1

Računalstvo I Računalstvo I Građa računalaGrađa računala

Priredio: Ranko Čelustka

Literatura:http://pubwww.srce.hr/1.tehnicka_skola

Leo Budin: Informatika za 1. razred gimnazije

2

Što je računalo?Što je računalo?• Elektronički uređaj koji može primati podatke i

instrukcije, prema tim instrukcijama obrađivati podatke i prikazati dobivene rezultate (ili ih spremiti za kasniju upotrebu).

• Računalo se sastoji od dvije usko vezane komponente: hardver (fizički dijelovi) i softver (programi).

RačunaloPodaci i

instrukcijeRezultati

3

Arhitektura računalaArhitektura računalaArhitektura (građa, struktura) računala koju je John von Neumann predožio 1945. u čuvenom radu

”First Draft of a Report on the EDVAC”

naziva se von Neumannova arhitektura i praktično sva računala od tada do danas temelje se na toj arhitekturi.

John von Neumann 1903.-1957.

4

Osnovne osobine računala von Osnovne osobine računala von Neumannove arhitektureNeumannove arhitekture

2. Računalo je univerzalni stroj koji se programira (prilagođuje postavljenom zadatku) upisivanjem odgovarajućeg programa u memoriju.Građa računala ne ovisi o zadatku koji se njime rješava.

3. Podaci i programi smješteni su u zajedničkoj memoriji.

Ulazna jedinica

Izlazna jedinica

Memorija

Aritmetičkologičkajedinica

Kontrolnajedinica

1. Računalo se sastoji od slijedećih jedinica:

Ulazne i izlazne jedinice Radne memorije Aritmetičko-logičke jedinice Upravljačke (kontrlolne) jedinice

5

Ulazna jedinicaSluži za unos podataka i

programa u računalo.

Primjeri: tipkovnica, miš, tvrdi i savitljivi diskovi, CD, CD RW, DVD, skener, čitači bar koda, itd.

Izlazna jedinicaSluži da rezultate obrade

podataka prikaže korisniku ili ih pohrani za kasniju upotrebu.

Primjeri: monitor, pisač, tvrdi i savitljivi disk, CD, CD RW, zvučnici.

Neke jedinice služe kao ulazne i izlazne istovremeno, primjerice tvrdi i savitljivi diskovi, CD (jednom se piše, a puno puta čita), CD RW.

6

Memorija računala

• Sastoji se od niza registara – memorijskih lokacija

• Svaka lokacija ima svoj redni broj - adresu

• Navodeći adresu lokacije, moguće je čitati sadržaj te lokacije ili upisivati nove podatke (sadržaj)

3

n-1

n

2

1

0

S a d rža j lo ka c ije

Ad

resa

loka

cije

m e m o r i j a

1 0 0 1 1 1 0 1

1 1 0 1 0 1 1 1

Služi za smještaj programa i podataka koji se tim programom obrađuju.

7

Program računala

• Program čini niz naredbi (instrukcija) u memoriji računala koje su kodirane binarnim kodovima (brojevima)

• Naredbe se izvršavaju onim redom kojim su smještene u memoriji, osim ako neka naredba ne uzrokuje prijelaz (skok) na naredbu koja nije slijedeća na redu

• Naredbe moraju odgovarati strojnom jeziku računala na kojem se izvode – različita računala imaju različite strojne jezike!

• Naredba se sastoji od dva dijela:• Prvi dio naredbe kaže što treba

napraviti (operacijski kod), a drugi dio kaže s čime to treba napraviti (adresa operanda)

8

Upravljačka i aritmetičko-logička jedinica

Upravljačka jedinica “čita” instrukcije iz memorije i na temelju njih upravlja preostalim dijelovima računala

Aritmetičko logička jedinica obavlja potrebne aritmetičke ili logičke operacije s podacima koje uzima iz memorije

Upravljačka jedinica + Aritmetičko logička jedinica čine Centralnu procesnu jedinicu (procesor, CPU, mikroprocesor)

Ulazna jedinica

Iz lazna jedinica

Upravljačkajedinica

A ritm etičkologička jedinica

P rocesor

P o d a c i ii n st ru kc i j e

R e z u l ta t i

Arg

um

en

ti

Podac i iins trukc ije

Uprav ljač ki s ignali

M em orija

Re

zult

ati

Inst

rukc

ije

9

Izvođenje programa

Upravljačkajedinica

Aritmetičkologička jedinica

Procesor

Arg

umen

ti

Memorija

Rez

ulta

ti

Inst

rukc

ije

Ponavljaj

Pročitaj instrukciju iz memorije

Dekodiraj instrukciju

Prebaci potrebne podatke (argumente instrukcije) iz memorije u aritmetičko logičku jedinicu

Izvedi operaciju

Pohrani dobiveni rezultat u memoriju

Do kraja programa

10

Vrste memorije prema postojanosti podataka

Memorija RAM (engl. random access memory)• Podaci se mogu upisivati i čitati. • Prekidom napajanja gubi se sadržaj.• Brza, jeftina i velikog kapaciteta• Najveći dio memorije računala čini RAM memorija

Memorija ROM (engl. read only memory)• Podaci se čuvaju i nakon prekida napajanja• Podaci se upisuju jednom, a mogu se čitati više puta

(postoje vrste koje se mogu i brisati). • Rabi se za pohranu stalnih podataka.

Flash memorija (engl. flash memory)• Podaci se čuvaju i nakon prekida napajanja. • Zbog brzine i mogućnosti pisanja potiskuje ROM. • Zamjenjuje tvrdi disk kod prijenosnih uređaja.

11

Veličina memorije• Veličina memorije izražava se u bitima• Bit – memorija kapaciteta 1b (b=bit) može pohraniti

jednu binarnu znamenku (binary digit)

• Bajt (engl. byte) - 1B = 8b (B = bajt)• 1KB = 210 bajta = 1024 bajta = 1024 × 8 bita• 1MB = 220 B = 1024×1024 B = 1,048,576 B• 1GB = 230 B = 1024×1024×1024 B = 1,073,741,824 B

• Kapacitet radne i vanjske memorije tipičnog osobnog računala:- 1990. godine: 4MB RAM, 100MB disk- 1995. godine: 16MB RAM, 1GB disk- 2000. godine: 128MB RAM, 20GB disk

12

Sinkronizacija i brzina rada računalaSinkronizirati = uskladiti

Za sinkronizaciju rada pojedinih dijelova računala služi signal takta.

Izvršavanje jedne instrukcije traje nekoliko perioda signala takta (veća frekvencija -> kraće vrijeme traje instrukcija)

Brzina rada računala:Izražava se u broju operacija s realnim brojevima u sekundi

(FLOPS = floating-point operations per second)

1955. IBM 704: 5000 FLOPS, 1973. Cray 1: 167 MFLOPS,2003. Cray X1: 52.4 TFLOPS, 2010 Cray predviđa: 1015 FLOPS!

(usporedi: pentium PC 200Mhz -> 200 MFLOPS)

T perioda [s]Tf

1

frekvencija [Hz]