OSNOVI INFORMACIONE TEHNOLOGIJE GENERACIJE RAČUNARA I generacija računara nastala je sredinom 50-ih god. To su uglavnom računari sa elektro mehaničkim komponentama I elektronskim cevima. Programska podrška za rad takvih računara bila je jako primitivna. Takvi računari zauzimali su veliki prostor za instalaciju, veliki broj servisera, veliki energiju itd.Iskoriscenost takvih racunara bila je na niskom nivou. II generacija računara obuhvata računare napravljene od sredine 50-ih god. do kraja 60-ih god. Uvode se elektronska kola sa diskretnim diodama I tranzistorima, indeksnim registrima I memorijom sa magnetnim jezgrima. Razvijaju se prvi viši programski jezici: Fortram (55`), Algon (58`), cobol (59`). III generacija računara obuhvata računare od početka 60-ih do početka 70-ih god. U tom periodu dolazi do značajnog poboljšavanja performansi računara. Uvode se integrisana kola (čipovi) koji u sebi sadrže i po nekoliko stotina elemenata. U tom periodu dolazi do uvođenja operativnih sistema. Operativni sistemi su skupovi neophodnih sistemskih programa potrebni za funkcionisanje celog računarskog sistema. Dolazi do rada u razdeljenom vremenu i dolazi do paralelnog rada prvenstveno izmedju procesora I ulazno izlaznih uređaja. IV generacija računara obuhvata računare od 70-ih do sredine 80-ih god. Primenjuju se komponente velikog obima integracije (LSI) koje u sebi sadrze I po nekoliko stotina hiljada elemenata. Uvode se vektorski procesori, dolazi do intezivnog razvoja mikro računara. V generacija računara obuhvata računare od sredine 80-ih do početka 90-ih god. U tom periodu uvodi se multi procesorki sistem koji sadrzi I po nekoliko stotina procesora integrisane komponente i po milion računarskih elemenata ( VLSI ). U tom periodu razvijaju se i lokalne mreže računara (LAN), i mreže za šire geografsko podrucije (WAN). VI generacija računara obuhvata računare od 90-ih do danas. Tu dolazi do razvoja i primene svetske računarske mreze ( Interneta ), performanse računara su usavršene i broj računara rapidno raste.

STRUKTURA RAČUNARSKOG SISTEMA Računar se sastoji od fizičkih komponenata (hardware) i programskih komponenti (software). Da bi računar bio u mogućnosti da reši neki zadatak mora mu se saopštiti program i skup podataka za dobijanje rezultata. Računar mora imati ulazne uredjaje. Programi i podatci smeštaju se u memoriju računara. Memorija može biti operativna I stalna. Operativna memorija se gubi isključivanjem računara. Ona ima operativnu ulogu. To je prostor u kome se vrse operacije gde se formiraju među rezultati. Za trajno čuvanje podataka koriste se stalne, spoljne, masivne memorije. Procesor je najvažniji uređaj računara. On upravlja svim procesima I uređajima. Od njega zavisi brzina rada komponenti. Za prikazivanje rezultata obrade koriste se izlazne komponente. Neki uređaji imaju ulogu i ulaza i izlaza, pa se nazivaju ulazno-izlazni uređaji. Svi elementi imaju ulogu periferiskih uređaja. Spoljne memorije mogu biti magnetne trake, hard-disc, flopi, opticki diskovi itd. Sistemske programe uglavnom pisu proizvođači hardware-a i velike software-ske firme, sa ciljem da obezbede funkciju pojedinog hardware dela. Skup neophodnih sistemskih programa za funkcionisanje celog računarskog sistema zove se operativni sistem. Aplikativni software je skup aplikacionih programa. Aplikacioni programi koji sluze za rešenje jednog problema I čine jednu celinu nazivaju se aplikacija. Aplikacija može biti opšte i specijalne namene. Alikacije opšte namene pišu velike software-ske firme ( IBM, Oracle, Microsoft, Digital itd.) i sluze za uređenje teksta, izradu crteza, obradu fotografije. Mogu se primeniti na svim lokacijama. BROJNI SISTEMI Predstavljaju način prikazivanja brojeva pomocu niza simbola koji se nazivaju cifre, brojke ili znamenke broja sistema. Brojevi sistema se dele na dve grupe: pozicioni I nepozicioni brojevi sistema. Kao nepozicioni brojevi sistema vrednost brojke ne zavisi od njenog položaja u broju. Tako u rimskom brojevnom sistemu oznaka I, II, III,IV,… imaju uvek istu vrednost bez obzira gde se nalaze. Kod pozicionih brojevnih sistema pozicija na kojoj se brojka nalazi odredjuje njenu vrednost. Svaki pozicioni broj sistema ima bazu odnosno osnovu. Baza brojnog sistema piše se kao indeks broja. Npr. 12345678910 je broj u dekadnom brojnom sistemu. S`obzirom na činjenicu da se u dekadnom brojnom sistemu najčesće koristi, oznaka baze se izostavlja jer se podrazumeva. Baza oznacava broj različitih simbola koji se koriste u prikazivanju broja. U dekadnom brojnom sistemu broj prikazujemo koriscenjem razlicitih simbola. U informacionoj tehnologiji se koriste brojni sistemi koji kao bazu imaju broj 2, 8, 10, 16. BINARNI OKTALNI DEKADNI HEKSADECIMALNI

Binarni brojni sistem kao bazu koristi 0, 1. Oktalni brojni sistem ima bazu jednaku 8 i za prikazivanje svih brojeva koristi simbole 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7. Hektadecimalni brojni sistem ima bazu jednaku 16 i za prikaz svih brojeva koristi simbole 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E, F. Oznacimo bazu sa (r) u opstem slucaju algebarsku vrednost broja (x) mozemo izraziti kao ∑ od –m do n a broj (x) se pri tome pise uz pomoc simbola (a). X=an*an-1*an-2 Tačka izmedju broja označava baznu tačku, ona razdvaja celobrojni od razlomljenog dela broja.

Dec Octal Hex Binary ASCII Character 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 NUL Null 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 SOH Start of Heading 2 2 2 0 0 0 0 0 0 1 0 STX Start of Text 3 3 3 0 0 0 0 0 0 1 1 ETX End of Text 4 4 4 0 0 0 0 0 1 0 0 EOT End of Transmission 5 5 5 0 0 0 0 0 1 0 1 ENQ Enquiry 6 6 6 0 0 0 0 0 1 1 0 ACK Acknowledge 7 7 7 0 0 0 0 0 1 1 1 BEL Bell 8 10 8 0 0 0 0 1 0 0 0 BS Backspace 9 11 9 0 0 0 0 1 0 0 1 HT Horizontal Tabulation (TAB) 10 12 A 0 0 0 0 1 0 1 0 LF Line Feed 11 13 B 0 0 0 0 1 0 1 1 VT Verticle Tabulation 12 14 C 0 0 0 0 1 1 0 0 FF Form Feed 13 15 D 0 0 0 0 1 1 0 1 CR Carriage Return 14 16 E 0 0 0 0 1 1 1 0 SO Shift Out 15 17 F 0 0 0 0 1 1 1 1 SI Shift In 16 20 10 0 0 0 0 0 0 0 0 DLE Data Link Escape 17 21 11 0 0 0 0 0 0 0 1 DC1 Device Control 1 18 22 12 0 0 0 0 0 0 1 0 DC2 Device Control 2 19 23 13 0 0 0 0 0 0 1 1 DC3 Device Control 3 20 24 14 0 0 0 0 0 1 0 0 DC4 Device Control 4 21 25 15 0 0 0 0 0 1 0 1 NAK Negative Acknowledge 22 26 16 0 0 0 0 0 1 1 0 SYN Synchronous Idle 23 27 17 0 0 0 0 0 1 1 1 ETB End of Transmission 24 30 18 0 0 0 0 1 0 0 0 CAN Cancel 25 31 19 0 0 0 0 1 0 0 1 EM End of Medium 26 32 1A 0 0 0 0 1 0 1 0 SUB Substitute 27 33 1B 0 0 0 0 1 0 1 1 ESC Escape 28 34 1C 0 0 0 0 1 1 0 0 FS File Separator 29 35 1D 0 0 0 0 1 1 0 1 GS Group Separator 30 36 E 0 0 0 0 1 1 1 0 RS Record Separator 31 37 F 0 0 0 0 1 1 1 1 US Unit Separator

Uzimajući u obzir tehnološku mogućnost elektronskih sklopova, pouzdanost i jednostavnost operacija binarnog brojnog sistema je to što je najpogodniji brojni sistem za primenu u računarstvu.

RAČUNSKE OPERACIJE Brojni sistemi 1. Sabiranje X Y X+Y Prenos 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 0 1 Pomoću gornje table možemo jednostavno izvršiti sabiranje sledećih brojeva: Knjiga Strana 56.

2. Oduzimanje

X Y X+Y Prenos 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 1 0 1 1 0 0 Strana 56 3.Množenje X Y XY 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 Strana 57 Deljenje sa 0 nema smisla jer je neodređena vrednost a deljenje 1 nece promeniti vrednost. KONVERZIJA IZ JEDNOG BROJNOG SISTEMA U DRUGI Konverzija binarnog broja u oktalni vrši se grupisanjem tri binarne cifre počev od bazne tačke ulevo i udesno, a zatim određivanjem oktalne reprezentacije svake grupe./strana 62/ Konverzija oktalnog broja u binarni vrši se izražavanjem svake cifre oktalnog broja sa trobitnom reprezentacijom iz binarnog sistema. Konverzija binarnog broja u heksadecimalni se vrši grupisanjem 4 binarne grupe od bazne tačke ulevo I udesno,a zatim određivanjem heksadecimalne reprezentacije svake grupe. Konverzija heksadecimalnog broja u binarni se vrsi izražavanjem svake cifre heksadecimalnog broja sa četvorobitnom reprezentacijom iz binarnog sistema./strana 62/

Konverzija broja iz binarnog,oktalnog ili heksadecimalnog u dekadni vrši se određivanjem algebarske vrednosti,određivanjem zbira proizvoda cifara I njihovih težinskih faktora./strana 63/ Konverzija dekadnog brojnog sistema u druge brojne sisteme vrši se tako sto se ceo deo konvertuje metodom sukcesivnih delenja ,a razlomljeni metodom sukcesivnih množenja. Metoda sukcesivnih delenja sastoji se od niza koraka. Broj X podeli se osnovom brojnog sistema u koji zelimo konvertovati. Ostatak pri delenju se pamti kao cifra najmanje težine. Dobijeni količnik se ponovo deli sa osnovom .Ostatak delenja je cifra sa sledećim težinskim faktorom. Postupak se ponavlja sve dok rezultat delenja ne postane jednak nuli. Metoda sukcesivnog množenja sastoji se od niza koraka .Broj X množi se sa osnovom brojnog sistema u koji želimo konvertovati . Ceo deo proizvoda je cifra sa najvećom težinom.Razlomljeni deo proizvoda se ponovo množi sa osnovom. Ceo deo proizvoda je cifra sa sledećim težinskim faktorom. Postupak se ponavlja dok se ne dobije tražena tačnost, jer postupak u opštem slučaju nije konačan. /strana 65/ PREDSTAVLJANJE NEGATIVNIH BROJEVA U RAČUNARU Negativni brojevi u računaru mogu se predstaviti na više načina. Npr, mogu se predstaviti uz pomoć apsolutne vrednosti i znaka ili u obliku komplementa. Za predstavljanje znaka dovoljan je jedan bit jer postoje samo dve moguće vrednosti za znak. Najčesće se za zapisivanje znaka koristi bit najveće težine, a preostali biti za zapis apsolutne vrednosti. /bit 0=+,bit 1=-/ Nastoji se da se broj prikaže osmobitnom reprezentacijom. /0000 0000=bajt=8bita/. /strana 67/ Predstavljanje negativnih brojeva pomoću prvog komplementa vrši se konvertovanjem nula binarnog broja u jedinice I jedinica iz binarnog broja u nule. Bit prenosa naziva se /CARRY/ U aritmetici prvog komplementa bit prenosa, ako postoji, sabira se sa dobijenim rezultatom. Po metodi drugog komplementa rešava se problem različitih kodova prikazivanja za pozitivnu I negativnu nulu i aritmetika je znatno pojednostavljena. Drugi komplement se dobija tako što se najpre odredi drugi komplement a zatim njemu doda broj 1. Vid prenosa u aritmetici drugog komplementa se zanemaruje. Na taj način omogućena je lakša hardverska organizacija potrebnih logičkih sklopova. Prikazivanje broja u NBCD kodu /strana 80/ Prikazivanje brojeva u visak-3 kodu /strana 80/ Aritmetičke operacije Predstavljanje brojeva u nepokretnom zarezu / strana 71/ Predstavljanje brojeva u pokretnom zarezu /strana 72/ BINARNO KODIRANJE ALFANUMERIČKIH PODATAKA Alfanumerički znaci su : 1.Numerički znaci /1,2,3,4,………9/ 2.Slovni simboli /Aa,Bb,Cc…./ 3.Znaci interpunkcije /.,?:…/

4.Specijalni simboli /+,-,$,@…./ Znak se često naziva znak, simbol ili karakter. Skup svih simbola koje koristi računar naziva se alfabet računara. Za predstavljanje simbola u računaru koriste se binarne reči dužine 8 bita. Međunarodna organizacija za standardizaciju proglasila je ASCII kod za standard za kodiranje alfanumeričkih podataka. /strana 82/ OSNOVE BULOVE ALGEBRE Elektronski računari sastoje se od velikog broja elementarnih elektronskih kola koji obrađuju elektronske signale ili imaju ulogu da čuvaju podatke . Transformacije signala mogu biti fizičke i logičke. Osnovni oskulati Bulove algebre su : 1. Bulove promenljive mogu uzimati samo dve vrednosti i to vrednost 0 i 1.Ove vrednosti se medjusobno isključuju sto znači X=0, X nije=1 i X=1, X nije=0.

2. Operacije komplementacije /negacije/ definiše se na sledeci način, 01.....10 == 3. Logička operacije konjukcije /I/ definise se na sledeći način:

111

001

010

000

=∧

=∧

=∧

=∧

Logičko množenje dve promenjive X I, X2, cesto se oznacavaju Y=X1X2. 4. Logička operacija disfunkcije, logičko sabiranje definise se na sledeći način:

111

101

110

000

=∨

=∨

=∨

=∨

(ILI)

Logičko sabiranje dve promenjive X1X2 označava se sa Y=X1+X2.

Iz navedenih poskulata proizilaze i određene osobine logičke algebre. 1. 0+X=X 1+X=1 2. X+X=X X*X=X Idempotencija

3.0*

1

=

=+

XX

XX Komlementacija

4. XX =)( Involucija 5. X+Y=Y+X X*Y=Y*X Komutacija 6. X+(X*Y)=X X*(X+Y)=X Apsorcija

7. DEMORGANOVA PRAVILA

YXYX

YXYX

+=−

=+

)(

*)(

LOGIČKA KOLA U elementarna logička kola spadaju kola koja vrše elementarne logičke transakcije signala.To je logičko i, ili, i ne kolo. Ligočko i kolo ima analitičku formu, i simbol za predstavljanje i kola:

Y=X1X2

1

2X

XY

i-KOLO Tablica istine je sledeća:

(AND)

ILI- KOLO Ima analitičku formu Y=X1+X2. Za predstavljanje logičkog ILI kola koristi se simbol:

1X

2XY

A tablica istine izgleda ovako:

(OR)

NE- KOLO

Ima analitičku formu XY = a simbol za predstavljanje logičkog NE kola ima oblik: X Y

X1 X2 Y 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1

X1 X2 Y 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1

A tablica istine izgleda ovako: (NOT)

Slozene logicke operacije su NILI i NI NILI- NOR NI-NAND Analiticka forma NILI operacije je: Y=X1+X2 A simbol:

Y1

2X

X

Tablica istine: X1 X2 Y 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 Uzimajući u obzir demorganova pravila, logičko NILI kolo moze se sintetizovati od elementarnih logičkih kola.

2*121 XXXXY =+=

Y1

2X

X

Logičko NI kolo ima analitičku formu:

21XXY =

Y1

2X

X

X Y

0 1

1 0

X1 X2 Y 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 Uzimajući u obzir demorganova pravila, logičko NI kolo moze se sintetizovati od elementarnih logičkih kola:

2121 XXXXY +==

Y1

2X

X 1

2X

X

Isključivo ILI ili ekskluzivno ILI ima analitičku formu:

)2*1(*)21( XXXXY += (EOR) Često se označava 21 XXY ⊕= Simbol za prdstavljanje EOR-a je:

1X

2XY

Tablica istine: X1 X2 Y 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 0 Kombinovanjem logičkih kola mogu se realizovati proizvoljne logičke funkcije. Skup operacija pomoću kojih se može realizovati svaka druga logička operacija ili funkcija naziva se faza logičkog sistema. (I, ILI, NE)-čini bazu logičkog sistema. Operacija I se može realizovati pomoću operacija ILI i NE:

212*121 XXXXXXY +===

1

2X

X 1

2X

X1 2XX+ 1 2XX+

(I, NE) ILI Y=X1+X2

=+= 21 XXY 2*1 XX

1

2X

X 1

2X

X1 2XX 1 2XX **

Može se pokazati da se sve druge operacije mogu realizovati samo od NILI kola, pa zaključujemo da skup (NILI) čini bazu logičkog sistema. Može se pokazati da se sve druge logičke operacije mogu realizovati korišcenjem samo (NI) kola, pa zaključujemo da je (NI) baza logičkog sistema. Zbog toga NI i NILI su univerzalne funkcije. PRIMERI kombinovanja LOGICKIH KOLA (strana 130.) Polu sabirač je logička mreža koja vrši aritmetičko sabiranje dve logičke brojke i generise prenos. Tablica istine ima oblik: ∑ Prenos a b S P 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 0 1 Na osnovu tablice možemo napisati analitičku formu:

abP

babaS

=

+=

Logička šema je:

Polusabirač vrši sabiranje brojki na najmanje značajnom mestu. Da bi se izvršilo sabiranje brojki na proizvoljnom mestu treba omogućiti sabiranje brojki sa predhodnog mesta. To omogućava pun sabirač. MEMORIJSKI ELEMENTI /strana 140/ Memorijski elementi služe za memorisanje podataka. Osnovni memorijski elemenat je flip-flop. On u određenom vremenu može da pamti samo jednu binarnu cifru. Ako želimo pamtiti veće podatke moramo koristiti sklopove koji se sastoje od više flip-flopova. Vise flip-flopova čini registar a više registara čini memoriju racunara. Najjednostavniji flip-flop je RS flip-flop. To je logička mreža sa dva ulaza I dva izlaza.

QQ

S

R Ulaz S služi za postavljanje izlaza flip-flopa na stanje logiške jedinice, tj.ulaz S sluzi da

na izlazu Q bude 1 odnosno na izlazu Q bude 0. Ulaz S zbog toga se zove SET ulaz, jer setuje RS flip-flop. Ulaz R služi za postavljanje izlaza flip-flopa na stanje logičke 0, tj.ulaz R služi za postavljanje izlaza Q na stanje

logičke 0 odnosno izlaza Q na stanje logičke 1. Zbog toga se ulaz R naziva reset ulaz I služi za resetovanje RS flip-flopa. Možemo zaključiti da setovanje znači upisivanje, a resetovanje znači brisanje. Kada na ulazu S dovedemo logičku 1 na izlazu Q bice zapamćena 1 . Kada na ulazu R dovedemo logičku 1 , na izlazu Q ce biti izbrisana 1. RS flip-flop je aktivan sklop jer pamti stanje logičke jedinice na izlazu I u trenucima kad logička jedinica ne postoji na ulazu. Ako prikažemo grafički signale za ulaz S i R na izlazu ćemo imati sledeću situaciju:

Q

S

R

T

T

T

Sklop deluje na prednju ivicu i ne zavisi od vremenskog trajanja signala. RS flip-flop realizovan sa NILI kolima ima sledeću strukturu:

Q

Q

S

R

NI-kolo

Q

Q

S

R

Tablica istinitosti za RS flip-flop: S(t) R(t) Q(t) Q(t+1) 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1

Ne dozvoljeni Ulazi

Mozemo zakljuciti da je finkcija izlaza odredjena sledecom formulom:

)(*)()()1( tRtQtStQ ++++====++++ Logički elementi se ne ponašaju uvek na idealan način. Razlog tome leži u činjenici što se signal na ulazu menja postepeno bez obzira na njegovu frekvenciju. Samo idealan signal ima trenutnu promenu stanja. Svi signali imaju talasni oblik. Iz tih razloga poželjno je da logički elementi prepoznaju naponski nivo u odredjenoj oblasti. To prepoznavanje je najsigurnije u blizini ekstremnih vrednosti a u, prelaznim oblastima se često može pogrešno protumačiti vrednost ulaznog signala. Taktni impuls mora od strane generatora impulsa tj. od CLOCK-a da ima zadatak da izvrši sinhronizaciju. Funkciona blok šema RS flip-flopa sa taktnim impulsom ima oblik:

QQ

S

R

Takt Taktni impuls mora da traje dovoljno dugo da flip-flop očita ulaz i predje u naredno stanje. Simbol za RS flip-flop sa taktnim impusom je:

QQ

S

R C

Dva digitalna logička kola u jednom računaru najčesće rade pod dejstvom jednog jedinstvenog taktnog signala koji obezbeđuje jednovremenost i sinhronizaciju rada svih uređaja. Frekvencija taktnog signala izražava se u Hercima (Hz). Današnji PC računari rade sa frekvencijama većim od 2 GHz (imaju 2000 I više promena u sekundi) Taktni signal se uz pomoć kola za kašnjenje može podeliti na manje vremenske intervale. Uz pomoć specijalnih digitalnih kola taktni intervali se mogu vremenski povećavati. Na taj način dobijaju se impulsi različitog trajanja i učestalosti, a koriste se u upravljanju svim operacijama u računaru. D-flip-flop Kod RS flip-flopa postoji ne dozvoljena komunikacija ulaza S=1, R=1. RS flip-flop nije pogodno kolo za pomeranje podataka u računaru, iz razloga što je potrebno ostvariti vezu na oba ulaza. Kod RS flip-flopa za upisivanje i za brisanje logicke jedinice mora se dovoditi signal. Znatno bolje kolo za memorisanje podataka i njihov prenos je D-flip-flop. Logička šema D-flip-flopa ima izgled:

D QQ

S

R C

Simbolička šema ima oblik:

D

CQQ

Tabela istinitosti ima oblik: Ulaz D Q(t) Q(t+1) 0 0 0 0 1 0 1 0 1 1 1 1 Možemo zaključiti da je funkcija izlaza određena sledećom formulom: Q(t+1)=D(t) U praksi se koriste različiti tipovi flip-flopova. Npr. RS flip-flop sa jednim dominantnim ulazom, JK flip-flopovi, JKT flip-flop, T flip-flop, MS flip-flop i drugi su različite kombinacije logičkih elemenata koji služe za memorisanje jednog slova binarne azbuke.

REGISTRI Registar je skup logičkih elemenata tj.flip-flopova i koristi se za: 1. Za transformaciju kodova iz paralelnog u serijski 2. Za privremeno čuvanje podataka u procesu njihove obrade i obrnuto. Kod paralelnog koda svi binarni signali koji označavaju dati simbol istovremeno se prenose. Da bi se to ostvarilo potrebno je imati onoliko prenosnih linija koliko se binarnih signala prenosi istovremeno. ASCII A 0100 0001 B 0100 0010 C 0100 0011 D 0100 0100 Za svaki serijski prenos binarni signali jednog simbola se prenose po istoj liniji pa je on sporiji.Registri služe za pomeranje reči zapisane u registru ulevo ili udesno, i to za određeni broj pozicija. Registar je neophodan na svim mestima gde treba obezbediti vezu između blokova koji rade sa različitim brzinama, tzv.Bafer registri. Broj flip-flopova koji ulaze u sastav registra zavisi od predviđenog kapaciteta registra. Pod njim se podrazumeva maksimalna količina informacija koja se može smestiti u posmatrani memorijski sistem. S obzirom da flip-flop može da pamti samo jedan binarni podatak ukupan broj flip-flopova mora biti jednak ili veći ukupnom broju bita informacija. U poređenju sa ostalim memorijskim sistemima registri imaju mali kapacitet od nekoliko bitova. Njihova glavna odlika je velika brzina rada. Koriste se kao sastavne komponente centralnog dela računarskog sistema. Po načinu izvođenja registri mogu biti stacionirani i sluze za čuvanje podataka, i dinamički i služe za pomeranje sadržaja. Stacionirani registri sadrže skup međusobno ne povezanih elemenata. Pristup memorijskim elementima pri upisu i čitanju može biti serijski i paralelan. Za upisivanje odnosno čitanje podataka kod stacioniranih registara koriste se specijalni signali: 1. Signal za upisivanje 2. Signal za čitanje

Signal za citanje

izlazaSignal za citanj

kanala

Taktni impuls

Signal za brisanje

S Q

R C Q

S Q

R C Q

S Q

R C Q

X1

X1

X2

X2

X3

X3X1 X2

X3

Ovo je tipična šema registra sa paralelnim radom za prihvatanje i čitanje podataka dužine tri bajta. Memorisanje podataka vrši se u dva takta, i u jednom taktu svi flip-flopovi dovode se u stanje 0, i to pojavom taktnog signala i signala za brisanje. U drugom taktu vrši se upis sadržaja u registar. Kod očitavanja sadržaja moguće je čitanje direktne vrednosti i komplementarne vrednosti. POMERAČKI ILI (SHIFT) REGISTRI Pomerački registar je skup međusobno povezanih memorijskih elemenata koji omogućavaju pomeranje memorisanih podataka ulevo ili udesno za odredjeni broj pozicija. Posebno se koristi kod operacija računskog množenja i deljenja. Upisivanje i očitavanje podataka se obično vrši serijski i sinhronizovano sa taktnim impulsima. Ako se podatak koji je prvo upisan prvo i čita tada je to FIFO (first input first output) registar. Najjednostavnija konstrukcija pomeračkog registra može se ostvariti sa D flip-flopom na sličan način:

Ulaz Izlaz

Taktni impuls

A B C D

D

C Q

Q D

C Q

Q D

C Q

Q D

C Q

Q

Očito je da je ulaz od DB = Qa,DC=QB,DD=QC. Kod pomeračkog registra pod dejstvom taktnog signala vrši se pomeranje memorisanog podatka od ulaza prema izlazu. Ako se prvo čita zadnje uneti podatak pa zatim sledeći onda su to LIFO registri (last input first output). Pomerački registri mogu biti linijski i ciklični. Kod linijskih pomeračkih registara krajnji element registra nisu međusobno direktno povezani. Kod cikličnih pomeračkih registara krajnji elementi su direktno međusobno povezani. Kod linijskih pomeračkih registara može doći do gubljenja informacije pomeranjem sadržaja ulevo ili udesno. U tom slučaju memorisanja informacija je u stalnom pokretu i kruži od ulaza ka izlazu, vraća se na ulaz i ponovo pomera ka izlazu. BROJAČI Elektronski brojači su digitalne naprave koje generišu binarne kombinacije signala u jednom određenom redosledu, tako da se mogu interpretirati kao niz sukcesivnih brojeva. Kako niz brojeva može monotono da raste ili opada, to i brojači u principu mogu da broje napred ili unazad. Brojači koji imaju mogućnost da broje u oba smera nazivaju se bilateralni, reverzibilni ili obostrani. Zavisno od smera brojanja resetovano početno stanje podešava se da odgovara najmanjoj i najvećoj vrednosti u opsegu brojanja najčesce po isteku punog ciklusa, brojač se vraća u početno stanje i proces brojanja se nastavlja. Posmatrano sa aspekta digitalnog kola brojači su sekvencijalne logičke mreže, sastoje se

od memorijskih elemenata tj. Flip-flopova. Brojači se koriste za formiranje kontrolnih signala i za obavljanje aritmetičkih informacija. Binarni brojači su najrasprostranjeniji, mogu biti redni i paralelni. Kod rednih binarnih brojača memorijska kola brojno su vezana redno a brojački impuls dovodi se samo na ulaz prvog kola. Kod paralelnih binarnih brojača memorijska kola su vezana redno ali se brojni impuls dovodi istovremeno na ulaz svih kola. Istovremenim aktiviranjem memorijskih elemenata postižu se znatno veće brzine brojanja. DEKODERSKE MREZE Osnovna namena dekodera sastoji se u dekodiranju – dešifrovanju binarnih kodova na ulazu i generisanju odgovarajućeg signala na izlazu. Dekoderske mreže imaju veliku primenu u upravljačkoj jedinici računara. Dekoder instrukcija vrši dekodiranje koda operacije, vrši pripremu logčke mreže za izvršenje operacije. Takođe mogu da vrše pretvaranje paralelnog koda u serijski. Funkcija prelaza dekodera sa tri ulaza i osam izlaza ima oblik:

ulaz izlaz

x1x2x3 y1y2y3y4y5y6y7y8

0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0

0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0

0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0

0 1 1 0 0 0 1 0 0 0 0

1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0

1 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0

1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0

1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 Moguća realizacija dekodera:

D

C Q

Q

D

C Q

Q

D

C Q

Q

X1

X2

X3

Y1

Y2

KODERSKE MREZE U digitalnoj obradi podataka svi slovni simboli kao i mnoge druge oznake ispisuju se kao kombinacija 0 i 1, tj.vrši se šifrovanje (kodiranje). Postupak šifrovanja simbola izvodi se uz pomoć kodera. U principu koderske mreže imaju suprotnu funkciju od dekoderske mreže. Osnovnu primenu koderske mreže su našle u ulaznim jedinicama.

MULTIPLEKSER Multiplekser je elektronski prekidač sa više ulaza i jednim izlazom. U jednom trenutku prekidač ostvaruje vezu između izlaza i samo jednog odabranog ulaza. Odabir ulaza vrši se na osnovu adrese tj.na osnovi stanja selektora.

UlazIzlaz

Ako broj ulaznih signala obeležimo sa m, a broj adresnih signala sa n, mora biti ispunjen uslov mn ≥≥≥≥2 . Blok šema multipleksera sa 4 ulaza, dva adresna signala i jednim izlazom ima sledeći oblik:

Ulaz

Izlaz3 2 1 0

Multiplekser

MX

1 0

Demultiplekser je kombinaciona mreža pomocu koje se podatak sa jednog ulaza prosleđuje na jedan od više izlaza u jednom trenutku

UlazIzlaz

Očigledno je da demultiplekser ima suprotnu ulogu od multipleksera. Odabir izlaza vrši se na osnovu adresnih signala. Blok šema demultipleksera sa jednim ulazom četiri izlaza i dva adresna signala izgleda ovako:

Ulaz

Izlaz

3 2 1 0Demultiplekser

MX

1 0

HARDVER RAČUNARA Blok šema jednostavnog računara ima oblik:

Memorija

Aritmeticko Izlazna Ulazna

Upravljacka

Upravljacka

konzola Svaki računar omogućava ulaz podataka i programa, memorijskih podataka, obradu podataka, izlaz podataka, upravljanje postupcima. Za unos podataka i programa koriste se ulazne jedinice. Izlazne jedinice služe za prikazivanje rezultata obrade. Upravljačka konzola služi za uključenje i isključenje računara i za upravljanje radom računara do trenutka kada upravljanje preuzima upravljačka jedinica. Aritmetička jedinica služi za izvršavanje aritmetičkih i logičkih operacija. Upravljačka jedinica upravlja radom računara tj. koordinira i sinhronizuje rad svih jedinica računara. Memorija čuva programe, podatke, međurezultate. Upravljačka, aritmetička i logicka jedinica su jedna celina i nazivaju se procesorom. U ovakvoj organizaciji računara propusna moć određena je brzinom periferijskog a ne centralnog dela računara. Periferijski deo računara je ulazno-izlazni podsistem.Centralni deo računara čini procesor i memorija. Da bi se prevazišla neusaglašenost brzina dolazi do promene organizacije računara tj.uvodi se procesor ulaza-izlaza tzv. U/I kanal. Memorija je organizovana po brzinama i kapacitetima. Program i podaci cuvaju se u operativnoj (glavnoj) memoriji. Između operativne memorije i procesora nalazi se ultra brza memorija koja ima zadatak da premosti razliku u brzini operativne memorije i procesora.Ultra brza memorija je znatno manja memorija od operativne i zbog toga ima znatno veću brzinu. Ona čuva među rezultate i najčesće korišćene podatke smanjujući tako potrebu obraćanja procesora operativnoj memoriji. Time se ubrzava rad procesora i smanjuje rasipanje njegovog vremena. Spoljna memorija služi za čuvanje velikog broja podataka (datoteka i baza podataka) i takvi se podaci trenutno ne koriste u obradi. Spoljna memorija je velikog kapaciteta ali je sporija.

MEMORIJSKI PODSISTEM Proces unošenja podataka u memoriju naziva se upisivanje, a proces zahvatanja podataka iz memorije naziva se čitanje. Upisivanje i čitanje informacija naziva se pristup memoriji. Memorijski elementi pridružuju se u memorijsku lokaciju namenjenu za čuvanje binarnih reči.Upisani sadržaj je podatak. Skup memorijskih lokacija obrazuje memorijski blok (memorijski modum). U jednom trenutku pristup je omogućen samo jednoj memorijskoj lokaciji. Memorijski blok je najčešće adresibilan tj. svaka memorijska lokacija ima svoju adresu. Upravljačka jedinica memorijskog podsistema određuje da li se radi o upisu ili čitanju sadržaja memorijske lokacije i elektronska kola koja preko adrese ukazuju na memorijsku lokaciju. Memorijski blok se može naći u jednom od tri stanja. 1. Upisivanje informacija u memorijsku lokaciju 2. Čitanje sadržaja 3. Čuvanje neke informacije. Čuvanje informacija se sastoji u tome da se parametri sredine ne menjaju, dok se upisivanje informacija sastoji u izmeni parametra elemenata memoriske ćelije. Kapacitet memoriskog modula predstavlja broj memoriskih lokacija, odnosno broj mašinskih reči koje se mogu istovremeno smetiti u modul, i izrazava se u b, Kb ili Mb. Ponekad se kapacitet memoriskog podsistema izrazava i u B,KB,MB, Rad memoriskog podsistema određen je: 1. vremenom pristupa, 2. vremenom prenosa. Pristup je vreme od trenutka izdavanja naredbe do početka njenog izvršavanja, a prenos je vreme nekog izvršavanja. Sa aspekta pristupa memoriskim lokacijama, memorije delimo na:

1. memorije sa sekvencijalnim pristupom, 2. memorije sa cikličnim pristupom, 3. memorije sa slučajnim pristupom.

U memorijama sa sekvencnim pristupom, memoriskim lokacijama pristupa se redom tj. sekvencionalno, to znači da se posle pristupa (I) lokaciji, pristupa lokaciji (I+1). Kod memorija sa cikličnim pristupom momoriske lokacije su organizovane po kružnim stazama. Primer takvih memorija je magnetni bubanj i disk. Kod memorija sa slučajnim pristupom omogućen je pristup bilo kojoj lokaciji bez obzira na poziciju gde se nalazi uređaj za pisanje i za čitanje. Primer takvih memorija je RAM memorija (random acces memory) Sa aspekta mogućnosti izmene sadržaja, memorije delimo na:

1. Promenjive memorije RAM 2. Polu promenjive memorije ROM 3. Stalne memorije ROM

U stalne memorije spadaju memorije koje se ne mogu menjati. U zavisnosti od napajanja memorije delimo na: 1. postojane , 2. nepostojane. Kod postojanih memorija sadržaj memoriskih lokacija ostaje zapamćen i nakon isključivanja računara, dok kod nepostojanih sadržaj memoriskih lokacija se briše. Memorije možemo podeliti na: 1. destruktivne, 2. nedestruktivne. Kod destruktivnih memorija nakon čitanja sadržaja memoriske lokacije sadržaj se poništava, što znači da takve memorije omogućavaju samo jedno čitanje, a ako je ptrebno imati dalju memoriju potrebno je nakon čitanja izvršiti ponovo zapisivanje. Kod nedestruktivnih memorija je suprotno, a sadrzaj se pamti u memoriskoj lokaciji. Memorije takođe možemo podeliti i na: 1. adresne, 2. bez adresne.

Primer bez adresne memorije je STEK memorija koja se sastoji od registara, može biti organizovana na dva principa FIFO, LIFO. Usavršavanje strukture memoriskog podsistema ima za cilj da obezbedi veliku brzinu, pouzdanost, nisku cenu, minimalne dimenzije i veliki kapacitet. Jedan od osnovnih pravaca usavršavanja memoriskih podsistema ogleda se u ostvarivanju hijerarhiske organizacije memoriskih podsistema.

Ultra brzamemorija

Operativnamemorija

Masovnamemorija

Kapacitet

Brzina

Cena/bit

Razmena podataka u procesu rešavanja problema vrši se između pojedinih hijerarhiskih nivoa. Primenom određenih pravila rada moguće je ostvariti da memoriski podsistem radi brzinom najbržeg hierarhiskog nivoa, a da ima kapacitet ukupnog kapaciteta memoriskog podsistema. Poboljšanje memoriskog podsistema ogleda se u tome da se struktuisanje izvrši tako da se memorija istog hijerarhiskog nivoa deli na nekoliko modula koji mogu da rade paralelno. Baffer memorija za čuvanje podataka je namenjena prilagodjavanju brzine rada operativne memorije i masovne memorije.

Procesor

Ultrabrza

memorija

Operativnamemorija

BaferMasovnamemorija

OPERATIVNA MEMORIJA Operativna memorija je namenjena za čuvanje programa i podataka koji su u obradi neposredno potrebni, operativnoj memoriji koja je u direktnoj sprezi sa jednim ili više procesora. Procesor zahvata instrukcije programa iz operativne memorije, potom zahvata podatke nad kojima treba izvršiti oređene instrukcije definisane operacije, a u operaciji memorija vraća među rezulate kao i konačne rezultate dobijene izvršavanjem programa.

Map

Dekoder

adresa

Adresa

Operativna

memorija

Kola za upisivanjei citanje

MBR Podaci ili instrukcije

Upravljacka

jedinica

operativne

memorije

Upravljanje

Dekoder adresa dekodira adrese i odabira odgovarajuću memorisku lokaciju kojoj će se izvršiti pristup. Kola za upis vrše transformaciju mašinske reči u signale koji deluju na memoriske elemente. Kola za očitavanje vrše transformaciju stanja memorijskih elemenata u mašinske reči.Upravljačka jedinica memorije vrši informaciju upravljanja radom u sukcesivnim vremenskim intervalima. Memorijske lokacije operativne memorije udružuju se u memorijski modul, ima više načina (2D,2.5D,3D). 2D organizacija organizovana je u jednom pravcu. Ova organizacija je veoma jednostavna mada konceptualno je neekonomična i nepraktična kod memorija velikog kapaciteta.

Adresa

0

1

2k-2

2k-1 2D

N 1 0

2,5D organizacija je organizovana memorija modula i u oba pravca je priblizno istih dužina. Ovakva organizacija je mnogo pogodnija i ekonomičnija od 2D organizacije.

Adresa

0

1

2k/s-2

2k/s-1

N 1 0 N 1 0 N 1 0

S21

Memorijska lokacija izgrađena je od feromagnetnih jezgra. SEKUNDARNE MEMORIJE Od pojave elektronskih računara memorija se deli na primarnu i sekundarnu. Sekundarna memorija je memorija na pokretnoj mediji. Ima sposobnost da čuva podatke i učini ih raspoloživim u trenucima kada su potrebni. Često se koriste za dugotrajno pamćenje podataka pa se nazivaju dugotrajne memorije. Sekundarne memorije su memorije velikog kapaciteta pa se nazivaju i masovne memorije. Omogućavaju da se podaci sklone iz primarne memorije i time rastereti njen rad, i da se takvi podaci učine dostupni programima uz različite mehanizme obrade. Podaci u sekundarnoj memoriji se razlikuju od onih u primarnoj memoriji po načinu organizovanja, adresiranja, koriscenja, pristupa. MAGNETNE TRAKE Magnetne trake se koriste za memorisanje velikog broja podataka, za čuvanje podataka kao rezervne kopije (backup), za prenos podataka sa jednog računara na drugi.(log.file-evidencija obavljenih transakcija). Postojanje rezervne kopije je pogodno ako se originalna kolekcija ošteti ili uništi. Evidencija obavljenih transakcija (log.file) omogucava kontrolu nad promenama i obnavljanje stanja podataka. Magnetna traka je realizovana od plastike. Površina trake je pokrivena tankim filom magnetnog materijala. Podaci se unose magnetizacijom čestica magnetnog materijala. Upisivanje i čitanje podataka vrši se uz pomoć seta glava za upisivanje i čitanje. Pre operacije upisivanja podataka traka prolazi ispod glave za brisanje prethodno upisanih podataka. Upisivanje podataka se vrši po tzv. kanalima magnetne trake. Iznad svakog kanala nalazi se glava za upisivanje i čitanje. Najčešće se koriste trake sa sedam i devet kanala. Poslednji kanal se koristi kao kontrolni kanal u koji se upisuje bit parnosti za proveru ispravnosti zapisa. Gustina zapisa može biti različita, najčešće se koriste magnetne trake od 1600Bpi, a u poslednje vreme trake koji imaju i preko 6000Bpi. Podaci se na magnetnu traku upisuju bilo gde izmedju markera koji označavaju početak odnosno kraj trake. Podaci se na traku upisuju u grupama tj.u blokovima. Između blokova postoji prazan prostor, međupločni razmak. U bloku se nalaze jedan ili više log. zapisa (slog,record). Skup svih log. zapisa istog tipa čini fajl (datoteka). Na jednoj traci može biti više fajlova. Određivanje structure, veličine, tipa, formata fajlova je posao analitičara i administratora baza podataka. Prednosti koriscenja magnetne trake su veliki kapacitet, magnatna traka je relativno jeftin medij, manipulacija je jednostavna. Magnetna traka ima i nedostatke, ona je sekvencijalni mediji, a drugi nedostatak je što je spor, medij malih brzina. Podložnost habanju i oštećenju, treba je štititi od uticaja prašine, magneta, toplote, svetlosti. Za personalne računare se koriste kasete – flopi, koje imaju veoma retku gustinu pakovanja do 1600Bpi. Zapis je serijski tj. ima jednu stazu, jednu upisno čitajucu glavu i nisu pouzdani.

MEMORIJE SA DIREKTNIM PRISTUPOM Memorije sa direktnim pristupom omogućuju pristup jednom slogu bilo radi čitanja ili ažuriranja (izmene), na osnovu ključa ili fizičke adrese. Kljuc je poseban podatak ili deo sloga koji omogućava brzu identifikaciju željenog sloga. Memorije sa direktnim pristupom mogu biti: hard disk, izmenjivi ili floppy disk, i optički ili optical disk. Izmenjivi disk se na našim prostorima često naziva disketa, sastoji se od jedne kružne ploče premazane feromagnetnim materijalom. Podaci su upisani po kruznim stazama a broj staza je razlicit i zavisi od gustine zapisa. Razlikujemo: DD dvostuke gustine ili visoke gustine HD. U prvo vreme podaci su se upisivali samo na jednoj strani feromagnetne ploče, maksimalnog kapaciteta 720KB. Ako se zapis vrši sa obe strane onda je kapacitet 1,44MB. Feromagnetna ploča se nalazi u omotu plastičnog materijala koji je stiti od prasine, toplote itd. Sa disketom treba pažljivo rukovati da se podaci ne bi oštetili. Obavezno lepiti oznake sa opisom sadržaja. Disketa je izmenjivi disk jer je uređaj za čitanje može čitati podatke i sa drugih disketa. Podaci na disketi se mogu zaštiti od uništenja pomeranjem sigurnosne pločice. Kada se na disku nalaze važni programi i podaci onda se ta plocica često izbacuje. Upis podataka se vrsi uz pomoc glave za upis što često dovodi do oštećenja feromagnetnog sloja. HARD DISK Hard disk je višeslojna kružna ploča premazana feromagnetnim materijalom. Ploče su tvrde, nesavitljive pa se zato disk naziva tvrdi disk (hard disk). Hard disk je hermetički zatvoren da bi se feromagnetne ploče zaštitile od štetnih uticaja, prašine, toplote, magneta. Ploče i upisno čitajuće glave čine jednu celinu. Te upisno čitajuce glave ne mogu čitati podatke sa nekih drugih ploča što znači da hard disk nije izmenljiv. Pri upisu, čitajuce glave lete iznad površine diska na rastojanju od nekoliko mikrona. Izmedju se nalazi vazdušni jastuk koji štiti feromagnetne ploče od oštećenja. Kada se disk ne obrće tj. ne rotira, upisno čitajuce glave se povlače u zasebno ležište izvan feromagnetnih ploča. U slučaju nestanka električne energije u toku rada hard diska dolazi do nestanka vazdusnog jastuka i upisno čitajuce glave padaju na feromagnetnu povrsinu diska. S obzirom da se feromagnetne ploče rotiraju velikom brzinom dolazi do oštećenja programa i podataka pa se zato preporučuje da se koriste sistemi koji regulisu napajanje računarskog sistema u toku rada i nakon nestanka električne energije. Podaci na hard disku su organizovani po kruznim stazama i po sektorima. Na hard disku postoji i adresni registar koji obezbedjuje indeks za svaku stazu i svaki sektor. Skup koji obrazuje kružne staze istog poluprečnika naziva se cilindar. Cilindar je adresibilan. U konfiguraciji računarskog sistema možemo imati više hard diskova. Poslednjih godina razvijeni su Hard diskovi kod kojih upisno čitajuće glave ostvaruju fizički kontakt sa feromagnetnim pločama. Da ne bi doslo do oštećenja koristi se specijalno sredstvo za podmazivanje koje se u fazi izgradnje nanosi na feromagnetne ploče. Time se dobija veća gustina zapisa jer se smanjuje rastojanje feromagnetne ploče i upisno čitajuće glave. Veoma je bitno da se podaci memorisani na hard disku nalaze po istom logičkom i fizičkom redosledu. Performanse zavise od redosleda podataka. Da bi se dobile dobre performance logički i fizički redosled se mora poklapati. Fizički redosled je N+5,N+10,N+1,N+6,N+2, a

logički redosled je N,N+1,N+2,N+5,N+6,N+10. Razlika u redosledu nastaje jer se putem translacije u različitom periodu obrađuju različiti slojevi podataka. Sada je potrebno s vremena na vreme napraviti kopiju, izbrisati podatke i vratiti ih sa kopije na disk. U tom slucaju dobijaju se podaci sa istovetnim redosledom. OPTICKI DISK Kod optičkih diskova pristup informacijama ostvaruje se korišćenjem svetlosne energije. Tačnije pristup memoriji ostvaruje se usmeravanjem svetlosnog snopa na element optičkog medija. Kao izvor svetlosnog snopa najčešće se koristi laser. Mogućnost veoma preciznog fokusiranja laserskog snopa omogućava veliku gustinu zapisa, odnosno veliki kapacitet. U procesu upisivanja podataka na optički mediji, svetlosni snop je dovoljne snage da zagreje osvetljenu površinu medija i da izmeni povratno i nepovratno njegova optička svojstva. U procesu čitanja snaga svetlosnog snopa se redukuje tako da ne menja stanje optičkog medija. Intenzitet svetlosnog snopa reflektovan od medija koristi se za detekciju zapisa. CD ROM je skraćenica od komact disk memorija samo za čitanje (read only memory). Podaci se upisuju samo jednom za razliku od RW CD ROM-ova sto znaci da se mogu više puta brisati. Kontinualnost čitanja predstavlja odliku da se jednim obraćanjem kompact diskova čita velika količina podataka. PROCESOR Preocesor je najvažniji deo računara. On izvršava operacije obrade podataka definisane programom.Vrši upravljanje računarskim procesima i interakcijama između pojedinih jedinica računara. Procesor zahvata instrukcije programa iz operativne memorije, dekodira ih i regeneriše potrebne signale za njihovo izvršavanje. Osnovne jedinice procesora su: aritmetičko logička jedinica, upravljačka jedinica, radni registri i sprežne mreže (interface) U sastav procesora može da uđe i ultra brza memorija (malog kapaciteta), namenjena prvenstveno da čuva određeni broj operanada i međurezultata u cilju ubrzavanja rada. Arhitekturu procesora određuje: repertoar i forma instrukcija, dužina procesorske reči, karakteristike ultra brze memorije, karakteristike sprežnih mreža, karakteristike sistema prekidanja. Operacije koje izvršava procesor mogu biti: operacije obrade (aritmetičke i logičke operacije), operacije za analizu rezultata (upravljanje procesom obrade), operacije prenosa informacija, operacije ulaza-izlaza. Operacije se sastoje od više mikrooperacija. Mikreooperacija je elementarno dejstvo, vremenski interval u toku kog se izvršava najčešće jedna mikro operacija, naziva se takt. Aritmetičko logička jedinica (ALU, arithmetic logic unit) izvršava operacije: aritmetičkog-sabiranja, mnozenja; logičke operacije-logičko sabiranje, logičko množenje; pomeranje reči u registrima-množenje ili delenje.

U sastav aritmetičko logičkih jedinica ulaze: logičke mreže za izvršavanje operacija; registri u kojima se čuvaju operandi, međurezultati i rezultati; pomoćni registri-statusni registri koji obezbeđuju informacije o prekoračenju opsega o znaku rezultata itd. Areitmetičko logička jedinica koja ima mogućnost i množenja, najčešće sadrži tri registra koji se označavaju R, A, Q. Registar R služi za prihvatanje brojnih podataka iz memorije računara. Registar A predstavlja osnovni registar aritmetičko logičke jedinice i naziva se akumulator. Registar Q koristi se kao pomoćni registar kod operacija množenja i deljenja.

A

R P P-1

M

S

Q

S-1

M-1

Logicke mreze

1 0

0

01

1

Po strukturi aritmetičko logička jedinica može biti: sa neposrednim vezama sa registrima, i sa sprežnim mrežama (magistralama). Magistrala je sistem mreža između uređaja i ima tri dela. 1. Magistrala podataka-prenos 2. Magistrala adresa-prenos 3. Upravljačka magistrala-prenos upravljačkih i kontrolnih signala. Često se u arhitekturi aritmetičko logička jedinica obeležava

Rezultat

I operand II operand

ALU

Upravljacki

signali

Aritmetičko logička jedinica može izvršavati operacije paralelno i serijski. Kod paralelnog izvršavanja operacija aritmetičko logička jedinica obrađuje celu reč u jednom taktu. Kod serijskog izvršavanja operacija aritmetičko logička jedinica obrađuje jedan bit iz reči u jednom taktu. Kod paralelno serijskih izvršavanja operacija aritmetičko logička jedinica obrađuje grupu bita u jednom taktu pa se u narednom taktu prelazi u sledeću grupu bita. Upravljačka jedinica generiše upravljačke signale a oni mogu biti: sinhronizacijski i funkcijski.

Sinhronizacijski su obicno impulsnog tipa i služe za usklađivanje odnosno sinhronizaciju rada računara. Funkijski signali vrše obrađivanje različitih funkcija. Stvaranje upravljačkih signala može biti hardversko ili mikroprogramsko. Kod hardverskog oraganizovanja upravljački signali stvaraju se pomoću posebnih digitalnih kola.Takve upravljačke jedinice su brze ali i složene. Nisu fleksibilne jer nisu dostupne korisniku da ih modifikuje po potrebama. Primer takvog procesora je risk procesor (reduced instruction set compon) koji za svaku mašinsku instrukciju ima zasebnu logičku mrežu koja omogućava izvršavanje instrukcija u jednom taktu, što znači da je rad računara ubrzan.

KO.

Registar indukcija

Dekoder operacija

Formatiranjeupravljackih signala Dekoder taktova Generator taktova

Kod mikro programskog generisanja upravljački signali su memorisani u posebnoj memoriji unutar upravljačke jedinice. Ta memorija se naziva mikroprogramska memorija, iz nje se čitaju podaci kada je to potrebno. Takva upravljačka jedinica je sporija jer ne postoji specijalno unapred pripremljena digitalna mreža za realizaciju. Primer takvog procesora je cisc (complet instrktion set computer). Da bi se izvršio neki mikroprogram potrebno je najpre generisati početnu adresu mikroprograma. To se radi na bazi koda operacije i nekih spoljašnjih uslova. Naredbe mikroprocesora se obično izvršavaju jedan za drugom, onim redosledom kojim su zapisane u memoriji. Mada su mogući i sklopovi pod dejstvom određenih činioca. U svakom taktu zahteva se mikro instrukcija iz ROM-a i prebacuje se u registar mikroinstrukcija.

KO.

Dekoder operacija

Formatiranjeupravljackih signala Dekoder taktova Generator taktova

Registar

mikrooperacija

Dekoder

mikrooperacija

Formatiranje funkcijskihsignala

Mikroinstrukciju dekodira dekoder mikroinstrukcija i omogućava formiranje funkcionalnih signala za izvršavanje date instrukcije. PERIFERIJSKE JEDINICE Periferijske jedinice su: ulazni uredjaji-(tastatura, miš, optički čitači dokumenata), izlazni uređaji-(monitori, štampači), ulazno-izlazni uredjaji-(modem, zvučne karte, terminali, magnetne trake). Podaci koji se koriste u periferijskim jedinicama često nemaju isti oblik kao njihov ekvivalent u računaru i zato se moraju pretvoriti iz jednog u drugi oblik. Sem toga periferijski uređaji su znatno sporiji od centralnog dela računara tj.od operativne memorije i procesora, tako da to dodatno komplikuje komunikaciju izmedju uređaja. Prenos podataka izmedju centralne i periferijske jedinice računara obavlja se pod kontrolom ulazno-izlaznog podsistema. Ulazno-izlazni podsistem se sastoji od kanala, kontrolera, periferijskih procesora.Uloga ulazno-izlaznog podsistema je: prilagođavanje podataka, dekodiranje adrese, dekodiranje komandi, vremensko vođenje, upravljanje, prihvatanje (buffering) i prilagodjavanje. Tako se vrši sinhronizacija prenosa podataka, a dekodiranjem adrese vrsi se izbor periferijske jedinice. Dekodiranjem komande vrši se izbor načina obrade podataka i to obrade pod kontrolom ulazno-izlaznog podsistema. Sve aktivnosti računara zahtevaju vremensko vođenje (timing) i skup odgovarajućih upravljačkih signala. Jedan deo ovog posla poveren je ulazno-izlaznom podsistemu sa ciljem rasterećenja procesora. Prenos podataka između računara i periferijske jedinice može biti: programirani ulazno-izlazni prenos podataka, prekidni ulazno-izlazni prenos podataka, direktan pristup memoriji. Programirani ulazno-izlazni prenos podataka obavlja se pod kontrolom programa i to programa koji se upravo izvodi, obrađuje pa je taj prenos pod kontrolom centralnog procesora.

Kod prekidnog ulazno-izlaznog prenosa podataka periferijska jedinica zahteva da se izvrši prekidanje trenutnog aktivnog programa i da se obavi prenos podataka. U oba prethodna slučaja prenos podataka obavlja se uz učešće centralnog procesora. Na taj način u znatnoj meri usporava se rad centralnog procesora. Moguće je realizovati prenos podataka bez centralnog procesora uz pomoc direktnog pristupa memoriji, kad memorija adrese i upravljački signal regenerišu već specijalizovani hardverski deo nazvan DMA kontroler (direct memory acces) Programirani ulazno-izlazni prenos podataka obavlja se pomocu ulazno-izlaznih naredbi. Postoje dva tipa ulazno-izlaznog prenosa podataka a to su: bezuslovni i uslovni ulazno-izlazni prenos podataka. Bezuslovni – između računara i periferijske jedinice, vrlo se retko upotrebljava, koristi se samo za periferijske jedinice čije je vreme odziva stalno. Periferijska jedinica mora biti uvek spremna za komunikaciju. Zbog jednostavnosti i direktnosti ovaj način prenosa postavlja minimum zahteva za programe.

Neke programske instrukcije

Neke programske instrukcije

Input 4

Output 6

Ulaz 4

Izlaz 6

Algoritam bezuslovnog prenosa U ovom programu instrukcija input 4 prouzrokuje prenos podataka od periferijske jedinice br.4 ka centralnom računaru, a instrukcija output 6 prenos podataka ka periferijskoj jedinici 6. Kao sto vidimo prenos podataka se obavlja bez prethodnog ispitivanja statusa periferne jedinice, što znači da se podrazumeva da je ona spremna za prenos. Kod uslovnog programiranog ulazno-izlaznog prenosa ispituje se status periferijske jedinice. Ako periferijska jedinica nije spremna za prenos podataka tok podataka zatvara se u petlju i nastavlja sa ispitivanjem statusa periferijske jedinice. Kad ona postane spremna za prenos izvršava se ulazno-izlazna operacija. S obzirom na činjenicu da je periferijska jedinica znatno sporija od centralnog procesora metoda uslovnog prenosa nije efikasna jer ima kao posledicu veliko rasipanje vremena procesora, zbog čekanja na spremnost periferijske jedinice i čekanja da ona obavi prenos.

Da li je periferiska jedinica

spremna za prenos

DA

Prenos podataka

NE

Prekidni ulazno izlazni prenos podataka Prekidni ulazno-izlazni prenos podataka je moguć kod multiprogramskog sistema.Oni imaju u operativnoj memoriji u isto vreme instrukcije nekoliko programa. Dok neki program čeka da se završi ulazno-izlazna operacija centralni procesor izvršava instrukcije drugog programa. Rezultat takvog rada je veća efikasnost računarskog sistema.Ulazno-izlazni podsistem ima mogućnost poluatonomnom funkcionisanju. Ulazno-izlazni podsistem malo komunicira sa procesorom. Prekidni ulazno-izlazni prenos podataka obavlja se u koracima: 1. Periferijska jedinica generiše zahtev za prekid trenutno aktivnog programa i obaveštava centralni procesor da želi da izvrši prenos podataka. 2. Centralni procesor po završetku tekuće instrukcije programa prekida izvršavanje tekućeg programa. 3. Izvršava se prenos podataka 4. Nastavlja se sa izvršavanjem prekinutog programa. Postoji čitav niz problema koji su rešeni da bi funkcionisao prekidni ulazno-izlazni prenos podataka. 1. Centralni procesor mora da prepozna periferijski uređaj koji je tražio prekid. 2. Centralni procesor mora da zna šta da radi ako istovremeno dođu dva ili više zahteva za prekid. 3. Centralni procesor mora da zna da obnovi stanje registra prekinutog programa i da nastavi njegovo izvršavanje. Prednost prekidnog ulazno-izlaznog prenosa je u brzom odgovoru jer se periferijska jedinica opslužuje u vrlo kratkom vremenu nakon generisanja zahteva. Zbog toga prekidni ulazno-izlazni prenos podataka se upotrebljava u sistemu sa odzivom u realnom vremenu. Nedostatak prekidnog ulazno-izlaznog prenosa je u tome što zahteva dodatne uređaje u slučaju više nivovskih zahteva za prekid. Pri svakom odsluženju zahteva centralni procesor gubi vreme u dodatnom pohranjivanju stanja tekućih programa. Nedostatak prekida je što se prenos podataka obavlja pod nadzorom centralnog procesora .

DIREKTNI PRISTUP MEMORIJI Direktan pristup memoriji omogućava prenos podataka između periferne jedinice i memorije računara bez kontrole od strane centralnog procesora. Kordinaciju svih aktivnosti u toku prenosa vrsi DMA kontroler. Direktan pristup memoriji koristi se za prenos velike količine podataka . DMA kontroler poseduje sopstvene logičke mreže i sopstvene registre. Od karakteristika logičkih mreža i registara zavisi brzina prenosa podataka. U principu to je brz prenos velikih količina podataka i to posebnim kanalom direktno u memoriju računara. Neki računari naročito mikro računari nemaju mogućnost izdvajanja posebnih kanala za DMA prenos. U tom slučaju za prenos podataka se koristi magistrala koju koristi i procesor. Na taj način DMA kontrole konkuriše procesoru za računarske resurse (prenosni putevi i operativne memorije). U slucaju konfliktnih situacija kada i DMA i procesor zahtevaju iste resurse istovremeno prioritet se daje DMA kontroleru iz razloga što on po pravili zahteva manji broj obraćanja operativnoj memoriji od procesora. Da bi se ostvario direktan pristup memoriji DMA kontroler mora obavljati sledeće funkcije: 1. Upravljati adresnom magistralom u vreme DMA prenosa 2. Upravljati magistralom podataka ili DMA kontrolera 3. Odrediti adrese lokacija u memoriji. 4. Odrediti adresu periferijske jedinice. 5. Odrediti smer prenosa. 6. Brojati prenete podatke. 7. Vršiti kontrolu ispravnosti prenosa.

Kod savremenih računarskih sistema DMA kontroler prerasta u poseban procesor koji nazivamo ulazno-izlazni procesor. Često se takvi nazivaju ulazno-izlazni kanali. Razvoj velikog broja periferijskih jedinica kao i tehnološko usavršavanje procesora i operacionih memorija dovela su do potrebe decentralizovanog upravljanja. Decentralizovano upravljanje ostvareno je razvojem procesora posebne namene. Njihovim korišćenjem ostvaruje se veća efikasnost računarskog sistema.Ulazno-izlazni procesori su najčešće korišćeni procesori posebne namene. Izbor funkcije koje treba da obavljaju ulazno-izlazni procesori u velikoj meri zavise od karakteristika računarskog sistema. U minimalnoj varijanti ulazno-izlazni procesor treba da obavlja funkcije DMA kontrolera. Tendencije u računarskoj tehnici su takve da ulazno-izlazni procesori u fizičkom i logičkom smislu

prerastaju u samostalne procesore sa sopstvenim logičkim mrežama, sopstvenom memorijom i sopstvenom softverskom podrškom. Takvi ulazno-izlazni procesori mogu da obavljaju sledeće funkcije: 1. Definisanje oblasi memorije 2. Lanac podataka 3. Izostavljanje podataka 4. Lanac operacija 5. Prekidanje ulazno-izlaznih operacija 1. Definisanje oblasti memorije koja se koristi prilikom izvrsavanja ulazni-izlaznih operacija podrazumeva određivanje posebne adrese i veličine oblasti.Veličina oblasti se zadaje standardnim jedinicama (bit, bajt, itd). Na osnovu početne adrese i veličine oblasti formira se upravljačka reč kanala. Pri izvršavanju ulazno-izlaznih operacija ulazno izlazni procesor formira adrese uzastopnih memorijskih lokacija počevši od one zadate u upravljačkoj reči. Poredeći broj podataka koji su prošli kroz kanal sa brojem datih upravljačkih reči ulazni-izlazni procesor vrši proveru da li je dostignuta granica oblasti memorije. Time se sprečava da se u memoriji pregaze sadržaji registra namenjen drugim poslovima. 2. Čest je slučaj da u operativnoj memoriji računara na raspolaganju novom ulazno-izlaznom procesoru stoji vise manjih lokacija. Te manje lokacije su na različitim mestima u memoriji pa je potrebno izvršiti njihovo funkcionalno povezivanje. Da bi se obezbedilo dovoljno prostora za novi ulazno-izlazni prenos podataka formira se lanac podataka tj. niz upravljačkih reči u kojima se upisuje jedna oblast memorije (početna adresa i veličina oblasti), i lokacija sledeće oblasti. 3. Prilikom izvršavanja operacije ulaza neki podaci se ne upisuju u operativnu memoriju. Cilj izvršavanja ovakve operacije bez intervencije procesora u upravljačkoj reči koju formira ulazno-izlazni procesor upisuje se indikator koji obaveštava o potrebi izostavljanja podatka. 4. Lanac operacija Računarski sistem može da bude projektovan tako da izvršavanje svake nove ulazno-izlazne operacije zahteva intervenciju procesora. Kod velikih računarskih sistema ulazno-izlazni procesori poseduju znatno veći stepen autonomnosti. Moćni računari mogu da obave lanac operacija bez posredstva procesora. Lanac operacija ostvaruje se formiranjem niza od nekoliko upravljačkih reči od kojih svaka definiše ulazno-izlaznu operaciju. 5. Ulazno izlazni procesori obaveštavaju procesor o razlicitim fazama izvršavanja ulazno-izlaznih operacija.Ulazno-izlazni procesori formiraju signale prekida, oni mogu biti 1. programsko upravljački 2. signali prekida koji obaveštavaju procesor o zavrsetku ulazno-izlazne operacije. Programsko upravljački signali prekida planiraju se programom. Mogu se pojaviti u bilo kojoj fazi izvršavanja ulazno-izlazne operacije. Pojava signala programsko upravljačkog prekida označava da su neke određene faze ulazno-izlazne operacije završene i da postoji mogućnost aktiviranja programa za obradu prenesenih i upisanih podataka u operativnu memoriju. Signali prekida koji obaveštavaju procesor o završetku ulazno-izlazne operacije mogu biti: 1. Obaveštavaju procesor o normalnom završetku operacije.

2. Da obaveste procesor da je doslo do nekih grešaka i, ili prekida ulazno-izlazne operacije. U slučaju normalnog završetka ulazno-izlazne operacije nastavlja se izvršavanje programa u operativnoj memoriji tj. programa pod čijom kontrolom se vrši prenos podataka. U slučaju greške i, ili prekida, izvršavanje ulazno-izlazne operacije najčešće se ponavlja. Izvršavanje ulazno-izlazne operacije i, ili obaveštava operater i programer o greškama. Postoje dva tipa ulazno-izlaznih procesora. 1. Multipleksni 2. Selektorski Multipleksni ulazno-izlazni procesori omogućavaju opsluživanje nekoliko periferijskih jedinica koje se nalaze u paralelnom radu. Svaka periferijska jedinica nalazi se u neposrednoj vezi sa ulazno izlaznim procesorom u relativno kratkom vremenskim periodu. Periferijske jedinice se sukcesivno obrađuju što znači jedna za drugom od strane ulazno izlaznog procesora. Svrha je prenos podataka između periferijske jedinice i memorije. Ukoliko je više periferijskih jedinica spremno da stupi u kontakt sa ulazno izlaznim procesorom, ulazno izlazni procesor odabira jednu od njih sa unapred utvrđenim prioritetom. Ostale periferijske jedinice čekaju da dodju na red za opsluživanje. Selektorski ulazno izlazni procesor namenjen je za opsluživanje jedne periferijske jedinice. ŠTAMPACI Štampači služe za prikazivanje obrade na papiru. Dele se prema konstrukciji i principu rada na: 1.Elektromehaničke, 2. Fizičko-hemijske. Elektromehanički upisuju znake na papir mehaničkum udarom čekića. Fizičko-hemijski štampači upisuju znake na papir na osnovu elektrohemijskih ili fotoelektričnih reakcija. Kod velikih računara štampači nisu pod direktnom kontrolom centralne jedinice. Kontrolu nad radom računara ostvaruje operativni sistem i periferijski procesor odnosno ulazno izlazni procesor. LINIJSKI ŠTAMPACI Linijski štampači sa dobošem ili trakom sadrže doboš ili traku sa ugraviranim znacima, red čekića, traku za formiranje otiska (ribon). Između doboša i čekića nalazi se papir. Linijski štampač štampa red po red, i postiže velike brzinie štampanja. Papir je često sa vodilicama sa strane.U toku štampanja može se stopirati, nastaviti, ponoviti od početka ili od bilo koje pozicije, može se preskočiti proizvoljan broj strana itd. SERIJSKI ŠTAMPACI Serijski štampac štampa znak po znak i sluzi za štampanje manjeg broja kratkih izveštaja. Postiže manje brzine štampanja od linijskog štampača. Jedna vrsta serisjkog štampača je matrički štampač. Često se koristi za personalne računare. Znak se formira u vidu tačkice. Tačkica se dobija udarom igle iz pokretne glave štampača. Igla se naziva Pin.

Pa se po broju igala menjaju i štampači od 9-pinskog do 24-oinskog. Ove štampače odlikuje pouzdanost u radu i niska cena pa se koriste za štampanje velike količine podataka gde kvalitet štampe nije bitan. U serijske štampače spadaju i štampači sa lepezom koji imaju znake ugravirane na obodu jednog kotura.Glavna mana mu je nemogućnost štampanja nečeg što nije predviđeno na lepezi. TEHNICKI ŠTAMPAČI Tehnički štampač spada u grupu fizičko hemijskih štampača jer sadrži glavu sa otpornicima koji greju termoosetljivi papir.Tehnički štampači zahtevaju skupi termoosetljivi papir i ne mogu istovremeno da štampaju više kopija. LASERSKI ŠTAMPAČI Laserski štampači su najbrži štampači i obezbeđuju najveći kvalitet, jer štampaju celu stranu ili deo strane. Štampači sa prskalicama (ink jet) imaju dve bočice – tonere pa kombinacijom tonera se dobijaju solidni izgledi štampanog dokumenta. Karakteriše ih niska cena štampača ali visoka cena jednog štampanog dokumenta. PLOTERI Ploteri su izlazni uređaji koji proizvode sliku ili crtež na papiru, foliji, fotopapiru. Folija može biti plastična ili metalna. Ploteri su veoma precizni. Postoje različite vrste plotera: Horizontalni za crtanje na pojedinim listovima, ploteri sa mastilima različitih boja, sa izlazom na mikro film itd. ULAZNO IZLAZNI UREĐAJI Ulazno izlazni uređaji mogu biti: terminal, modem, zvučna kartica. Terminal je sličan personalnom računaru, sadrzi memoriju, tastaturu i kućište ali nema procesor pa koristi procesor velikog računara. Modem služi za povezivanje računara na veću udaljenost. Može biti internet i tada je to hardverska kartica u računaru ili eksterni kada je to zaseban uređaj. Najvažnija osobina modema je brzina prenosa podataka i izražava se brojem bita/s. Podaci se prenose sa računara na komunikacijsku liniju i obrnuto. Današnji personalni računari uglavnom rade sa modemima čija je brzina 56000 bita/s. Kada su veliki računari u pitanju koriste se modemi sa većim brzinama prenosa jer je količina podataka veća. Modem sadrži A/D i D/A konvertere jer mogu obezbediti prenos podataka na daljinu u oba smera. Zvučne kartice takođe sadrže A/D i D/A konvertere jer omogućavaju pretvaranje signala sa mikrofona u signalni zapis na računaru i pretvaranje zapisa sa računara u prirodni signal na zvučnicima. Na taj način se stvara mogućnost upravljanja računarom putem govora.