Računarski sistemi

Fon Nojmanova arhitektura• Elementarni fizički objekat fon Nojmanove

mašine (pa i savremenih elektronskih računara) je elektronska cev (tanzistor).

• Može da bude u 2 diskretna stanja – protiče struja/ne protiče struja, (”registruje” binarnu cifru 0 ili 1) i naziva se ćelija.

• Ćelije se u fon Nojmanovoj mašini organizuju u nizove fiksne dužine koji se nazivaju registar.

• Procesor (Upravljačka jedinica, aritmetička jedinice i U/I jedinice. Aritmetička jedinica je sadržavala i dva specijalna

registra, akumulator i registar podataka R)

• Memorija (1024 registra od kojih je svaki imao svoju adresu (mesto, lokaciju) – broj od 1 do 1024, a svaki registar je imao po 40 bita. Sadržaj svakog registra mogao je da se interpretira kao jedan ceo broj u binarnom obliku, ili kao dve (20-bitne) instrukcije.

Program se sastojao od niza binarnih instrukcija (instrukcija zapisanih binarnom azbukom), tj. bio je na mašinskom jeziku.

• Aritmetičke operacije (deset cifara operacija a deset cifara adresa operanda)

• Dodela memorijskoj lokaciji/procesorskim registrima.

• Tok upravljanja je bio jedna instrukcija za drugom, osim u slučaju ”goto” instrukcije koja je ukazivala na memorijsku lokaciju gde je trebalo naći instrukciju za izvršenje

Struktura modernog računarskog sistema

Struktrura računarskog sistema

Računarski sistem

Hardware (hardver) Software (softver)

Hardver

• Čine ga svi uređaji računarskog sistema:

– Komponenta za obradu podataka (procesor), – Skladište (memorija) za pamćenje programa i

podataka. – Uključuje i komponente ulaznih i izlaznih

informacionih tehnologija i komponente komunikacione tehnologije koje omogućuju komunikaciju među pojedinim komponentama.

Podela

• Hardver se globalno može podeliti na računar i periferne uređaje.

• Računar čine procesor i operativna (unutrašnja) memorija,

• Periferni uređaji uključuju ulazno/izlazne uređaje i spoljašnju memoriju.

Procesor

• Obrađuje podatke i upravlja radom ostalih delova računarskog sistema – ulaznih, komunikacionih, izlaznih uređaja, memorije.

• Sastoji se od obradne jedinice - jedinice za aritmetičku i logičku obradu i komandne (upravljačke) jedinice, koja određuje koju komponentu ALJ treba aktivirati u kom trenutku.

Struktura procesora

Opšti registri Aritmetičko-logička jedinica

Komandna jedinica

Magistrale

Unutrašnja memorija• Služi za čuvanje informacija neposredno potrebnih u

procesu obrade (programi operativnog sistema, programi koji se upravo izvršavaju, i podaci potrebni tim programima).

• Sastoji se iz niza bitova organizovanih u nizove dužine 8

koji se nazivaju bajt.

• Bajtovima su dodeljene adrese, a oni se dalje grupišu u nizove fiksne dužine (2, 4 ili 8 bajtova), koji se nazivaju registar.

• Koriste se i nazivi: operativna memorija, glavna memorija, centralna memorija, …

• To je memorija elektro-magnetne prirode. Veoma je brza, ali je sporija od mikroprocesora.

• Razlikujemo RAM (Random Access Memory) i ROM (Read Only Memory)

Keš-memorija je brža i služi kao posrednik između mikroprocesora i unutrašnje memorije. Može se nalaziti unutar samog mikroprocesora ili izvan njega.

MPSUnutra

šnja mem.

Keš MPSUnutra

šnja mem.

Keš

MPS

Unutrašnja mem.Keš

L1

Keš

L2

Kod savremenih računarskih sistema često je ovako raspoređena keš memorija.

Pored brzine, glavna karakteristika memorije je njen kapacitet. Memorija se sastoji iz niza registara:

…

0 1 2 n-1 n

Jedna lokacija se sastoji iz niza ćelija. Ćelija je fizički objekat koji može da registruje jedan bit.

{0,1} - bit Ćelija

a1a2a3a4a5a6a7a8 - bajt

ai - binarna cifraRegistar dužine 8

Često se registar dužine 8 naziva bajt

Registar dužine 16

U registru dužine 16 zapisuje se jedna reč

Registar dužine 32 služi za zapis dvostruke reči

Najmanja adresibilna lokacija u memoriji je jedan bajt. Stoga se kapacitet memorije najčešće izražava u bajtima.

1Kb = 1024 bajta

1Mb = 1024Kb 1 bajt ~ 1 slovo ABCD-e

1Gb = 1024Mb ~ 1 znak (karakter) na

1Tb = 1024Gb tastaturi

Periferni uređaji

Ulazno/izlazni uređaji

• Obezbeđuju unošenje i izdavanje informacija u računar tj. iz računara, i predstavljaju sredstvo komunikacije računara sa spoljašnjom sredinom.

• Podaci koji se unose preko ovih ulaznih uređaja, bilo da su to brojevi, tekst, slika, zvuk, smeštaju se, transformisani u binarni oblik, u deo primarne memorije namenjen ulazu podataka.

• Ulazni (tastatura, miš, skener,…)

• Izlazni (monitor, štampač, ploter,…)

Spoljašnja memorija

• Omogućava trajno čuvanje podataka

• Podaci i programi koji se čuvaju u spoljašnjoj memoriji po potrebi se prenose u operativnu memoriju i koriste u procesu obrade.

• Vreme pristupa spoljašnjoj memoriji je mnogo veće od vremena pristupa unutrašnjoj, ali je zato kapacitet neuporedivo veći.

Magistrale

• Magistrala adresa - preko koje se prenose memorijske adrese podataka ili instrukcija.

• Magistrala podataka preko koje se prenose podaci iz memorije ili u memoriju.

• Kontrolna magistrala preko koje se prenose signali za čitanje ili upis, iz memorije ili sa ulaznih uređaja odnosno u memoriju ili na izlazne uređaje.

Programski sistem - Softver

• Sistemski softver

• Aplikativni softver

• Hardware i software je skoro nemoguće razgraničiti.

• Sistemski software omogućava korisniku korišćenje računara.

• Aplikativni software rešava probleme koje korisnik zadaje

• Prirodna podela bi bila da su hardware i sistemski software jedna celina koju zovemo virtuelna mašina.

• Virtuelna mašina predstavlja skup mogućnosti koje se korisniku prezentuju kao funkcije koje procesor može da obavi. (Uputsvo za rad sa mašinom)

Operativni sistem

• OS je posrednik između računara i korisnika.

• Operativni sistem je najniži deo softwera koji ide direktno na hardware u cilju da njime upravlja i učini ga upotrebljivim za korisnike.

• Zadatak je da omogući: normalno izvršavanje korisničkih programa, kako bi omogućili udobnost i efikasnost upotrebe hardvera.

Definicija

• Operativni sistem je program koji upravlja računarskim resursima.(Menadžer resursa)

• Upravljanje se deli na:– Upravljanje procesorom– Upravljanje memorijom– Upravljanje U/I uređajima (HDD, VM, miš...)– Upravljanje podacima (File System)– Upravljanje mrežama

Režimi rada računara

• Paketna obrada

• Multiprogramiranje

• Time sharing• Multitasking

• Multiprocesing

• Sistemski software je širi pojam od Operativnih sitema jer može da uključi i kompajlere, editore, programe za sortiranje, alate...

Uslužni programi

• Obavljaju rutinske poslove kao što je formatiranje diska, sortiranje datoteka, kopiranje sa jednog medija na drugi, editovanje programa i teksta, povezivanje prevedenih programskih celina (program povezivač, engl. linker), punjenje programa na mašinskom jeziku u predviđeni prostor operativne memorije odakle se može izvršavati (program punilac,engl. loader), otkrivanje grešaka (program za trebljenje, engl. debugger), itd.

• Uslužni programi su često ugrađeni u operativni sistem i sa njime čine celinu, dok se neki proizvode i prodaju posebno.

Jezički procesori

• Prevode program napisan na ne-mašinskom programskom jeziku na mašinski jezik kako bi se mogao izvršavati na računaru.

• Za prevođnje simboličkog jezika na mašinski jezik grade se asembleri a za prevođenje viših programskih jezika grade se kompilatori (ili prevodioci).

• Posebna vrsta jezičkih procesora su interpreteri, koji prevode, liniju po liniju, program sa višeg programskog jezika na mašinski jezik, i svaki prevedeni iskaz izvršavaju pre nego što pređu na prevođenje sledećeg iskaza.

• Interpreteri su lakši za korišćenje od prevodilaca, omogućuju brže otkrivanje grešaka i zahtevaju manje memorijskog prostora, ali su manje efikasni od prevodilaca, jer zahtevaju prevođenje programa pri svakom izvršavanju.

Funkcionisanje računarskog sitema

• Napiše se program na višem programskom jeziku, • unese u računar, • prevede na mašinski jezik i poveže sa drugim

prevedenim programskim celinama (i tako dobije• program (koji, npr. u MS-DOS-u ima ekstenziju .EXE,

u verzijama linux-a obično bez ekstenzije), • može se uneti u operativnu memoriju i izvršavati. • Izvršavanje mašinskog programa odvija se instrukcija

po instrukcija.

• Izvršavanje pojedinačne mašinske instrukcije odvija se u mašinskom ciklusu.

• On se sastoji od dve faze: prvo, upravljačka jedinica donosi instrukciju iz operativne memorije, dekodira je i odgovarajuće delove smešta u procesorske registre (registar adresa, registar instrukcija).

• Zatim se potrebni podaci donose iz memorije u registre

podataka, ALJ izvršava operaciju, a rezultat privremeno smešta u akumulator, do njegovog smeštanja u memoriju.

• Zatim se izvršava sledeća instrukcija, a adresa na kojoj se ona nalazi izračunava se na osnovu adrese prethodne izvršene instrukcije, dodavanjem broja bajtova koje je zauzimala prethodna instrukcija.

• Mašinski ciklusi se ponavljaju do instrukcije

zaustavljanja tj. kraja programa.

• Ovakva metoda izvršavanja programa naziva se sekvencijalna ili serijska obrada, i odgovara konceptu fon Nojmanove mašine.

• Postoji i paralelni način obrade, pri čemu se program razbija na delove koji se istovremeno izvršavaju na desetine, stotine ili čak hiljade raznih procesora.