo od decimalnog zareza u proizvodu bice 0 ili 1 i daju binarni prikaz.

Razlomljeni deo proizvoda koristi se kao mnozilac u sledecem koraku. Slika 9.2 stana 311.

9.5 EKSIDECIMALNA NOTACIJA

Zbog toga sto su digitalne komponente racinara u sustini binarne, svi oblici podataka unutar racunara se

prdestavlju razlicitim binarnim kodovima.

Usvojena je notacija poznata kao heksadecimalna. Binarne cifre se grupisu u skupove od po cetiri, koji se

zovu zalogaji.


15/28

0000=0 0100=4 1000=8 1100=C=12

0001=1 0101=5 1001=9 1101=D=13

0010=2 0110=6 1010=A=10 1110=E=14

0011=3 0111=7 1011=B=11 1111=F=15

Posto se koristi 16 simbola, ovakav nacin pisanja nazvan je heksadecimalni, a ovih 16 simbola su

heksadecimalne cifre.

2C16 = (216*161) + (C16*16

0) = (2010*16

1) + (C10*16

0) = 44

Tabela sa strane 316.

10.1 ARITMETICKO LOGICKA JEDINACA

Aritmeticka i logicka jedinica (ALU) je deo racunara koji stvarno izvodi aritmeticke I logicke operacije

nad podacima. Svi ostali elementi racunarskog sistema upravljacka jedinica, registri, memorija, U/I -

postoje uglavnom da bi doneli podatke u ALU kako bi ih ona obradila i iznela rezultate opet napolje.

ALU I, zaista, sve elektronske komponente u racunaru, zasnovane sun a upotrebi jednostavnih digitalnih

logickih uredjaja koji mogu da skladiste binarne cifre I izvode jednostavne Bulove logicke operacije.


10.2 PREDSTAVLJANJE CELIH BROJEVA

U binarnom brojnom sistemu, proizvoljni brojevi mogu da se predstave samo pomocu cifara 0 i 1.

Predstavljanje pomocu predznaka i apsolutne vrednosti - Najjednostavniji oblik predstavljanja kojiprimenjuje bit predznaka je predstavljanje pomocu predznaka i apsolutne vrednosti.

+18 = 00010010

-18 = 10010010 (oznacena apsolutna vrednost)

Postoji vise nedostataka predstavljanja pomocu predznaka i apsolutne vrednosti. Zbog tih nedostataka,

ovo predstavljanje se retko koristi u implementiranju celobrojnog dela ALU. Umesto toga,

najzastupljenija sema je predstavljanje pomocu komplementa dvojike.

Predstavljane pomocu komplementa dvojke - Ovo predstavljanje koristi najznacajni bit kao bit

predznaka, sto cini jednostavnim ispitivanje da li je ceo broj pozitivan ili negativan. Ono se od

predhodnog razlikuje po nacinu na koji se interpretiraju ostali bitovi.

Tabela 10.1


16/28

Opseg -2n-1

do 2n-1

-1

Broj predstavljanja nule Jedno

Negacija Uzeti Bulov complement svakog bita odgovarajuceg pozitivnog

broja, a zatim dodati 1 rezultujucem uzorku bitova vidjenom kao

neoznacen ceo broj.

Prosirenje duzine bitova Dodati jos pozicija bitova sa leve strane I ispuniti ih vrednoscu

prvobitnog predznaka bita.

Pravilo prekoracenja Ako se dva broja istok predznaka (oba pozitivna ili oba negativna)

saberu, onda dolazi do prekoracenja ako I samo ako rezultat ima

suprotan predznak

Pravilo oduzimanja Da bi se oduzeo broj B od broja A, uzeti komplement dvojke B I

sabrati gas a A

Tabela 10.2 Alternativna predstavljanja 4-bitnih celih brojeva sa strane 324.

Prosirenje opsega- Ponekad je pozeljno da se uzme n-bitni ceo broj I uskladisti u m bitova, gde je m>n.

To prosirenje duzine bitova zove se prosirenje opsega,zato sto je opseg brojeva koji mogu da se izraze

prosiren povecanjem duzine u bitovima. U notaciji sa predznakom I apsolutnom vrednoscu, to se lako

postize: jednostavno se bit predznaka premesti na poziciju krajnje levo I popuni nulama.

+ 18 = 00010010 (oznacena apsolutna vrednost, 8 bitova)

+ 18 = 0000000000010010 (oznacena apsolutna vrednost, 16 bitova)

- 18 = 10010010 (oznacena apsolutna vrednost, 8 bitova)

- 18 = 1000000000010010 (oznacena apsolutna vrednost, 16 bitova)

Ova procedura nece raditi za negativne brojeve u komplementu dvojke, umesto toga za pozitivne

brojeve, popunjava se nulama, a za negativne jedinicama. To se zove prosirenje predznaka.

+ 18 = 00010010 (komplement dvojke, 8 bitova)

+ 18 = 0000000000010010 (komplement dvojke, 16 bitova)

- 18 = 11101101 (komplement dvojke, 8 bitova)

- 18 = 1111111111101101 (komplement dvojke, 16 bitova)


17/28

10.3 CELOBROJAN ARITMETIKA

Negacija - U predstavljanju pomocu predznaka I apsolutne vrednosti, pravilo za formiranje negacije

celog broja je jednostavno: invertuje se bit predznaka. U notaciji komplementa dvojke, negacija celog

broja moze da se formira pomocu seledecih pravila:

1. Napraviti Bulov komplement svakog bita celog broja, odnosno, postaviti svaku 1 na 0 i svaku 0

na 1.

2. Postupajuci sa rezultatom kao sa neoznacenim binarnim celim brojem dodati mu 1.

Taj proces u dve faze zove se operacija komplementa dvojke, ili pravljenje komplementa dvojke celog

broja.

+18= 00010010 (komplement dvojke)

(komplement bitova) = 11101101

+ 1

11101110= -18

Kao sto je ocekivano, negacija negacije tog broja je sam taj broj:

-18= 11101110 (komplement dvojke)

(komplement bitova) = 00010001

+ 1

00010010= +18

Sabiranje i oduzimanje - Sabiranje se odvija kao da su dva broja neoznaceni celi brojevi. Ako je rezultat

pozitivan, dobijamo pozitivan broj u obliku komplementa dvojke, sto je isto kao I oblik neoznacenog

celog broja. Ako je rezultat operacije negativan, dobijamo negativan broj u obliku komplementa dvojke.

Prilikom svakog sabiranja rezultat moze da bude veci od onog sto moze da se drzi u reci velicine koja se

koristi. Taj uslov zove se prekoracenje.Kada dodje do prekoracenja posmatra se sledece pravilo:

Pravilo prekoracenja: Ako se dva broja sabiraju I oba su pozitivna ili oba negativna, do

prekoracenja dolazi ako I samo ako rezultat ima suprotan predznak. Slika 10.3 sa strane 329.

Pravilo oduzimanja: Da biste oduzeli jedan broj (umanjilac) od drugog (umanjenik), uzimate

komplement dvojke (negaciju) umanjioca I dodajete ga umanjeniku. Slika 10.4 sa strane 329.

Mnozenje - Mnozenje neoznacenih celih brojeva:

Slika 10.7 sa strane 331.


18/28

1. Mnozenje obuhvata pravljenje delimicnih proizvoda, po jedan za svaki bit u mnoziocu. Ti

delimicni proizvodi se zatim sabiraju da bi se napravio krajnji proizvod.

2. Delimicni proizvod se lako definise. Kada je bit mnozioca 0 proizvod je 0. Kada je mnozilac 1,

delimicni proizvod je mnozenik.

3. Ukupan proizvod dobija se sabiranjem delimicnih proizvoda. Za tu operacuju, svaki naredni

delimicni proizvod pomera se za jednu poziciju nalevo, u odnosu na predhodni delimicni

proizvod.

4. Mnozenje dva n-bitna cela broja za rezultat ima proizvod duzine 2n bitova ( na primer 11*11 =

1001)

11.1 BULOOVA ALGEBRA

Digitalna elektronska kola u digitalnim racunarima I drugim digitalnim sistemima su projektovana, a

njihovo ponasanje se analizira, koriscenjem matematicke discipline poznate kao Boolova algebra. Ona je

pogodn alat u dve oblasti:

Analiza:to je ekonomican nacin za opisivanje funkcionisanja digitalnih kola

Projektovanje:moze se primeniti za razvoj pojednostavljene implementacije date matematickefunkcije.

Vrednost promenjivih 1(istinito), 0 (neistinito)

Osnovne logicke operacije su I, ILI, NE, NI, NILI

A I B = A*B

A ILI B = A + B

NE A = A (nadvuceno)

A NI B = NE (A I B) = AB (nadvuceno) A NI B = NE A ILI NE B

A NILI B = NE (A ILI B) = A + B (nadvuceno) A NILI B = NE A I NE B

Tablica istinitosti slika 11.1 sa strane 367.

Postoje dve klase identiteta: osnovna pravila (ili postulati), koji se daju bez dokazivanja, I ostali identiteti

koji se mogu izvesti iz osnovnih postulate. Slika 11.1 sa strane 367.

11.2 LOGICKA KOLA

Osnovni element za gradnju svih digitalnih logickih kola jeste logicko kolo. Logicko kolo je elektronsko

kolo koje proizvodi izlazni signal koji je jednostavna Boolova operacija njegovih ulaznih signala. Osnovna

logicka kola koja se koriste u digitalnim logickim kolima su I, ILI, NE, NI ,NILI. Slika 11.1 sa strane 368.

Obicno, pri implementacije se ne koriste sve vrste logickoh kola. Projektovanje I proizvodnja su

jednostavniji ako se koriste samo jedna ili dve vrste logickih kola. Vazno je utvrditi funkcionalno

kompletiranskup logickih kola. Funkcionalno kompletirani skupovi su sledeci:


19/28

I, ILI, NE;

I, NE;

ILI, NE;

NI; NILI

Slika 11.2 strana 369, Slika 11.3 strana 370

11.3 KOMBINACIONA KOLA

Kombinaciono kolo je medjusobno povezani skup logickih kola ciji je izlaz u bilo kom trenutku funkcija

samo ulaza u tom trenutku. Kao I u slucaju pojedinacnih logickih kola, postojanje ulaza praceno je skoro

trenutnim pojavljivanjem izlaza, samo uz kasnjenje logickih kola. Najopstije receno, kombinaciono kolo

sastoji se od n binarnih ulaza I m binarnih izlaza.

Kombinacona kola mogu se definisati na tri nacina:

1. Tablica istinitosti: za sve od 2n mogucih kombinacija ulaznih signala navedene su binarne

vrednosti svih m izlaznih signala.

2. Graficki simboli:prikazuju se medjusobne veze logickih kola.

3. Boolove jednacine:izlazni signali se izrazavaju kao Boolove funkcije njihovih ulaznih signala.

Implementacija Boolovih funkcija - Tabela 1.3 ; Slika 11.4 ; Slika 11.5 (Pogledaj knjigu)

Uproscavanje funkcija moze se postici na tri nacina:

1.

Algebarskim uproscavanjem se vrsi primenom Boolovih identiteta (tabela 11.2 sa strane 367)kako bi se dobio Boolov izraz sa manje elemenata.

2. Karnaughovim mapama - Mapa je matrica od po 2n kvadrata, koji predstavljaju sve moguce

kombinacije vrednosti n binarnih promenjivih (slika 11.7a, b, c). Svaki kvadrat odgovara

jedinstvenom proizvodu u obrascu sume proizvoda, pri cemu vrednost 1 odgovara odredjenoj

promenjivoj, a vrednost 0 odgovara logickom NE te promenjive.

Da bi se Booloeov izraz pretvorio u mapu, neophodno je da se taj izraz predhodno prevede u

kanonicki oblik(svaki element izraza mora da sadrzi sve promenjive). Ako imamo jednacinu prvo

(11.3 strana 366), najpre moramo da je prosirimo u puni oblik jednacine (11.1 strana 368), a

zatim je pretvorimo u odgovarajucu mapu.

Posto se mapa funkcije napravi mozemo napisati jednostavan algebarski izraz za nju, vodeci

racuna o rasporedu jedinica na mapi.3. Quine-McCluskeyevim mapama Tabela 11.5 ; 11.6 strana 378 i 379.

Multiplekseri - povezuje vise ulaza sa jednim izlazom. Multiplekseri se koriste u digitalnim kolima za

upravljacke signale I usmeravanje podataka. Primer je ucitavanje programskog brojaca (PC). Vrednost

koja se ucitava u programski brojac moze da potice iz jednog od nekoliko razlicitih izvora:

Binarni brojac, ako PC treba uvecati za sledecu instrukciju


20/28

Instrukcijski registar, ako je upravo izvrsena instrukcija grananja sa direktnom adresom

Izlaz iz aritmeticko-logicke jedinice, ako instrukcija granjanja adresu odradjuje koristeci pomeraj.

Slika 11.12 strana 380; Tabela B.7 strana 381; Slika 11.14. strana 382

Dekoderi -je kombinaciono kolo sa vise izlaznih linija, pri cemu u jednom trenutku postoji signal samo

na jednoj od njih, zavisno od oblika signala ulaznih linija. U opstem slucaju decoder ima n ulaza I 2n

izlaza.

Dekoderi se mnogo koriste u digitalnim racunarima, a jedan primer je dekodiranje adresa.

Sa dodatnom ulaznom linijom dekoder se moze koristiti kao demultiplekser I vrsi ce inverznu funkciju u

odosu na multiplekser; on povezuje jedan ulaz sa jednim od nekoliko izlaza. Slika 11.17 strana 384.

Sabiraci - Binarno sabiranje se razlikuje od Booleove algebra po tome sto rezultat obuhvata I element

prenosa. Medjutim, sabiranje se moze obaviti Booleovim izrazima. U tabeli 11.9a strana 386 prikazana je

tablica istinitosti koja se moze implementirati digitalnom logikom. Kada sabiramo dva n-bitna broja,

postavlja se skup sabiraca tako da se prenosni bit iz jednog sabiraca dostavi kao ulaz sledecem. Na Slici

11.19 strana 386 prikazan je 4-bitni sabirac.

Slika 11.20 Implementacija u kojoj se koriste I, ILI i NE kola.

Slika 11.21 Konstrukcija 32-bitnog sabiracakoriscenjem 8-bitnih sabiraca.

11.4 SEKVENCIJALNA KOLA

Kombinaciona kola implementiraju sustinske funkcije digitalnog racunara. Medjutim, osim u slucaju

ROM memorije, one ne nude memorijske informacije ili one o stanju. Za to se koristi mnogo slozeniji

oblik logickih digitalnih kokla: sekvencijalna kola. Trenutni izlaz ovih kola ne zavisi samo od trenutnih,

vec I od predhodnih ulaza.

Flip-flopovi - Najednostavniji oblik sekvenciajlnih kola. Postoji vise vrsta, pri cemu svi imaju dve

zajednicke osobine:

Flip-flop je uredjaj koji ima dva stanja: nalazi se u jednom od ta dva stanja I, bez promene na

ulazu, ostaje u tom stanju. Pri tome, flip-flop se ponasa kao 1-bitna memorija.

Flip-flop ima dva izlaza, koji su uvek medjusobno komplementarni; obicno se obelezavaju sa Q i

Q-

S-R Elektronski prekidac:Na slici 11.22 strana 389 prikazana je uobicajena konfiguracija poznata kao S-Rflip-flop ili S-R elektronski prekidac. Ovo kolo ima 2 ulaza, S (Set-postaviti) I R (Reset) I dva izlaza Q I Q

- a

sastoji se od 2 NILI kola povezana u povratnu spregu. Slika 11.23 strana 390.

S-R elektronski prekidac moze se definisati tabelom slicnom tablici istinitosti nazbanoj karakteristicna

tabela, koja pokazuje sledece stanje ili sledeca stanja sekvencijalnog kola zavisno od trenih stanja I ulaza.

U slucaju S-R elektronskog prekidaca, stanje se moze definisati vrednoscu izlaza Q.


21/28

S-R Flip-Flop pobudjen generatorom takta: Izlaz S-R elektronskog prekidaca se menja, posle kraceg

kasnjenja, kao odgovor na promenu na ulazu. Ovo se naziva asinhroni rad. Cesce se desava da se

dogadjaji u digitalnom racunaru sinhronizuju impulsima generatora takta, tako da se promene desavaju

samo kada se pojavi impuls generator takta.

D Flip-Flopse postize da se omoguci samo jedan ulaz. Koriscenjem invertora, obezbedjuje se da ulazi kojine poticu iz generator takta u dva I kola budu medjusobno suprotni. On se ponekad naziva flip-flop

podataka, posto cuva jedan bit podataka. Izlaz D flip-flopa uvek je jednak poslednjoj vrednosti koja je

bila uneta na njegov ulaz. Takodje se I naziva flip-flop sa kasnjenjem, posto se 0 ili 1, uneti na njegov

ulaz, pojavljuju na izlazu jedan impuls generatora takta kasnije.

J-K Flip-Flop:On ima dva ulaza. Razlika izmedju flip-flopova moze se videti na slici 11.27 strana 392.

Registri - Registar je digitalno kolo koje se koristi unutar procesora za cuvanje jednog ili vise bitova

podataka. Dva osnovna tipa registara koji se najcesce koriste su paralelni registri I pomeracki registri.

Paralelni registar sastoji se od supa 1-bitnih memorija koje se mogu istovremeno citati iliupisivati u njih. Koriste se za skladistenje podataka. Kod 8bitnog registra, koji koristi D flip-

flopove, upravljacki signal(ucitavanje) upravlja upisivanjem signalnih linija unutar registra. Te

linije mogu biti izlaz multipleksera, tako da se u registar mogu ucitavati podaci iz razlicitih izvora.

Pomeracki ragistar prihvata i/ili serijski premesta informacije. Pomeracki registri mogu se

koristiti kao interfejs za serijske U/I uredjaje. Pored toga, mogu se koristiti sa aritmeticko-

logickom jedinicom za obavljanje logickih funkcija pomeranja I rotiranja.

Brojaci - Brojac je registar cija se vrednost lako povecava za 1 modulo kapaciteta registra. Registar

sacinjen od n flip-flopova moze da broji do najvise 2n-1. Kada se vrednost brojaca poveca iznad njegove

maksimalne vrednosti, vraca se na 0. Primer brojaca u procesoru je programski brojac.

Brojaci se mogu projektovati kao asinhroni(talasasti) I sinhroni, zavisno od nacina na koji rade. Talasasti

brojacisu relativno spori posto izlaz iz jednog flip flopa pokrece promenu stanja narednog. U sinhronom

brojacu, svi flip-flopovi istovremeno menjaju stanje. Posto je ovaj drugi tip mnogo brzi, on je taj koji se

koristi u procesorima.

13.1 NACIN ADRESIRANJA


Ispitujemo najzastupljenije tehnuke adresiranja:

1. Neposredno adresiranje - Najjednostavniji oblik adresiranja je neposredno adresiranje, u kome

je vrednost operanda prisutrna u instrukciji. Operand = A. Taj nacin moze da se upotrebi dadefinise I koristi konstante ili da postavlja pocetne vrednosti promenljivih. Prednost

neposrednog adresiranja je sto nema drugih reference memorije sem donosenja instrukcije koja

se zahteva da bi se dobio operand, pa se prema tome stedi jedan ciklus memorije ili kesa u

ciklusu instrukcija.Nedostatak je sto je velicina broja ogranicena dimenzijom polja za adresu,

koja je, u vecini instrukcija, mala u podredjenju sa duzinom reci.


22/28

2. Direktno adresiranje - Direktno adresiranje je veoma jednostavan oblik adresiranja, u kome

polja za adresu sadrzi efektivnu adresu operanda: EA=A. Ta tehnika je bila uobicajena u ranijim

generacijama racunara, ali se ne srece cesto kod savremenih arhitektura racunara. Zahteva

samo jednu reference memorije I nema posebnih izracunavanja. Ocigledano ogranicenje je to

sto obezbedjuje samo ogranicen adresni proctor.

3. Indrirektno adresiranje

Kod indirektnog adresiranje, duzina polja za adresu je obicno manja od

duzine reci, sto ogranicava adresni opseg. Jedno resenje je da se u polje referencira na adresu

reci u memoriji, koja sa svoje strane sadrzi adresu operanda potpune druzine. To je poznato kao

indirektno adresiranje: EA=A.

4. Registarsko adresiranje Registarsko adresiranje ja slicno direktnom adresiranju. Jedina razlika

je to sto adresno polje referencira registarm a ne adresa u glavnoj memoriji: EA=R

5. Registarsko indirektno adresiranje Bas kao sto je registarsko adresiranje analognog direktnom

adresiranju, registarsko indirtektno adresiranje je analognom undirektnom adresiranju. U oba

slucaja, jedina razlika je u tome da li adresno polje referencira memorijsku lokaciju ili registar.

Prema tome, za registarasku indirektnu adresu, EA=R.

6. Adresiranje sa pomeranjem

Veoma mocan nacin adresiranja kombinuje sposobnosti direktnog

I registarskog indirektnog adresiranja. On je poznat pod raznim nayivima koji zavise od konteksa

njeove upotrebe, ali osnovni mehanizam je isti. Mi cemo se na njega pozvati kao na afresiranje

sa pomeranjem. EA=A+(R). Adresiranje sa pomeranjem zahteva da instrukcija ima dva adresna

polja, od kojik najmanje jedno eksplicitno. Vrednost koja se sadrzi u jednom adresnom

polju(vrednos=A) koristi se direktno. Drugo adresno polje, ili implicitna referenca zasnovana na

operacionom kodu, odnosi se na registae ciji sadryaj se dodaje A da bi se proizvela efektivna

adresa. Opisacemo tri najcesce upotrebe adresiranja sa pomeranjem:

a. Relativno adresiranje koje se zove I adresiranje relativno prema PC(programskom

brojacu). Odnosno, adresa sledece instrukcije dodaje se adresnom polju da bi se

proizvela EA.

b. Adresiranje sa osnovnim registrom postoje sledece tumacenje: referencirani registri

sadrzi adresu u glavnoj memoriji, a adresno polje sadrzi pomeraj do te adrese.

Referenca registra moze biti eksplicitna I implicitna.

c. Indreksiranjetipicno tumacenje je sledece: adresno polje referencira adresu u glavnoj

memoriji, a referencirani registar sadrzi pozitivan pomeraj od te adrese.

14.1 ORGANIZACIJA PROCESORA

Da bi se organizacija procesora bila jasnija, razmotrimo najpre zadatke koje on treba da izvrsava:

1. Donosenje instrukcija

Procesor cita instrukcije iz memorije(registra, kesa ili glavne memorije),2. Interpretiranje instrukcijeDekodovanje instrukcija odredjuje se akcija koju treba preduzeti,

3. Donosenje podataka Izvrsavanje instrukcije moze da zahteva citanje podataka iz memorije ili

nekog U/I modula,

4. Obrada podataka Izvrsavanje instrukcije moze da zahteva izvodjenje neke aritmeticke ili

logicke operacije nad podacima,


23/28

5. Upisivanje podataka Rezultati izvrsavanja mogu da zahtevaju upisivanje podataka u memoriju

ili U/I modul.

Ocigledno je da procesor mora privremeno da uskladisti neke podatke kako bi mogao da uyvrsi

navedene zadatke. Onda mora da zapamti lokaciju poslednje instrukcije kako bi znao gde da potrazi

narednu. Za vreme izvrsavanja instrukcije processor mora da skladisti druge insttrukcijei podatke. Dakle,procesoru je neophodna mala unutrasnja memorija.


Na slici je predstavljeno pojednostavljeni prikaz procesora u kome je istaknuta njegova veza sa ostatkom

sistema putem sistemske magistrale. Osnovne komponente procesora su aritmeticko logicka jedinaica,

ALU, I upravljacka jedinica, CU. ALU zaduzena je za izracunavanjae I obradu podataka, dok CU upravlja

ulaskom podataka I instrukcija u procesor I njihovom izlaskom iz njega, kao I radom jedinice ALU. Osim

toga, na slici moze se videti I minimalana interna memorija koja cini skup skladistenih lokacija po imenu

registri. Na slici su istaknute putanje prenosa podataka I logicke nontrole, kojima propada I element po

imenu interna magistrala procesora. Ovaj element neophodan je za prenos podataka izmedju razlicitih

registra I jedinice ALU zato sto ALU, u stvari, operise samo sa podacima koji se nalaze u internoj memotiji

procesora.

14.2 ORGANIZACIJA REGISTRA

Registri u procesoru imaju dve uloge:

1. Registri vidiljivi za korisnike Omogucavaju programeru masinskog ili asemblerskog jezika da,

optimalnim koriscenjem registar, svede na najmanju mogucu meru referenciranje glavne

memorije. Ovi registri mogu se svrstati u sledece kategorije:

a. Registri opste namene programme moze da dodeli mnostvu funkcija. Svaki registar

opste namene moze da sadrzi operand za bilo koji operacioni kod.b. Registri podataka mogu da se koriste samo za cuvanje podataka I ne mogu da se

iskoristiti za izracunavanje adrese operanda.

c. Registri adresa mogu nekada imati opstu namenu, ili se mogu posvetiti konkretnom

rezimu adresiranja. U primere ove vrste spadaju:

Pokazivaci segmenta: U racunaru sa segmentiranim adresiranjem registar

segmenta zadrzava adresu baze segmenta.

Registri indeksa: Ovi registri koriste se za indeksirano adresiranje I mogu biti

samoindeksirani.

Pokazivac steak: U slucajevim kada je adresiranje steak vidljivo za korisnika,

obicno postoji namenski registar koji pokazuje na vrh steak. Ovo omogucavaimplicitno adresiranje. To znaci da u instrukcijama stavljanje na stek(push), ili

skidanje sa njega(pop), kao I u ostalim instrukcijama steak ne mora da postoji

eksplicitni operand steak.

d. Uslovni kodPoslednja kategorija registra koja je bar delimicno vidljiv za korisnika cuva

uslovne kodove(pominju se u pod terminom markeri). Uslovni kodovi pedstavljaju

bitove koje procesor dobija kao rezultat operacija. Na pr. Aritmerickom operacijom


24/28

mogao bi se dobiti pozitivan ili negativan rezultat, nula ili prekoracenje. Osim samog

rezultata koji se skladisti u registratoru ili memoriji, definise se I uslovni kod. Ovaj kod

naknadno moze da se proveri kao deo operacije uslovnog grananja.

2. Upravljacki I statusni registri Upravljacka jedinica ih koristi za upravljanje radom procesora, a

privilegovani programi operativnog sistema za upravljanje izvrsavanjem programa. Za

izvrsavanje instrukcija kljucni znacaj imaju cetiri registri:

a. Programski brojac(PC)Sadrzi adrese instrukcija koje treba doneti.

b. Instrukciski registri(IR)Sadrzi instrukciju koja je poslednja donesena.

c. Memoriski adresni registri(MAR)Sadrzi adresu lokacije u memoriji.

d. Memoriski bafer registar(MBR) Sadrzi rec ili podatak koji ce se zapisati u memoriji ili

poslednju procitanu rec.

U dizajnu procesora postoje registry ili skup registra po imanu statusna rec instrukcija(PSW) koja sadrzi

statusne informacije. U PSW reci obicno se nalaze u uslovni kodovi kao I neke druge statusne

informacije. U uobicajena polja ili parkera ove reci spadaju:

Znak: Sadrzi bit sa znakom rezultata poslednje aritmeticke operacije.

Nula:Postavlja se kada je rezultat nula.

Prenos: Postavlja se ukoliko je rezultat operacioni prenos(dodavanje) u pit viseg reda ili

pozajmljivanje(oduzimanje) iz njega. Koristi se za aritmeticke operacije od vise raci.

Jednako:Postavlja se ukoliko je rezultat logickog poredjenja jednakost.

Prekoracenje:Koriste se za naznacavanje aritmetickog prekoracenja.

Prekid omogucen/onemogucen:Koristi se za omogucavanje ili onemogucavanje prekida.

Supevizor: Naznacava da li procesor radi u rezimu supervizora ili u korisnickom rezimu.

Odredjene privilegovane instrukcije mogu da se izvrsavaju samo u rezimu supervizoru. Iako tako,

mekim oblastima memotije moguce je pristupiti samo iz rezima supervizora.

14.3 INSTRUKCISKI CIKLUS

Instrukcijski ciklus obuhvata sledece faze:

Donosenje: Citanje sledece instrukcije iz memorije od strane procesora.

Izvrsavanje: Interpretiranj operacionog koda I izvrsavanje naznacene operacije.

Prekid: Ukoliko su prekidi omoguceni I doje do prekida, stanje tekuceg procesa se sacuva I zatim

se opsluzuje prekid.

Indirektni ciklus


Glavna linija aktivnosti obuhvata naizmenicno donosenje instrukcija I preduzimanje aktivnosti u vezi sa

njihovim izvrsenjem. Nakon donosenja, instrukcija se ispituje kako bi se ustanovilo da li podrazumeva

bilo kakvo indirektno adresiranje. Kada se aktuelna instrukcija izvrsi, procesor moze da obradi I prekid, a

zatim donosi narednu instrukciju.

Tok podataka


25/28


26/28

1. Donosenje instrukcije(FI): Ucitavanje sledece ocekivanje instrukcije iz bafera.

2. Dekodiranje instrukcije(DI): Odredjivanje operacionog koda i specifikatora operanada.

3. Izracunavanje operanada(CO): Izracunavanje efektivne adrese svakog izvornog operanada. To

moze da obuhvata pomeraj, rekistarsko indirektno, indirektno ili neko drugo izracunavanje

adrese.

4. Donosenje operanada(FO): Donosenje svakog operanada iz memorije. Operandi u reistru ne

moraju da se donose.

5. Izvrsavanje instrukcije(EI): Izvrsavanje naznacene operacije i skladistenje rezultata(ako postoji)

na naznacenoj lokaciji odredisnog operanda.

6. Upisivanje operanada(WO): Skladistenje rezultata u memoriju.

Ovako razlozene, razlicite etape imace priblizno jednako trajanje. Za potrebe ilustracije predpostavicemo

da traju identicno. Oslanjajuci se na ovu predpostavku, na slici je prikazano je kako setofazna protocna

obrada mpze da skrati trajanje izvrsavanja 9 instrukcija sa 54 na 17 vremenskih jedinica.

17.1 ORGANIZACIJA SA VISE PROCESORA

Slike sa strane 614.

Vrste sistema sa paralelnim procesorima:

1. Jedna instrukcija, jedan tok podataka(SISD-single instruction, single data) Jedan procesor

izvrsava jedan tok instukcija kojima se utice na podatke uskladistene u jednoj memoriji.

Racunari sa jednim procesorom spadaju u ovu kategoriju. Kod ovog tipa organizacije postoji

neka upravljacka jedinica(CU) koja obezbedjuje tok instrukcija(IS) do procesorske

jedinice(PU). Procesorska jedinaica operise sa jednim tokom podataka(DS) iz memoriske

jedinice.

2.

Jedna instrukcija, vise tokova podataka(SIMD-single instruction, multiple data)

Jednamasinska instrukcija upravlja istovremenim izvrsavanjem veceg broja elemenata obrade

uporedo. Svakom element obrade pridruzeni su podaci u memoriji tako da razliciti procesoti

izvrsavaju sve te instrukcije na razlicitim skupovima podataka. Kod ovog tipa organizacije

postoji neka upravljacka jedinica(CU) koja obezbedjuje instrukcije(IS) za vise processkih

jedinica(PU) koji obezbedjuju svoje tokove podataka(DS) I smestaju ih u vise memoriskih

jedinica.

3. Vise instrukcija, jedan tok podataka(MISD-multiple instruction, single data)Nis podataka

prenosi se kao skup procesora, a svaki od njh izvrsava drugaciji niz instrukcija. Ovakve

struktura nije komercijalno implementirana.

4.

Vise instrukcija, vise tokova(MIDM-multiple instruction, multiple data)

Skup procesoraistovremeno izvrsava reylicite sekvence instrukcija na razlicitim skupovima podataka. MIDM

organizacija moze dalje da se podeli po tome na koji nacin procesori medjusobno

komuniciraju. Kod ovog tipa organizacije postoje vise uravljackih jedinica, od kojih svaka

zasebnim tokom instrukcija napaja sopstvenu procesorsku jedinicu.

a. Simetricni multiprocessor(SMP) - Ukoliko procesori dele zajednicnu memoriju, tada

svaki procesor pristupa programima I podacima uskladistenim u deljenoj memorijI.


27/28


28/28

Documents

ICT Arhitektura Racunara