Informatika 1.docx

1

[email protected]

2

Table of ContentsI. PODATKOVNO OPISIVANJE REALNIH SUSTAVA................5

KOMUNIKACIJA I KOMUNIKACIJSKI SUSTAV..............................................

PODATAK I INFORMACIJA..............................................................................

INFORMACIJSKI SUSTAV...............................................................................

POSLOVNI SUSTAV........................................................................................

POSLOVNI SUSTAV – SUSTAVSKI

PRISTUP................................................................................................

POSLOVNI SUSTAV I NJEGOV IS.........................................................

II. RAČUNALO KAO DIO INFORMACIJSKOG SUSTAVA............8

POVIJESNI RAZVITAK RAČUNALNOG SUSTAVA.........................................................................................................

POJAM DIGITALNE TEHNOLOGIJE................................................................

KODIRANJE U RADU RAČUNALA...................................................................

TOČKE KODIRANJA U RAČUNALU......................................................

BIT, BAJT, STROJNA RIJEČ...........................................................................

PERMUTACIJE I REDUNDANCA U KODU....................................................

PAKIRANI I NEPAKIRANI OBLIK ZAPISA.....................................................

PROVJERA PARITETA....................................................................................

III. BROJEVNI SUSTAVI...........................................................12

BROJEVNI SUSTAVI – PRETVARANJA..........................................................

BROJEVNI SUSTAVI – RAČUNSKE OPERACIJE...........................................

Zbrajanje binarnih brojeva..................................................................

Oduzimanje binarnih brojeva..............................................................

IV. ZAPISIVANJE PODATAKA U PROCESORU.........................16

ARITMETIKA KLIZNOG ZAREZA..................................................................

V. OSNOVNI ELEMENTI RAČUNALNOG SUSTAVA................18

ŠKOLSKO RAČUNALO..................................................................................

PROCESOR....................................................................................................

PROCESOR – građa.............................................................................

OSNOVNI LOGIČKI SKLOPOVI.....................................................................

3

SLOŽENI LOGIČKI SKLOPOVI......................................................................

VI. OSNOVNI PRINCIP RADA RAČUNALA...............................26

VII. NAČINI ORGANIZACIJE MIKROPROCESORA....................27

VIII. INSTRUKCIJA.....................................................................28

INSTRUKCIJA – način izvođenja....................................................................

IX. ADRESIRANJE MEMORIJE.................................................29

NEPOSREDNO ADRESIRANJE:.....................................................................

DIREKTNO ADRESIRANJE:...........................................................................

INDIREKTNO ADRESIRANJE:.......................................................................

RELATIVNO ADRESIRANJE S OBZIROM NA PROGRAMSKO BROJILO:..............................................................................

ADRESIRANJE REGISTARA I POMOĆU REGISTARA:..................................................................................................

INDEKSIRANO ADRESIRANJE:....................................................................

ADRESIRANJE PO STRANICAMA (STRANIČENJE):...........................................................................................

X. VANJSKA MEMORIJA..........................................................34

VANJSKA MEMORIJA – MAGNETSKA...........................................................

VANJSKA MEMORIJA - ČVRSTI DISK.................................................

VANJSKA MEMORIJA – DISKETA........................................................

VANJSKA MEMORIJA - MAGNETSKI

DISKOVI...............................................................................................

VANJSKA MEMORIJA – VRPCA...........................................................

VANJSKA MEMORIJA – OPTIČKA.................................................................

VANJSKA MEMORIJA - CD-ROM.........................................................

VANJSKA MEMORIJA - CD-RW...........................................................

VANJSKA MEMORIJA - DVD................................................................

XI. VIRTUALNA MEMORIJA.....................................................40

XII. PROGRAMSKI PREKIDI......................................................41

XIII. IZLAZNE JEDINICE – MONITOR.........................................42

IZLAZNE JEDINICE - MONITOR – CRT........................................................

IZLAZNE JEDINICE - MONITOR –

REZOLUCIJA........................................................................................

IZLAZNE JEDINICE - MONITOR – PIKSEL.........................................

4

IZLAZNE JEDINICE - MONITOR – LCD........................................................

XIV. IZLAZNE JEDINICE – PISAČ...............................................47

Pisači s udarcem............................................................................................

Matrični pisači...............................................................................................

Pisači bez udarca...........................................................................................

IZLAZNE JEDINICE – LASERSKI PISAČ.......................................................

IZLAZNE JEDINICE – TINTNI PISAČ............................................................

Tintni pisač s termičkom glavom.........................................................

Tintni pisač s piezo-električnom glavom.............................................

XV. ULAZNE JEDINICE – SKENER............................................51

ULAZNE JEDINICE - SKENER - PRINCIP RADA...........................................

XVI. FONT...................................................................................53

VRSTE FONTOVA..........................................................................................

XVII.VEKTORSKO-RASTERSKA PRETVORBA (RIP)...................54

XVIII................................ORGANIZACIJA PROCESORSKOG VREMENA............................................................................................54

XIX. TEHNOLOGIJE IZRADE ELEMENATA RAČUNALA.............56

XX. ORGANIZACIJA UNUTRAŠNJE MEMORIJE........................57

Dvodimenzionalna organizacija (2D)...................................................

Trodimenzionalna organizacija (3D)....................................................

Memorija organizirana u stack............................................................

XXI. VRSTE UNUTRAŠNJIH MEMORIJA....................................60

ROM memorija.....................................................................................

RAM memorija.....................................................................................

XXII.UVOD U PROGRAMIRANJE.................................................62

UVOD.............................................................................................................

PROGRAMSKI JEZIK....................................................................................

Ključne riječi........................................................................................

Pravila pisanja naredbi (sintaksa).......................................................

Editor programskog koda....................................................................

Program prevoditelj.............................................................................

GENERACIJE PROGRAMSKIH JEZIKA..........................................................

5

Prva generacija....................................................................................

Druga generacija.................................................................................

Treća generacija..................................................................................

Četvrta generacija...............................................................................

Peta generacija....................................................................................

OSNOVNE PROGRAMSKE STRUKTURE......................................................

Blok dijagram – simboli.......................................................................

Slijed (sekvenca)..................................................................................

METODE PROGRAMIRANJA.........................................................................

6

PODATKOVNO OPISIVANJE REALNIH SUSTAVA

► Komunikacija i komunikacijski sustav - povijest i razvoj

► Pojam podatka i informacije

► Informacijski sustav (IS)

Elementi

Funkcije

► Poslovni sustavi

► Sustavni pristup

► Područja primjene IS-a

► Povezanost informacijskog sustava sa organizacijskim i

komunikacijskim (pod)sustavima

KOMUNIKACIJA I KOMUNIKACIJSKI SUSTAV

► SIMPLEX – POLUDUPLEX – (FULL) DUPLEX

Komunikacijski sustav sa SIMPLEX komunikacijom NIJE SUSTAV!

► Komunikacija u vremenu i prostoru

zapisi u pećinama, na kamenim pločama, papirusu, papiru...

► Egipat

simbolika u pismu

papirus

pargamena(ovčja koža)

► Kina

papir – trajniji od

papirusa

► Razvoj industrije

tiskarski stroj

glasovno zapisivanje,

telegraf

televizija –

informacijski šok

informatička

tehnologija

PODATAK I INFORMACIJA

► PODATAK = pojam kojim opisujemo i kvantificiramo funkciju

objektivne stvarnosti (elementarno stanje objektivne stvarnosti) u

određenom trenutku

► ELEMENT = nedjeljiva cjelina unutar sistema sa bar jednom

vezom sa nekim drugim elementom

► podaci se dovode u neki odnos prema modelu transformacije

► različiti modeli transformacije daju različite konkluzije

7

► INFORMACIJA = najmanje dva podatka u nekom odnosu, koji

predstavljaju novost i koji nas potiču na neku aktivnost

INFORMACIJSKI SUSTAV

Definicija informacijskog sustava

► Efikasno obavljanje gotovo svih poslova, u bilo kojem poslovnom

sustavu, popraćeno je informacijama i podacima. Nezavisno o vrsti

poslovnih procesa koje podržava ili veličini organizacije u kojoj

funkcionira, informacijski sustav (IS) se pojavljuje i primjenjuje kao

ključni element poslovanja. Njegova je povećana uloga i važnost

popraćena i rastućom primjenom informacijske tehnologije (IT).

► Cilj je informacijskog sustava pribaviti informacije potrebne pri

izvođenju poslovnog procesa i upravljanju poslovnim sustavom.

Uobičajeni su dijelovi informacijskog sustava sustav za obradu

transakcija, upravljački izvještajni sustav, sustav za potporu

odlučivanju i sustav uredskog poslovanja.

► Djelovanje IS-a upotpunjuje se primjenom IT-a i s njima povezanim

programima, procedurama, uputama, algoritmima i znanjem kojima

se IT-e pokreću zbog izvršenja poslovnih zadataka i ciljeva.

► Informacijski sustav (IS) je prema tome sprega i sustav materijalnih i

nematerijalnih elemenata kojima se opisuje poslovna stvarnost,

rješavaju poslovni zadaci i ispunjavaju poslovni ciljevi. Kao dio IS-a,

čovjek/pojedinac formalizira poslovno okružje u podatke, procedure,

algoritme, informacije i znanja te usklađujući primjenu IT-a i

programsku podršku, ispunjava poslovne funkcije i zadatke

(dostavljanje i čuvanje podatka neophodnih za odlučivanje, održanje

procesa te razvoj i neprekidnost poslovanja).

► Kao model poslovnog sustava IS opisuje poslovni sustav, on je njegov

informacijski model. Elementi poslovnog sustava (podaci, aktivnosti,

funkcije, zadaci, izvršitelji, postupci itd), preslikavaju se na model

informacijskog sustava gdje ih dijelimo na:

- model podataka – definira podatke koji nastaju ili se koriste u

poslovnom sustavu

- model procesa – definira procese ili funkcije koje se odvijaju u

poslovnom sustavu

8

- model izvršitelja – definira one elemente koji obavljaju

funkciju u poslovnom sustavu (software, hardware, lifeware,

orgware)

► javlja se u trenutku kad je trebalo iskustvo zapisati na materijalni

nositelj podataka

► potrebno je prikupiti podatke o dijelu objektivne stvarnosti koji nas

zanima, te dovesti prikupljene podatke u određeni odnos prema

modelu transformacije

► INFORMACIJSKI SUSTAV = podatkovna slika funkcija i procesa iz

objektivne stvarnosti

► informacijski sustav prikuplja, obrađuje, distribuira i čuva

informacije

► može, ali i ne mora biti podržan računalom

► CILJ IS-a= dostaviti pravu informaciju na pravo mjesto u pravo

vrijeme u organizaciji uz minimalne troškove

► ELEMENTI:

► HARDWARE (HW) - fizičke komponente

► SOFTWARE (SW) - programska rješenja

koja fizičke komponente implementiraju

► LIFEWARE (LW) - ljudi koji rade sa

informacijskim tehnologijama

► ORGWARE (OW) - organizacijski postupci,

metode i načini povezivanja prethodne tri

komponente u skladnu cjelinu

► NETWARE (NW) - koncepcija i realizacija komunikacijskog

povezivanja svih elemenata u skladnu cjelinu

► DATAWARE (DW) - ulazni podaci koji opisuju stanje

realnog sustava u određenom trenutku

► FUNKCIJE

► informacijski sustav djeluje unutar nekog poslovnog sustava

omogućavajući mu da komunicira unutar sebe i sa okolinom

► IS-om čovjek/pojedinac formalizira poslovno okružje u podatke,

procedure, algoritme, informacije i znanja te usklađujući

primjenu IT-a i programsku podršku, ispunjava poslovne

funkcije i zadatke (dostavljanje i čuvanje podatka neophodnih za

odlučivanje, održanje procesa te neprekidnost poslovanja

9

► pri tom se IS u velikoj mjeri oslanja na ICT (informacijsko-

komunikacijsku tehnologiju) te njihovom primjenom obrađuje,

prenosi, pohranjuje, dohvaća i objavljuje informacije i podatke

kojima se opisuje tijek,stanja i procesi poslovnog sustava

10

POSLOVNI SUSTAV

► u poslovni sustav ulaze i izlaze materijalni (materijal, sirovina,

energija) i informacijski tokovi

► dvije su temeljne aktivnosti svakog poslovnog sustava:

izvršavanje poslovnih procesa

► kad govorimo o poslovnom procesu, mislimo na osnovnu

djelatnost promatranog poslovnog sustava odnosno

na poslove koji se u njemu obavljaju.

► u proizvodnom poduzeću poslovni proces sastoji

se npr. od poslova proizvodnje, nabave

potrebnih sirovina i energije, plasmana

proizvedenih proizvoda itd.

► u bankama poslovni proces obuhvaća poslove

obavljanja financijskih transakcija, kreditiranja, štednje

itd.

upravljanje poslovnim sustavom

► svaki poslovni odnosno realni sustav nastoji izgraditi svoj

informacijski sustav koji će dati podlogu za brzo i

kvalitetno odlučivanje, dakle za transformaciju informacija

u odluke

► Tradicionalno su obje aktivnosti poduprte nekom vrstom

informacijskog sustava

Informacijska se tehnologija u mnogim poslovnim procesima

koristi, jer znatno podiže efikasnost odvijanja poslovnog

procesa. U nekim poslovnim procesima nemoguće je konkretno

obavljati posao bez primjene informacijske tehnologije npr.

rezervacijski sustavi zrakoplovnih kompanija, poslovanje banaka

Svaki poslovni odnosno stvarni sustav (npr. poduzeće, ustanova,

privreda, društvo) nastoji izgraditi svoj informacijski sustav koji

će dati podlogu za brzo i kvalitetno upravljanje i odlučivanje,

dakle za transformaciju informacija u odluke

POSLOVNI SUSTAV – SUSTAVSKI PRISTUP► ukoliko poslovni sustav promatramo kao cjelinu koju ne možemo

rastaviti na djelove a da pri tom ne izgubimo osnovna svojstva tada

možemo govoriti o SUSTAVSKOM PRISTUPU

11

► sustavskim se pristupom istražuju pojave i rješavaju problemi u

njihovoj cjelokupnosti i složenosti, obuhvaćajući sve bitne veze i

odnose između dijelova sustava i između sustava i okoline

► Da bismo opisali neki sustav, potrebno je pobliže odrediti:

koji elementi pripadaju sustavu,

koje veze postoje između elemenata unutar sustava i

između elemenata sustava i okoline i

kakvo je ponašanje (funkcioniranje) sustava

Realni sustav sačinjen je od elemenata koji su dio konkretnog realnog

objekta, koji se opisuje kao sustav

Sustav je cjelina koja se ne moža rastaviti na svoje dijelove a da se pri tome

ne izgube njena osnovna svojstva. Isto tako, objašnjavajući pojedine dijelove

(elemente sustava), možemo na osnovi njihovih uzajamnih utjecaja,

djelovanja i odnosa u okviru funkcioniranja cjeline.

Sustavnim se pristupom istražuju pojave i rješavaju problemi u njihovoj

cjelokupnosti i složenosti, obuhvaćajući sve bitne veze i odnose između

dijelova sustava i između sustava i okoline. Pojave i probleme razmatraju s

više gledišta stručnjaci različitih znanstvenih područja.

Sustavni pristup ne označava spajanje samo dosad odvojenih predmeta

znanstvenog proučavanja, nego i razdvojenih područja ljudskih aktivnosti.

Sustav je sređena cjelina koju čine njegovi elementi povezani na određeni

način, a njihovim međusobnim djelovanjem postižu se određeni ciljevi

funkcioniranja sustava.

Realni sustav sačinjen je od elemenata koji su dio konkretnog realnog

objekta, koji se opisuje kao sustav (mehanički, fizički, biološki, društveni).

POSLOVNI SUSTAV I NJEGOV IS

► informacijski sustav je model poslovnog sustava

► MODEL = “apstrakcija”, odnosno pojednostavljena

reprezentacija stvarnog sustava

- u modelu promatramo samo one činjenice poslovnog sustava

koje nas zanimaju

12

► informacijski sustav je podsustav poslovnog sustava i sam sebi nije

svrha

► da nema poslovnog sustava, informacijski sustav ne bi ni postojao jer

ne bi imao što opisivati

► Informacijski sustav preuzima informacije, obrađuje ih i prerađene

prezentira poslovnom sustavu ili okolini.

RAČUNALO KAO DIO INFORMACIJSKOG SUSTAVA

POVIJESNI RAZVITAK RAČUNALNOG SUSTAVA

► S povećanjem razine složenosti obrade traži se i odgovarajući razvoj

računalne potpore

► Razvoj obrade sadržaja kroz vrijeme:

► Ručna obrada

► abakus

► Mehanička obrada

► računski strojevi (Pascal, Leibnitz - 17. stoljeće) i pisaći

strojevi (18. stoljeće)

► Mehanografska i birotehnička obrada

► elektro-mehanički uređaji (19. stoljeće)

► Elektronička obrada

► prva digitalna računala (Mark 1, ENIAC, UNIVAC –

20.stoljeće)

OKOLINA

INFORMACIJSKI

POVRATNA VEZA

POSLOVNI

Ulaz

IzlazProces transformacije (temeljna

aktivnost

13

POJAM DIGITALNE TEHNOLOGIJE

► Digitalna tehnologija je utemeljena na sklopovima koji mogu poprimiti

jedno od dva stanja iz binarnog brojevnog sustava – 0 ili 1

♦ BISTABILI – elektronički sklopovi s dva stabilna stanja;

osnovica su za složenije digitalne sklopove

♦ POVEZIVANJEM VELIKOG BROJA BISTABILA GRADI SE

DIGITALNO RAČUNALO

► Digitalno računalo razumije samo binarni zapis sadržaja – potreba za

pretvorbom čovjeku čitljivih sadržaja u binarni zapis i obrnuto -

KODIRANJE

KODIRANJE U RADU RAČUNALA

► Različite komponente u računalu zahtijevaju određeni format i oblik

zapisivanja u binarnom zapisu

► Koriste se odgovarajući kodovi za svaku vrstu podataka (brojčanih ili

tekstualnih)

♦ Brojčani podaci – tzv. tetradni kodovi

► BCD kod

► Aiken kod

► Excess-3 kod

► Gray kod

♦ Tekstualni podaci

► ASCII kod

► EBCDI kod

► UNICODE

TOČKE KODIRANJA U RAČUNALU

► TOČKE KODIRANJA = mjesta u računalnom sustavu na kojima se

izvodi kodiranje, tj. pretvorba podataka iz jednog kodnog oblika u

drugi kodni oblik

► Dvije tipične točke kodiranja (ne i jedine!!)

♦ tipkovnica – memorija

14

♦ memorija – monitor/pisač

BIT, BAJT, STROJNA RIJEČ

► BIT = jedna znamenka u binarnom kodnom zapisu. Predstavlja

najmanju jedinicu za zapis binarnih podataka u računalu.

► RIJEČ = više bitova združenih u veći binarni podatak. Označava

cjeloviti podatak i standardne je duljine za određeno računalo (8 bita,

12 bita, 16 bita, 32 bita, itd.)

► BAJT – strojne riječi moguće je podijeliti na manje cjeline veće od

jednog bita, koje se nazivaju BAJTOVI. Bajt je obično duljine 8 bitova

i predstavlja osnovnu jedinicu zapisa s kojom računalo manipulira

♦ 16-bitna riječ = 2 bajta

♦ 32-bitna riječ = 4 bajta

► Primjer 16-bitne riječi:

PERMUTACIJE I REDUNDANCA U KODU

► Za potrebe kodiranja podataka određenim kodnim sustavom, dotični

kodni sustav mora imati dovoljno veliku "abecedu", tj. mora sadržavati

dovoljno velik broj permutacija elementarnih kodnih simbola (0 i 1)

♦ Npr. abecedu tetradnih kodova čine sve četveroznamenkaste

permutacije binarnih 0 i 1

► Kodiranje dekadskih znamenki - kodni sustav mora imati

odgovarajuću binarnu kodnu permutaciju za svaku osnovnu dekadsku

znamenku (0 do 9)

♦ Dovoljan je tetradni kod – npr. BCD kod

► Znamenka 0 = kod 0000


► ...

15


► Kodiranje govornog jezika (znakovi pisma – velika i mala slova,

znamenke, interpunkcija, specijalni znakovi, itd.) – barem 80 različitih

simbola

♦ Dovoljan broj binarnih permutacija daje tek kod duljine 7

binarnih znamenaka (27 = 128)

♦ Permutacije duljine 8 binarnih znamenaka dovoljne su za

kodiranje latiničnog pisma većine jezika

♦ Ostala pisma (istočnjačka, arapsko, hebrejsko, ...) – potreba za

još duljim kodnim zapisom (16 binarnih znamenaka po simbolu)

♦ ASCII i EBCDI kod (8-bitni kod), UNICODE (16-bitni kod)

► REDUNDANCA = razlika između broja mogućih i broja iskorištenih

binarnih riječi (permutacija) u nekom kodu

► Primjer – redundanca kod tetradnih kodova

♦ Tetradni kod nudi 16 mogućih permutacija (0000 do 1111)

♦ Za kodiranje dekadskih znamenki je potrebno 10 permutacija

(npr. od 0000 do 1001)

♦ Iskoristivost tetradnog koda je prema tome 10/16 * 100 = 62,5%

PAKIRANI I NEPAKIRANI OBLIK ZAPISA

► Zapis dekadskih znamenaka u radnom spremniku računala

korištenjem tetradnog koda (npr. BCD koda) je neekonomičan – troši

se cijeli bajt (8 bita) za zapis koji zauzima svega 4 bita = NEPAKIRANI

OBLIK ZAPIS.

► Moguće je pohraniti dvije dekadske znamenke u jednom bajtu =

PAKIRANI OBLIK ZAPISA

0

Dekadska znamenka

000

16

♦ Gornja 4 bita predstavljaju jednu znamenku, a donja 4 drugu

znamenku

PROVJERA PARITETA

► Služi za OTKRIVANJE (ne i za ispravljanje) grešaka nastalih tijekom

prijenosa podataka između različitih jedinica za obradu u računalnom

sustavu

► Koristi se bit parnosti – jedan od bitova u bajtu ili strojnoj riječi

rezerviran je za provjeru pariteta i neiskoristiv je za pohranu stvarnih

podataka

► Dvije vrste provjere pariteta

♦ PARNA – svaka prenesena riječ mora sadržavati parni broj

jedinica

♦ NEPARNA – svaka prenesena riječ mora sadržavati neparan

broj jedinica

► Primjer – s parnom provjerom pariteta, 8-bitna riječ, najznačajniji bit

je rezerviran za bit pariteta

♦ 7 bitova podataka već sadrže parni broj jedinica - u paritetni bit

zapisuje se nula

♦ 7 bitova podataka sadrže neparni broj jedinica - u paritetni bit

zapisuje se jedinica

BROJEVNI SUSTAVI

► Različiti brojevni sustavi

Dekadska znamenkaDekadska znamenka

17

♦ čovjek se koristi dekadskim brojevnim sustavom - baza 10 i ima

10 osnovnih znamenki (0,1,2,3,4,5,6,7,8 i 9)

♦ rad računala se bazira na binarnom brojevnom sustavu - baza 2 i

ima 2 osnovne znamenke (0 i 1)

♦ teoretski, brojevni sustav može biti zadan nad bilo kojom bazom

N (N je prirodni broj) i imati N osnovnih znamenki (od 0 do N-1)

► U informatici – oktalni i heksadecimalni brojevni sustavi

♦ oktalni sustav - baza 8 (osnovne znamenke - 0,1,2,3,4,5,6 i 7)

♦ heksadecimalni sustav - baza 16 (osnovne znamenke -

0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E i F)

♦ koriste da bi se pojednostavio (skratio) prikaz binarnih brojeva

► primjer pozicionog zapisa dekadskog broja (npr. broj

607513,4):

6 x 105 + 0 x 104 + 7 x 103 + 5 x 102 + 1 x 101 + 3 x 100 + 4 x 10-1 = 600000 + 0 + 7000 + 500 + 10 + 3 + 0,4 = 607513,4

► primjer pozicionog zapisa binarnog broja (npr. broj 100110,11):

1 x 25 + 0 x 24 + 0 x 23 + 1 x 22 + 1 x 21 + 0 x 20 + 1 x 2-1 + 1 x 2-2 = 32 + 0 + 0 + 4 + 2 + 0,5 + 0,25= 38,75(10) = 100110,11(2)

18

► primjer pozicionog zapisa oktalnog broja (npr. 741001,2):

7 x 85 + 4 x 84 + 1 x 83 + 0 x 82 + 0 x 81 + 1 x 80 + 2 x 8-1 =163840 + 16384 + 512 + 0 + 0 + 1 + 0,25 = 180737,25(10) = 741001,2(8)

► primjer pozicionog zapisa heksadecimalnog broja (npr. F4B,2) :

F x 162 + 4 x 161 + B x 160 + 2 x 16-1 =15 x 162 + 4 x 161 + 11 x 160 + 2 x 16-1 =3840 + 64 + 11 + 0,125 =3915,125 (10) = F4B,2 (16)

BROJEVNI SUSTAVI – PRETVARANJA

► Pretvorba dekadskog broja u binarni

♦ Tehnikom uzastopnog dijeljenja s 2 (za cjelobrojni dio – npr. broj

10(10))

10(10):2 = 5 -> 0 ostatak --> 1010(2)

5 : 2 = 2 -> 1 ostatak

2 : 2 = 1 -> 0 ostatak

1 : 2 = 0 -> 1 ostatak

♦ Tehnikom uzastopnog množenja s 2 (za decimalni dio – npr. broj

0,625(10))

0,625(10) * 2 = 1,25 -> 1 --> 0,101(2)

0,25 * 2 = 0,5 -> 0

0,5 * 2 = 1 -> 1

19

► Pretvorba dekadskog broja u oktalni

♦ Tehnikom uzastopnog dijeljenja s 8 (npr. broj 217(10))

217(10):8 = 27 -> 1 ostatak --> 331(8)

27 : 8 = 3 -> 3 ostatak

3 : 8 = 0 -> 3 ostatak

► Pretvorba dekadskog broja u heksadecimalni

♦ Tehnikom uzastopnog dijeljenja s 16 (npr. broj 217(10))

217(10) : 16 = 13 -> 9 ostatak --> D9(16)

13 : 16 = 0 -> 13 (D) ostatak

► Oktalno-binarna pretvorba i obrnuto (trijade) – svaka oktalna

znamenka se zamjenjuje s tri binarne (0 = 000, 1 = 001, 2 = 010, 3 =

011, 4 = 100, 5 = 101, 6 = 110, 7 = 111) i obrnuto (grupiranje po tri

bita s desna na lijevo)

♦ Oktalno u binarno (npr. broj 217(8))

217(8) = 010 001 111(2)

2 1 7

♦ Binarno u oktalno (npr. broj 1010001111(2) )

1 010 001 111(2) = 1217(8)

1 2 1 7

► Heksadecimalno-binarna pretvorba i obrnuto (tetrade) – svaka

heksadecimalna znamenka se zamjenjuje s četiri binarne (0 = 0000, 1

= 0001, 2 = 0010, 3 = 0011, 4 = 0100, 5 = 0101, 6 = 0110, 7 =

0111, 8 = 1000, 9 = 1001, A = 1010, B = 1011, C = 1100, D = 1101,

E = 1110, F = 1111) i obrnuto (grupiranje po četiri bita s desna na

lijevo)

♦ Heksadecimalno u binarno (npr. broj 2A34(16))

2A34(16) = 0010 1010 0011 0100(2)

2 A 3 4

♦ Binarno u heksadecimalno (npr. broj 10010101000110100 (2) )

1 0010 1010 0011 0100 (2) = 12A34(16)

1 2 A 3 4

20

BROJEVNI SUSTAVI – RAČUNSKE OPERACIJE

Zbrajanje binarnih brojeva

♦ Tablica stanja:

♦ Primjer

Prijenosi: 111110

10101

+11111

110100

Oduzimanje binarnih brojeva – korištenjem tehnike dvojnog

komplementa oduzimanje se svodi na zbrajanje

► Primjer: Oduzimanje brojeva 11011001(2) i 1010(2) (11011001 – 1010)

korištenjem dvojnog komplementa

1. prvo se umanjitelj (1010(2)) nadopuni vodećim nulama, tako da

ima jednak broj znamenaka kao i umanjenik

♦ 1010(2) -> 00001010(2)

2. Komplementiranje umanjitelja (zamjena nula s jedinicama i

obrnuto) – rezultat je JEDINIČNI komplement umanjitelja

♦ 00001010(2) -> 11110101(2)

3. Jediničnom komplementu umanjitelja pribroji se binarni 1, čime

se dobiva DVOJNI komplement umanjitelja

♦ 11110101(2) + 1(2) = 11110110(2)

4. Zbrajanje umanjenika i dvojnog komplementa umanjitelja

♦ 11011001(2) + 11110110(2) = 111001111(2)

5. Odbacivanje bita preljeva (ako postoji) - konačna razlika zadanih

brojeva

♦ U gornjem primjeru razlika ima bit preljeva (‘suvišni’ 9. bit

s krajnje lijeve strane rezultata – konačna razlika ne može

imati više bitova od umanjenika ili umanjitelja). Njegovim

odbacivanjem dobiva se konačni rezultat

♦ 1|11001111(2) -> 11001111(2)

21

ZAPISIVANJE PODATAKA U PROCESORU

► Znakovni sadržaji – kodirani u ASCII, EBCDI ili slični kod

► Brojčani sadržaji

♦ Cjelobrojni – BCD kod ili direktna konverzija broja u binarni

zapis (ovisno o veličini strojne riječi)

♦ Decimalni

► Fiksni zarez - fiksirani broj cjelobrojnih i decimalnih

mjesta u binarnom zapisu broja – npr. 2 decimalna mjesta,

5 decimalnih mjesta, itd.

♦ Prednosti – preciznost zapisa (koristi se kod

novčanih iznosa i sl.), ponekad bolje performanse

♦ Nedostaci – manji opseg brojeva koje je moguće

zapisati, ograničen broj decimalnih i cjelobrojnih

pozicija

► Klizni zarez - broj se zapisuje u obliku mantise i

eksponenta, čime se uklanja problem broja decimalnih

mjesta koji postoji kod zapisa s fiksnim zarezom - BROJ

= MANTISA * 2EKSPONENT

♦ eksponent pokazuje koliko se brojeva ulijevo ili

udesno mora pomaknuti pozicioni zarez u mantisi da

bi se dobila prava vrijednost broja

► primjer bilježenja broja u pokretnom zarezu uz trostruku preciznost

(tj. korištenjem triju strojnih riječi):

♦ Jedna riječ otpada na eksponent, a ostatak na mantisu (2 riječi

kod korištenja trostruke preciznosti)

22

ARITMETIKA KLIZNOG ZAREZA

► pretvaranje broja 12,625(10) u binarni zapis u obliku pokretnog zareza

uz trostruku preciznost:

1. Pretvaranje cjelobrojnog dijela broja u binarni zapis

♦ 12(10) = 1100(2)

2. Pretvaranje decimalnog dijela broja u binarni zapis

♦ 0,625(10) = 0,101(2)

3. Dekadski broj pretvoren u binarni zapis

♦ 12,625(10) = 1100,101(2)

4. NORMALIZACIJA binarnog broja – pomak zareza u lijevu stranu

(pozitivno) ili desnu (negativno) do oblika 0,1xxxxxx

♦ Normalizirani 1100,101(2) je 0,1100101 * 24 - pozitivan

pomak zareza u lijevu stranu za 4 mjesta

♦ Konačan normalizirani oblik: 1100,101(2) = 0,1100101 *

2100

5. Zapis normaliziranog oblika u tri 8-bitne riječi

♦ Mantisa broja je pozitivna – predznak mantise zadan je

bitom 0

♦ Eksponent broja je pozitivan – predznak eksponenta je

zadan bitom 0

♦ Zapis broja 0,1100101 * 2100 prema zadanom formatu:

OSNOVNI ELEMENTI RAČUNALNOG SUSTAVA

► Model računala po von Neumannu prevladava u četiri generacije

računala

► Sastoji se od 4 osnovne jedinice:

smjer popunjavanja smjer popunjavanja

000000001001011000010000

23

1. Memorijske jedinice

2. Upravljačke jedinice

3. Aritmetičko-logičke jedinice

4. Ulazno-izlazne jedinice

► Jedinice su povezane podatkovnim i upravljačkim tokovima, koji su u

računalima fizički realizirani u obliku sabirnica

ŠKOLSKO RAČUNALO

► Školsko računalo ne proizvodi niti jedan proizvođač računala

► Ono se izučava radi lakšeg usvajanja osnovnih koncepata koji su

zajednički za većinu stvarnih računala

► Detaljno izučavanje konkretne računalne arhitekture moglo bi dovesti

do prevelike koncentracije na njene sitne specifičnosti, a bitni i

univerzalniji koncepti mogli bi biti zanemareni

► Sva daljnja razmatranja odnose se na zamišljeno i pojednostavljeno

školsko računalo utemeljeno na von Neumannovom modelu

► Memorija

► Instrukcije i podaci su svedeni na numerički kod i pohranjuju se

na isti način i u istom obliku u memorijsku jedinicu

► Memorija nema obradbenih sposobnosti, a obavlja samo dvije

temeljne operacije

Čitanje iz memorije

Zapisivanje u memoriju

► Upravljačka jedinica

► Jedinica koja "razumije" numerički kod kojim su predstavljeni

podaci i instrukcije

24

► Tumači numeričke kodove i u skladu s njima generira

upravljačke signale kojima upravlja izvođenjem instrukcija i

koordinira radom rač. sustava

► Zajedno sa aritmetičko-logičkom jedinicom čini cjelinu koja se

naziva centralna procesorska jedinica (CPU ili procesor)

► Aritmetičko-logička jedinica

► Jedinica u računalu koja posjeduje obradbene sposobnosti se

naziva aritmetičko-logička jedinica

► Zajedno sa upravljačkom jedinicom čini cjelinu koja se naziva

centralna procesorska jedinica (CPU ili procesor)

► Ulazno-izlazne jedinice

► Zadužene su za komunikaciju računala sa korisnikom i okolinom

računalnog sustava

► Omogućavaju unos podataka potrebnih za obradu u računalo i

prikaz rezultata računalne obrade

► Omogućavaju i prijenos podataka između računalnih sustava

PROCESOR

► Često se naziva i CPU( engl. Central Processing Unit)

♦ Regulira, koordinira i upravlja aktivnostima cijelog sustava

♦ Obavlja aritmetičku i logičku obradu podataka

► Dvije osnovne funkcije

♦ Obrada podataka

♦ Nadzor i usklađivanje djelovanja cjelokupnog rač. sustava

► Sastoji se od:

♦ Aritmetičko-logičke jedinice

♦ Upravljačke jedinice

♦ Registara (opće i posebne namjene)

25

PROCESOR – građa

► Upravljačka jedinica

♦ Kontrolira i koordinira radom svih dijelova računala – dohvaća

instrukciju, tumači ju i generira upravljačke signale

♦ Najsloženiji dio središnjeg

procesora

♦ Svaku instrukciju izvršava kroz

dvije faze:

► Priprema (pribavljanje)

► Izvršenje

► Aritmetičko-logička jedinica

♦ Jedinica za obradu podataka (aritmetičke i logičke operacije)

♦ Sastoji se od sklopova i registara

► Registri

♦ Registar = dio memorije koji služi za privremenu pohranu

podataka

♦ Najčešće su smješteni u procesoru

♦ Vrste registara:

► akumulator,

► buffer registri,

► registri opće

namjene,

► programsko

brojilo,

► pokazivač adrese

staka,

► indeks registar,

► posmačni (shift)

registar, te

► registar statusa

OSNOVNI LOGIČKI SKLOPOVI

► Digitalno računalo utemeljeno je na osnovnim sklopovima koji grade

ostale složenije digitalne sklopove

► I-sklop

► ILI-sklop

26

► NE-sklop

► I – SKLOP (engl. AND)

► Obavlja logičku operaciju I, tj. operaciju povezivanja

ili konjukciju

► Može imati dva ili više ulaza

► Sklop na izlazu Y daje stanje 1 samo onda kada su

ulaz A i ulaz B u stanju logičke 1 (u slučaju I sklopa sa

dva ulaza).

► ILI – SKLOP (engl. OR)

♦ Obavlja logičku operaciju ILI tj. operaciju

rastavljanja ili disjunkciju

♦ Može imati dva ili više ulaza

♦ Na izlazu sklopa biti će stanje 0 samo onda kada su svi

ulazi u stanju logičke 0

► NE – SKLOP (engl. NOT)

♦ Obavlja logičku operaciju NE tj. negacije, odnosno

inverzije ili komplementiranja

♦ Ima samo jedan ulaz i jedan izlaz

♦ Na izlazu daje stanje suprotno stanju na izlazu tj. ako je ulaz u

stanju logičke 1 tada je izlaz u stanju 0 i obratno

► Kombiniranjem osnovnih digitalnih sklopova nastaju složeniji digitalni

sklopovi

♦ Negirani I i ILI sklopovi – NI i NILI sklopovi

♦ Ekskluzivni ILI sklop – EX-ILI

♦ Bistabili

SIMBOL LOGIČKOG SKLOPA



27

28

SLOŽENI LOGIČKI SKLOPOVI

♦ Registri

♦ Dekoderi

♦ Brojila

♦ Poluzbrajalo i zbrajala, realizacija zbrajanja

♦ NI – SKLOP (engl. NAND gate, NOT AND)

♦ Obavlja logičku operaciju NI (naziva se još Shaefferova

funkcija) – tj. negaciju rezultata operacije I (AND)


♦ Na izlazu ima logičko stanje 1 ako je na bilo

kojem ulazu logičko stanje 0.

♦ Kad je na svim ulazima stanje 1, tada je na izlazu stanje 0.

♦ NILI – SKLOP (engl. NOR gate, NOT OR)

♦ Obavlja logičku operaciju NILI (naziva se još i Pierceova

funkcija) – tj. negaciju rezultata operacije ILI (OR)


♦ Na izlazu ima stanje 1 samo ako su svi ulazi

sklopa u stanju 0.

♦ Kada je na bilo kojem od ulaza sklopa stanje 1 tada je izlaz

sklopa u stanju 0.

► EX-ILI – SKLOP (engl. XOR, EXclusive OR )

♦ Obavlja logičku operaciju ekskluzivne disjunkcije

♦ Sklop ima na izlazu logičku vrijednost 1 kad je jedan od ulaza u

sklop u logičkom stanju 1, a drugi ulaz u logičkom stanju 0.

29

♦ Ako su oba ulaza u istom stanju (log. 0 ili log

1), tada je izlaz u stanju logičke 0.

30

► BISTABILI

♦ Oni elektronički elementi koji imaju dva

stabilna stanja.

► Kada dođe pobuda siglnala, odnosno

stanje 1, na ulaz S, bistabil se postavi

u stanje 1 i tada je na njegovu izlazu Q stanje 1, a na

komplementarnom izlazu Q stanje je nula.

► Kada dođe pobuda na njegov ulaz R, bistabil se postavi u

stanje nula, tj. na izlazu Q stanje je 0 a

na komplementu Q 1.

♦ Varijanta bistabila – D-bistabil

► Prilikom povezivanja većeg broja

bistabila u niz

► Štedi na jednom ulaznom vodu

► REGISTRI

♦ Više bistabila u nizu na koje se može pohraniti čitav podatak

♦ Bistabili u registru su međusobno neovisni, ali su poredani tako

da svaki ima određenu težinsku (pozicionu) vrijednost

♦ Podaci se između registara razmjenjuju putem sabirnica

► DEKODERI

LOGIČKI SIMBOL

LOGIČKI SIMBOL ZA D-BISTABIL

SKICA REGISTRA SA 8 BISTABILA

31

♦ sklopovi koji omogućuju da svako stanje na registru rezultira

stanjem 1 na samo jednom jedinom izlaznom vodu radi

pokretanja neke akcije, a stanjem 0 na svim ostalim izlaznim

vodovima

♦ Upotrebom dekodera izvode se različita adresiranja u računalu,

te se pokreću različite akcije kojima je ishodište odgovarajući

broj na registru

► BROJILA

♦ Služe za brojanje binarnih signala

♦ Brojilo dobijemo tako da nekoliko S-R bistabila povežemo u

seriju pomoću elementarnih logičkih sklopova

♦ Osnovu brojenja čini mijenjanje (komplementiranje) stanja

bistabila u situaciji kada bistabil niže težinske vrijednosti prelazi

iz stanja 1 u stanje 0

♦ Brojila imaju značajnu ulogu u radu računala – jedan od

najvažnijih registara u mikroprocesoru (programsko brojilo) je

realiziran kao brojilo

► POLUZBRAJAČ (polusumator)

♦ Osnovni sklop za strojno zbrajanje dvaju binarnih znamenaka

SKICA DEKODERA SA TRI ULAZA

32

♦ zbraja samo dvije binarne znamenke, no to nije dovoljno za

potpuno zbrajanje -> ne može uzimati u obzir i eventualni

“jedan dalje”

► POTPUNI ZBRAJAČ

(potpuni sumator)

♦ Sklop koji uzima u obzir i "1 dalje" sa mjesta niže težinske

vrijednosti

♦ Realizira se pomoću dva povezana polusumatora

► REALIZACIJA ZBRAJANJA

♦ NAPOMENA: 2 potpuna zbrajača mogu zbrojiti samo 2 binarne

znamenke i registrirati eventualni "1 dalje"

♦ Za zbrajanje 2 N-bitna binarna broja potreban je sklop za

zbrajanje koji se sastoji od N povezanih potpunih zbrajača

LOGIČKI SIMBOL POLUSUMATORA

TABLICA STANJA POLUSUMATORA

REALIZACIJA POLUSUMATORA POMOĆU OSNOVNIH LOGIČKIH SKLOPOVA

REALIZACIJA POTPUNOG SUMATORA POMOĆU DVA POLUSUMATORA

TABLICA STANJA POTPUNOG SUMATORA

LOGIČKI SIMBOL POTPUNOG SUMATORA

33

PRIMJER: SKLOP ZA ZBRAJANJE 4-bitnih BINARNIH BROJEVA

34

OSNOVNI PRINCIP RADA RAČUNALA

► Takt rada računala

♦ Služi za sinhronizaciju svih uređaja u računalu na način da

“proizvodi” tzv. taktne signale

♦ Izražava se frekvencijom kojom se izmjenjuju taktni signali

► On daje "ritam" pod kojom radi procesor, ali i cijelo

računalo

♦ Signali se generiraju u generatoru taktnih signala i odašilju se u

generator upravljačkih signala koji je dio upravljačke jedinice

♦ Na taj način se usklađuje rad i djelovanje svih elemenata

računalnog sustava pri obradi podataka

► Multipleksor

♦ Signale s više različitih vodova vremenski pomaknuto prespaja

na jedan izlazni vod

♦ Ulazni signali se po redu, jedan iza drugoga, priključuju na

izlazni vod

► Demultipleksor

♦ Priključuje signale koji po jednom ulaznom vodu dolaze u

različitim vremenskim odsječcima na različite izlazne vodove

♦ Obavlja obrnuti zadatak od multipleksora

► Sabirnice (engl. bus)

♦ skup spojnih vodova koji povezuju sve elemente računalnog

sustava u funkcionalnu cjelinu

♦ Podjela po smještaju:

► Unutarnje i vanjske

♦ Podjela po vrsti sadržaja koji se njima prenosi:

► Podatkovne

► Adresne

► Upravljačke

♦ Širina sabirnice

35

► broj vodova ili broj bitova koji se mogu prenijeti u jednom

ciklusu

NAČINI ORGANIZACIJE MIKROPROCESORA

► Organizacija procesora oko jedne

sabirnice

♦ Procesor organiziran oko jedne

sabirnice koristi jednu

sabirnicu za dovođenje i

odvođenje podataka u

središnjem procesoru

♦ procesor organiziran oko jedne

sabirnice može u jednom

trenutku prenositi samo jedan

podatak

♦ podaci se moraju prenositi vremenski multipleksirano i to u oba

smjera

► Organizacija procesora oko

dvije sabirnice

♦ Donekle ispravlja nedostatak organizacije procesora oko jedne

sabirnice

♦ Ponekad je moguće

istovremeno prenosti

podatke po obje sabirnice

♦ podaci se moraju prenositi

vremenski multipleksirano i

to u oba smjera

♦ nije moguće istovremeno

pribaviti operande za oba

ulaza ALU (pribavljaju se jedan po jedan, vremenski

multipleksirano)

► Organizacija procesora oko tri sabirnice

♦ Već i organizacija procesora oko dvije sabirnice donosi ubrzanja

u radu, a još veća poboljšanja su moguća uvođenjem treće

sabirnice

ORGANIZACIJA OKO JEDNE SABIRNICE (pojednostavljena shema)

36

♦ mogućnosti istovremenog

dovođenja obaju operanada na

ulaze u ALU

♦ Istovremeno odvođenje

rezultata prethodne ALU

operacije na odredište

37

INSTRUKCIJA

► Sadržaj kojim računalu govorimo što želimo učiniti sa sadržajem

određene memorijske lokacije

► Sastoji se od:

♦ Polja operacijskog koda

♦ Nijednog, jednog ili većeg broja adresnih

polja, te

♦ Polja za specifikaciju operanda i

rezultata

► Vrste instrukcija:

♦ Instrukcije za prijenos podataka

♦ Aritmetičko-logičke instrukcije

♦ Upravljačke instrukcije

♦ Instrukcije namijenjene funkcijama OS-a

INSTRUKCIJA – način izvođenja

► Za izvođenje pojedinih instrukcija upotrebljava se jedan ili više

instrukcijskih ciklusa M1, M2, M3 i M4

► Cjelokupan način djelovanja upravljačke jedinice može se predočiti

izmjenama dvaju osnovnih stanja za svaku instrukciju

► Ta dva osnovna stanja su:

♦ Stanje PRIBAVI (engl. Fetch)

► za vrijeme njegova trajanja se pribavlja (ili dohvaća)

instrukcija iz memorije

► završava onda kad je pribavljena kompletna instrukcija

♦ Stanje IZVRŠI (engl. Execute)

► obavlja se (izvršava) operacija koja je utvrđena u postupku

dekodiranja

► Nakon obavljenih operacija u stanju IZVRŠI upravljačka

jedinica prelazi u stanje PRIBAVI

SHEMATSKI PRIKAZ FORMATA INSTRUKCIJE

38

ADRESIRANJE MEMORIJE

► Do podataka zapisanih u ROM ili RAM memoriji je moguće doći na

razne načine, tj. mogući su različiti oblici adresiranja memorijskih

lokacija

► Način adresiranja memorije (tj. način dohvata operanada) uvijek

zadan unutar same instrukcije koja se trenutno izvršava, i to unutar

operacijskog koda instrukcije

► Upravljačka jedinica tumači operacijski kod i na temelju njega

prepoznaje zatraženi oblik adresiranja memorije, te aktivira

upravljačke signale potrebne za realizaciju zatraženog oblika

adresiranja

NEPOSREDNO ADRESIRANJE:

► Oblik adresiranja kod kojeg je operand potreban za izvođenje

instrukcije dio same instrukcije

♦ Prvi bajt instrukcije predstavlja operacijski kod (kojim je u ovom

slučaju zadano neposredno (Immediate) adresiranje)

♦ Drugi i treći bajt (ako je operand 16-bitna riječ) instrukcije

sadrže traženi operand

Primjer:

• PC pokazuje na adresu C257

• Sa te adrese se

učitava prvi bajt instrukcije –

operacijski kod, kojim je

zadana vrsta adresiranja

• Učitavanjem sadržaja idućeg bajta dohvaća se operand koji iznosi AB

(u ovom slučaju 8-bitni

operand)

39

DIREKTNO ADRESIRANJE:

► Oblik adresiranja kod kojeg je adresa operanda potrebnog za

izvođenje instrukcije dio same instrukcije


slučaju zadano direktno adresiranje)

♦ Drugi i treći bajt instrukcije sadrže (u ovom slučaju 16-bitnu)

adresu traženog operanda

Primjer:


• Sa te adrese se učitava prvi bajt

instrukcije – operacijski kod,

kojim je zadano direktno

adresiranje

• Učitavanjem sadržaja iduća 2

bajta dohvaća se adresa

operanda, koja iznosi E512

• Novim zahvatom u memoriju se dohvaća sadržaj operanda sa adrese

E512, a operand iznosi 78

INDIREKTNO ADRESIRANJE:

► Oblik adresiranja kod kojeg je adresa adrese operanda potrebnog za

izvođenje instrukcije dio same instrukcije

♦ Prvi bajt instrukcije predstavlja operacijski kod, drugi i treći bajt

instrukcije sadrže (u ovom slučaju 16-bitnu) adresu adrese

traženog operanda

♦ Na lokaciji koja sadrži adresu adrese operanda se nalazi stvarna

adresa operanda

Primjer:

• PC pokazuje na adresu C257. Sa te adrese

se učitava prvi bajt instrukcije – operacijski

kod

• Učitavanjem sadržaja iduća 2 bajta dohvaća

se adresa adrese operanda, koja iznosi E512

40

• Novim zahvatom u memoriju se dohvaća sadržaj adrese sa lokacija

E512 i E513, tj. stvarna adresa operanda, a ta adresa iznosi E511

• Još jednim zahvatom u memoriju se dohvaća sadržaj operanda sa

lokacije E511, a operand iznosi FE

RELATIVNO ADRESIRANJE S OBZIROM NA PROGRAMSKO BROJILO:

► Oblik adresiranja kod kojeg se adresa operanda odabire u određenom

adresnom području u blizini lokacije same instrukcije

♦ Prvi bajt instrukcije predstavlja operacijski kod

♦ Drugi bajt instrukcije sadrži vrijednost koja se interpretira kao

pomak (zabilježen u aritmetici dvojnog komplementa) koji se

pribraja adresi zapisanoj u PC

Primjer:


• Sa te adrese se učitava prvi bajt

instrukcije – operacijski kod, kojim je npr.

zadano relativno adresiranje prema PC

• Učitavanjem sadržaja idućeg bajta

dohvaća se pomak (offset) koji iznosi

27(16)

• Učitani pomak se pribraja sadržaju PC-a

i dobiva se stvarna adresa operanda, koja

iznosi C27E

• Još jednim zahvatom u memoriju se dohvaća sadržaj operanda sa

lokacije C27E, a operand iznosi 23

ADRESIRANJE REGISTARA I POMOĆU REGISTARA:

► 1. Adresiranje registara (najbrži oblik adresiranja)

♦ Oblik adresiranja kod kojeg se operand preuzima direktno iz

nekog od registara opće namjene

♦ Operacijskim kodom je zadan oblik adresiranja, ali je zadano i

koji registar opće namjene sadrži operand

♦ Instrukcija koja zahtijeva adresiranje registara se sastoji od

samo jednog bajta – operacijskog kôda

41

► 2. Indirektno registarsko adresiranje

♦ Slično je indirektnom adresiranju uz sljedeće razlike:

♦ Adresa operanda je smještena u nekom od registara opće

namjene

♦ Operacijski kôd instrukcije određuje takav oblik adresiranja i

zadaje u kojem registru opće namjene se nalazi adresa

operanda

♦ Zahvatom u memoriju se dohvaća sadržaj lokacije na koju

pokazuje registar opće namjene, a koja sadrži traženi operand

► 3. Relativno registarsko adresiranje

♦ Bazična adresa smještena je u nekom od registara opće namjene


slučaju zadano relativno registarsko adresiranje, kao i registar

koji sadrži bazičnu adresu)

♦ Drugi bajt instrukcije sadrži vrijednost koja se interpretira kao

pomak (zabilježen u aritmetici dvojnog komplementa) koji se

pribraja adresi zapisanoj u registru opće namjene

Primjer registarskog relativnog adresiranja:

• Programsko brojilo (PC) pokazuje na adresu 1234(16)

• Sa te adrese se učitava prvi bajt instrukcije – operacijski kod, kojim je

npr. zadano relativno registarsko adresiranje prema registru R5

• Učitavanjem sadržaja idućeg bajta

dohvaća se pomak (offset) koji iznosi

27(16)

• U aritmetici dvojnog komplementa

ovo je pozitivan broj (bit najveće

težine je 0), pa se pribraja adresi u

registru R5

• Učitani pomak se pribraja sadržaju

registra R5 i dobiva se stvarna adresa

operanda, koja iznosi 225B

• Još jednim zahvatom u memoriju dohvaća se sadržaj operanda sa

lokacije 225B, a operand iznosi E3

42

INDEKSIRANO ADRESIRANJE:

► Za adresiranje operanada se upotrebljava poseban registar u

procesoru – indeks registar

► Ova vrsta adresiranja je pogodna za dohvaćanje većeg broja

operanada koji su smješteni u nizu uzastopnih lokacija u memoriji

♦ Adresa prvog operanda u nizu se zapiše u indeks registar, te se

ista adresa iskoristi za dohvat tog operanda

♦ Nakon dohvata prvog operanda, sadržaj indeks registra se

uvećava za zadani pomak (zadan je instrukcijom u njenom

drugom bajtu) i sad pokazuje na adresu slijedećeg operanda u

nizu

♦ Dohvaća se drugi operand

♦ Ciklus se ponavlja sve dok se ne pročitaju svi potrebni operandi

– tzv. autoindeksirano adresiranje

Primjer:

• PC pokazuje na adresu 02AA – tu je zadana instrukcija koja zahtijeva

indeksirano adresiranje (op. kod), a na slijedećoj lokaciji se nalazi

pomak za indeksiranje (zapisan u

aritmetici dvojnog koplementa)

• Indeks registar pokazuje na adresu

125A

• Sa te adrese se učitava prvi operand,

koji iznosi 41

• Zatim se vrijednost indeks registra

uveća za zadani pomak (1) i sad indeks

registar pokazuje na lokaciju 125B

• Sa te adrese se učitava drugi operand(E3)

• Ciklus se ponavlja do kraja niza operanada

ADRESIRANJE PO STRANICAMA (STRANIČENJE):

► Za ovu vrstu adresiranja je bitno podijeliti

adresni prostor na nizove lokacija jednake

duljine, koje se zovu stranice (engl. page)

43

♦ Npr. stranice su veličine 128 bajtova, tj. svaka lokacija unutar

pojedine stranice se može adresirati sa 7 bitova

♦ Tada bi 16-bitno adresno polje bilo podijeljeno na 512 stranica i

izgledalo bi ovako:

► Instrukcija koju treba izvršiti je smještena u nekoj od stranica

♦ Za dohvat njenih operanada se primjenjuje adresiranje slično

relativnom adresiranju – koriste se pomaci zadani u bajtu nakon

operacijskog koda instrukcije

♦ Za pomak se koristi 7 bitova 8-bitne riječi i tim pomakom se

može adresirati bilo koja lokacija u dosegu jedne stranice (7

bitova = 128-bajtni adresni raspon)

♦ Krajnji lijevi, osmi bit pomaka određuje da li će se adresirati 0-ta

stranica ili stranica na kojoj je smještena instrukcija

► Ako je 8. bit jednak 0, onda se adresira 0-ta stranica

► Ako je 8. biti jednak 1, onda se adresira trenutna stranica

na kojoj se nalazi instrukcija

44

VANJSKA MEMORIJA

► Brza unutarnja radna memorija pamti podatke samo dok računalo radi

♦ Prestankom rada (gašenjem, nestankom struje, ...) gube se

podaci pohranjeni u radnoj memoriji računala

♦ Za potrebe trajne pohrane važnih podataka postoje vanjske

memorije koje pamte na njih zapisane podatke i u trenucima

kad je računalo ugašeno

► Vanjske memorije prema vrsti medija za pohranu dijelimo na:

♦ Magnetske i optičke

VANJSKA MEMORIJA – MAGNETSKA

► Podjela

♦ Magnetski diskovi

► Čvrsti diskovi

► Diskete

♦ Magnetske vrpce

► Vrpce na kolutima

► Vrpce u kazetama

► Materijalni nositelj zapisa na magnetskim vanjskim memorijama je sloj

feromagnetskog materijala kojim je presvučen fizički medij (okrugle

ploče kod mag. diskova ili plastične trake kod mag. vrpci)

VANJSKA MEMORIJA - ČVRSTI DISK

► Građa i tehnologija zapisa

♦ Niz ploča od metala ili stakla na zajedničkoj osovini, oko koje

sve ploče rotiraju

♦ Ploče su presvučene feromagnetskim

materijalom

► Magnetizacijom feromagnetskog materijala

zapisuju se binarni 0 i 1

♦ Jedna orijentacija čestica feromag. materijala

– binarna 0

OSNOVNI ELEMENTI TVRDOG DISKA

45

♦ Druga orijentacija čestica feromag. materijala – binarna 1

► Zapisivanje i čitanje se izvodi pomoću glava za čitanje/pisanje

♦ Sa svake strane svake ploče se nalazi po jedna glava za

čitanje/pisanje

► Građa i tehnologija zapisa (nastavak)

♦ Pomicanje glava – pomoću

aktuatorske ruke, koja je

pokretana motorom

♦ Glave nikada fizički ne dotiču

površinu ploča

► Lebde nad pločama na

mikroskopski debelom

zračnom jastuku

♦ Najvažniji dio glave za čitanje/pisanje je elektromagnet

♦ Propuštanjem struje kroz zavojnicu elekromagneta se inducira

magn. polje koje orijentira česticu feromagnetskog materijala u

određenom smjeru – zapis binarne 0 ili 1

♦ Prelaskom glave preko magnetizirane čestice se u zavojnici

elektromagneta inducira el. struja – čitanje binarne 0 ili 1

► Fizička organizacija zapisa

♦ Ploče

♦ Staze - koncentrični krugovi na pločama

♦ Cilindri - sve staze na svim pločama koje su jednako udaljene od

središta rotacije ploča

♦ Sektori - isječci staza - svaka staza je podijeljena na jednak broj

sektora; sektor je najmanja adresibilna jedinica na disku

♦ Klasteri – logička cjelina koja obuhvaća nekoliko susjednih

sektora; u slučaju da se kod fizičke organizacije zapisa koriste i

klasteri, tada je jedan klaster najmanja adresibilna jedinica na

disku

46

47

VANJSKA MEMORIJA – DISKETA

► Građom slična tvrdom disku; neke od razlika su:

♦ Disketa (floppy disk) je izmjenjiv medij

► U plastičnoj košuljici nalazi se samo jedna ploča od

savitljivog materijala presvučena feromagnetskim

materijalom

♦ Gustoća zapisa je manja nego kod tvrdog diska

► Zbog samo jedne ploče i manje gustoće zapisa proizlazi da

je kapacitet diskete daleko

manji

♦ U fiksiranom pogonu floppy diska

smješten je pogonski motor koji

rotira ploču

► Višestruko sporije nego kod

tvrdog diska

♦ Po jedna glava za čitanje/pisanje

sa svake strane ploče, te aktuatorska ruka koja pokreće glavu

VANJSKA MEMORIJA - MAGNETSKI DISKOVI

► Logička organizacija zapisa - proizlazi iz načina fizičke organizacije

zapisa na magn. diskovima (tj. iz mogućnosti izravnog pristupa do

traženog sadržaja):

♦ Slijedna organizacija zapisa

► Podaci se zapisuju u kontinuirane (slijedne, sekvencijalne)

cjeline - sektor do sektora, klaster do klastera

♦ Rasuta organizacija zapisa

► Omogućava dislocirano zapisivanje podataka po mediju

► Mogućnost iskorištenja svakog slobodnog prostora na

mediju

► Veća fleksibilnost

VANJSKA MEMORIJA – VRPCA

► Danas se uglavnom koristi kao masovni medij za sigurnosnu pohranu

podataka (backup)

48

► Magnetska vrpca izrađena je od savitljivog plastičnog materijala i

s jedne je strane presvučena s feromagnetskim materijalom


♦ Trake

♦ Blokovi

♦ Lokacije (frameovi)

♦ Glave za čitanje/pisanje

► Logička organizacija zapisa

♦ Magnetske vrpce su uređaji s isključivo slijednim pristupom do

pohranjenih sadržaja

♦ Moguća jedino slijedna logička organizacija zapisa

► Podaci se moraju čitati blok po blok, onim redom kako su

bili i zapisani

VANJSKA MEMORIJA – OPTIČKA

► Ubrajamo ih u izmjenjive vanjske memorija s prenosivim medijima

► Prema kriteriju čitanja/pisanja dijelimo ih na:

♦ Medije koji služe samo za čitanje

► CD-ROM

► DVD-ROM

♦ Medije koje se može čitati i pisati

► Jednokratno zapisivanje

MAGN. VRPCA NA KOLUTOVIMAMAGN. VRPCA U KAZETI

49

♦ CD-R

♦ DVD-R, DVD+R

► Višekratno zapisivanje/brisanje

♦ CD-RW

♦ DVD-RW, DVD+RW

♦ DVD-RAM

VANJSKA MEMORIJA - CD-ROM


♦ Medij ima samo jednu ploču s koje se čitaju podaci

♦ Za smještaj podataka koristi se samo jedna strana te ploče

♦ Materijalni nositelj je metalni reflektivni sloj u koji je tvornički

utisnuta “matrica” sa udubljenjima (ili izbočenjima) i ravnim

dijelovima

► Udubljenje (ili izbočenje) – binarna 0

► Ravnina – binarna 1

♦ Čitanje se izvodi pomoću laserske zrake koju emitira optička

glava, koja se sastoji od:

► Laserske diode – izvora laserske zrake (crvene)

► Prizme

► Leće za

fokusiranje

► Detektora

svjetlosti

► Građa (shematski prikaz)


♦ Podaci su zapisani u

kontinuiranu spiralu

koja počinje u središtu diska

♦ Spirala je podijeljena na blokove fiksne veličine

► Gustoća zapisa povećava se prema rubu medija

OPTIČKA

50

VANJSKA MEMORIJA - CD-RW


♦ Razlika u vrsti materijalnog nositelja zapisa – sloj za zapisivanje

nije metalni - organske boje i slični materijali

► Karakteristike materijalnog nositelja su

a) Pod utjecajem srednje snažne laserske zrake vraća

se u svoje prvobitno stanje - brisanje zapisa

b) Pod utjecajem snažne laserske zrake mijenja stanje –

zapisivanje

c) Pod utjecajem slabe laserske zrake ne mijenja stanje

– čitanje

♦ Mjesta izmijenjena pod utjecajem lasera za zapisivanje slabije

reflektiraju lasersku zraku prilikom čitanja

► Po intenzitetu reflektirane zrake određuje se da li je

zapisana binarna 0 ili binarna 1


♦ podaci su zapisani u koncentrične kružnice (ne u spiralu!)

♦ staze su podijeljene na sektore

VANJSKA MEMORIJA - DVD


♦ Gotovo je identična CD-ROM mediju, uz određene razlike:

► Kraća valna duljina laserske zrake - moguće je čitanje

"sitnijih" udubina i ravnina = veća gustoća zapisa i veći

kapacitet

► Mediji mogu biti i dvoslojni i dvostrani – dodatno

povećanje kapaciteta

USPOREDBA VALNIH DULJINA LASERSKIH ZRAKA KOD CD I DVD UREĐAJA

51

► Logička organizacija zapisa (svi opisani optički mediji)

♦ Optičke vanjske memorije ubrajamo u skupinu uređaja s

izravnim pristupom do pohranjenih podataka (poput magnetskih

diskova)

► Moguće su i slijedna i rasuta logička organizacija zapisa

VIRTUALNA MEMORIJA

► Virtualna memorija - sustav u kojem je radni memorijski prostor

računala načinjen dijelom od brze radne memorije (RAM), a dijelom

od sporih masovnih memorija

♦ Svaki program prilikom izvođenja mora biti smješten u radnoj

memoriji (RAM) računala

♦ Problem može nastati kad treba istovremeno izvoditi veći broj

programa

► Fizički kapacitet radne memorije može biti nedostatan za

pohranu svih programa koji se trenutno izvršavaju i i

njihovih radnih podataka

♦ Rješenje - u RAM-u se nalaze dijelovi (programa i podataka) koji

su trenutačno aktivni - ostatak je pohranjen na disku

► Posebni mehanizmi, poduprti sklopovljem suvremenih

procesora, premještaju s diska u radnu memoriju one

dijelove programa koji će se upravo izvoditi, a iz radne

memorije na disk vraćaju dijelove koji trenutačno nisu

potrebni

► Princip rada

♦ Cjelokupni se adresni prostor dijeli na okvire (frame), a svi

programi i podaci se dijele na blokove podataka jednake veličine

(stranice)

♦ Program (proces) želi pristupiti određenoj memorijskoj lokaciji -

sklopovska podrška određuje da li se ona fizički nalazi u glavnoj

memoriji - ako ne, pokreće se prijenos s vanjske memorije u

radnu

► Ne prenosi se samo sadržaj tražene lokacije, već cijela

stranica u kojoj je smještena tražena lokacija

52

► U radnoj memoriji se tako nalaze samo oni podaci koji su

trenutno potrebni ili aktivni (osnova za multiprogramsku

obradu – multitasking)

► Ovakav postupak korištenja memorije naziva se straničenjem i ključan

je za realizaciju virtualne memorije

► Radi toga što je samo dio procesa u radnoj memoriji, a ostali, koji nisu

trenutno potrebni, u sekundarnoj memoriji, može se znatno proširiti

raspoloživi memorijski prostor računala, odnosno taj se prostor naziva

virtualnom memorijom

► Operacijski sustav (OS) računala upravlja razmjenom informacija

između unutrašnje i vanjske memorije, dok programer umjesto

stvarnih fizičkih adresa koristi virtualne

♦ Program “vidi” adresni prostor računala kao linearni niz adresa,

koji nije ograničen kapacitetom radne memorije, tj. stvoren je

“privid” beskonačno velike memorije ili virtualni adresni

prostor – odatle i naziv virtualna memorija

PROGRAMSKI PREKIDI

► Jedan od ključnih preduvjeta za realizaciju virtualne memorije i

multitaskinga je sustav programskih prekida

♦ Jedna od funkcija operacijskih sustava je da omoguće prekid

izvođenja glavnog programa (na zahtjev neke vanjske jedinice ili

nekog drugog programa)

► Prekida se izvođenje glavnog programa, prelazi se na

izvođenje drugog programa ili posebnog programa za

dotičnu vanjsku jedinicu (tzv. servisnu rutinu), a po

njihovom završetku nastavlja se izvođenje prekinutog

programa

♦ Jednostruki prekidi - program koji prekida izvođenje glavnog

programa ne može biti prekinut

♦ Višestruki prekidi - program koji prekida izvođenje glavnog

programa i sam može biti prekinut (npr. dolazi novi zahtjev za

prekidom koji je većeg prioriteta od trenutnog)

► Realizacija prekida – ključni faktor je postojanje memorije

organizirane u stog (stack)

53

♦ Ulazno-izlazni uređaj generira zahtjev za prekid i šalje ga

procesoru

♦ Trenutno aktivna instrukcija glavnog programa se izvodi do

kraja

♦ Procesor odgovara signalom potvrde i onemogućava nove

prekide iste razine

♦ Procesor pohranjuje tzv. minimalni kontekst trenutnog

programa (sadržaj PC-a, akumulatora, registra statusa,

registara opće namjene i sl.)

► Minimalni kontekst se pohranjuje na stog

► Ovo je potrebno da bi se osigurao pravilan povratak iz

prekidnog u prekinuti program i njegov normalan

nastavak

► Realizacija prekida (nastavak)

♦ Učitava se prekidni program (servisna rutina) i izvršava se do

kraja

♦ Nakon izvođenja prekidne rutine, nastavlja se s izvođenjem

prekinutog programa

► To se obavlja zadnjom instrukcijom prekidnog programa,

tipično rti (Return From Interrupt) instrukcijom

► Izvođenjem te instrukcije (rti), obnavljaju se sadržaji

programskog brojila (PC), registra stanja i registara opće

namjene

► Obnavljaju se iz minimalnog konteksta pohranjenog

na stogu – izvođenje glavnog programa nastavlja se

od njegove sljedeće instrukcije

► Ovo je bio primjer jednostrukog

prekida

♦ Isti koraci se primjenjuju i kod

višestrukih prekida – tada je

trenutno aktivni prekidni

program u ulozi “glavnog”

► Shematski prikaz izvođenja

jednostrukog prekida

54

IZLAZNE JEDINICE – MONITOR

► Najčešće korištena izlazna jedinica, koja prikazuje sliku na ekranu

► Prema tehnologiji koja se koristi za prikaz slike na ekranu, monitori se

dijele u dvije velike skupine:

♦ Monitori sa katodnom cijevi (CRT monitori)

♦ Flat-panel monitori (ekrani sa tekućim kristalima, plazma

ekrani, OLED ekrani, ...)

IZLAZNE JEDINICE - MONITOR – CRT

► Osnovu čini katodna cijev, koja služi za prikaz slike

► tri elektronska topa, od kojih svaki emitira po jednu zraku

elektrona – jednu za crvenu, jednu za plavu i jednu za

zelenu boju

► zrake se usmjeravaju na određeni dio ekrana pomoću

dvaju okomito položenih izvora izvora magnetskih polja –

tzv. Deflektora

► s unutarnje strane površine ekrana nalazi se fosforni

premaz, nanešen u obliku sitnih točaka

► po tri fosforne točke različitih kemijskih karakteristika

(crvena, zelena, plava) čine jedan piksel na ekranu

► fosforne točke emitiraju svjetlost kad ih pogodi zraka

elektrona

► kombiniranjem (aditivnim miješanjem) različitih

intenziteta emitirane crvene, plave i zelene svjetlosti

pojedinog piksela postiže se željena boja pojedinog piksela

► Shematski prikaz katodne

cijevi CRT monitora

55

► Način iscrtavanja slike kod CRT monitora

► zrake elektrona putuju po

površini ekrana red po red,

počevši od gornjeg lijevog ugla

► kako zrake prelaze preko

pojedinih piksela, tako se

pojačava/smanjuje intenzitet

elektronskih zraka i svaki piksel

zasvijetli odgovarajućom bojom

► zrake se pomiču horizontalno do kraja reda, a zatim se

elektronski top brzo usmjerava na početak novog retka

► isti se princip primjenjuje sve do posljednjeg retka na ekranu,

čime je završeno iscrtavanje cijele slike

► elektronski top opet usmjerava na vrh ekrana i postupak počinje

iz početka

► frekvencija osvježavanja ekrana = broj iscrtanih slika u sekundi (tzv.

vertikalna frekvencija)

IZLAZNE JEDINICE - MONITOR – REZOLUCIJA

► Rezolucija monitora - ukupan broj individualnih točaka koje monitor

može prikazati; izražava se kao umnožak broja točaka po horizontali i

vertikali ekrana

► Tipični CRT monitori mogu prikazivati slike na većem broju

razlučivosti; maksimalna razlučivost ovisi o:

56

► veličini katodne cijevi – veličina vidljive

dijagonale ekrana

► fizičkoj udaljenosti između fosfornih

točaka – tzv. dot pitch – predstavlja

udaljenost između dviju susjednih

fosfornih točaka istog tipa

IZLAZNE JEDINICE - MONITOR – PIKSEL

► Piksel (skraćeno od engl. picture element) je jedna točka unutar

pravokutne mreže (matrice) koja predstavlja sliku koju treba

reproducirati na ekranu ili ispisati na papir

► Piksel najmanja jedinica koja može biti prikazana na ekranu, ispisana

na papiru ili s kojom može manipulirati softver i hardver potreban za

prikaz i ispis grafike i teksta

► Fizički piksel (CRT monitor – tri fosforne točke razl. boja)

♦ broj im ovisi o veličini ekrana i o razmaku između istovjetnih

elementarnih fosfornih točaka

♦ o broju fizičkih piksela ovisi maksimalna razlučivost monitora

♦ taj broj ujedno predstavlja i najveći mogući broj piksela koji

mogu biti vjerno prikazani na ekranu

► Logički piksel = elementarna točka neke slike (kao npr. na slici slova

A dolje)

♦ slika je definirana konačnim i

nepromjenjivim brojem točaka (log.

piksela)

♦ kako monitor može raditi na različitim

razlučivostima, tako se i prikaz slike

mora prilagođavati razlučivosti monitora

ukoliko želimo zadržati identične dimenzije slike na ekranu

♦ iz toga je očito da odnos logičkih i fizičkih piksela nije uvijek 1:1,

nego je najčešće 1:N – za jedan logički piksel potrebno je više

fizičkih piksela

57

IZLAZNE JEDINICE - MONITOR – LCD

► LCD ekran - matrica LCD elemenata baziranih na tekućim kristalima;

element matrice - jedna točka na ekranu

► Slika se stvara na temelju konstantnog bijelog pozadinskog svjetla,

koje prolazi kroz matricu sa LCD elementima

♦ Pojedini LCD element može propustiti ili blokirati prolazak

pozadinskog osvjetljenja, čime je pojedinu točku na ekranu

moguće "upaliti" ili "ugasiti”

► Građa LCD elementa

♦ polarizirajući filtri s prednje i

stražnje strane - jedan propušta

svjetlo u horizontalnom smjeru, a

drugi u vertikalnom

♦ između polarizirajućih filtara nalaze

se dva posebno obrađena sloja koji

služe za poravnavanje molekula

tekućih kristala

♦ U “sendviču” tih slojeva nalaze se molekule tekućih kristala

♦ Slojevi za poravnanje okrenuti su jedan prema drugom pod

kutom od 90 stupnjeva - zahvaljujući tome se tekući kristali,

smješteni između ta dva sloja, poravnavaju u obliku spirale

(heliksa)

► “Upaljena” točka:

♦ Prvi polarizirajući filtar propušta samo vertikalnu komponentu

svjetlosti

♦ Prolaskom kroz molekule tekućih kristala u prirodnoj (spiralnoj)

formaciji, svjetlost se zakreće u smjeru orijentacije molekula

tekućih kristala

♦ Zahvaljujući postupnom spiralnom zakretanju molekula tekućih

kristala između dva sloja, i zraka svjetlosti se isto tako postupno

zakreće za 90 stupnjeva

58

♦ Zbog toga zraka svjetla pada pod ispravnim kutom na drugi

polarizator, pa zraka prolazi kroz LCD element i ta je točka

“upaljena”

► “Ugašena" točka:

♦ Molekule tekućih kristala pod utjecajem električnog napona

mijenjaju orijentaciju

♦ Iz spiralnog oblika će pod utjecajem napona prijeći u linearni oblik

♦ U tom slučaju zraka svjetlosti koja je prošla kroz prvi polarizator

neće promijeniti svoju orijentaciju, pa će pod neizmijenjenim kutom

pasti na drugi polarizator

♦ Kako je on okrenut okomito u odnosu na prvi polarizator, neće

propustiti zraku svjetlosti i takva će točka na ekranu biti “ugašena”

► Stupanj “izravnanja” orijentacije molekula

ovisi o veličini napona

♦ Kontrolom jačine napona se kontrolira

količina propuštene svjetlosti kroz

izlazni polarizator, pa neka točka može

biti manje ili više “upaljena”

► Način iscrtavanja slike - uključivanjem ili

isključivanjem svakog pojedinog LCD elementa; ovisno o tome kako je

riješen taj problem, razlikuju se dvije osnovne vrste LCD ekrana:

♦ Pasivni LCD ekrani

♦ Aktivni LCD ekrani

► Pasivni LCD ekrani

♦ LCD elementi poslagani u matricu spojeni su na el. Vodiče - za

svaki redak i svaki stupac matrice postoji po jedan vodič

♦ Propuštanjem struje kroz točno određeni red i stupac “gasi” se

jedan LCD element

♦ Propuštanje struje u vodiče se kontrolira pomoću tranzistora

► Potreban je po jedan tranzistor za svaki red i svaki stupac

► Pasivni LCD ekrani (nastavak)

♦ Slika se iscrtava redak po redak

59

► Pod naponom se drži vodič za prvi redak, te se

istovremeno propusti napon kroz potrebne vodiče po

stupcima

► Prelaskom na idući redak, prethodni gubi napon, pa LCD

elementi vrlo kratko ostaju u definiranom stanju – tj.

“ugašeni” pikseli vrlo brzo postaju prozirni. Zbog brzine

postupka iscrtavanja, ljudsko oko ne registrira taj

problem, ali:

► Kontrast i svjetlina dobivene slike su slabi

► Slaba je vidljivost slike pod imalo većim kutem

gledanja

► Aktivni LCD ekrani

♦ Problem pasivnih ekrana je riješen tako da svaki LCD element

ima svoj kontrolni tranzistor, koji može propuštati struju toliko

dugo koliko je potrebno

► Time je omogućena slika s punim kontrastom boja i daleko

većim kutom gledanja na ekran

IZLAZNE JEDINICE – PISAČ

► Pisači su izlazne jedinice koje zapisuju podatke na papirnate medije ili

folije

► Prema načinu na koji se stvara ispis, pisače je moguće podijeliti na

dvije glavne skupine:

♦ Pisače s udarcem, i

♦ Pisače bez udarca

Pisači s udarcem

► Starija su generacija pisača i danas se rjeđe koriste

♦ Pisači s bubnjem, s lancem, s lepezom, s kuglom – gotovo su

nestali

♦ Još se često koriste matrični pisači (Dot-Matrix printers)

► POS (Point Of Sale) sustavi, tj. 'pametne' blagajne za ispis

računa

60

► Uredsko poslovanje - zakonodavac propisuje obveznu

izradu većeg broja kopija nekog dokumenta, a jedino pisač

s udarcem omogućava istovremeni ispis većeg broja

kopija (mehanički udarac + korištenje indigo-papira – kao

na mehaničkim pisaćim strojevima)

Matrični pisači

► Ispis pomoću glave za pisanje - u glavi se nalazi određeni broj iglica

(tipično 9 ili 24), raspoređenih u pravokutnu matricu

► Glava se nalazi na pomičnom mehanizmu, koji pomiče glavu s lijeva na

desno i natrag - ispis jednog retka teksta

► Iglice iz glave za pisanje udaraju po vrpci (ribbon) natopljenoj tintom,

koja je smještena između glave i papira (slično kao kod pisaćeg stroja)

♦ Ispis pojedinog znaka ili dijela slike se oblikuje tako da se

istovremeno aktiviraju one iglice u glavi koje su potrebne za

oblikovanje pojedinog slova ili dijela crteža

♦ Nakon ispisa jednog retka, glava se vraća na početak reda, a

valjak vertikalno pomiče papir za jedan redak

► Tekstualni način rada

♦ Ispis slova, brojeva i specijalnih simbola i znakova (npr. po

ASCII tablici znakova)

♦ U ROM memoriji pisača su u obliku bitmape definirani izgledi

svakog znaka – na temelju takve definicije znaka aktiviraju se

potrebne iglice u glavi pisača, kako bi se ispisao potrebni znak

► Grafički način rada

► Točku po točku se iscrtava

bitmapirana slika koju mu šalje

računalo

► Rezolucija matričnog pisača

♦ Izražava se u broju znakova (slova) po inču – cpi (Characters Per

Inch)

Pisači bez udarca

► Zapis na papiru ne realiziraju mehaničkim udarcima, već na razne

druge načine

61

► Kvaliteta ispisa teksta i slike je superiorna u odnosu na pisače sa

udarcem

► U pisače bez udarca ubrajaju se sljedeće vrste pisača:

♦ Laserski pisači

♦ Tintni (ink-jet) pisači

♦ Termalni pisači (kod fax uređaja)

♦ Solid-ink pisači

♦ Sublimacijski pisači, itd.

► Rezolucija pisača bez udarca - izražava se kao broj točaka po inču (dpi

– Dots Per Inch) koje pisač može ispisati na medij

♦ Tipične rezolucije laserskih pisača kreću se od 600 do 2400 dpi

♦ Rezolucije tintnih pisača kreću se od 600 do 4800 dpi

IZLAZNE JEDINICE – LASERSKI PISAČ

► Način rada im je uvelike sličan fotokopirnom stroju

► Zadatak - prenijeti rastersku sliku iz računala na papir (i tekst i slike

se “iscrtavaju”, tj. tretiraju se istovjetno – kao slike)

► Osnovni dijelovi

♦ Izvor laserske zrake

♦ Sustav leća i ogledala

za usmjeravanje

laserske zrake

♦ Fotosenzitivni bubanj

♦ Toner

♦ Elektrode za nanošenje

statičkog naboja na

bubanj i papir

♦ Niz pomoćnih valjaka

za fiksiranje tonera i

transport papira

► Način rada – ponavljajući ciklusi

♦ Rasterska slika se laserskom zrakom postupno, uz pomoć leća i

ogledala, prenosi na fotoosjetljivi bubanj

♦ Bubanj konstantno rotira, a mjesta na kojima mora biti vidljiva

točka pogođena su laserskom zrakom i mijenjaju naboj – formira

se mreža poz. i neg. naboja, oblikovana poput polazne rasterske

slike

62

♦ Rotacijom bubnja, mjesta s promijenjenim nabojima dolaze do

kazete s tonerom

► Toner - iznimno fini crni prah, koji ostavlja fizički trag

zapisa na papiru

♦ Naboj čestica tonera je suprotan “pogođenim” mjestima na

bubnju – čestice tonera se priljepljuju na bubanj – na bubnju je

formirana slika

♦ Daljnjom rotacijom bubnja čestice tonera dolaze u kontakt s

papirom

► Papir je nabijen suprotnim nabojem od tonera – čestice

tonera se odvajaju od bubnja i lijepe za papir, te je slika

prenesena na papir

♦ Papir s tonerom putuje prema komori za fiksiranje tonera

► visoka temperatura i tlak tale toner i njegove čestice se

fizički priljepljuju za papir

► Shematski prikaz

IZLAZNE JEDINICE – TINTNI PISAČ

► Zapis na papiru stvara pomoću mikroskopski sitnih kapljica tinte, koje

se izbacuju iz glave za ispis

♦ Kao i laserski pisači, rade isključivo u grafičkom načinu rada, tj.

Isctravaju i tekst i slike kao bitmape

► Princip rada

♦ Glava za ispis prelazi horizontalno preko medija za ispis

63

♦ U glavi se nalazi veći broj mikroskopski tankih cjevčica

♦ Na potrebnim mjestima će kroz određene cjevčice mehanizam u

glavi za pisanje izbaciti sićušne kapljice tinte (promjera 50 do 60

mikrometara) odgovarajućih osnovnih boja

♦ Kapljice boje upijaju se u papir i miješanjem stvaraju točkicu

određene boje

♦ Jednim prolazom glave po širini papira ispisuje se više redaka,

jer su cjevčice u glavi posložene u više redaka i stupaca

► Ovisno o tehnologiji izrade glave za ispis, razlikuju se dvije osnovne

vrste tintnih pisača

♦ Pisači s termičkom glavom, i

♦ Pisači s piezo-električnom glavom.

Tintni pisač s termičkom glavom

1. Za izbacivanje kapljica tinte koristi se

toplina

2. Grijač u vrlo kratkom intervalu snažno

zagrije tintu, te prestaje sa

zagrijavanjem

3. Neposredno pored grijača nastaje

mjehurić tinte koji se vrlo brzo širi

4. U određenom trenutku mjehurić eksplodira i kroz cjevčicu se izbacuje

kapljica tinte

5. Hlađenjem elementa za zagrijavanje, mjehurić tinte se urušava, čime

se u glavi stvara zrakoprazni prostor, koji iz spremnika uvlači novu

količinu tinte.

6. Tinta mora biti otporna na toplinu, tj. Ne smije promijeniti kemijska

svojstva pod utjecajem topline

Tintni pisač s piezo-električnom

glavom

► kod piezo-električnih glava se za

izbacivanje kapljica ne koristi toplina, već

vibracije tzv. piezo-kristala

64

♦ piezo-kristali vibriraju kad kroz njih prolazi struja

► glava za ispis sastoji se od brojnih piezo-elemenata, od kojih je svaki

zadužen za izbacivanje kapljice tinte kroz jednu cjevčicu

► vibracije piezo-kristala se preko fleksibilne membrane prenose na

tintu, čime se iz cjevčice izbacuje kapljica tinte

ULAZNE JEDINICE – SKENER

► Koriste se za digitalizaciju i unos u računalo podataka pohranjenih na

papirnatim ili sličnim analognim medijima

► Princip rada svih vrsti skenera vrlo je sličan radu fotokopirnog stroja

► Postoji više kategorija skenera, a najčešće ih dijelimo na:

♦ Stolne (flatbed) skenere

♦ Ručne (handheld) skenere

♦ Protočne skenere

♦ Skenere za posebne namjene

► Stolni skeneri

♦ Najčešće korištena vrsta skenera

► Skenira se jedna po jedna stranica medija

► Stranica koja se skenira je nepomična, a pomiče se glava

za skeniranje

► Ručni skeneri

♦ Minijaturni skeneri - lako su prenosivi, ali daju lošije rezultate

► skenirani medij je nepomičan, a čovjek mora ručno

povlačiti skener preko medija

► Protočni skeneri

♦ Skeneri velikih dimenzija - profesionalna primjena i skeniranje

izrazito velikih medija (format A0 i više)

► glava za skeniranje je stacionarna, a pomiče se medij

kojeg treba skenirati

► Posebne vrste skenera – specijalizirani zadaci

♦ tipičan primjer - čitač bar-koda

65

ULAZNE JEDINICE - SKENER - PRINCIP RADA

► Primjer stolnog skenera

♦ Medij se polaže na ravnu staklenu površinu na vrhu skenera

♦ Pomični izvor usmjerene konstantne bijele svjetlosti u kućištu,

koji se u koracima pomiče u vertikalnom smjeru, postupno

obasjava medij liniju po liniju

♦ Svjetlost reflektirana od medija se kroz sustav prizmi, zrcala i

leća usmjerava na niz fotoosjetljivih senzora (tzv. glavu za

skeniranje)

► Skener u boji – svjetlost prvo prolazi kroz crveni, plavi ili

zeleni filtar

♦ Kao fotoosjetljivi senzori najčešće koriste tzv. CCD (Charge-

Coupled Device) senzori

► Uloga CCD senzora je pretvaranje svjetlosti u električni

signal - jači intenzitet svjetlosti stvara električni signal

većeg napona

♦ Analogni naponski signal se (analogno-digitalnom konverzijom)

pretvara u diskretnu digitalnu vrijednost, koja predstavlja

podatak o boji određene točke na analognom mediju

► Primjer stolnog skenera – shematski prikaz

66

FONT

► Fontom nazivamo skup znakova istog pisma (npr. Courier), istog stila

(npr. kosi, eng. italic), iste težine poteza (npr. masni, eng. bold), te

veličine (npr. 12 točaka)

► Font i pismo nisu istovjetni pojmovi

♦ Font se odnosi na sve znakove raspoložive u određenoj veličini,

stilu i težini

♦ Pismo označava oblik (dizajn) znakova – serifna, neserifna,

dekorativna, specijalna pisma itd.

VRSTE FONTOVA

► Prema širini znakova

♦ Neproporcionalni fontovi

► Jednaka širina svih znakova

► Npr. font Courier ("Tekst pisan fontom Courier")

♦ Proporcionalni fontovi

► Različita (prirodna) širina znakova

► Npr. fontovi Arial, Roman, Verdana, ... ("Tekst pisan

fontom Arial")

► Prema tehnologiji izrade

♦ Vektorski (obrisni) fontovi

► Oblik znaka definiran je matematičkim krivuljama;

Promjena dimenzija znaka je moguća bez gubitka kvalitete

♦ Rasterski (bitmap) fontovi

► Svaki je znak opisan jedinstvenim uzorkom bitova

(uzorkom točaka, bitmapom); Promjenom dimenzija znaka

gubi se kvaliteta

67

VEKTORSKO-RASTERSKA PRETVORBA (RIP)

► Problem ispisa vektorski definiranih sadržaja na uređajima koji

razumiju jedino rasterski oblik zapisa (većina ekrana i pisača)

♦ Postupak pretvaranja vektorskog zapisa u bitmapu naziva se RIP

(Raster Image Processing)

♦ sam postupak se izvodi pomoću RIP (Raster Image Processor)

softvera

► RIP može biti prisutan u raznim "oblicima“

♦ ugrađen u pisače, kao dio softvera u ROM memoriji pisača

♦ kao zasebna aplikacija, koja se instalira na korisnikovo računalo

ili mrežni poslužitelj

♦ kao zasebni uređaj, tj. posebno dizajnirano računalo, čija je

jedina uloga rasterizacija vektorskih zapisa – zbog brzine i

skupoće, primjenjivo je samo u najzahtjevnijim situacijama

ORGANIZACIJA PROCESORSKOG VREMENA

► Odnosi se na obradu podataka na višoj razini – ne na pojedinačne

instrukcije, već na procese i programe kao cjeline, te skupine

programa

► Različiti oblici organizacije (tj. korištenja) procesorskog vremena

♦ Sekvencijalna obrada

♦ Sekvencijalna obrada s prioritetom

♦ Timesharing (obrada s podjelom vremena)

♦ Multiprograming ili multitasking (multiprogramska obrada)

♦ Multiprocessing (multiprocesiranje)

♦ Real-time processing (obrada u stvarnom vremenu)

► Sekvencijalna obrada

♦ Slijedno izvođenje programa ili procesa, jednog za drugim, u

skladu s pristizanjem zahtjeva za izvođenjem

68

♦ Procesor posvećuje svoje cjelokupno vrijeme jednom procesu

dok ga ne izvrši do kraja

♦ Problem efikasnosti

► Sekvencijalna obrada s prioritetom

♦ Slijedna obrada, ali važniji procesi dobivaju veći prioritet i prije

dolaze na red za obradu

♦ Dodjela prioriteta je automatska (na razini OS-a) ili ručna

(administrator sustava)

► Timesharing

♦ Svakom programu (procesu) dodjeljuje se diskretni, kratki

vremenski odsječak za izvođenje i obradu

♦ Velika brzina izmjene

vremenskih odsječaka –

stvoren je privid

istovremene obrade većeg

broja programa

► Multiprogramska obrada (Multiprogramming, Multitasking)

♦ Kod višezadaćnih i višekorisničkih OS-ova; slično time-sharing

obradi, uz sljedeće razlike:

► Različito trajanje vremenskih odsječaka po procesu

► Redoslijed izvođenja nije zadan poretkom pristizanja

zahtjeva za izvođenjem (prioriteti, itd.)

► Procesi većeg prioriteta mogu prekinuti izvođenje procesa

s nižim prioritetom (programski prekidi)

► Multiprocesiranje (Multiprocessing)

♦ Karakteristična za računala koja posjeduju više procesora

♦ Stvarna istovremenost u obradi procesa

► Obrada u stvarnom vremenu (Real-Time Processing)

♦ Potpuno drugačija koncepcija – najčešće se koriste u

industrijskom okruženju gdje obrada mora biti izvedena u

zadanom vremenskom okviru

69

♦ Različita osjetljivost sustava na probijanje vremenskih rokova

► "Tvrda" real-time obrada – vremenski kritični sustavi,

apsolutno poštivanje vremenskih ograničenja (npr.

autopilot u avionu)

► "Meka" real-time obradu – vremenska ograničenja postoje,

ali probijanje rokova nije kritično za funkcioniranje

sustava

♦ Koriste se posebna računala i posebni operacijski sustavi,

prilagođeni poštivanju strogih vremenskih ograničenja

TEHNOLOGIJE IZRADE ELEMENATA RAČUNALA

► TRANZISTORI = osnovni gradivni elementi poluvodičkih sklopova,

služe za realizaciju svih elektroničkih sklopova

♦ izrađuju se od poluvodičkih materijala (najčešće korišteni

materijal je silicij)

♦ vodljivost poluvodiča ovisi o postojanju tzv. nosioca naboja:

► Elektrona

► Protona

► Dvije osnovne tehnologije za izradu tranzistora:

♦ Unipolarna (MOS)

♦ Bipolarna

► MOS FET (Metal Oxyde Semiconductor Field Effect Transistor)

tehnologija

♦ tranzistori rade na principu djelovanja električnog polja koje se

javlja protjecanjem struje između dviju elektroda

♦ Razlikujemo tri osnovne izvedbe MOS tranzistora:

► NMOS

♦ Nositelj naboja su elektroni (negativni naboji – N tip

MOS tranzistora – NMOS)

♦ Osnovu čini podloga (supstrat) izrađena od p-tipa

poluvodiča

70

♦ Na podlozi su izrađene dvije elektrode od n-tipa

poluvodiča

♦ Na površini podloge je smješten izolator (najčešće

silicijev dioksid), a sa izolatorom je povezana

upravljačka elektroda (gate)

► PMOS

♦ Nositelj naboja su protoni

(pozitivni naboji – P tip MOS

tranzistora – PMOS)

♦ Za razliku od NMOS

tranzistora, ovdje je supstrat

izrađen od n-tipa poluvodiča,

a izvor i ponor od p-tipa

poluvodiča

71

► CMOS

► Za realizaciju CMOS tranzistora se koristi

jedan NMOS i jedan PMOS tranzistor

► NMOS i PMOS tranzistor su povezani

zajedničkim ponorom

ORGANIZACIJA UNUTRAŠNJE MEMORIJE

► Razlikujemo tri tipične organizacije memorije:

♦ Dvodimenzionalnu

♦ Trodimenzionalnu

♦ Memoriju organiziranu u stack

Dvodimenzionalna organizacija (2D)

♦ Memorijski elementi su poredani u pravokutnu matricu, jedan

do drugog i jedan ispod drugog, tako da, gledajući horizontalno

tvore jednu riječ (jednu memorijsku lokaciju), a gledajući

vertikalno predstavljaju skup bitova iste težine

► Broj redaka određuje broj (kapacitet) riječi koje je moguće

pohraniti u tako organiziranu memoriju

► Broj stupaca određuje širinu riječi koju je moguće

pohraniti

♦ Aktivirani redak sudjeluje u akciji čitanja ili pisanja

♦ Nedostatak: velik broj vodova potrebnih za realizaciju memorije

72

Trodimenzionalna organizacija (3D)

♦ Selekcija pojedine memorijske ćelije ne izvrši se do kraja u

posebnom vanjskom adresnom dekoderu, već se dio selekcije

izvodi i u samoj memorijskoj ćeliji

♦ Adresni registar i dekoder podijele se na dvije polovice - jedna

za horizontalno adresiranje, a druga za vertikalno

♦ Duljina riječi predstavlja treću dimenziju memorije

► Adresira se samo ona memorijska ćelija koja je na

presjecištu odabrane horizontalne i vertikalne linije

♦ Nedostatak : u jednoj ravnini trodimenzionalne memorije

adresira se samo jedna memorijska ćelija

2D MEMORIJA – ORGANIZACIJA JEDNE MEMORIJSKE ĆELIJE

73

Memorija organizirana u stack

♦ Pristup podacima omogućen je samo odgovarajućim

redoslijedom

♦ Stack memorije rade po LIFO (Last In First Out) principu

► Realizacija memorije organizirane u stack:

► Unutar procesora, pomoću niza šift-registara

► Unutar radne memorije, uz pomoć SP registra

3D MEMORIJA – ORGANIZACIJA JEDNE MEMORIJSKE ĆELIJE

PRIMJER ORGANIZACIJE TRODIMENZIONALNE MEMORIJE

74

♦ Realizacija pomoću šift-registara :

► Za stack memoriju širine N bita trebamo N šift registara

► "Dubina" takve stack memorije ovisi o duljini šiftera

► Operacije sa stackom se svode na elementarne operacije

šiftera – posmak ulijevo i udesno

♦ Realizacija pomoću SP (Stack Pointer) registra:

► realizira se u RAM memoriji korištenjem određenog broja

memorijskih lokacija

► operacije nad stakom realiziraju se prividnim pomicanjem

vrha staka

► pomak se ostvaruje promjenom adrese koja pokazuje na

vrh staka, a ta adresa je zapisana u SP registru u

procesoru

► Pri svakoj push ili pop operaciji se poveća ili umanji

sadržaj SP registra, koji na taj način uvijek pokazuje na

vrh staka

VRSTE UNUTRAŠNJIH MEMORIJA

► ROM (Read Only Memory) - omogućava jedino čitanje pohranjenih

sadržaja

► RAM (Random Access Memory) - omogućava i čitanje i pisanje

ROM memorija

► Služi za pohranu programa i podataka koji se za vrijeme rada

računalnog sustava smiju samo čitati

► Sadržaj ROM memorije određuje konstruktor računala i fiksno je

definiran prilikom proizvodnje računala

► Primjer – BIOS (Basic Input-Output System) ROM memorija

► Vrste ROM memorija:

♦ Programabilne ROM memorije (PROM – Programmable

ROM) – moguće ih je programirati od strane krajnjeg korisnika

korištenjem posebnih uređaja (programatora)

♦ Izbrisive ROM memorije (EPROM – Erasable PROM) – za

razliku od PROM memorija, moguće ih je više puta programirati

75

zahvaljujući mogućnosti brisanja već upisanih sadržaja

RAM memorija

► naziva se i radna memorija – služi kao spremnik u koji se tijekom

obrade računalnih programa pohranjuju instrukcije, operandi,

rezultati obrade, ...

► s obzirom na realizaciju elementarnih memorijskih ćelija razlikujemo

dvije izvedbe RAM memorije:

♦ Statičku RAM memoriju

► Elementarna memorijska ćelija je sastavljena od jednog

bistabila koji pamti zadano stanje sve dok ne dođe vanjski

signal koji zahtijeva promjenu stanja bistabila (0 ili 1)

► Upisane podatke nije potrebno periodički osvježavati

♦ Dinamičku RAM memoriju

► Elementarna ćelija koja pamti jedan bit se temelji na

postojanju električnog naboja na kondenzatoru

► Dotični naboj se postepeno izbija, pa se, da ne bi

došlo do gubitka podataka, naboj mora periodički

obnavljati

76

UVOD U PROGRAMIRANJE

UVOD

♦ Temeljni princip rada računala je izvođenje niza instrukcija koje su

unaprijed pripremljene i pohranjene u radnoj memoriji računala.

♦ Niz takvih instrukcija koje čine zaokruženu cjelinu, tj. obavljaju neki

zadatak ili funkciju bitnu za krajnjeg korisnika, naziva se

programom.

♦ Postupak izrade programa u nekom od programskih jezika naziva

se programiranjem.

♦ Programi su računalna implementacija nekog procesa iz realnog

(poslovnog) sustava.

a. Da bismo od poslovnog procesa došli do njegove računalne

implementacije tj. programa, potrebno je proći kroz sljedeće

korake:

i. Analiza realnog sustava

1. raščlaniti funkcije realnog sustava na procese i

podprocese, te odlučiti koji će od njih biti

informatizirani

2. identificirati tokove podataka među (pod)procesima

ii. Oblikovanje programskog sustava

1. podijeliti (pod)procese na elementarne zadatke (tj.

procedure)

2. definirati ulazne i izlazne podatke za svaku od

procedura

iii. Realizacija programskog sustava

1. opis svake od procedura pomoću algoritama

(konačni niz koraka koji u konačnom vremenu

jednoznačno dovode do rješenja problema) koji se za

potrebe programiranja najčešće iskazuju u "polu-

formalnoj/polu-slobodnojezičnoj formi" (npr. pomoću

pseudokoda) ili u grafičkom obliku (npr. blok-

dijagrami) ili u matematičkom obliku.

77

2. implementacija algoritama u konkretnom

programskom jeziku i njihovo povezivanje u cjelinu

= programiranje

3. testiranje programskog sustava – provjerava se

ispravnost rada programskog sustava, pri čemu se

koriste prethodno definirani ulazni podaci

4. izrada dokumentacije programskog sustava

5. uvođenje u rad

♦ Programski jezik bismo najkraće mogli definirati kao formalni

umjetni jezik koji krajnjim korisnicima (ljudima) omogućuje izdavanje

uputa računalu.

PROGRAMSKI JEZIK

♦ Programski jezik sastoji se od sljedećih elemenata (dijelova):

a. Ključne riječi

b. Pravila pisanja naredbi (sintaksa)

c. Editor programskog koda

d. Program prevoditelj

Ključne riječi

e. Još ih nazivamo i naredbama

f. Svaka naredba izvršava određeni elementarni zadatak na

nivou programskog jezika

g. Kombiniranjem ključnih riječi u veće cjeline nastaje izvorni kod

programa, tj. program napisan u određenom programskom

jeziku

Pravila pisanja naredbi (sintaksa)

h. Program nastaje povezivanjem većeg broja naredbi nekog

programskog jezika u veće cjeline, ali se pri tome treba držati

određenih pravila:

1. naredbe se ne mogu i ne smiju nizati bilo kakvim

redoslijedom, već logički ispravnim redoslijedom

(semantička ispravnost)

78

2. svaka naredba mora biti zadana na pravilan način –

u skladu s pravilima (sintaksom) pisanja naredbi za

dotični programski jezik

a. kod pisanja naredbi treba pripaziti na

upotrebu velikih i malih slova

b. neke naredbe zahtijevaju argumente

(parametre) za ispravan rad, a neke ne – treba

pripaziti da se navedu svi potrebni argumenti,

i to u ispravnom redoslijedu

Editor programskog koda

1. razvojno programsko okruženje unutar kojeg pišemo ključne riječi

programskog jezika prema zadanim pravilima pisanja naredbi (=

izvorni kod programa)

2. izvorni kod programa možemo pisati i u najobičnijem editoru

teksta, a možemo ga pisati i unutar sofisticiranih razvojnih

okruženja (IDE – Integrated Development Environment), koja,

pored mogućnosti uređivanja teksta, u jedno okruženje integriraju

i:

isticanje ključnih riječi programskog jezika

podršku za prevođenje i/ili izvršavanje programa

podršku za ispravljanje pogrešaka u programu

(debugging), itd.

Program prevoditelj

1. Izvorni kod napisan u nekom programskom jeziku razumljiv je

čovjeku, ali ne i računalu koje će ga morati izvršavati

izvorni kod programa mora se prevesti u računalu razumljiv

strojni oblik, tj. u strojne instrukcije (nizove 0 i 1)

s obzirom na vrstu i namjenu programskog jezika, prevođenje

se može izvršiti kao kompiliranje (kompajliranje) ili kao

interpretiranje – u tu se svrhu koriste programi

prevoditelji – kompajleri ili interpreteri

Kompajleri prevode izvorni kod programa kroz sljedeće

korake:

♦ učitavanje kompletnog izvornog koda programa

79

♦ leksička (semantička) i sintaktička analiza izvornog

koda – pronalaženje pogrešaka u programu

♦ konstrukcija radnog programa – zamjena naredbi u

izvornom kodu sa strojnim instrukcijama – faza

prevođenja u užem smislu

♦ optimizacija prevedenog programa

♦ dobivanje izvršne datoteke

Rezultat postupka kompajliranja je izvršna datoteka

(execute datoteka) s prevedenim strojnim

instrukcijama.

♦ Postupak prevođenja se radi samo jednom, a izvršna

datoteka se može pokretati bilo kada, bez potrebe za

ponovnim prevođenjem izvornog koda u strojne

instrukcije.

Kompajlerski jezici – C, C++, C#, Pascal, ...

Interpreteri prevode izvorni kod programa kroz sljedeće

korake:

1. učitavanje jedne linije izvornog koda programa

2. leksička i sintaktička analiza učitane linije

izvornog koda

3. prevođenje naredbi iz učitane linije izvornog koda

u strojne instrukcije

4. izvođenje strojnih instrukcija iz prevedene linije

izvornog koda

5. čitanje iduće linije izvornog koda i ponavljanje

kompletnog postupka opisanog u koracima 2-5

sve dok se ne izvede i zadnja linija izvornog koda

♦ Rezultat postupka interpretiranja je izvršeni program,

tj. obrada podataka

ne stvara se izvršna datoteka, nego se prilikom

svakog pokretanja programa mora napraviti i

prevođenje izvornog koda u strojne instrukcije

postupkom interpretiranja.

80

♦ Interpreterski jezici – Basic, PHP, ASP, Python ...

GENERACIJE PROGRAMSKIH JEZIKA

1. Prva generacija – strojni jezici – komunikacija u obliku nizova 0 i 1.

2. Druga generacija – asemblerski jezici – počeci simboličkih

programskih jezika

3. Treća generacija – viši programski jezici – odmak od strojne

osnovice, programiranje na višoj razini

4. Četvrta generacija – deklarativno programiranje – ne navodi se

detaljno kako program treba raditi, već što treba raditi – generatori

5. Peta generacija – računalo rješava probleme bez pomoći programera

– umjetna inteligencija

Prva generacija

– za komunikaciju s računalom programeri su morali pisati programe u

strojnom jeziku – u obliku nizova 0 i 1.

Svaka naredba morala je biti iskazana u čistom binarnom

sustavu

Programski jezik prve generacije zove se strojni jezik

Prednosti

nema potrebe za prevođenjem u strojni jezik

brzina izvršavanja, …

Nedostaci

Vrlo spor i naporan proces programiranja

Čitljivost takvog koda?!?

Druga generacija

– radi pojednostavljenja komunikacije između programera i računala,

počeli su se razvijati tzv. simbolički jezici, koji su bili prilagođeniji

čovjeku.

Tipičan primjer programskog jezika druge generacije je

asembler

Instrukcije (tj. naredbe) u asembleru se zapisuju pomoću

simbola (tj. mnemonika) – npr. instrukcija za zbrajanje zadaje se

81

mnemonikom ADD umjesto niza 0 i 1 kojim bi tu istu instrukciju

zadali u strojnom jeziku

Odnos između asemblerskih instrukcija i strojnih instrukcija u

pravilu je 1:1

Proces prevođenja iz asemblera u strojni jezik je direktan

– svaka asemblerska instrukcija neposredno se preslikava

u odgovarajuću strojnu instrukciju

Asembler je po razini programiranja vrlo blizak strojnom

jeziku

Prednost – velika brzina

i jednostavnost

prevođenja, te velika

brzina izvođenja

programa

Nedostatak – i dalje je

programiranje vrlo

kompleksno

Treća generacija

– programski jezici treće generacije (tj. viši programski jezici) bitno

su olakšali rad čovjeka i njegovu komunikaciju s računalom budući da

su instrukcije vrlo slične govornom engleskom jeziku ili standardnoj

matematičkoj notaciji.

Predstavnici jezika treće generacije su: Basic, Pascal, C, C++,

Fortran, PHP, ASP, Python, C#, …

Postupak prevođenja naredbi u strojni jezik je daleko složeniji

postupak

Jednom naredbom višeg programskog jezika izvršava se posao

za koji je potrebno više (mnogo) strojnih instrukcija – odnos 1:N

Četvrta generacija

– teži se još većem pojednostavljenju procesa programiranja

82

naglasak je na opisivanju onoga što neka procedura iz realnog

sustava radi, a ne na implementaciji konkretnih algoritama

potrebnih za realizaciju same procedure

predstavnici tih jezika su razne vrste upitnih jezika, generatora

izvještaja, generatora aplikacija i sl.

problem – jezici nisu opće namjene, već su specijalizirani samo

za određene problemske domene

Peta generacija

– kako omogućiti računalu da riješi bilo kakav problem bez pomoći

programera?

zadatak korisnika ("programera") je odrediti ograničenja i uvjete

kojima mora udovoljavati rješenje nekog problema

jezik pete generacije mora sam, potpuno automatski, kreirati i

implementirati algoritam potreban za rješavanje problema u

okviru zadanih uvjeta i ograničenja

potpuna automatizacija do današnjeg dana nije ostvarena!

OSNOVNE PROGRAMSKE STRUKTURE Kod razvoja kompleksnijih programa poželjno je organizirati budući

program na papiru, koristeći pri tome

a. mješavinu govornog jezika i izabranog programskog jezika (tj.

pseudokod) za opis elementarnih postupaka, ili

b. grafički prikaz pomoću simbola koji predstavljaju elementarne

postupke (tj. blok-dijagram), ili

c. oboje

Većinu problema je u konačnici moguće dekomponirati na nekoliko

osnovnih programskih struktura:

a. Slijed (sekvenca)

b. Grananje (selekcija, izbor)

c. Ponavljanje (iteracija, petlja)

Povezivanjem i kombiniranjem osnovnih programskih struktura u

skladu s problemom kojeg treba riješiti dobivamo željeni program

83

na razini pseudokoda.

Konkretizacijom pseudokoda u ciljni programski jezik (zamjenom

osnovnih struktura s naredbama ciljnog programskog jezika)

dobivamo željeni program u obliku izvornog koda.

Blok dijagram – simboli

Slijed (sekvenca)

1. Slijed (sekvenca) – niz osnovnih naredbi unutar programa, koje se

izvršavaju jedna za drugom, onim redoslijedom kako su i zadane

Gledano u globalu, cijeli program je sekvenca – njegove se

naredbe izvode slijedno, od prve do posljednje, točno onim

poretkom kojim su zadane u izvornom kodu programa

2. Grananje – ovisno o ispunjenju nekog uvjeta, izvršava se jedan od

više blokova (sekvenci, nizova) naredbi

Grananje ima iznimno veliku ulogu kod određivanja koji će se

niz naredbi sljedeći izvršiti – tj. omogućava promjenu tijeka

izvođenja programa

Bez uporabe grananja, svaki bi se program izvršavao strogo

slijedno, naredbu po naredbu, od prve do posljednje

Grananje omogućava da se neki nizovi naredbi u

programu (tj. određene "grane" u programu) izvršavaju

samo ako je ispunjen zadani uvjet

84

Ako uvjet grananja nije ispunjen, pripadajuća "grana"

naredbi neće biti izvršena

3. Ponavljanje (iteracija, petlja) – izvršava određeni blok (sekvencu)

naredbi toliko dugo dok je ispunjen neki uvjet

Ponavljanja (petlje) također imaju iznimno veliku ulogu kod

promjene tijeka izvođenja programa, tj. kod narušavanja

osnovne sekvence u izvođenju programa

Petlja omogućava da se neki nizovi naredbi u programu

ponavljaju više puta uzastopce, toliko dugo dok je ispunjen

zadani uvjet

Kad uvjet petlje više nije ispunjen, petlja završava i tijek

programa se nastavlja s prvom sljedećom naredbom nakon

same petlje

Petlje s nepoznatim brojem ponavljanja – varijanta 1

Petlja s izlazom na vrhu

1. Prvo se ispituje točnost uvjeta za ponavljanje

85

2. Ako je uvjet ispunjen, izvodi se blok naredbi unutar

petlje, a zatim se bezuvjetno vraćamo na vrh petlje i

na korak 1.

3. Ako uvjet nije ispunjen, blok naredbi unutar petlje se

ne izvršava, sama petlja završava s radom, a

program se nastavlja prvom sljedećom naredbom

nakon petlje

Petlje s nepoznatim brojem ponavljanja – varijanta 2:

Petlja s izlazom na dnu

Izvodi se cijeli blok naredbi unutar petlje, a tek se na

kraju ispituje točnost uvjeta za ponavljanje

Ako je uvjet ispunjen, vraćamo se na vrh petlje i na

korak 1.

Ako uvjet nije ispunjen, petlja završava s radom, a

program se nastavlja prvom sljedećom naredbom

nakon petlje

86

Petlje s poznatim brojem ponavljanja

blok naredbi unutar petlje izvršava se zadani broj

puta

petlja sadrži brojač, čija se vrijednost na kraju

svakog ciklusa petlje povećava za zadanu vrijednost

(najčešće za 1)

brojač se kreće u rasponu od m (donja granica) do n

(gornja granica), što znači da petlja ima ukupno n-m

ciklusa

u prvom ciklusu petlje brojač poprima vrijednost m,

u drugom ciklusu vrijednost m+1, a u posljednjem

ciklusu vrijednost n

nakon što brojač dosegne vrijednost n, petlja

završava s radom i program se nastavlja izvođenjem

prve naredbe nakon petlje

METODE PROGRAMIRANJA Složenije aplikacije gotovo se nikada ne izrađuju u obliku jedne,

monolitne cjeline

Složena problemska domena dijeli se na međusobno neovisne

cjeline, tj. module koje je moguće programirati neovisno

Gotovi moduli se kasnije povezuju u veće cjeline i postupno

nastaje konačna složena aplikacija

= modularno programiranje

Modularnoj izradi složenijih programa može se pristupiti prema dva

metodološka pristupa

Top-Down (Odozgo prema dolje) metoda

Bottom-Up (Odozdo prema gore) metoda

Pristup "Od općenitijeg prema specifičnom"

Složeni problem se postepeno dekomponirana jednostavnije

podprobleme (module), oni na još jednostavnije podprobleme,

87

itd. sve dok se ne dođe do razine na kojoj se problemi (tj.

moduli) mogu nezavisno programirati

Početni problem se prvo dekomponira na prvu razinu

podproblema, s time da su pri tome podproblemi još uvijek

samo identificirani, a ne i detaljno opisani = prva razina

podproblema

Potom se svaki podproblem iz prve razine detaljizira i po

potrebi dalje dekomponira – opet se još niža razina

podproblema samo identificira, bez detaljiziranja

Postupak se ponavlja dok se ne dosegne željena razina

detaljiz iranja

Pristup "Od specifičnog prema općenitijem"

Počinje se s detaljnim specifikacijama elementarnih problema

(modula), koji se potom implementiraju i povezuju u module više

razine

Moduli više razine se dalje povezuju u module još više razine,

sve dok se ne dobije cjelina koja predstavlja rješenje cjelovitog

problema

Izrada složenih aplikacija često zahtjeva timski i projektni rad većeg

broja programera

Svaki se projekt raščlanjuje na manje segmente i programiranje tih

segmenata povjerava se pojedinačnim programerima

Glavni programer odgovoran je za rad čitavog tima, te ima svog

pomoćnika koji ga bilo kada može zamijeniti

Glavni programer i njegov pomoćnik imaju sljedeće zadatke:

Programiraju module najviših razina i najvažnije module

nižih razina

Kontroliraju module koje izrađuju ostali programeri u timu

Ostali programeri razvijaju module i funkcije nižih razina, prema

specifikacijama koje su dobili od glavnog programera

Uglavnom se preferira top-down metoda

Documents

Informatika 1.docx