Upload
others
View
7
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
1
UVOD
Od davnina ljudi su stalno iskazivali potrebu za smanjivanjem svog
fiziĉkog i umnog rada koristeći odreĊena pomagala, alate i mašine. U poĉetku
su korišćena prosta oruĊa napravljena sa ciljem da se olakša iskljuĉivo fiziĉki
rad. Kasnije, sa razvojem nauke i tehnike i pronalaskom specijalizovanih
ureĊaja i mašina, stvorili su se uslovi da se rastereti i ĉovekov umni rad.
Poslednjih sedamdeset godina intenzivno se koriste razne vrste specijalnih
elektronskih mašina koje nazivamo raĉunari (kao što su PC raĉunari, mini
raĉunari, super raĉunari, industrijski raĉunari, namenski raĉunari, analogni
raĉunari, digitalni raĉunari, notebook raĉunari i sl.) u gotovo svim oblastima
ljudskog interesovanja.
Prvi raĉunari su se pojavili kao odgovor na ĉovekovu teţnju da se proces
raĉunanja pojednostavi, ubrza i uĉini taĉnijim. MeĊutim, danas se raĉunari ne
koriste samo za ovu namenu, već i za rešavanje širokog spektra sloţenih
nauĉno-tehniĉkih problema (projektovanje i upravljanje procesima u
industriji, saobraćaju, komunikacijama i sl.), u ekonomiji (za potrebe
menadţmenta, knjigovodstva, bankarstva, ...), u umetnosti i izdavaštvu
(procesiranje i prelom teksta, crtanje, slikanje, sintezu, obradu i reprodukciju
audio i video materijala), kao i u svakodnevnom ţivotu (korišćenje kućnih
ureĊaja poput radija i televizije i sl.). Zahvaljujući raĉunarima, ĉovek je danas
u stanju da odvoji više vremena za potrebe postavljanja i rešavanja
fundamentalnih problema, prepuštajući raĉunaru rešavanje konkretnih
zadataka vezanih za ove probleme.
Potreba za uspostavljanjem i odrţavanjem veza izmeĊu ljudi, raznih
organizacija, preduzeća i sl. predstavlja još jedan segment ljudskog
interesovanja gde su raĉunari zauzeli lidersko mesto. Upotrebom raĉunara,
današnja era mobilne telefonije i Interneta podigla je nivo kvaliteta u
komunikacijama omogućivši brzu i jednostavnu komunikaciju izmeĊu ljudi,
razmenu dokumenata i elektronske pošte, pretragu podataka, elektronsko
bankarstvo i trgovinu, oglašavanje i reklamiranje i mnoštvo drugih javnih i
privatnih servisa.
2 Uvod
Paralelno sa razvojem raĉunara i njihovih hardverskih komponenti,
razvijane su i softverske komponente pomoću kojih je bilo moguće jedan isti
raĉunar koristiti za obavljanje razliĉitih zadataka. Osim toga, stalnim
usavršavanjem hardvera i softvera raĉunara omogućeno je da se više razliĉitih
procesa moţe istovremeno izvršavati na jednom raĉunaru.
Razvoj raĉunarske tehnologije ne bi bio moguć bez zaĉetka i razvoja
odreĊenih nauĉnih oblasti kao što su na primer raĉunarsko inţenjerstvo
(computer engineering), nauka o raĉunarima (computer sciences) i raĉunarske
tehnologije (computer technology). Raĉunarsko inţenjerstvo se bavi
projektovanjem i proizvodnjom fiziĉkih komponenti raĉunara, nauka o
raĉunarima se bavi teorijskim aspektima arhitekture raĉunara i raĉunarskog
softvera, dok se raĉunarske tehnologije bave praktiĉnom primenom
raĉunara.
Primena sve savremenijih tehniĉkih sredstava, a posebno elektronskih
raĉunara za automatsku obradu podataka uslovila je razvoj još jedne nauĉne
discipline koja se naziva informatika. Koren reĉi informatike potiĉe od
francuskih reĉi information i automatique, što u prevodu znaĉi automatska
obrada podataka. Informatika je dakle nauka koja prouĉava teorijske osnove
informacija, njihovu obradu i implementaciju uz pomoć raĉunara. Budući da
je nastanak i razvoj informatike tesno povezan za primenu raĉunara,
informatika se moţe definisati i kao nauĉna disciplina koja istraţuje sastav,
funkcionisanje, oblikovanje i prenos informacija uz pomoć raĉunara.
3
I OSNOVE RAĈUNARSTVA I
INFORMATIKE
I-1 ISTORIJSKI RAZVOJ SREDSTAVA ZA RAĈUNANJE
Da bi se došlo do današnjih raĉunara, moralo je da proĊe više od hiljadu
godina. Na tom putu pojavilo se mnogo ljudi, koji su, samostalno ili u manjim
grupama, radili na razvoju sredstava i mašina za raĉunanje. Taj put je bio
trnovit jer razvoj mnogih ideja i koncepata na kojima su zasnovani današnji
raĉunari nije mogao da bude realizovan pošto tehnologija tog vremena to nije
omogućavala.
U razvoju sredstava za raĉunanje i raĉunara moţemo izdvojiti sledeća
ĉetiri perioda: premehaniĉki, mehaniĉki, elektromehaniĉki i elektronski
period. U nastavku će biti opisani samo glavni dogaĊaji koji su uticali na
razvoj raĉunarstva u ovim periodima.
I-1.1 PREMEHANIĈKI PERIOD
Premehaniĉki period (od 30. veka p.n.e. do sredine 15. veka n.e.)
odlikuje pronalazak razliĉitih sistema i tehnologija za pisanje i brojanje, kao i
pojavu prvih naprava za raĉunanje i pamćenje rezultata.
Oko 3000. godine pre nove ere u Mesopotamiji je ustanovljen prvi
sistem za pisanje, tzv. klinasto pismo. Feniĉani su oko 2000 godine p.n.e.
formirali prvi alfabet koji je definisao simbole koji su odgovarali
pojedinaĉnim slogovima i suglasnicima. Grci su prihvatili ovaj alfabet i dodali
mu samoglasnike, dok su Rimljani dali slovima latinska imena i tako formirali
alfabet koji se i danas koristi. Egipćani su, oko 2600. godine p.n.e. otkrili
mogućnost pisanja na posebno pripremljenim listovima biljke papirus. Oko
100. g.n.e. u Kini je pronaĊena tehnologija za proizvodnju papira koja se,
neznatno modifikovana, koristi i danas. U ovom periodu javljaju se i prve
biblioteke sa knjigama.
4 Informatika i raĉunarske komunikacije
Razvoj brojĉanih sistema omogućio je zapis brojeva i raĉunanje. Najpre
su razvijeni nepozicioni brojni sistemi, kao što su egipatski i rimski, a potom i
pozicioni brojni sistemi, kao što su devetocifreni (pronašli su ga Indusi
izmeĊu 100. g.n.e. i 200. g.n.e.) i desetocifreni (otkrili su ga Arapi oko 875.
g.n.e.)
Sl. 1.1. Abakus
Raĉunanje je za ĉoveka postalo vaţno kada je poĉela da se razvija
trgovina. Prva ĉovekova pomagala za raĉunanje bili su prsti na rukama,
kamenĉići i drvca. Drevni narodi su za pamćenje brojeva koristili kanap sa
ĉvorovima, tzv. kipu. Kipu se sastojao iz glavnog horizontalnog uţeta, a na
njega su se vešala pomoćna vertikalna (viseća) uţad. Na visećim uţadima
pravili su se ĉvorovi na jednakim rastojanjima. Oblik ĉvora je predstavljao
cifru, dok je rastojanje od glavnog uţeta predstavljalo vrednost cifre.
U prve naprave za raĉunanje koje je pronašao ĉovek ubraja se abakus
(sl. 1.1). Abakus je naziv za grupu sliĉnih pomagala u raĉunanju, koje liĉe na
današnje raĉunaljke. To je naprava koja ima pokretne delove, ali se ne ubraja
u mašine jer pokretni delovi nisu meĊusobno povezani a sve operacije izvodi
sam korisnik. Abakus je saĉinjen od kuglica nanizanih na ţice. Svaka ţica
daje odgovarajuću teţinu svojim kuglicama i na taj naĉin oponaša poziciju
cifre u broju. U literaturi se za mesto i vreme nastanka abakusa pominju
razliĉiti podaci (npr. Kina 4000 g.p.n.e., Vavilon 3000 g.p.n.e., i Egipat i Kina
500 g.p.n.e.)). Abakus se danas još uvek koristi kao sredstvo za raĉunanje u
nekim istoĉnim zemljama. Mnoţenje i deljenje pomoću abakusa izvodi se
mnogo teţe nego sabiranje i oduzimanje. Tek krajem 16. veka, uvoĊenjem
logaritma od strane škotskog matematiĉara Dţona Nepera, pomoću koga se
operacije mnoţenja i deljenja mogu svesti na sabiranje i oduzimanje, bilo je
moguće i jednostavno upotrebiti abakus za mnoţenje i deljenje.
I Osnove raĉunarstva i informatike 5
I-1.2 MEHANIĈKI PERIOD
Mehaniĉki period (od sredine 15. veka do sredine 19. veka)
okarakterisan je razliĉitim mehaniĉkim pronalascima koji su imali za cilj da
olakšaju i ubrzaju raĉunanje. U ovom periodu pronaĊena je štamparska presa
sa pokretnim slogovima od metala od strane Johana Gutenberga (1450. god.) i
time udareni temelji budućem izdavaštvu. Veliko otkriće u ovom periodu
predstavlja i pomenuti pronalazak logaritama od strane Dţona Nepera, kao i
decimalne taĉke u zapisima brojeva. Isti istraţivaĉ i nauĉnik je konstruisao i
razliĉita sredstva za raĉunanje od kojih je najpoznatiji kalkulator u obliku
šahovske table. 1622. godine Viljam Outred pronašao je logaritmar (šiber)
pomoću koga su se aritmetiĉke operacije izvodile pomeranjem lenjira.
Otac prve raĉunske mašine koja je mogla da sabira i oduzima unete
brojeve smatra se Blez Paskal. On je 1643. god. izumeo mašinu koje je
obavljala, sabiranje i oduzimanje brojeva i automatski prenos izmeĊu dekada.
Mehanizam mašine zasnivao se na zupĉanicima sliĉnim današnjim
brojĉanicima na automobilu. Dalje, 1671 nemaĉki nauĉnik Gotfrid Vilhelm
fon Lajbnic izumeo je raĉunsku mašinu, koja je napravljena tek 1694. Ova
mašina je mnoţila brojeve koristeći tehniku uzastopnog sabiranja. Paskalova i
Lajbnicova mašina nisu doţivele komercijalnu upotrebu zbog svoje sloţenosti
i niskog tehnološkog razvoja onog vremena.
Mnogo godina kasnije, 1820. Ĉarls Havijer Tomas napravio je prvi
komercijalni mehaniĉki kalkulator koji je mogao da obavlja sve ĉetiri
aritmetiĉke operacije. Ovaj kalkulator je više puta modifikovan i krajem 19.
veka bio je u stanju da skladišti i po potrebi pristupa meĊurezultatima
izraĉunavanja, kao i da štampa konaĉne rezultate.
Ĉarls Babidţ je 1812. godine projektovao prvu automatsku mehaniĉku
raĉunarsku mašinu (sl. 1.2), nazvanu diferencna mašina, koja je mogla
samostalno da radi i izvršava odreĊene matematiĉke funkcije. Demonstracioni
model ove mašine je napravljen 1822. godine, ali se ubrzo od ovog projekta
odustalo u korist nove ideje koja je nazvana analitiĉka mašina. Ova mašina je
trebalo da bude prvi automatski mehaniĉki digitalni raĉunar opšte namene koji
bi bio programski potpuno kontrolisan. Iako analitiĉka mašina nije
komercijalno realizovana, ona se u logiĉkim komponentama gotovo podudara
sa današnjim raĉunarima. Ona poseduje: memoriju, aritmetiĉku jedinicu,
upravljaĉku jedinicu, ulazne i izlazne ureĊaje.
6 Informatika i raĉunarske komunikacije
Sl. 1.2. Diferencna mašina
I-1.3 ELEKTROMEHANIĈKI PERIOD
Elektromehaniĉki period (od sredine 19. veka do ĉetrdesete godine 20.
veka) je karakteristiĉan po razvoju elektriĉnih komponenti i ureĊaja u
kombinaciji sa mehaniĉkim komponentama. Paralelno sa razvojem elektriĉnih
ureĊaja razvijala se i jedna posebna nauĉna oblast vezana za prenos podataka
na velikim rastojanjima koja je nazvana telekomunikacije. Prvi najznaĉajniji
pronalasci iz ovog perioda su: otkriće telegrafa (1830), zatim telefona (1876) i
radija (1894). Veliki dogaĊaj u ljudskoj istoriji desio se 1866. god. kada je
podmorskim telegrafskim kablom spojena Evropa i Amerika.
Uporedo sa razvojem telekomunikacija i telekomunikacione opreme, u
ovom periodu objavljeno je i više desetina radova iz oblasti matematiĉke
logike, kojom su udareni temelji modernom raĉunarstvu. Dţordţ Bul je
sredinom devetnaestog veka opisao sistem za simboliĉko i logiĉko
rasuĊivanje koji je kasnije postao osnova za projektovanje raĉunara. On je
tvorac tzv. matematiĉke logike i dela algebre koja nosi njegovo ime (Bulova
algebra).
Krajem 19. i poĉetkom 20. veka otpoĉela je masovnija proizvodnja
elektromehaniĉkih mašina za raĉunanje. Herman Holerit je 1884. god.
patentirao automatsku mašinu za tabeliranje i sortiranje (sl. 1.3) zasnovanu na
bušenim karticama. On je osnovao kompaniju za proizvodnju komercijalnih
mehaniĉkih raĉunskih mašina, koja je uz promenu imena danas poznata pod
nazivom „IBM“.
I Osnove raĉunarstva i informatike 7
Sl. 1.3. Mašinu za tabeliranje Sl. 1.4. MARK I raĉunar
Najznaĉajniji elektromehaniĉki raĉunari iz ovog perioda su:
IBM 601 (1935. god.) - elektromehaniĉki raĉunar sa bušenim karticama
koji je mogao da obavlja mnoţenje brojeva za jednu sekundu.
Z1-4 - serija elektromehaniĉkih raĉunara koji su projektovani i
proizvedeni u Nemaĉkoj od 1934 do 1941. god. Serija Z4 je intenzivno
korišćena u razvoju nemaĉkih letećih bombi.
MARK I-III – serija elektromehaniĉkih raĉunara napravljena na
Harvardskom univerzitetu. Projekat raĉunara Mark I (sl. 1.4) je zapoĉet 1937
a završen 1944. god. Duţina ovog raĉunara je iznosila oko 17 metara a visina
oko 2,5 metra. Imao je 800 km ugraĊenih ţica, 750000 delova, oko 3 miliona
elektriĉnih spojeva. Aritmetiĉke operacije su obavljane u fiksnom zarezu
(sabiranje za 1/3 sekunde a mnoţenje za 1 sekundu).
I-1.4 ELEKTRONSKI PERIOD
Elektronski period (od ĉetrdesete godine 20. veka do danas) odlikuje
veliki broj pronalazaka iz oblasti elektronike kao što su: elektronsko logiĉko
kolo (1903), elektronska vakumska cev (1906), flip-flop (1919), televizija
(1927), ekran sa katodnom cevi (1928), prvi 16-bitni sabiraĉ sa vakumskim
cevima (1939) i dr.
Prvi elektronski digitalni raĉunar projektovali su Dţon Atanasov i
Kliford Beri na Univerzitetu Ajova 1939. godine. Raĉunar je nazvan ABC i
nikada nije završen.
8 Informatika i raĉunarske komunikacije
Sl. 1.5. Raĉunar Eniac
U toku drugog svetskog rata na Univerzitetu Pensilvanija, projektovan je
i uspešno napravljen prvi elektronski raĉunar opšte namene pod nazivom
ENIAC (sl. 1.5). Projekat je zapoĉeo 1942. godine, a završen je 1945 godine.
Program koji se izvršavao u ovom raĉunaru skladištio se u centralnoj
memoriji, a programske instrukcije su se izvršavale oko 1000 puta brţe nego
na raĉunaru MARK I. ENIAC je programiran ukljuĉivanjem i iskljuĉivanjem
kablova i prekidaĉa, a bušene kartice su korišćene za ulaz i izlaz podataka.
Raĉunar se sastojao od 17000 elektronskih cevi, 70000 otpornika, 10000
kondenzatora i 6000 prekidaĉa i posedovao je 500000 lemljenih spojeva. U
poĉetku je bio korišćen u vojne svrhe za projektovanje atomskog i balistiĉkog
oruţja, a kasnije i za civilne namene.
Na Univerzitetu Pensilvanija 1944. godine pokrenut je još jedan projekat
pod nazivom EDVAC na kome je radio i Dţon fon Nojman. Ovaj istraţivaĉ je
ponudio novi raĉunarski koncept po kome se istovremeno u centralnoj
memoriji raĉunara skladište i podaci i programske instrukcije. Na taj naĉin se
program mogao menjati sa istom lakoćom i brzinom kao i podaci. Ovaj
koncept raĉunara zadrţan je do današnjih dana. EDVAC je bio prvi raĉunar
koji je koristio magnetne diskove.
Upotreba vakumskih cevi kao aktivnih komponenti u izradi elektronskih
raĉunara definiše prvu generaciju raĉunara. Za nastanak prve generacije
raĉunara uzima se poĉetak pedesetih godina 20. veka. Memorije koje su se
koristile za skladištenje programa i podataka u raĉunarima prve generacije su
magnetne trake i doboši.
Pronalaskom poluprovodniĉkih tranzistora od germanijuma (1947. god.)
i silicijuma (1954. god.) otpoĉela je nova era moderne elektronike i
raĉunarstva. U odnosu na elektronske cevi, tranzistori su znatno manjih
I Osnove raĉunarstva i informatike 9
dimenzija, sa manjom potrošnjom elektriĉne energije i duţim ţivotnim
vekom. Ove karakteristike tranzistora obezbedile su im prednost nad
elektronskim cevima pri izradi kako jednostavnih ureĊaja tako i sloţenih
raĉunarskih sistema. Koristeći tranzistore kao aktivne komponente, od kraja
pedesetih do sredine šezdesetih godina dvadesetog veka, konstruisani su i
proizvedeni razliĉiti raĉunari druge generacije koji su se odlikovali većim
stepenom integracije poluprovodniĉkih komponenata, manjom dimenzijom i
potrošnjom elektriĉne energije kao i niţom cenom od raĉunara prve
generacije. U raĉunare druge generacije ugraĊivalo se je u proseku oko 10000
pojedinaĉnih tranzistora. Najveći uspeh u ovom periodu postigao je raĉunar
IBM 1401, koji je IBM-u obezbedio tadašnje lidersko mesto na trţištu
raĉunara.
Dalji razvoj elektronike išao je u pravcu još veće minijaturizacije
poluprovodniĉkih komponenti (otpornika, kondenzatora, dioda i tranzistora) i
proizvodnje digitalnih logiĉkih kola sa većom integracijom. Stalnim razvojem
tehnologije integrisanih kola rastao je broj digitalnih elektronskih kola po
jedinici površine. U tom smislu, tokom sedamdesetih godina dvadesetog veka
razvile su sledeće klase integrisanih kola:
SSI, sa malim stepenom integracije (logiĉka kola, 1964.),
MSI, sa srednjim stepenom integracije (registri, 1968.),
LSI, sa velikim stepenom integracije (memorije, centralni procesori,
1971)
VLSI, sa veoma velikim stepenom integracije (mikroprocesori, 1980.),
Primenom SSI, MSI i LSI tehnologija integrisanih kola projektovani su i
proizvedeni raĉunari treće generacije. Broj aktivnih komponenti ove
generacije raĉunara narastao je sa 10000 na više od pola miliona. Odlikuje ih
niţa cena, viša pouzdanost, manje dimenzije, manja potrošnja i veća brzina
rada u odnosu na raĉunare druge generacije. MeĊutim, u odnosu na naredne
generacije raĉunara, raĉunari treće generacije su priliĉno glomazni,
nemodularni, spori i imaju veliku potrošnju elektriĉne energije. Za potrebe
skladištenja programa i podataka, raĉunari treće generacije su umesto
magnetne trake koristili magnetni disk kao brţi i pouzdaniji medijum. Ovu
generaciju raĉunara (tzv. mainframe raĉunari) obeleţila je serija raĉunara
IBM 360.
Primenom VLSI tehnologije integrisanih kola projektovani su i
proizvedeni raĉunari ĉetvrte generacije. Zahvaljujući VLSI tehnologiji, po
prvi put u istoriji raĉunarstva, za potrebe projektovanja raĉunara korišćeni su
tzv. mikroprocesori, koji predstavljaju specijalizovane elektronske ĉipove sa
vrlo visokim stepenom integracije i velikim brojem razliĉitih funkcija koje
mogu da izvrše. Većina funkcija koje obavlja mikroprocesor realizovane su
softverski uz pomoć odgovarajućih programa smeštenih unutar memorije
10 Informatika i raĉunarske komunikacije
mikroprocesora, dok je samo mali deo osnovnih funkcija implementiran
hardverski, pomoću odgovarajućih digitalnih elektronskih kola smeštenih
unutar mikroprocesora. U kombinaciji sa memorijom i ulazno-izlaznim
jedinicama mikroprocesori su definisali dve nove klase raĉunarskih sistema
koje nazivamo mini i mikroraĉunari (sl. 1.6).
Najĉešće korišćeni mikroraĉunari su tzv. PC raĉunari (raĉunari za liĉnu
upotrebu). Sredinom sedamdesetih godina 20. veka meĊu prvim PC
raĉunarima pojavili su se raĉunari Apple I i II kompanije Apple Computers.
Poĉetkom osamdesetih godina Apple Computers je na trţištu izbacila raĉunar
Lisa ĉiji se operativni sistem zasnivao na grafiĉkom okruţenju uz korišćenje
sistema menija, ikona i miša. Ovaj raĉunar nije imao tako veliki uspeh kao
njegovi sledbenici koji su iz Apple Computers izašli pod imenom Apple
Macintosh.
Sl 1.6. Mini i mikro raĉunari
Sl. 1.7. PC i notebook raĉunari Sl. 1.8. PDA raĉunar
Uvidevši uspeh raĉunara Apple II, kompanija IBM je takoĊe poĉela da
proizvodi raĉunare zasnovane na mikroprocesoru. Ona je 1981. godine razvila
sopstveni mikroraĉunar pod nazivom IBM PC. Ovaj tip raĉunara je ubrzo
postao standard za dalji razvoj mikroraĉunara pod nazivom IBM kompatibilni
PC raĉunari (sl. 1.7). U poslednjoj deceniji dvadesetog veka poĉeli su da se
proizvode mobilni raĉunari kao što su notebook (laptop) raĉunari (sl. 1.7) i
PDA ureĊaji (Personal digital assistant) (sl. 1.8.).
I Osnove raĉunarstva i informatike 11
Paralelno sa razvojem hardverskih komponenti raĉunara, razvijale su se i
softverske komponente. Pronalaskom programskih jezika i operativnog
sistema raĉunara stvoreni su uslovi za jednostavnije i brţe projektovanje i
primenu raĉunarskih sistema koji rade u sloţenijim uslovima.
Razvojem raĉunara visokih performansi, kao i sve veća potreba za
decentralizovanim raĉunarskim sistemima, diktirali su prelazak sa
individualne obrade podataka na distribuiranu obradu. Distribuirana obrada je
zahtevala razvoj razliĉitih tipova raĉunarskih mreţa, a kao najĉešći model za
razmenu podataka korišćen je klijent-server model. Po osnovnoj definiciji,
serveri su specijalizovane raĉunarske mašine vrhunskih performansi, koje
klijentskim raĉunarima, pomoću odreĊenih servisa pruţaju unapred zadate
usluge. Zahvaljujući ovoj tehnologiji razvijena je globalna svetska raĉunarska
mreţa – Internet. Internet nije samo mreţa, već i skup servisa, usluga i zabava
koje se nude korisnicima.
U današnje vreme, upravljanje tehnološkim procesima i ureĊajima koji
se koriste u svakodnevnom ţivotu zahteva sve veću primenu digitalnih
raĉunara i specijalizovanog softvera. Svedoci smo naglog razvoja i primene
liĉnih i prenosivih raĉunarskih aparata i ureĊaja od mobilnih telefona, PDA
ureĊaja pa do laptop raĉunara. TakoĊe, raĉunari se primenjuju i kod sistema
za navigaciju, za procenu vremenske prognoze, kontrolu saobraćaja na
autoputevima i sl.
Kao odgovor na primenu raĉunarskih sistema u jako sloţenim uslovima
rada, kao i potreba za sve većom brzinom i preciznošću, razvijeni su
inteligentni raĉunarski sistemi koji predstavljaju poslednju, petu generaciju
raĉunara. Ova klasa raĉunara opremljena je posebnim softverskim
komponentama koje se zasnivaju na tzv. inteligentnim algoritama (neuronske
mreţe, fuzzy logika, genetiĉki algoritmi, ekspertski sistemi itd.). Inteligentni
algoritmi, na bazi podataka iz prošlosti i tekućeg stanja objekta ili procesa
donose odgovarajuće „inteligentne“ odlike o njegovom budućem ponašanju.
U današnje vreme, raĉunari se primenjuju za obavljanje mnogobrojnih
poslova, kao što su: obrada teksta, crtanje i obrada slika i video zapisa, obrada
zvuka, animacija, komunikacije, baze podataka, nauĉno-tehniĉki proraĉuni,
zabava, razonoda i sl.
I-2 PODELA RAĈUNARSKIH SISTEMA
Raĉunsko sredstvo predstavlja svako pomagalo izgraĊeno u cilju
obavljanja odreĊenih raĉunskih operacija. Ove operacije se mogu izvršavati
manuelno, poluautomatski i automatski. Primer manuelnog raĉunarskog
sredstva je npr. šiber a poluautomatskog stoni kalkulator. Raĉunska sredstava
koja automatski obavljaju svoje operacije nazivaju se raĉunari.
12 Informatika i raĉunarske komunikacije
Prema upotrebljenoj tehnologiji i nameni raĉunari se dele na analogne i
digitalne raĉunare.
Sl. 1.9. Analogni raĉunar
Analogni raĉunari (sl. 1.9) su raĉunari koji izvode matematiĉke
operacije nad podacima datim u obliku kontinualnih elektriĉnih napona.
Pojavili su se u vreme razvoja prvih digitalnih raĉunara i poslednje dve
decenije su stavljeni van upotrebe, jer su ih zamenili digitalni raĉunari.
Analogni raĉunari su izgraĊeni od analognih elektronskih blokova koji
obavljaju specijalizovane matematiĉke operacije kao što su: sabiranje,
oduzimanje, mnoţenje, deljenje, inverziju i integraciju. Povezivanjem
pomenutih blokova na odgovarajući naĉin formira se analogni elektriĉni
simulacioni model nekog objekta ili procesa koji je opisan sistemom
diferencijalnih jednaĉina. Ova klasa raĉunara nije programabilna.
Digitalni raĉunari (ili kraće raĉunari) svoj rad zasnivaju na cifarskoj
aritmetici, tj. rade iskljuĉivo sa brojevima, pa se ĉesto nazivaju i cifarski
raĉunari. Ovi raĉunari su dobili ime digitalni zato što su realizovani pomoću
digitalnih elektronskih kola (ĉipova) i što aritmetiĉko-logiĉke operacije
obavljaju iskljuĉivo u binarnom brojnom sistemu nad ciframa 0 i 1.
Digitalni raĉunari su programabilni jer prihvataju, obraĊuju i
distribuiraju podatke na bazi odgovarajuće softverske podrške. Zahvaljujući
programabilnosti, jedan digitalni raĉunar moţe da se koristi za obavljanje više
razliĉitih poslova. Potrebno je samo da se instalira i pokrene program na
digitalnom raĉunaru koji rešava odgovarajući zadatak. Za rešavanje problema
pomoću digitalnih raĉunara, svaki problem mora da se rašĉlani na
elementarne korake, a zatim da se za svaki od tih koraka napiše odgovarajuća
instrukcija koju raĉunar moţe da razume. Postupak pisanja raĉunarskih
instrukcija naziva se programiranje. Skup instrukcija (naredbi) napisanih za
izvršenje neke obrade na raĉunaru naziva se program a ljudi koji pišu
programe nazivaju se programeri. Skup programa koji je instaliran na jednom
raĉunaru predstavlja softver raĉunara.
I Osnove raĉunarstva i informatike 13
Pod hardverom raĉunara podrazumevamo sve njegove fiziĉke
komponente zajedno sa svim njegovim ulaznim i izlaznim ureĊajima.
Raĉunarski sistem podrazumeva jedinstvo njegovog hardvera i softvera i
obezbeĊuje veću efikasnost i brzinu u radu sa podacima, kvalitetniji i jeftiniji
rad, taĉnost, pouzdanost, pravovremenost i nesubjektivnost.
Sa stanovišta broja instrukcija koje raĉunar moţe da izvrši u jednom
trenutku vremena raĉunari se dele na serijske raĉunare, paralelne
(superraĉunare) i ultraraĉunare. Serijski raĉunari u jednom trenutku vremena
izvršavaju jednu programsku instrukciju nad samo jednim podatkom u
memoriji. Paralelni ili superraĉunari u jednom trenutku vremena mogu da
izvrše jednu programsku instrukciju nad više podataka u memoriji, dok
ultraraĉunari u jednom trenutku vremena mogu da izvrše više programskih
instrukcija nad više podataka u memoriji.
Pored nabrojanih podela, raĉunarski sistemi se mogu podeliti i prema
svojoj veliĉini. U odnosu na veliĉinu raĉunarski sistemi se dele na: mikro
raĉunarske sisteme, mini (srednje) raĉunarske sisteme i mainframe (velike)
raĉunarske sisteme.
Mikro raĉunarske sisteme (sl. 1.10) ĉini široka lepeza raĉunara
opremljenih za samostalan rad jednog ili više korisnika. U ovu grupu raĉunara
spadaju personalni raĉunari (PC raĉunari) i profesionalni mikro raĉunari. PC
raĉunari su namenjeni za liĉnu upotrebu krajnjih korisnika, dok su
profesionalni mikro raĉunari, kao pouzdaniji i kvalitetniji raĉunari,
specijalizovani za odreĊenu vrstu poslova. Prave se kao jednokorisniĉki
(klijent) ili višekorisniĉki (server) raĉunari i mogu da opsluţe desetak
korisnika u raĉunarskoj mreţi. Mikro raĉunarski sistem odrţava sam korisnik.
Mini (srednji) raĉunarski sistemi (sl. 1.11) poseduju veću procesorsku
moć i memoriju od mikroraĉunara. Namenjeni su specijalizovanim
korisnicima koji se sa njima povezuju ili terminalom (uobiĉajeno) ili
samostalnim PC raĉunarom (reĊe). Obiĉno su meĊusobno povezani u
raĉunarsku mreţu. Omogućavaju simultani rad više desetina korisnika i nude
podršku za rad sa bazama podataka i sl. Ne zahtevaju profesionalno osoblje za
upravljanje.
Mainframe (veliki) raĉunarski sistemi (sl. 1.12) su raĉunarski sistemi
sa jednim centralnim raĉunarom velike procesorske moći i memorijskog
kapaciteta, koji se smešta u posebnu prostoriju sa gotovo idealnim klimatskim
uslovima. Njima upravljaju profesionalno obuĉena lica. Centralnom raĉunaru
se pristula pomoću tzv. „glupih“ terminala male procesorske moći, koji su
opremljeni tastaturom i monitorom. Danas se mainframe raĉunarski sistemi
koriste za skladištenje i opsluţivanje ogromne koliĉine podataka, ili, kao
ekstremno moćni raĉunari (superraĉunari), u nauĉne ili neke druge svrhe.
Koncept razvoja današnjih moćnih raĉunarskih sistema nije usmeren ka
pojedinaĉnim centralizovanim i skupim mainframe raĉunarima, već se on
14 Informatika i raĉunarske komunikacije
zasniva na decentralizaciji, tj. na umreţavanju većeg broja pojedinaĉnih
jeftinih mikro i mini raĉunara u odgovarajuće raĉunarske mreţe. Zahvaljujući
distribuiranoj obradi podataka, danas je moguće jedan sloţeni zadatak rešiti
pomoću više umreţenih mikro i/ili mini raĉunara proseĉnih procesorskih
sposobnosti.
Sl. 1.10. Mikro raĉunarski sistem
Sl. 1.11. Mini raĉunarski sistem Sl. 1.12. Mainframe raĉunarski sistem
I-3 STRUKTURA RAĈUNARSKOG SISTEMA
Arhitektura svih današnjih digitalnih raĉunara zasnivana je na fon
Nojmanovoj arhitekturi raĉunara. Prema ovoj arhitekturi, raĉunar se sastoji iz
sledećih osnovnih komponenti:
centralne procesorske jedinice (CPJ),
unutrašnje memorije,
spoljašnje memorije i
ulazno/izlaznih (U/I) jedinica.
Na sl 1.13 prikazane su meĊusobne veze izmeĊu ovih komponenti, pri
ĉemu je punim linijama prikazan tok podataka izmeĊu komponenti raĉunara a
isprekidanim linijama tok upravljaĉkih signala.
Ter
min
ali
CPJ Front End
procesor
HD
ureĊaji
Terminali
HD CPJ UreĊaj sa
magnetnom. trakom
I Osnove raĉunarstva i informatike 15
CPJ se sastoji iz aritmetiĉko-logiĉke jedinice (ALJ) i upravljaĉke
jedinice (UJ).
ALJ se sastoji od registara i elektronskih kola projektovanih za
izvoĊenje osnovnih aritmetiĉkih (sabiranje, oduzimanje, mnoţenje i deljenje) i
logiĉkih operacija (i, ili, ne, ekskluzivno ili). U ALJ se odigrava celokupno
procesiranja podataka, pri ĉemu se podaci po potrebi pribavljaju iz unutrašnje
memorije ili se u nju upisuju nakon procesiranja.
Raĉunar obraĊuje podatke u CPJ tako što izvršava naredbe (instrukcije)
odgovarajućeg programa za obradu podataka unutar ALJ.
Pre poĉetka obrade podataka, iz spoljašnje memorije raĉunarskog
sistema, uĉitava se program za obradu podataka. Ĉesto se zajedno sa
programom uĉitavaju i podaci koje treba obraditi, mada se podaci mogu po
potrebi uĉitati i u toku rada samog programa. U fazi izvršavanja programa,
sinhrono sa taktom CPJ, iz unutrašnje memorije, uĉitava se po jedna
programska instrukcija sa potrebnim podacima u memorijski registar CPJ.
Uĉitana instrukcija, zajedno sa potrebnim podacima, izvršava se u ALJ
procesora. Kao rezultat završetka odreĊenog broja instrukcija, dobijaju se
podaci koji se dalje šalju u unutrašnju memoriju raĉunara radi skladištenja. Po
potrebi, podaci iz unutrašnje memorije mogu da se prebace i uskladište u
spoljašnju memoriju.
Sl. 1.13 Fon Nojmanova organizacija raĉunarske mašine
UJ koordinira radom celog raĉunarskog sistema. Ona kontroliše
izvršavanje programa tako što uzima instrukcije iz memorije, dekodira ih i
shodno datoj instrukciji upravlja akcijama drugih jedinica. TakoĊe, UJ
inicijalizuje operacije nad ulazno-izlaznim jedinicama kada se ţeli prijem ili
slanje podataka sa ulazno-izlaznih ureĊaja i/ili memorije.
CPJ
UJ
Unutrašnja
memorija
ALJ
Spoljašnja
memorija U/I
ureĊaji
16 Informatika i raĉunarske komunikacije
Unutrašnja memorija sluţi za privremeno ĉuvanje programa i podataka
dok je raĉunar ukljuĉen. Ima veliku brzinu i direktno komunicira sa ALJ.
U/I su ureĊaji koji najĉešće sluţe za unos podataka u raĉunar, kao i za
njihovu prezentaciju.
Spoljašnja memorija sluţi za trajno skladištenje podataka i programa.
Ima veći kapacitet i manju brzinu od unutrašnje memorije.
Na kraju, daju se osnovne odlike fon Nojmanove arhitekture raĉunarskog
sistema:
Raĉunarski sistem poseduje samo jednu memoriju u kojoj se ĉuvaju i
podaci i instrukcije programa. IzmeĊu zapisa podataka i instrukcija ne postoje
razlike, tj. jedino od naĉina interpretacije zavisi koji sadrţaj će biti shvaćen
kao podatak a koji kao instrukcija.
Memorija raĉunara je adresibilna po lokacijama kojima se moţe
pristupiti bez obzira kakav im je sadrţaj.
Izvršavanje instrukcija se izvodi strogo sekvencijalno, sem ukoliko
drugaĉije nije eksplicitno naglašeno (npr. izvršavanjem instrukcije skoka se
moţe modifikovati redosled izvršavanja instrukcija).
I-4 PODACI I INFORMACIJE
Ĉesto se u javnosti ĉuje tvrĊenje da danas ţivimo u informacionom dobu
ili informacionom društvu. Time se ţeli reći da je informacija jedno od
najvaţnijih obeleţja današnjeg društva. Mnogi smatraju da napredak neke
zajednice bitno zavisi od raspoloţivih informacija i naĉinu rukovanja njima,
pa je stoga vaţno razumeti osnovne pojmove vezane za informacije. MeĊutim,
informacija je apstraktni pojam, pa se zato ona definiše indirektno pomoću
drugih pojmova kao što su podaci ili entropija.
Podatak je ĉinjenica koju smo spoznali opaţanjem, tj. registrovali
svojim ĉulima. Podaci se mogu opisati pomoću razliĉitih simbola odnosno
formi kao što su: slova, brojevi, specijalni znaci, slike, crteţi, zvuk i sliĉno, ili
njihove kombinacije (multimedija).
Na sl. 1.14 su prikazana tri podatka. Dva podatka prikazana su pomoću
crteţa, a jedan brojem. Prema usvojenom dogovoru, levom crteţu na slici
pripisuje se znaĉenje opasnost od radioaktivnosti, a crteţu desno svojstvo
materijala da se moţe reciklirati. Onog trenutka kada razumemo podatak (dat
npr. u obliku crteţa), on postaje informacija. MeĊutim, znaĉenje podatka
prikazanog brojem u sredini slike nije jasno; njegovo znaĉenje moglo bi biti
bilo šta. Na primer, mogla bi to biti cena neke robe u prodavnici, broj
posetioca na koncertu ili godina kada je Gutenberg pronašao štamparsku
mašinu. Sve dok broj nema znaĉenja nazivamo ga podatak. U trenutku kada
I Osnove raĉunarstva i informatike 17
broju pripišemo neko znaĉenje, on postaje informacija. Dakle, informacija
predstavlja znaĉenje koje se pripisuje podacima.
Preciznija definicija informacije glasi: informacija je skup podataka
(ĉinjenica) tako obraĊenih i organizovanih da predstavljaju neko obaveštenje.
Prema tome, „1450“ je podatak, ali reĉenica „1450. je Gutenberg pronašao
štamparsku mašinu“ jeste informacija.
Podaci mogu, ali i ne moraju da sadrţe informacije. U realnom ţivotu,
cilj je generisati što manju koliĉinu podatka sa što većim informativnim
sadrţajem. Na taj naĉin se velika koliĉina informacija prenosi slanjem male
koliĉine podataka. Podaci koji ne sadrţe korisne informacije s pravom se
mogu u potpunosti odbaciti kao suvišni. Na primer, pri konverziji slike iz
jednog u drugi format, cilj je da veliĉina fajla slike bude što manja (teţi se
minimalnoj veliĉina podataka) sa što većim informativnim sadrţajem (idealno
bez gubitaka informacija).
Sl. 1.14 Podaci ili informacije?
Do informacija se ĉesto dolazi primenom odreĊenih statistiĉkih metoda
nad skupom prikupljenih podataka. U tom smislu se informacija moţe
rigorozno definisati i pomoću teorije verovatnoće, odnosno entropije. Ko što
je poznato, entropija je sila koja nastoji da svaki sistem iz stanja reda i
organizovanosti prevede u stanje nereda i haosa. Za razliku od entropije
informacija ima suprotno znaĉenje. Naime, na bazi pravovremene informacije
moguće je sistem iz stanja haosa prevesti u ţeljeno stanje primenom
odgovarajućih akcija.
Informaciju moramo prihvatiti kao validan i znaĉajan resurs poput
novca, sirovina, opreme i sl. Taĉna i blagovremena informacija postaje resurs
od izuzetne vaţnosti u postupku donošenja ispravnih odluka.
I-5 PREDSTAVLJANJE PODATAKA U RAĈUNARU
Elektronska kola od kojih je sagraĊen digitalni raĉunar mogu da se naĊu
u jednom od dva radna stanja: stanje ukljuĉeno, kada kroz kola protiĉe struja
(stanje oznaĉeno sa 1) i stanje iskljuĉeno, kada nema proticanja struje (stanje
oznaĉeno sa 0). Dakle, digitalni raĉunari mogu da operišu samo sa brojevima
saĉinjenim od cifara 0 i 1. Brojni sistem koji poseduje samo dve cifre naziva
18 Informatika i raĉunarske komunikacije
se binarni brojni sistem. Zbog toga se podaci koji se unose, obraĊuju i
skladište u digitalnim raĉunarima predstavljaju iskljuĉivo binarnim
brojevima (digitalnim reĉima) sa unapred definisanom fiksnom duţinom.
Podaci se, zavisno od tipa podataka (slova, cifre, brojevi, specijalni
znaci, slike, muzika, programska instrukcija, …) koji se obraĊuju i skladište u
digitalnom raĉunaru, predstavljaju u razliĉitim digitalnim formatima.
Zajedniĉko za sve digitalne formate jeste da oni koriste pogodno generisane
binarne brojeve odreĊene duţine za predstavljanje podataka. Moţe se
slobodno reći da binarni brojevi u digitalnim raĉunarima predstavljaju na
jedinstven naĉin kodove realnih podataka. Postupak koji definiše konverziju
realnih podataka u odgovarajuće unapred definisane binarne zapise naziva se
kodiranje. Svaki realni podatak koji se unosi u raĉunar prethodno se binarno
kodira. Binarni kod (ili kraće kod) predstavlja niz nula i jedinica odreĊene
duţine koji u raĉunaru predstavlja neko slovo, cifru, broj, specijalni znak,
programsku instrukciju, deo slike, zvuka ili sl.
Binarni zapis je razumljiv raĉunarima, ali ne i ljudima. Zbog toga se
javlja potreba za dekodiranjem binarnih zapisa u zapise koje ljudi razumeju
(slova, cifre, brojevi, specijalni znaci, slike, muzika,…). Dekodiranje
predstavlja konverziju binarnih zapisa u podatke razumljive ĉoveku. To je
postupak suprotan kodiranju i sastavni je deo prezentacije podataka na nekom
od izlaznih ureĊaja.
Osnovni tipovi podataka koji se sreću u jednom raĉunarskom sistemu su:
brojevi (celi i realni) i znakovni karakteri. Svaki od ovih tipova podataka se
razliĉito predstavlja u raĉunaru. U nastavku se razmatraju mogući naĉini
predstavljanja brojeva, a potom i znakovnih karaktera u raĉunaru. Pre toga se
daju definicije neophodnih pojmova vezanih za organizaciju podataka, kao i
za meru koliĉine podataka.
I-5.1 OSNOVNE ORGANIZACIONE JEDINICE PODATAKA
Kao što smo rekli, podaci se u raĉunaru smeštaju pomoću binarnih
zapisa odreĊene duţine. Duţina binarnog zapisa varira u zavisnosti od tipa
podataka koji ona predstavlja. Da bi se iskazala duţina binarnog zapisa, uvode
se sledeće osnovne jedinice podataka: bit, bajt, polureĉ, reĉ i dvostruka reĉ.
Bit (bit) je najmanja jedinica podataka koja predstavlja pojedinaĉni zapis
nule ili jedinice. Broj razliĉitih zapisa od n bitova iznosi 2n. Na primer sa
ĉetiri bita moţe se napisati 42 16 razliĉitih zapisa.
Grupa od osam (23) bitova poreĊanih u binarnom zapisu naziva se bajt
(B). Sa jednim bajtom moţe ostvariti 82 256 razliĉitih zapisa. 31 8 2 B bita bita
I Osnove raĉunarstva i informatike 19
Bajt predstavlja najmanju koliĉinu podataka u raĉunarskom sistemu koja
se moţe adresirati i kojoj se moţe pristupiti.
Veće jedinice podataka, koje su umnošci bajta, su: polureĉ, reĉ i
dvostruka reĉ. Njihove duţine u bitovima date su u sledećoj tabeli.
Osnovne jedinice podataka Duţina u bitovima
Bajt 8
Polureĉ 16
Reĉ 32
Dvostruka reĉ 64
Podaci po pravilu sadrţe veliki broj bajtova, pa se iskazuju pomoću
većih jedinica kao što su kB, MB, GB ili TB. Odnosi izmeĊu ovih jedinica
dati su sledećim vezama:
1 kB = 1024 B = 210
B
1 MB = 1024 kB = 210
kB = 220
B
1 GB = 1024 MB = 210
MB = 230
B
1 TB = 1024 GB = 210
GB = 240
B
I-5.2 PREDSTAVLJANJE BROJEVA U RAĈUNARU
Pošto se brojevi u raĉunaru predstavljaju u binarnom brojnom sistemu, a
krajnjem korisniku se prezentuju u dekadnom brojnom sistemu, potrebno je
znati kako se brojevi predstavljaju u ovim brojnim sistemima, i kako se vrši
konverzija broja iz jednog u drugi brojni sistem.
I-5.2.1 Pozicioni brojni sistemi
Neka je 0 1 1, , , ra a a konaĉan skup znakova koji sluţe kao cifre
nekog brojnog sistema sa osnovom r. Proizvoljan broj u ovom brojnom
sistemu predstavlja se kao niz konaĉne duţine nad skupom
1 2 1 0 1 2.n n mA a a a a a a a
Indeks koji je pridruţen nekoj cifri u prethodnom zapisu naziva se
pozicija cifre, a ponuĊeni oblik zapisa broja naziva se pozicioni zapis.
20 Informatika i raĉunarske komunikacije
Simbol ”.“ u ovom zapisu predstavlja simbol za razdvajanje celobrojnog od
razlomljenog dela broja.
Za dekadni brojni sistem ( 10r , 0,1, ,9 ) pozicioni zapis se
moţe iskazati u obliku zbira odgovarajućih sabiraka na sledeći naĉin: 1 2 1 0 1 2
1 2 1 0 1 210 10 10 10 10 10 10n n m
n n mA a a a a a a a
Primer. Zapis broja u dekadni brojni sistem
2 1 0 1 2301.09 3 10 0 10 1 10 0 10 9 10
Sliĉno vaţi i za binarni zapis ( 2r , 0,1 )
1 2 1 0 1 2
1 2 1 0 1 22 2 2 2 2 2 2n n m
n n mA a a a a a a a
□
Primer. Zapis broja u binarni brojni sistem
2 1 0 1 2101.01 1 2 0 2 1 2 0 2 1 2
□
I-5.2.2 Konverzija realnog binarnog broja u dekadni broj
Konverzija realnog binarnog broja u dekadni broj dobija se sumiranjem
proizvoda binarnih cifara i njihovih teţinskih koeficijenata u dekadnom
brojnom sistemu. Ovaj postupak vaţi kako za celobrojni deo, tako i za
razlomljeni deo binarnog broja.
Primer. Odrediti dekadni broj za dati binarni broj 101.01
Rešenje. 2 1 0 1 2
2 10101.01 1 2 0 2 1 2 0 2 1 2 4 0 1 0 0.25 5.25
□
I-5.2.3 Konverzija realnog dekadnog broja u binarni broj
Konverzija realnog dekadnog broja u binarni broj vrši se tako što se
odvojeno konvertuju celobrojni i razlomljeni delovi broja i tako dobijeni
brojevi spoje decimalnom taĉkom.
Konverzija celobrojnog dekadnog broja u binarni broj
I Osnove raĉunarstva i informatike 21
Konverzija celobrojnog dekadnog broja u binarni broj zasniva se na
metodi sukcesivnog deljenja sa brojem 2. Naime, dati dekadni broj se najpre
deli sa 2 i zapisuju se celobrojni koliĉnik i ostatak deljenja (0 ili 1). Dobijeni
celobrojni koliĉnik se dalje deli sa 2 i zapisuje se celobrojni koliĉnik i ostatak
deljenja. Postupak se ponavlja sve dok se za celobrojni koliĉnik ne dobije
vrednost 0. Cifre, koje predstavljaju ostatke deljenja, napisane u obrnutom
redosledu, predstavljaju binarni broj koji odgovara datom dekadnom broju.
Primer. Odrediti binarni broj za dati decimalni broj 353.
Rešenje. U sledećoj tabeli prikazan je proces konverzije celobrojnog
dekadnog broja 353 u binarni, pri ĉemu se nakon konverzije dobija
10 2353 101100001 .
A
celobrojn
i ostatak
B
celobrojni
koliĉnik
/ 2B A
C
ostatak deljenja
353 176 1
176 88 0
88 44 0
44 22 0
22 11 0
11 5 1
5 2 1
2 1 0
1 0 STOP 1
□
Konverzija razlomljenog dekadnog broja u binarni broj
Konverzija razlomljenog dekadnog broja u binarni broj vrši se metodom
sukcesivnih mnoţenja sa brojem 2. Naime, dati razlomljeni dekadni broj se
najpre pomnoţi sa 2 i dobijeni celobrojni deo proizvoda (0 ili 1) se zapisuje
odvojeno od razlomljenog dela. Dobijeni razlomljeni deo proizvoda se opet
mnoţi sa 2, pri ĉemu se ponovo celobrojni deo ovog proizvoda zapisuje
odvojeno od razlomljenog dela. Postupak se ponavlja sve dok se za proizvod
ne dobije 1. Dobijeni niz celobrojnih vrednosti (0 ili 1) tokom sukcesivnog
mnoţenja, predstavlja binarni broj koji odgovara datom dekadnom broju.
Primer. Odrediti binarni broj za dati decimalni broj 0.203125
22 Informatika i raĉunarske komunikacije
Rešenje: U sledećoj tabeli prikazan je proces konverzije razlomljenog
dekadnog broja 0.203125 u binarni, pri ĉemu se nakon konverzije dobija
10 20.203125 0.001101 .
A
razlomljeni
deo
B
proizvod
( 2A )
C
celobrojna
vrednost
0.203125 0.40625 0
0.40625 0.8125 0
0.8125 1.625 1
0.625 1.25 1
0.25 0.5 0
0.5 1 STOP 1
□
Primer. Odrediti binarni broj za dati realni decimalni broj 353.203125
Rešenje: Koristeći se rezultatima poslednja dva primera ima se:
10 2353 101100001 , 10 20.203125 0.001101
pa je
10 2353.203125 101100001.001101
I-5.2.4 Predstavljanje celih brojeva u raĉunaru
Celi brojevi mogu biti neoznaĉeni (bez predznaka) i oznaĉeni (sa
predznakom).
Predstavljanje celih neoznaĉenih brojeva
Broj ĉiji zapis ne sadrţi znak naziva se neoznaĉen. Ceo neoznaĉeni broj
A se u memoriji raĉunara zapisuje kao binarna reĉ duţine n bitova:
2 1 2 1 0n nA a a a a , 0,1ia
na naĉin kako je to prikazano na sl. 1.25.
I Osnove raĉunarstva i informatike 23
an-1 an-2 … a2 a1 a0
n-1 n-2 2 1 0
Sl. 1.25 Zapis celog broja
Za duţinu binarnih reĉi uzima se jedna od dve osnovne jedinica
podataka: reĉ (32 bita) ili dvostruka reĉ (64 bita). U prvom sluĉaju se celi
brojevi i njihova aritmetika iskazuje kroz tzv. obiĉnu preciznost, a u drugom
kroz dvostruku preciznost. Dakle, ukoliko se za rad sa celim brojevima koristi
obiĉna preciznost, onda se celi brojevi predstavljaju sa 4 bajta, a ukoliko se
koristi dvostruka preciznost, celi brojevi se predstavljaju sa 8 bajtova. Obiĉna
ili dvostruka preciznost celih neoznaĉenih brojeva bira se od strane
programera u toku pisanja programa pri deklarisanju celobrojnih neoznaĉenih
konstanti ili promenljivih.
Ako se niz od n uzastopnih binarnih cifara 1 2 1 0n na a a a
interpretira
kao neoznaĉeni ceo broj A, tada njegova dekadna vrednost iznosi 1
10 02
n i
iiA a
i nalazi se u opsegu
10 0; 2 1nA .
Primer. Odrediti opseg za cele neoznaĉene brojeve obiĉne i dvostruke
preciznosti u dekadnom brojnom sistemu.
Rešenje.
Obiĉna preciznost:
32 90; 2 0; 4.294.967.295 0; 4,295 10
Dvostruka preciznost:
64 190; 2 1 0; 18.446.744.073.709.551.615 0; 18,446 10
□
Dakle, celi neoznaĉeni brojevi obiĉne taĉnosti u memoriji raĉunara ne
mogu biti manji od 0 i veći od 4.294.967.295 u dekadnom brojnom sistemu.
U suprotnom, javlja se tzv. prekoraĉenje, koje automatski dovodi do greške u
radu programa. O prekoraĉenju brinu programeri koji unapred treba da
predvide opsege celih brojeva i, recimo, ukoliko se u izraĉunavanjima oĉekuju
celi brojevi veći od 4.294.967.295 , treba izabrati dvostruku taĉnost umesto
jednostruke.
24 Informatika i raĉunarske komunikacije
Primer. Predstaviti binarni zapis neoznaĉenog celog broja 35 u obiĉnoj
preciznosti.
Rešenje.
10 232 00000000 00000000 00000000 00100011
□
Predstavljanje celih oznaĉenih brojeva
Celi oznaĉeni brojevi se u memoriji raĉunara zapisuju kao binarne reĉi
duţine n bitova: 1 2 1 0n na a a a
, 0,1ia , pri ĉemu se znak broja
predstavlja binarnom cifrom najveće teţine 1na , koju nazivamo MSB bit.
Ukoliko je 1 0na celi broj je pozitivan, dok je za
1 1na celi broj je
negativan.
Sliĉno kao kod neoznaĉenih celih brojeva, za duţinu binarnih reĉi koristi
se reĉ ili dvostruka reĉ. U prvom sluĉaju radi se o obiĉnoj taĉnosti, a u
drugom sluĉaju o dvostrukoj taĉnosti prikaza oznaĉenih celih brojeva.
Pri predstavljanju oznaĉenih celih brojeva vodi se raĉuna o podjednakoj
raspodeli pozitivnih i negativnih brojeva, jedinstvenom prikazu nule i
jednostavnoj implementaciju aritmetiĉkih operacija. U tom smislu
razlikujemo sledeća tri naĉina predstavljanja celih oznaĉenih brojeva u
memoriji raĉunara: pomoću znaka i apsolutne vrednosti, pomoću nepotpunog
komplementa i pomoću potpunog komplementa. Zajedniĉki imenitelj ova tri
prikaza je istovetna definicija znaka broja pomoću MSB bita 1na , a razlike se
ogledaju u razliĉitim definicijama ostalih bitova 2 1 0na a a
. Napomenimo da
se u memoriji raĉunara celi oznaĉeni brojevi najĉešće predstavljaju pomoću
potpunog komplementa.
Predstavljanje celih oznaĉenih brojeva pomoću znaka i apsolutne
vrednosti
Zapis oznaĉenog celog broja A u obliku „znak i apsolutna vrednost“
2 1 2 1 0
ZA
n nA a a a a
dobija se tako što se bit najveće teţine (MSB) rezerviše za znak broja dok
ostale cifre definišu apsolutnu vrednost broja. Za pozitivne brojeve MSB bit
iznosi 0 a za negativne brojeve 1.
Dekadna vrednost broja 2 1 2 1 0
ZA
n nA a a a a zapisanog u binarnom
sistemu u obliku „znak i apsolutna vrednost“ iznosi
1
2
10
0
1 2n
naZA i
i
i
A a
i nalazi se u opsegu
I Osnove raĉunarstva i informatike 25
1 1
10 2 1; 2 1ZA n nA
Primer. Odrediti opseg celih oznaĉenih brojeva iskazanih pomoću znaka i
apsolutne vrednosti u dekadnom brojnom sistemu.
Rešenje.
Obiĉna preciznost:
32 1 32 12 1; 2 1 2147483647; 2147483647
Dvostruka preciznost:
64 1 64 1 18 182 1; 2 1 9,223372 10 ; 9,223372 10
□
Primer. Prikazati broj 5 pomoću znaka i apsolutne vrednosti u obiĉnoj
taĉnosti
Rešenje.
10 10 2 25 5 101 00000000 00000000 00000000 00000101
10 25 10000000 00000000 00000000 00000101
□
Napomena. Nedostatak prikaza celih oznaĉenih brojeva pomoću „znak i
apsolutna vrednost“ ogleda se mogućnosti dvostrukog prikaza 0. Naime, nula
se moţe prikazati na dva naĉina:
0 00000000
–0 10000000
□
Predstavljanje celih oznaĉenih brojeva pomoću nepotpunog
komplementa
Zapis oznaĉenog celog broja A u nepotpunom komplementu
1 2 1 0
NK
n nA a a a a
dobija se tako što se MSB bit 1na rezerviše za znak broja dok se ostali bitovi
2 1 0na a a definišu na sledeći naĉin.
Ako je broj A pozitivan, bitovi 2 1 0na a a predstavljaju binarni broj
koji odgovara broju A.
Ako je broj A negativan, bitovi 2 1 0na a a se dobijaju na sledeći
naĉin:
- odredi se binarni broj 2 1 0nb b b za broj A ,
26 Informatika i raĉunarske komunikacije
- svaka cifra u 2 1 0nb bb
zameni se njenim komplementom do
najveće cifre brojnog sistema, tj. do 1
2 1 0 2 1 0n na a a b b b
Dekadna vrednost broja 1 2 1 0
NK
n nA a a a a zapisanog u binarnom
sistemu u nepotpunom komplementu iznosi 2
1
10 1
0
2 1 2n
NK n i
n i
i
A a a
i
nalazi se u opsegu 1 1
10 2 1; 2 1NK n nA .
Napomena. Nedostatak prikaza celih oznaĉenih brojeva pomoću nepotpunog
komplementa ogleda se u razliĉitim prikazima pozitivne i negativne nule. Na
primer, sa jednim bajtom, nula se moţe iskazati na sledeća dva razliĉita
naĉina:
0 00000000
–0 11111111
□
Nedostatak dvoznaĉnog prikaza nule otklanja se uvoĊenjem zapisa celih
oznaĉenih brojeva u potpunom komplementu pri ĉemu se nula tretira na
jedinstven naĉin kao 00000000.
Predstavljanje celih oznaĉenih brojeva pomoću potpunog komplementa
Zapis oznaĉenog celog broja u potpunom komplementu
1 2 1 0
PK
n nA a a a a dobija se tako što se MSB bit 1na rezerviše za znak
broja dok se ostali bitovi 2 1 0na a a definišu na sledeći naĉin.
Ako je broj A pozitivan, bitovi 2 1 0na a a predstavljaju binarni broj
koji odgovara broju A.
Ako je broj A negativan, bitovi 2 1 0na a a se dobijaju na sledeći
naĉin:
- odredi se binarni broj 2 1 0nb b b za broj A ,
- svaka cifra u 2 1 0nb b b zameni se njenim komplementom do 1
2 1 0nb b b
- komplement 2 1 0nb b b se uveća za 1
2 1 0 2 1 0 1n na a a b b b
I Osnove raĉunarstva i informatike 27
Dekadna vrednost broja 1 2 1 0
PK
n nA a a a a zapisanog u binarnom
sistemu u potpunom komplementu iznosi 2
1
10 1
0
2 2n
PK n i
n i
i
A a a
i nalazi se u opsegu
1 1
10 2 ; 2 1PK n nA
Primer. Odrediti nepotpuni i potpuni komplement broja 43 u obiĉnoj
taĉnosti.
Rešenje.
Apsolutna vrednost broja:
10 10 243 43 00000000 00000000 00000000 00101011
Nepotpuni komplement broja:
10 243 11111111 11111111 11111111 11010100NK
Potpuni komplement broja:
10 2
2
43 11111111 11111111 11111111 11010100
1
___________________________________
11111111 11111111 11111111 11010101
NK
PK
□
Potpuni komplement ima više prednosti u odnosu na ostale zapise
brojeva. Pre svega on ima:
jedinstveni zapis nule i
operacija oduzimanja se svodi na sabiranje.
Dakle, koristeći potpuni komplement, oduzimanje dva broja svodi se na
prosto sabiranje umanjenika i potpunog komplementa umanjilaca pri ĉemu
treba odbaciti eventualni prenos cifre na poziciji MSB bita zbira, ukoliko do
njega doĊe.
Primer. Izraĉunati razliku 80 43 u binarnom brojnom sistemu.
Rešenje. Najpre se odrede binarne vrednosti brojeva 80 i 43. Razlika ovih
brojeva se zamenjuje zbirom umanjenika (80) i potpunog komplementa
umanjilaca ( 43 )
28 Informatika i raĉunarske komunikacije
00000000 01010000 = 8010
+11111111 11010101pk
= -4310
1 00000000 00100101 = 3710
□
Na mestu MSB bita pojavljuje prenos pri sabiranju koji obavezno treba
odbaciti. Nakon toga, preostale cifre definišu konaĉni rezultat oduzimanja
brojeva.
00000000 00100101 = 3710
U ovom sluĉaju, vrednost MSB bita iznosi 0 što znaĉi da je razlika
brojeva 80 i 43 pozitivan broj.
Kod nepotpunog komplementa vaţi sliĉno pravilo pri oduzimanju, s tim
što treba na kraju sabiranja umanjenika i nepotpunog komplementa
umanjilaca dodati jedinicu i odbaciti eventualni prenos. Oduzimanje u
prezentaciji „znak-moduo“ nije tako jednostavno pa se ovaj tip predstavljanja
celih brojeva ne koristi u raĉunarskim sistemima.
I-5.2.5 Predstavljanje realnih brojeva
Realni brojevi se u memoriji raĉunara predstavljaju u obliku nepokretne
(fiksne) taĉke ili u obliku pokretne taĉke (floating point).
Predstavljanje realnih brojeva pomoću nepokretne (fiksne) taĉke
Brojevi sa fiksnom decimalnom taĉkom su realni brojevi sa decimalnom
taĉkom koja mora uvek da se nalazi na istom (fiksnom) mestu. Naime, za
celobrojni i razlomljeni deo broja rezerviše se konstantan broj binarnih mesta
(bitova): n bitova se koristi za prikaz celobrojnog dela sa znakom, a m bitova
za prikaz razlomljenog dela.
Na sledećoj slici prikazan je naĉin smeštanja realnih brojeva sa fiksnom
taĉkom u memoriji raĉunara. Znak broja, koji ima vrednost 1 za negativne
brojeve a vrednost 0 za pozitivne brojeve, oznaĉen je sa z, dok su celobrojni i
razlomljeni delovi oznaĉeni sa c, odnosno r. Decimalna taĉka se ne upisuje u
memoriju, već se njen poloţaj odreĊuje na osnovu vrednosti n i m.
z c r
n-1 n-2 … 0 -1 -2 ... -m
Sl. 1.26 Zapis realnog broja pomoću nepokretne taĉke
I Osnove raĉunarstva i informatike 29
Broj cifara n ispred decimalne taĉke definiše opseg brojeva koji mogu
da se predstave pomoću nepokretne (fiksne) taĉke. Vrednost celobrojnog dela
se nalazi u opsegu
1 12 1, 2 1n nc
Broj cifara m iza decimalne taĉke definiše taĉnost sa kojom se prikazuju
brojevi. Vrednost razlomljenog dela se nalazi u opsegu
2 ; 1 2m mr
Minimalna vrednost razlomljenog dela, koja se naziva mašinska nula,
iznosi
min 2 mr
Brojeve iz opsega min min,r r raĉunar ne moţe da skladišti.
Na sl. 1.27 prikazan je opseg realnih brojeva sa nepokretnom taĉkom.
Najveća pozitivna i najmanja negativna vrednost ovih brojeva iznosi
1 1
max 2 1 1 2 2 2n m n mA
1 1 1
min 2 1 1 2 2 2 2 2n m n m n mA
dok su najmanja pozitivna i najveća negativna vrednost date sa
2 ma , 2 ma
Sl. 1.27 Opseg realnih brojeva sa nepokretnom taĉkom
Pri izboru formata broja sa fiksnom decimalnom taĉkom treba obezbediti
dovoljan broj bita n ispred decimalne taĉke za celobrojni deo sa znakom (zbog
većeg opsega) i dovoljan broj bita m iza decimalne taĉke za razlomljeni deo
(zbog veće taĉnosti). Kompromis izmeĊu taĉnosti i opsega broja unutar
programa odreĊuje programer. Za skladištenje realnih brojeva sa fiksnom
decimalnom taĉkom u memoriji raĉunara najĉešće se rezervišu jedna reĉ
( 32n m bita) ili dve reĉi ( 64n m bita).
Primer. Predstaviti broj -353.203125 kao broj sa fiksnom taĉkom pri
ĉemu je taĉnost odreĊena sa 8m bitova, a opseg sa 24n bita
( 32m n ).
Rešenje. Za dati broj ima se:
|-353.203125|10 = 0000000 00000001 01100001. 00110100 ZA
0 maxA minA a a
30 Informatika i raĉunarske komunikacije
nepotpuni komplement
-353.20312510 = 11111111 11111110 10011110. 11001011NK
potpuni komplement
-353.20312510 = 11111111 11111110 10011110. 11001100 PK
1 1111111 11111110 10011110 11001100
□
Za ekstremno velike i male realne brojeve, predstavljanje ovih
brojeva pomoću nepokretne taĉke je nepraktiĉno. Tada se radije koristi tzv.
eksponencijalni zapis brojeva, koji se drugaĉije naziva i zapis sa pokretnom
taĉkom.
Predstavljanje realnih brojeva sa pokretnom taĉkom (floating point)
Realni brojevi sa pokretnom taĉkom su brojevi koji se najĉešće
pojavljuju u programima koji se izvršavaju u raĉunaru. Numeriĉke vrednosti
ovog tipa podataka predstavljaju se pomoću mantise (M), eksponenta (E) i
znaka (z). Mantisa predstavlja realan broj sa najĉešće nultim celobrojnim
delom (tzv. normalizovani zapis), a eksponent je celobrojna vrednost koja
predstavlja izloţilac osnove brojnog sistema ( 2r ). Vrednost broja A u
pokretnom zarezu iskazan preko predznaka z, mantise M i eksponenta E za
osnovu 2r iznosi
1 2z EA M
Normalizovani zapis mantise ispunjava uslov 1/ 1r M .
Primer. Dekadni broj -0.0203125 se moţe predstaviti u eksponencijalnom
zapisu na više naĉina. Na primer: 52031.25 10 , 40.00000203125 10 , 10.203125 10 itd. Samo poslednji zapis predstavlja normalizovani zapis
koji se iskljuĉivo koristi za prikazivanje brojeva u pokretnom zarezu jer je
njegova mantisa u dekadnom brojnom sistemu 0.203125M normalizovana
( 0.1 1M ).
□
Napomena. Kod nekih serija raĉunara, normalizovani zapis mantise definisan
je sa obavezno jednom cifrom razliĉitom od nule u celobrojnom delu mantise.
Na primer, za broj iz prethodnog primera, normalizovana mantisa bi umesto
0.203125M iznosila 2.03125M .
□
Realni brojevi sa pokretnom taĉkom se, za razliĉite serije raĉunara,
skladište u memoriji na razliĉite naĉine. Na sl. 1.28 i 1.29 prikazan je jedan od
I Osnove raĉunarstva i informatike 31
naĉina skladištenja realnih brojeva sa pokretnom taĉkom obiĉne i dvostruke
taĉnosti. Bit najveće teţine z predstavlja bit znaka i ima vrednost 1 za
negativne brojeve, a vrednost 0 za pozitivne brojeve. Kod obiĉne taĉnosti, za
ĉuvanje numeriĉke vrednosti brojeva sa pokretnim zarezom koriste se 32 bita,
od ĉega se za eksponent koristi 7 a za mantisu 24 bita. Za ĉuvanje brojeva sa
pokretnim zarezom u dvostrukoj taĉnosti koriste se 64 bita, od ĉega 11 bita za
eksponent E i 52 bita za mantisu M.
z E M
31 30 … 25 24 23 … 1 0
Sl. 1.28 Zapis realnog broja pomoću pokretne taĉke obiĉne taĉnosti
z E M
63 62 … 53 52 51 … 1 0
Sl. 1.29 Zapis realnog broja pomoću pokretne taĉke dvostruke taĉnosti
Problem predznaka eksponenta razliĉito je rešen kod razliĉitih serija
raĉunara. Kod nekih serija raĉunara, za prikaz eksponenta koristi se potpuni
komplement. Na primer, u obiĉnoj taĉnosti, eksponent 1012 predstavlja se
kao 2 2 21001100 1110011 1110100ZA NK PK . Kod drugih serija raĉunara, za
prikaz eksponenta koristi se binarni kod više 64 ( 62 ) za obiĉnu taĉnost,
odnosno više 1024 ( 102 ) za dvostruku taĉnost. Vrednost broja A u
pokretnom zarezu iskazan preko predznaka z, mantise M i eksponenta E sa
više 64 ili 1024 iznosi
1 2 , 64,1024z E eA M e
U ovom sluĉaju, uvećavajući eksponent za 64, odnosno 1024, brojana
vrednost eksponenta se prevodi u iskljuĉivo pozitivnu vrednost i time se
eliminiše predznak eksponenta u daljim izraĉunavanjima. Nakon odreĊenih
izraĉunavanja, prava vrednost eksponenta se dobija umanjivanjem dobijenog
eksponenta za 64, odnosno 1024. Na primer, u obiĉnoj taĉnosti, eksponent
1012 predstavlja se kao 10 10 10 212 64 52 0110100 .
Na sl. 1.30 prikazan je opseg realnih brojeva sa pokretnom taĉkom.
Za obiĉnu taĉnost, najveća pozitivna i najmanja negativna vrednost ovih
brojeva iznosi
32 Informatika i raĉunarske komunikacije
624 2 1 18
max min max1 2 2 9.22337 10 ,A A A ,
dok su najmanja pozitivna i najveća negativna vrednost date sa 624 2 24 64 88 272 2 2 2 2 3.23117 10 ,a a a
Za dvostruku taĉnost, najveća pozitivna i najmanja negativna vrednost
ovih brojeva iznosi
1052 2 1 307
max min max1 2 2 8.9885 10 ,A A A ,
dok su najmanja pozitivna i najveća negativna vrednost date sa 1052 2 52 1024 10762 2 2 2 2 ,a a a
Sl. 1.30 Opseg realnih brojeva sa pokretnom taĉkom
Primer. Prikazati realan dekadni broj iz prethodnog primera kao binarni broj
sa pokretnom taĉkom obiĉne taĉnosti. Eksponent prikazati u:
a) potpunom komplementu
b) kodu više 64.
Rešenje.
a) 10.203125 10A
10 20.203125 0.00110100 00000000 00000000M
10 2 2 21 1000001 1111110 1111111ZA NK PKE
Dakle, u obiĉnoj taĉnosti, dati broj se u memoriji raĉunara predstavlja na
sledeći naĉin
1 1111111 00110100 00000000 00000000
z E u PK M
b) 1 63 630.203125 10 0.203125 10A
10 20.203125 0.00110100 00000000 00000000M
10 263 0111111E
Broj se u memoriji raĉunara predstavlja na sledeći naĉin
0 maxA
minA a a
I Osnove raĉunarstva i informatike 33
1 0111111 00110100 00000000 00000000
z E u kodu više 64 M
□
I-5.3 PREDSTAVLJANJE NENUMERIĈKIH PODATAKA
U osnovne nenumeriĉke podatke spadaju: slova, cifre (0 ... 9), znakovi
interpunkcije, matematiĉki znakovi, specijalni znakovi, kontrolni i grafiĉki
znaci.
Nenumeriĉki podaci se u raĉunaru zapisuju pomoću binarnih kodova pri
ĉemu se svaki karakter nenumeriĉkog skupa podataka kodira nizom binarnih
cifara duţine 7, 8 ili 16, a u zavisnosti od serije i proizvoĊaĉa raĉunara.
Razliĉiti proizvoĊaĉi raĉunarskih sistema koriste razliĉite kodova od
kojih su najpoznatiji:
ASCII (American National Standard Code for Information Interchange)
7-bitni kod kojim se kodira ukupno 128 karaktera. Skoro svi mikroraĉunari
koriste ovaj kod za prikaz slova i simbola. IBM-PC kompatibilni raĉunari
koriste 8-bitnu ASCII verziju koda.
EBCDIC (Extended Binary Coded Decimal Interchange Code) 8-bitni
kod kojim se kodira maksimalno 256 karaktera. Koriste ga samo IBM veliki
raĉunari i neki IBM kompatibilni raĉunari.
ISO-8 (International Organization for Standardization-8) 8-bitni kod
kojim se kodira maksimalno 256 karaktera. Prvih 127 pozicija poklapa se sa
ASCII kodom. Pozicije iznad 126 su popunjene razliĉitim kontrolnim i
grafiĉkim znacima.
IBM-PC 8-bitni kod kojim se kodira maksimalno 256 karaktera. Prvih
127 pozicija poklapa se sa ISO-8 kodom.
UNICODE (UNIversal enCODE) 16-bitni kod kojim se dozvoljava
kodiranje maksimalno 65536 karaktera.
Primer. U sledećoj tabeli prikazani su EBCDIC, ASCII i ISO-8 kodovi
odreĊenih karaktera
35
II HARDVER RAĈUNARSKOG
SISTEMA
Kao što je u uvodnom delu reĉeno, digitalni raĉunar je elektronski ureĊaj
namenjen za obavljanje razliĉitih raĉunskih i logiĉkih operacija. On
predstavlja osnovnu komponentu svakog raĉunarskog sistema koju nazivamo
hardver (HARDWARE).
Hardver je skup ureĊaja i raĉunarskih komponenti povezanih u
jedinstvenu cjelinu koji su neophodni za rad raĉunarskog sistema. To je
materijalni deo raĉunarskog sistema koga ĉine mehaniĉki, magnetni, elektriĉni
i elektronski ureĊaji i komponente.
Druga osnovna komponenta raĉunarskog sistema je softver
(SOFTWARE). Softver je nematerijalni deo raĉunarskog sistema i ĉine ga
programi koje raĉunar izvršava sa ciljem obavljanja neke operacije. To je
skup binarnih zapisa smeštenih na nekom od trajnih medijuma za skladištenje
podataka i „uĉitava“ se u raĉunar pomoću za tu svrhu specijalno
projektovanih ureĊaja i namenskog softvera. Moţe se slobodno reći da softver
predstavlja „pamet“ svakog raĉunarskog sistema.
U ovoj glavi dajemo prikaz većine hardverskih komponenti jednog
savremenog PC raĉunarskog sistema, koji je namenjen kako za liĉnu upotrebu
krajnjih korisnika, tako i za obavljanje sloţenih poslovnih zadataka.
Na sl. 2.1 prikazani su najvaţniji hardverski delovi i ureĊaji jednog PC
raĉunarskog sistema kao što su:
matiĉna ploĉa,
procesor,
unutrašnja memorija,
spoljašnja memorija,
ulazni ureĊaji,
izlazni ureĊaji i
ulazno/izlazni ureĊaji.
36 Informatika i raĉunarske komunikacije
II-1 KUĆIŠTE RAĈUNARA
Kućište raĉunara sluţi kao šasija (nosaĉ) za mnogobrojne komponente
raĉunara izuzev eksternih ulazno-izlaznih ureĊaja. Postoje razliĉite vrste
kućišta: micro tower, mini tower, mid tower, tower i desktop (sl. 2.2).
Desktop kućište je kućište koje je poloţeno i na njemu se moţe postaviti
monitor raĉunara. Ovo kućište se danas sve reĊe koristi. Za kućne potrebe
obiĉno se koristi mini tower, dok se tower uglavnom koristi za servere i za
profesionalne raĉunare. U poslednje vreme sve ĉešće se koristi mid tower
kućište koje je nešto veće od mini tower-a.
Sa prednje strane kućišta (sl. 2.3) nalaze se otvori za flopy ureĊaj, CD ili
DVD ureĊaje i sl. Sa zadnje strane kućišta postoje prorezi za konektore i
portove koji sluţe za prikljuĉivanje raznih periferijskih (ulazno-izlaznih)
ureĊaja, kao i utiĉnica za napajanje. Unutar kućišta nalazi se blok za napajanje
Sl. 2.1. Hardverska struktura PC raĉunarskog sistema
SPOLJAŠNJE
MEMORIJE
disketa
hard disk
CD
DVD
magnetna traka
flash mem.
ULAZNO/
IZLAZNI
UREĐAJI
modem
zvuĉna kartica
grafiĉka kartica
mreţna kartica
CD drive
DVD drive
ULAZNI
UREĐAJI
tastatura
miš
skener
mikrofon
TV kartica
digitalna olovka
digitalna kamera
digitalni aparat
IZLAZNI
UREĐAJI
monitor
štampaĉ
ploter
zvuĉnici
Centralna procesorska
jedinica (CPJ)
ALJ (aritmetiĉko-
logiĉka jedinica)
UJ (upravljaĉka
jedinica)
Unutrašnja mem.
RAM-memorija
ROM-memorija
Keš memorija
MATIĈNA
PLOĈA
II Hardver raĉunarskog sistema 37
u kome se generišu potrebni jednosmerni naponi kojima se napajaju sve
elektronske komponente. Unutar kućišta nalaze se i ventilatori kojima se
rashlaĊuje njegova unutrašnjost.
Sl. 2.2. Kućišta raĉunara
Sl. 2.3. Delovi kućišta raĉunara
II-2 MATIĈNA PLOĈA
Matiĉna ploĉa je osnovna komponenta raĉunarskog sistema koja
objedinjuje sve ostale njegove vitalne elemente. To je elektronska štampana
ploĉa na kojoj se nalaze mnogobrojni ĉipovi koji kontrolišu rad raĉunara,
razne magistrale za prenos podataka, kao i konektori (slotovi) za povezivanje
raĉunara sa procesorom, memorijom, hard i flopi diskovima, grafiĉkom
mesto za ureĊaje
od 5.25”
mesto za
ureĊaje od 3.5”
ţice za zvuĉnik
i lampe
dodatni
ventilator kabal za
napajanje ureĊaja
utiĉnica kabla
za napajanje
konektori za
I/O ureĊaje
ureĊaj za napajanja
ventilator
mesto za konektore
iz adaptera
otvori za
ventilaciju
38 Informatika i raĉunarske komunikacije
karticom i drugim karticama koje sluţe za povezivanje raĉunara sa
ulazno/izlaznim ureĊajima (sl. 2.4). Oblik, tip i funkcionalnost matiĉne ploĉe
odreĊuje koje će se vrste ostalih komponenti raĉunarskog sistema koristiti.
Zato je pri kupovini raĉunara vrlo vaţan pravilan izbor matiĉne ploĉe kako bi
ostale komponente dobro funkcionisale.
II-3 PROCESOR
Centralna procesorska jedinica (CPJ) ili kraće procesor je srce svakog
raĉunarskog sistema, njegov najvaţniji deo. On se ne isporuĉuje zajedno sa
matiĉnom ploĉom, već se na njoj nalaze konektori za njegovo prikljuĉenje (sl.
2.5). U toku rada procesor se zagreva pa se sa njegove gornje strane postavlja
hladnjak (kuler) sa dodatnim ventilatorom (sl. 2.6).
Sl. 2.5. Prednja i zadnja strana
procesora
Sl. 2.6. Hladnjak (cooler) procesora
Sl. 2.4. Matiĉna ploĉa raĉunara
Drugi ventilator
Konektori za memorijske
module
Konektori za druge
kartice
Prikljuĉci za
ulazno-izlazne
ureĊaje
Prikljuĉak za
procesor sa
hladnjakom i
ventilatorom
II Hardver raĉunarskog sistema 39
CPJ je zaduţen za obavljanje aritmetiĉko-logiĉkih operacija, pristup
memoriji i ulazno-izlaznim ureĊajima. On upravlja odreĊenim magistralama i
stara se o prekidima u sistemu. Procesor se sastoji iz upravljaĉke jedinice (UJ)
i aritmetiĉko logiĉke jedinice (ALJ) sa registrima u kojima se skladišti
programska instrukcija koja se tekuće izvršava u procesoru kao i podaci koje
zahteva ova instrukcija.
Aritmetiĉko-logiĉka jedinica (sl. 1.13) sluţi za izvršavanje svih
logiĉkih i aritmetiĉkih operacija u raĉunaru. U osnovne aritmetiĉke operacije
spadaju: sabiranje sa i bez prenosa i oduzimanje sa i bez pozajmljivanja. CPJ
obavlja sledeće osnovne logiĉke operacije: logiĉka I, ILI, iskljuĉivo ILI i NE.
Radom aritmetiĉko-logiĉke jedinice upravlja upravljaĉka jedinica.
Upravljaĉka jedinica (sl. 1.13) pribavlja instrukcije iz memorije, a
zatim ih dešifruje u oblik razumljiv za procesor u obliku binarnog koda.
Zadaci upravljaĉke jedinice kao dela CPJ su brojni, a najvaţniji su:
upravljanje i koordinacija U/I jedinica, upravljanje sledom instrukcija i
podataka, upravljanje adresama, kontrola izvršenja aritmetiĉko logiĉkih
operacija i dr.
Instrukcije koje se izvršavaju u procesoru mogu se podeliti u 4 osnovne
grupe: instrukcije ulaza i izlaza, instrukcije za prenos podataka, instrukcije za
obradu podataka i instrukcije grananja.
Razlikujemo dve vrste procesora: procesori opšte namene i procesori
posebne namene. Procesor opšte namene ili CPJ odluĉuje o tome koje
operacije, kada i u kom redosledu treba izvršiti, kao i o tome kada treba
aktivirati i deaktivirati neku od ulazno-izlaznih ureĊaja. CPJ izvršava veći deo
programskog koda koji se izvršava u raĉunaru. Procesori posebne namene,
ili koprocesori, pomaţu CPJ u obavljanju zadataka vezanih za periferijske
ureĊaje. U ovu klasu procesora spadaju matematiĉki i grafiĉki koprocesori,
procesori za hard, CD i flopi diskove, komunikacioni koprocesori itd. Ukoliko
raĉunar poseduje koprocesor odreĊene namene, onda CPJ koristi ovaj
koprocesor kao resurs i poverava mu sve zadatke koje on moţe da obavi i na
taj naĉin sebe rasterećuje.
Snaga procesora odreĊena je: radnim taktom, duţinom procesorske reĉi,
brzinom procesora i veliĉinom internog keša. Radni takt je uĉestanost
impulsa koje generiše specijalno elektronsko kolo – sat (clock), kojim se
inicira rad procesora. Meri se u GHz i kod današnjih raĉunara se kreće od 2 do
4 GHz. Duţina procesorske reĉi je broj bitova koji se istovremeno prenosi i
obraĊuje unutar registara procesora. Duţina registra je stepen broja 2, tako da
postoje 8-bitni (23), 16-bitni (2
4), 32-bitni (2
5) i 64-bitni (2
6) procesori.
Današnji raĉunari koriste 32-bitne i 64-bitne procesore. Šesnaestobitni (a
nekada osmobitni) procesori su uglavnom zastupljeni kod mikrokontrolera
koji se koriste za upravljanje procesima u industriji. Brzina procesora meri
se na dva naĉina:
40 Informatika i raĉunarske komunikacije
pomoću broja programskih instrukcija koje se izvršavaju u jednoj
sekundi ili
pomoću broja matematiĉkih operacija sa pokretnom zarezom koje se
obave u jednoj sekundi.
II-4 MAGISTRALE
Magistrala je komunikacioni put kojim se razmenjuju informacije
izmeĊu komponenata raĉunarskog sistema. Procesor je preko magistrale na
matiĉnoj ploĉi povezan sa memorijom, portovima i kontrolerima perifernih
ureĊaja (sl. 2.7).
Sl. 2.7. Povezivanje CPJ, unutrašnje memorije i perifernih
ureĊaja pomoću magistrala
Razlikujemo tri tipa magistrale: magistrala podataka (data buss), adresna
magistrala (address buss) i kontrolana magistrala (control buss). Magistrala
podataka prenosi podatke u smeru od procesora ili ka procesoru. Adresna
magistrala prenosi adrese koje generiše procesor. Pomoću ovih adresa se
zadaju memorijske lokacije ili adrese registara ureĊaja sa ciljem upisa ili
ĉitanja podataka sa njih. Kontrolna magistrala sluţi za prenos upravljaĉkih i
kontrolnih signala (za upis, ĉitanje, ...) od procesora ka memoriji ili U/I
ureĊaju i obrnuto.
Širina magistrale (sl. 2.8) se meri
brojem bitova podataka koji se
istovremeno prenose magistralom.
Razlikujemo 4-bitne, 8-bitne, 16-bitne,
32-bitne i 64-bitne magistrale. Šira
magistrala znaĉi brţi prenos podataka.
Detaljniji prikaz magistrala u
jednom raĉunarskom sistemu dat je na sl.
2.9. Koristeći adresnu magistralu
procesor je u stanju da adresira odreĊenu
memorijsku lokaciju RAM ili ROM
memorije, odnosno memorijsku lokaciju
bafera podataka nekog od ulaznih (U1,
Sl. 2.8. Šira magistrala
obezbeĊuje brži prenos podataka
PERIFERIJE CPJ UNUTRAŠNJA
MEMORIJA
Magistrala Magistrala
II Hardver raĉunarskog sistema 41
… U4), izlaznih ili ulazno-izlaznih ureĊaja. Zahvaljujući upravljaĉkim
signalima (R, MR, W, MW, …), koji se šalju pomoću upravljaĉke magistrale,
procesor je u stanju da kontroliše ĉitanje podataka sa prethodno adresirane
memorijske lokacije ili upisivanje podataka u adresiranu memorijsku lokaciju.
Nakon adresiranja date memorijske lokacije i prihvatanja upravljaĉkog signala
za ĉitanje ili upis, elektronska kola date memorijske lokacije šalju podatke na
magistralu podataka u sluĉaju ĉitanja podataka (R, MR), ili prihvataju podatke
sa magistrale podataka u sluĉaju upisivanja podataka (W, MW). Ceo postupak
upisa ili ĉitanja podataka u/iz date memorijske lokacije obavlja se u nekoliko
vremenskih taktova, koji su sinhronizovani sa generatorom takta procesora.
Podaci se prenose iskljuĉivo pomoću magistrale podataka.
Sl. 2.9. Magistrala podataka, adresna magistrala i upravljaĉka magistrala.
Oznake: U1 – U4 su ulazni ureĊaji, U/I je ulazno-izlazni ureĊaj
Primer ĉitanja sadrţaja memorijske lokacije sa adrese A jednog ulaznog
ureĊaja i upisivanja ovog sadrţaja na adresi B u RAM memoriji raĉunara, vrši
se u nekoliko procesorskih taktova na sledeći naĉin.
1. Procesor pomoću adresne magistrale šalje adresu memorijske lokacije A
bafera podataka ulaznog ureĊaja U3 (sl. 2.10) sa koga treba da se proĉita
podatak. Istovremeno, iz upravljaĉke jedinice procesora šalje se na
upravljaĉku magistralu signal za ĉitanje podataka R (Read) sa ulaznog, ili
ulazno-izlaznog ureĊaja. Na taj naĉin procesor adresira memorijsku
lokaciju A bafera podataka i nareĊuje ĉitanje njegovog sadrţaja.
2. Pod dejstvom upravljaĉkog signala za ĉitanje R ulaznog ili ulazno-izlaznog
ureĊaja, ulazni ureĊaj U3 (sl. 2.11) šalje sadrţaj svoje memorijske lokacije
sa adrese A na magistralu podataka. Od tog trenutka, podatak sa adrese A
Magistrala podataka
Upravljačka magistrala
generator takta
SPOLJAŠNJI
UREĐAJI
Adresna magistrala
CPJ
42 Informatika i raĉunarske komunikacije
postaje dostupan kako RAM memoriji, tako i svim ureĊajima koji su
povezani na magistralu podataka.
Sl. 2.10. Procesor adresira bafer podataka ulaznog ureĊaja pomoću
adrese A i upućuje upravljaĉki signal R za ĉitanje sadržaja bafera.
Sl. 2.11. Ulazni ureĊaj prosleĊuje podatak na magistralu podataka
(podatak je“izašao“ na magistralu podataka)
3. U sledećem taktu procesor menja sadrţaj adresne magistrale postavljajući
na njoj adresu memorijske lokacije B RAM memorije u kojoj treba
upisati traţeni podatak. Istovremeno, iz upravljaĉke jedinice procesora,
pomoću upravljaĉke magistrale, šalje se upravljaĉki signal MW (Memory
Write) za upis podataka u RAM memoriju. Kao rezultat toga vrši se upis
podatka sa magistrale podataka u RAM memoriju na lokaciji B.
Magistrala podataka
Upravljačka magistrala
generator takta
SPOLJAŠNJI
UREĐAJI
Adresna magistrala
CPJ
R
„A“
A
u3
Magistrala podataka
Upravljačka magistrala
generator takta
SPOLJAŠNJI
UREĐAJI
Adresna magistrala
CPJ
A A
u3
II Hardver raĉunarskog sistema 43
Sl. 2.12. Procesor adresira memorijsku lokaciju i upućuje zahtev
(kontrolni signal MW) za upis podatka sa magistrale u memoriju.
Sliĉna procedura se primenjuje za upis podataka iz RAM memorije
raĉunara na neki od izlaznih ureĊaja.
U odnosu na svoju namenu, brzinu i mesto u raĉunarskom sistemu,
magistrale se dele na: unutrašnje magistrale, spoljašnje brţe magistrale i
spoljašnje sporije magistrale.
Unutrašnje magistrale su najbrţe magistrale u raĉunaru koje sluţe za
komunikaciju izmeĊu komponenti samog procesora. Spoljašnje brţe
magistrale su magistrale namenjene za direktnu vezu procesora sa brţim
komponentama raĉunarskog sistema, kao što su RAM i ROM memorije,
grafiĉka kartica, kontroler diska itd. Spoljašnje sporije magistrale su
magistrale sa manje vodova, namenjene za sporije i jednostavnije ureĊaje kao
što su tastatura, miš i sliĉno. Pošto se taktovi na kojma rade unutrašnje i
spoljašnje brţe i sporije magistrale meĊusobno razlikuju, izmeĊu ovih
magistrala postavljaju posebno projektovani elektronski sklopovi (ĉipovi) koji
uspešno razrešavaju problem razliĉitih brzina prenosa podataka duţ
raĉunarskog sistema. Spoljašnje magistrale poseduju posebne prikljuĉke
(slotove), pomoću kojih se one povezuju sa odgovarajućim karticama ili
ureĊajima.
II-4.1 TIPOVI MAGISTRALA I NJIHOVI PRIKLJUĈCI
PC raĉunarski sistemi sadrţi neke od sledećih magistrala: ISA (EISA),
PCI (PCI-X), AGP i PCI-E. Svaka od ovih magistrala završava se svojim
standardizovanim prikljuĉkom (slotom) na matiĉnoj ploĉi u koji se postavljaju
odgovarajuće elektronske komponente (kartice) poput RAM memorije,
grafiĉke kartice, muziĉke kartice, mreţne kartice i td.
MW
B
RAM
Magistrala podataka
Upravljačka magistrala
generator takta
SPOLJAŠNJI
UREĐAJI
Adresna magistrala
CPJ
„B“
A
u3
44 Informatika i raĉunarske komunikacije
ISA magistrala (Industry Standard
Architecture) (sl. 2.13) nastala je 1981.
kao standardna 8-bitna magistrala za
IBM PC raĉunare (tzv. XT bus
arhitektura). Proširenje ove magistrale
napravljeno je 1984. uvoĊenjem 16-bitne
magistrale za podatke (tzv. AT bus
arhitektura). Maksimalna brzina prenosa
16-bitne ISA magistrale je oko 8 MB/s.
Daljim razvojem ISA magistrale nastala
je EISA (Extended ISA) je koju je 1988.
god. kompletirao Compaq. Ova
magistrala je 32-bitna sa maksimalnom
brzinom od 33 MB/s. EISA tehnologija
poseduje automatsku konfiguraciju
konektovanih ureĊaja, pa je rad sa njom
daleko lakši nego sa ISA.
PCI magistrala (Peripheral Component Interconnect) (sl. 2.13) je
napredniji standard koji definiše raĉunarsku magistralu za prikljuĉenje
perifernih ureĊaja na matiĉnu ploĉu raĉunara. PCI standard je razvio Intel u
periodu od 1990. do 1992. godine. Ova magistrala je zamenila ISA odnosno
EISA magistralu u PC raĉunarima. PCI konektori su mali i tanki i u
potpunosti su kompaktibilni sa Intelovom Plug i Play (PnP) standardom za
jednostavno povezivanje ureĊaja. PCI-X je poboljšana verzija PCI magistrale.
Ona ima dvostruku veću brzinu prenosa podataka i koristi osnovne parametre
PCI magistrale. Razliĉite verzije PCI magistrala sa svojim karakteristikama
prikazane su u sladeĊoj tabeli.
Verzije PCI magistrale PCI 2.0 PCI 2.1 PCI 2.2 PCI 3.0
Datum pojavljivanja 1993 1994 1999 2002
Frekvencija 33 MHz 66 MHz 66 MHz 66 MHz
Brzina prenosa 133 MB/s 533 MB/s 533 MB/s 533 MB/s
Napajanje 5 V 5V 5V / 3.3V 3.3V
AGP magistrala (Accelerated Graphics Port) (sl. 2.13) je brza
magistrala namenjena iskljuĉivo za grafiĉke kartice. Napravio ju je Intel zbog
sve većih zahteva 3D raĉunarskih igara i ostalih zahtevnih aplikacija.
Omogućava direktnu komunikaciju izmeĊu kartice i memorije. Od postanka
AGP magistrale realizovano je više revizija AGP standarda koji su prikazani u
donjoj tabeli:
Sl. 2.13. Prikljuĉci razliĉitih
tipova magistrala.
II Hardver raĉunarskog sistema 45
Verzija Frekvencija Brzina
AGP 1x 66MHz (264 Mb/s)
AGP 1.0 2x66MHz = 133MHz (528 Mb/s)
AGP 2.0 4x66MHz = 266MHz (1 Gb/s)
AGP 3.0. 8x66MHz = 533MHz (2 Gb/s)
Danas se AGP magistrala sve manje
koristi. Zamenjuje sa brţom PCI Express
magistralom (PCI-E). PCI-E je najnoviji
standard komunikacije izmeĊu perifernih
raĉunarskih komponenti i matiĉne ploĉe u
raĉunaru. Standard je predstavljen 2002.
godine od strane Intel-a. Karakteriše ga veća
brzina i u odnosu na prethodne standarde
(ISA, PCI, AGP). Postoji nekoliko PCI-E
formata (sl. 2.13-14) sa prikljuĉcima tipa:
x1 od 250 MB/s,
x2 od 500 MB/s,
x4 od 1000 MB/s,
x8 od 2000 MB/s,
x16 od 4000 MB/s,
x32 od 8000 MB/s.
PCI-E magistrala sa prikljuĉkom x16 namenjena je za prikljuĉivanje
grafiĉkih kartica, dok su ostali tipovi PCI-E (sa prikljuĉcima x1 do x8)
predviĊeni za druge kartice.
II-5 ĈIPSET
Za komunikaciju prema radnoj memoriji, tvrdom disku i optiĉkim
ureĊajima, kao i prema samom procesoru koriste se razliĉite vrste magistrala
koje rade na razliĉitim brzinama. Za usklaĊivanje brzina magistrala brine se
posebno projektovani skup ĉipova (elektronskih sklopova) koje nazivamo
chipset. Zadatak ĉipseta je upravljanje i razmena podataka duţ razliĉitih
magistrala koje uspostavljaju vezu izmeĊu pojedinih elektronskih komponenti
unutar samog raĉunara, kao i vezu ka spoljašnjim ureĊajima.
Raznolikost ĉipseta po konstrukciji i funkciji prvenstveno je vezana za
vrstu procesora. Vodeći proizvoĊaĉi ĉipsetova u PC svetu su INTEL, AMD i
VIA. U osnovi chipset se sastoji od integrisanih kola smeštenih u dva
odvojena ĉipa: severni („North Bridge“) i juţni („South Bridge“) (sl. 2.15).
Severni ĉipset radi na većoj brzini i spaja FSB magistralu koja polazi od
Sl. 2.14. Vrste PCI-E priklju-
ĉaka na matiĉnoj ploĉi
46 Informatika i raĉunarske komunikacije
procesora sa magistralama koje vode prema memoriji i grafiĉkoj kartici. Juţni
ĉipset je sporiji i povezuje magistralu koja dolazi od severnog chipset-a sa
magistralama: PCI, PCIE, USB i dr.
Sl. 2.15. Ĉipset matiĉne ploĉe sa sabirnicama i ureĊajima vezanim na njima
II-6 PORTOVI I STANDARDNI PRIKLJUĈCI
Osim unutrašnjih slotova koji sliţe za povezivanje razliĉitih kartica sa
matiĉnom ploĉom, raĉunar poseduje i veći broj standardnih prikljuĉaka za
spoljne ureĊaje. Na raĉunarima starijeg datuma bili su zastupljeni prikljuĉci u
obliku serijskog i paralelnog porta. Serijski port je sluţio za povezivanje više
razliĉitih ureĊaja sa raĉunarom, kao što su miševi, tastature i druga
periferijska oprema, dok je paralelni port sluţio za povezivanje sa štampaĉem.
Kod serijskih portova bitovi se šalju serijski jedan za drugim. Kod paralelnih
portova bitovi se grupišu u blokove fiksne širine koja odgovara širini
magistrale datog porta. Tako grupisani bitovi se onda paralelno prenose ka
ureĊaju ili iz ureĊaja. U odnosu na serijski port, paralelni port je brţi ali se
koristi za kraća rastojanja (do 10 puta kraće nego kod serijskih portova).
tastatura
štampaĉ
grafiĉka
kartica
Muziĉki podsistem
Radna
memorija
CD ili DVD
Modemski ili
mreţni ureĊaj
PC
I u
reĊ
aji
PCI
North
bridge
South
bridge
miš
USB
FSB
AGP
PROCESOR
II Hardver raĉunarskog sistema 47
Kod raĉunara novijeg datuma serijski i paralelni portovi su zamenjeni
brţim i pouzdanijim specijalizovanim standardnim prikljuĉcima kao što su:
prikljuĉci za audio i video signale, USB prikljuĉci, prikljuĉci za modem i
mreţnu karticu, i dr.).
Na slici 2.16 prikazane su razliĉite vrste prikljuĉaka jednog PC raĉunara,
kao i periferijski ureĊaji koji se prikljuĉuju na njih.
Sl. 2.16. Standardni prikljuĉci raĉunara i ureĊaji koji se
prikljuĉuju na njih
II-7 MEMORIJE
Memorija je komponenta raĉunarskog sistema koja sluţi za skladištenje
informacija u binarnom obliku. Memorijske jedinice se meĊusobno razlikuju
po: konstrukciji, nameni, karakteristikama i ceni.
Osnovna svojstva memorije su: vreme pristupa i kapacitet memorije.
Vreme pristupa memoriji je vreme koje protekne od trenutka kada procesor
uputi zahtev za ĉitanje sadrţaja memorijske lokacije, do trenutka kada je
podatak dostupan za korišćenje. Ono se izraţava u nano sekundama (ns) i
stalno se smanjuje sa usavršavanjem tehnologije. Kapacitet memorije se
meri brojem znakova (bajtova), koji se moţe uskladištiti u memoriju, i meri se
u kB, MB ili GB.
Postoje nekoliko kriterijuma na osnovu kojih se moţe izvršiti podela
memorije.
U odnosu na vremensku postojanost, memorije se dele na: nepostojane i
postojane memorije. Kod nepostojanih memorija sadrţaj unutar memorije
opstaje saĉuvan sve dok se memorija nalazi pod napajanjem. Kod postojanih
memorija sadrţaj memorije ostaje trajno zapisan i po prestanku napajanja.
48 Informatika i raĉunarske komunikacije
Zavisno od medijuma na kome se informacija skladišti, memorije se dele
na: poluprovodniĉke, magnetne i optiĉke memorije. Poluprovodniĉke
memorije se izraĊuju u poluprovodniĉkoj tehnici kao nepostojane ili kao
postojane memorije. Njih odlikuje velika brzina i relativno mali kapacitet.
Magnetne i optiĉke memorije pripadaju klasi postojanih memorija. Njihova
brzina je manja od poluprovodniĉkih memorija, ali im je kapacitet znatno
veći. Ove memorije se uglavnom koriste za masovno skladištenje podataka.
II-7.1 POLUPROVODNIĈKE MEMORIJE
U zavisnosti postojanosti poluprovodniĉke memorije se dele na RAM i
ROM memorije. Svaka od ovih klasa poluprovodniĉkih memorija ima svoje
podklase, što će u nastavku biti i razmatrano.
II-7.1.1 RAM memorija
RAM (Random Access Memory) memorija je poluprovodniĉka
memorija sa sluĉajnim pristupom, što znaĉi da je vreme potrebno za ĉitanje
ili upis podataka nezavisno od adrese sa koje se ĉitanje ili upis obavlja. To je
memorija u koju se informacija moţe i upisati i iz nje proĉitati u proizvoljnom
trenutku. RAM memorijama je nepostojana memorija pošto se njen sadrţaj
gubi po iskljuĉenju napajanja. Ovaj tip memorije sluţi za privremeno
skladištenje podataka za vreme rada raĉunara i predstavlja najveći deo
poluprovodniĉke memorije u raĉunaru. U RAM-u se za vreme rada raĉunara
nalaze programi i podaci sa kojima raĉunar radi.
Kapacitet RAM memorije današnjih PC raĉunara se kreće od 1GB do
nekoliko GB (najĉešće 2-4GB). RAM memorija se sa matiĉnom ploĉom
povezuje pomoću posebnih konektora.
RAM memorije se dele na: statiĉke i dinamiĉke. Informacija upisana u
statiĉku RAM memoriju (SRAM) ostaje zapamćena sve dok je memorija
prikljuĉena na napon napajanja. Kod dinamiĉkih RAM memorija (DRAM),
da bi se saĉuvao njen sadrţaj, neophodno je njeno periodiĉno osveţavanje
(ponovno upisivanje istih podataka na iste memorijske lokacije). Uprotivnom,
sadrţaj informacija u DRAM memoriji će se izgubiti.
SRAM memorije su manjeg kapaciteta po jednom ĉipu od DRAM i
koriste se u sistemima gde se zahteva veća brzina pristupa memoriji i manja
potrošnja struje iz izvora za napajanje. Verovatnoća greške upisa i ĉitanja
kod SRAM memorije je manja nego kod DRAM memorije, tako da se SRAM
koristi u raĉunarskim sistemima gde se zahteva visoka pouzdanost rada.
MeĊutim, cena SRAM memorije je znatno veĉa od DRAM memorije, tako da
II Hardver raĉunarskog sistema 49
se unutrašnja memorija raĉunara gradi iskljuĉivo od DRAM memorije koju
kraće nazivamo RAM memorija.
Razlikuju se sledeći tipovi DRAM memorije:
SDRAM (Synchronous),
DDR (Double Data Rate),
DDR2 i
DDR3.
Kod DDR memorije pristup podacima je dvostruko brţi u odnosu na
SDRAM. DDR2 i DDR3 rade na još većim brzinama od DDR.
Memorijski ĉipovi RAM-a se pakuju u memorijske module. Memorijski
modul je štampana ploĉica na koju su zalemljeni memorijski ĉipovi DRAM-a
i na ĉijem se jednom rubu nalaze konektori (sl. 2.17-18). Na matiĉnoj ploĉi
postoje odgovarajući konektori u koje je moguće utaknuti memorijski modul
(sl. 2.19). U zavisnosti od tipa matiĉne ploĉe, na njoj se ugraĊuju dva ili više
konektora za memorijske module.
Sl. 2.17. Memorijski modul RAM-a
Sl. 2.18. Struktura
memorijskog modula
Sl. 2.19. Memorijski moduli
RAM-a utaknuti u slotove na
matiĉnoj ploĉi
Postoji nekoliko razliĉitih modela memorijskih modula: SIMM, DIMM i
SODIMM. SIMM (single inline memory module) je najstarija vrsta
memorijskog modula, koji ima RAM ĉipove sa jedne strane kartice. Ne koristi
se više u savremenim raĉunarima. DIMM (dual inline memory module) je
trenutno najrasprostranjenija vrsta memorijskih modula. Ima RAM ĉipove sa
DRAM
SIMM
50 Informatika i raĉunarske komunikacije
obe strane kartice. SODIMM (small outline dual inline memory module) su
memorijski moduli namenjeni prenosnim raĉunarima pa su manjih dimenzija
od SIMM i DIMM modula.
Pored standardnih RAM memorijskih modula, koji se koriste za
izgradnju unutrašnje memorije raĉunara, postoji i nekoliko specijalizovanih
vrsta RAM memorija kao što su: CMOS RAM i video RAM.
CMOS RAM je specijalizovana memorija malog kapaciteta koja se
nalazi na osnovnoj ploĉi PC raĉunara. Sluţi iskljuĉivo za ĉuvanje podataka o
konfiguraciji raĉunara. Napajanje CMOS RAM-a vrši se pomoću male
baterije sa matiĉne ploĉe raĉunara i na taj naĉin podaci o konfiguraciji
raĉunara ostaju zapamćeni ĉak i po iskljuĉivanju napajanja raĉunara.
Video RAM se nalazi na grafiĉkoj kartici i iskljuĉivo se koristi za
memorisanje slike koja se prikazuje na monitoru. O ovoj memoriji će biti više
reĉi kada se bude govorilo o grafiĉkim karticama.
Na kraju, definišimo još jedan tip memorije koji se popularno naziva
virtuelna RAM memorija. Ova memorija sa naziva RAM samo po funkciji
koju obavlja, a ne i po konstrukciji i principu rada. Naime, pošto je RAM
memorija raĉunara ograniĉenog kapaciteta, a potreba za RAM-om je
evidentna, bilo je potrebno stvoriti odreĊeni mehanizam koji će biti u stanju
da od dela hard diska (spoljašnja memorija velikog kapaciteta), stvori
virtuelnu unutrašnju memoriju, kao dodatak postojećoj RAM memoriji.
Zadatak emulacije virtuelne RAM memorije poveren je operativnom sistemu
raĉunara. O ovome će biti više reĉi u poglavlju III-1-5-4. Zahvaljujući
virtuelnom RAM-u, prevazilazi se nedostatak RAM-a, ali se istovremeno gubi
na brzini pristupa podacima, pošto je brzina pristupa hard disku mnogo puta
manja od brzine pristupa RAM memoriji. Napomenimo još jednom da
virtuelna RAM memorija nije poluprovodniĉka memorija, pošto je ona
locirana na hard disku raĉunara.
II-7.1.2 Keš memorija
Keš memorija je ultra brza RAM memorija malog kapaciteta koja ima
funkciju da privremeno skladišti podatke i instrukcije koji su upravo doneti iz
sporije RAM (glavne ) memorije ili se u nju šalju. Na taj naĉin vrši se dvojako
ubrzavanje rada procesora. Jednom, kada se keširaju podaci koji se upisuju u
glavnu memoriju, a drugi put kada se keširaju podaci koji se ĉitaju.
U prvom sluĉaju, keš memorija prihvata podatke i na taj naĉin
omogućava procesoru da odmah nastavi dalje sa izvršavanjem programa, ne
trošeći vreme na komunikaciju sa glavnom memorijom. Za dalje
prosleĊivanje podataka na odgovarajuće mesto u glavnoj memoriji odgovorna
su upravljaĉka kola (kontroler) keš memorije.
II Hardver raĉunarskog sistema 51
U drugom sluĉaju, zahvaljujući kešu, procesor moţe više od jednog puta
da koristi isti podatak koji se nalazi na datoj memorijskoj lokaciji. Prvi put
kada procesor zatraţi ĉitanje nekog podatka sa date memorijske lokacije,
podatak se najpre uĉita u keš memoriju, a potom i u procesor. Tada se ne štedi
na vremenu uĉitavanja, jer procesor mora da stopira sve druge aktivnosti dok
se proces uĉitavanja ne završi. MeĊutim, svaki naredni put kada procesor
ponovo zatraţi vrednost te iste lokacije, a ona se nalazi uĉitana u kešu, keš
kontroler će je servirati procesoru skoro trenutno.
Kontroler keš memorije se trudi da u kešu zadrţi što više podataka koje
će procesor potraţivati od glavne memorije u bliskoj budućnosti. Ako
procesor ne pronaĊe podatak sa date memorijske lokacije u keš memoriji,
kontroler keša će najpre u keš memoriji uĉitati traţeni podatak iz glavne
memorije, a potom će podatak proslediti procesoru. Pored toga, kontroler keša
će u keš memoriji uĉitati i ĉuvati podatke koji su na neki naĉin povezani sa
traţenim podatkom, kako bi se naredni podatak našao „pri ruci“ procesoru u
brţoj keš memoriji.
Keš memorija se izvodi kao integralni deo procesora (L1 i L2 keš ) ili
kao nešto sporija ali veća keš memorija na matiĉnoj ploĉi (L3 keš) (sl. 2.20).
L1 keš memorija je locirana u procesoru i radi na frekvenciji jezgra
procesora. IzraĊuje se u SRAM tehnologiji i ima kapacitet od nekoliko
desetina KB.
L2 keš memorija je locirana u procesoru van njegovog jezgra i radi na
frekvenciji FSB magistrale. IzraĊuje u SRAM tehnologiji i ima kapacitet koji
se kreće od nekoliko desetina KB do nekoliko MB.
L3 keš se nalazi van procesora, na matiĉnu ploĉu raĉunara, i izraĊuje se
u SRAM ili DRAM tehnologiji. Kapacitet je znaĉajno veći od L2 keša.
Sl. 2.20. Vrste keš memorije i njena lokacija unutar raĉunarskog sistema
Napomenimo na kraju da, zavisi od posmatrane serije i proizvoĊaĉa
procesora, tip i kapacitet keš memorije procesora moţe da varira. Na primer,
neki procesori imaju samo integrisanu keš memoriju (L1 i/ili L2), dok kod
drugih postoji keš i van procesora (L3).
MATIĈNA PLOĈA CPJ L2 L3
Unutrašnja
memorija JEZGRO
CPJ L1
52 Informatika i raĉunarske komunikacije
II-7.1.3 ROM memorija
ROM memorija (Read Only Memory) predstavlja postojanu memoriju
koja u svom osnovnom izdanju moţe samo da se ĉita. MeĊutim, danas na
trţištu postoje i neki tipovi ROM memorije u koje se moţe izvršiti i upis
podataka od strane korisnika. Razlikujemo sledeće tipove ROM memorije:
ROM, PROM, EPROM, EEPROM i FLEŠ ROM memorija.
ROM (Read Only Memory) predstavlja postojanu memoriju koja moţe
samo da se ĉita. ROM memorija se puni podacima i programima još u fazi
procesa proizvodnje. Korisnik ne moţe da promeni njen sadrţaj, koji se uz to
ne briše nakon iskljuĉenja raĉunara. ROM memorije se najĉešće koristi za
skladištenje tzv. ugraĊenih programa koji se najĉešće automatski izvršavaju
nakon ukljuĉenja raĉunara ili ureĊaja. Na primer svi današnji PC raĉunari
poseduju tzv. BIOS ROM memoriju u koju se skladišti BIOS program koji se
automatski izvršava po ukljuĉenju raĉunara. Veliĉina ROM memorije je mala
i iznosi od nekoliko KB do više stotina KB.
PROM (Programmabile Read Only Memory) je programabilna ROM
memorija, koja iz proizvodnje stiţe prazna. Na zahtev korisnika memorije,
sadrţaj memorije se puni pomoću posebnog ureĊaja koji se naziva
programator. Jednom upisani sadrţaj u PROM-u ne moţe se više menjati niti
brisati.
EPROM (Erasable Programmabile Read Only Memory) ja
programabilana ROM memorija ĉiji se sadrţaj moţe više puta menjati i
brisati. EPROM se puni elektiĉnim putem pomoću PROM programatora, a
njegov sadrţaj se briše optiĉkim putem, osvetljavanjem memorije
ultraljubiĉastom svetlošću.
EEPROM (Electrically Erasable Programmabile Read Only Memory)
je programabilna ROM memorija koja se moţe elektriĉno puniti i brisati više
puta. Upis sadrţaja u memoriju se vrši na sliĉan naĉin kao kod EPROM-a. Za
razliku od EPROM-a, brisanje se vrši elektriĉnim putem, dovoĊenjem napona
suprotnog polariteta od napona upisa. EPROM i EEPROM memorije se
najĉešće izraĊuju kao 8.-bitne memorije kapaciteta od 2KB do 64KB.
FLEŠ ROM memorija je najnoviji oblik trajne
poluprovodniĉke ROM memorije koja takoĊe koriti
tehnologiju elektriĉnog upisa i brisanja. Po
karakteristikama predstavlja unapreĊenu verziju
EEPROM-a. Podaci se u fleš memoriju mogu upisivati i
brisati više stotina hiljada puta. Zbog toga se ova memorija
danas ĉeto koristi za skladištenje BIOS-programa raĉunara.
USB fleš memorija je specijalna vrsta fleš memorije koja
se danas masovno koristi za brzo skladištenje i prenos
podataka. Memorija se smešta u maleno kućište duţine
Sl. 2.21. USB
fleš memorija
II Hardver raĉunarskog sistema 53
nekoliko cm, koje je fiziĉki štiti od okruţenja. Ona je snabdevena sa USB
prikljuĉkom za povezivanje sa raĉunarom i drugim ureĊajima koji poseduju
USB prikljuĉak (sl. 2.21).
II-7.2 MAGNETNE MEMORIJE
Magnetne memorije spadaju u grupu spoljnih postojanih memorija.
Upisivanje podataka vrši se kontrolisanom magnetizacijom magnetnog
materijala nanešenog na podesni medijum, putem elektriĉnog signala koji
prolazi kroz glavu za pisanje i ĉitanje. Tom prilikom se povorka digitalnih
bitova preslikava u povorku malih magnetnih dipola (magnetnih bitova).
Ĉitanje podataka se vrši prolaskom glave za ĉitanje i pisanje u blizini
namagnetisanog sloja. Tada se, zbog promena u orijentaciji magnetnih dipola,
u glavi za ĉitanje indukuje elektriĉni signal, koji se dalje konvertuje u povorku
gigitalnih bitova.
U magnetne memorije spadaju: magnetne trake, hard diskovi (HD) i
flopi diskovi.
II-7.2.1 Magnetne trake
Magnetske trake još se mogu sresti kod starijih raĉunarskih sistema koji
su još u funkciji. Mogu da uskladište veliku koliĉinu podataka i to im je
najznaĉajnija osobina. IzraĊuju se od uske polimerne savitljive trake širine 25
mm na koju je nanet magnetni sloj. Traka se namotava na kotur ili se pakuje u
kasetu. Kotur sa trakom se postavlja na osovinu elektromotora kojima
upravlja kontrolna elektronika tako da je traka uvek dovoljno zategnuta
izmeĊu kotura sa koga se traka odmotava i kotura na kome se ona namotava.
IzmeĊu koturova se postavljaju magnetske glave za ĉitanje i upis podataka.
Pristup ovoj vrsti memorije je sekvencijalan, što znaĉi da se datom
podatku ne moţe direktno pristupiti, već se sekvencijalno, premotavanjem
trake postepeno dolazi do traţenog podatka.
Magnetski bit je mala površina trake namagnetisana u jednom od dva
moguća smera i predstavlja logiĉku "0" ili "1". Gustina zapisa definisana je
veliĉinom površine magnetskog bita. Što je magnetski bit manji, to je gustina
zapisa veća. Gustina obiĉno iznosi nekoliko hiljada bit/cm, a brzina trake oko
5m/s.
Zapisivanje podataka vrši se u više tragova istovremeno (sl. 2.22). Na
primer, 9 tragova se koristi za zapisivanje osmo bitnih podataka. Deveti trag
je upravljaĉki i sluţi za oznaĉavanje tekućeg poloţaja na traci. Svaki trag ima
svoju magnetsku glavu za ĉitanje i upis.
54 Informatika i raĉunarske komunikacije
Sl. 2.22. Zapisivanje i ĉitanje podataka sa magnetne trake
II-7.2.2 Hard disk
Hard disk (HD) je spoljašnja postojana memorija koja dopušta direktan
pristup podacima. Glavni delovi ĉvrstog diska su: kruţne ploĉe, glave za
ĉitanje i pisanje i kontroler HD (sl. 2.23).
Sl. 2.23. Konstrukcija hard diska sa dve ploĉe.
Hard disk koristi kruţne ravne diskove-ploĉe, koji su sa obe strane
presvuĉeni specijalnim materijalom dizajniranim da skladišti informacije u
magnetskoj formi. Ploĉe imaju otvor u centru i priĉvršćene su na valjkasti
nosaĉ ploĉa koji rotira brzinom od oko 5000-7000 ob/min. Unutrašnjost diska
je izolovana od spoljašnjeg sveta tako da spoljašnja prašina i ostali vidovi
kontaminacije ne dospevaju do površine ploĉa i time ih oštete. Glave za
ĉitanje i upis su specijalni elektromagnetski ureĊaji koji su postavljeni na
prikljuĉak prema magistrali raĉunara prikljuĉak za napajanje
Upravljaĉka logika
diska (kontroler)
Diskovi Premazani magnetizirajućim slojem
sektor x+1
sektor x
Klaster od 8 sektora
II Hardver raĉunarskog sistema 55
nosaĉe glava sa obe strane svakog diska. Upisno-ĉitajuća glava pliva na
vazdušnom jastuku koji se javlja kao posledica velike brzine obrtanja ploĉa.
Nosaĉi glava su meĊusobno kruto spojeni i pozicioniraju se iznad površine
diska pomoću ureĊaja koji se zove upravljaĉki mehanizam.
Kontroler diska je elektronski ureĊaj smešten u kućište diska koji
upravlja svim komponentama diska i obezbeĊuje komunikaciju diska sa
ostatkom raĉunara. Pored toga, kontroler HD vrši preslikavanje HD kao
fiziĉkog diska u logiĉki disk, tako da korisnici, uz pomoć operativnog sistema,
mogu na jednostavan naĉin logiĉki da podele HD na tzv. particije i
direktorijume. Na taj naĉin korisnik jednostavno skladišti podatke u
direktorijume (fascikle), pri ĉemu ne vodi raĉuna o fiziĉkim lokacijama na
HD na kojima se smeštaju podaci. O tome brine kontroler HD.
Podaci na disku se fiziĉki upisuju na unapred definisanim lokacijama
koje su odreĊene pomoću: traka, sektora i cilindara (sl. 2.24-2.25).
Zahvaljujući ovakvoj organizaciji diska pojedinaĉni bitovi se organizuju u
veće grupe radi lakšeg i brţeg pristupa njima.
Staze su koncentriĉne kruţnice odgovarajućih polupreĉnika na
površinama diskova na kojima se upisuju podaci. Skup svih staza istog
polupreĉnika koje se nalaze na svim diskovima naziva se cilindar jer
predstavlja prividno telo u obliku cilindra. Staza je ugaono podeljena na
sektore, koji sadrţe po 512 bajtova. Sektor predstavlja najmanji blok
podataka kome kontroler HD moţe da pristupiti. Broj sektora moţe biti
jednak na svim cilindrima, a moţe biti i manji na unutrašnjim, a veći na
spoljnim. Klaster je skup sektora na omotaĉu cilindra, koji su na istoj stazi i
sektoru ali na razliĉitim površinama diskova. To je najmanja dostupna fiziĉka
jedinica diska koju operativni sistem raĉunara moţe da prepozna i sa koje
moţe da proĉita i upisuje podatke. Veliĉina klastera se zadaje u fazi logiĉke
pripreme diska za buduće korišćenje, koja se naziva particionisanja diska.
Podela diskova na sektore takoĊe se vrši pre upotrebe diska, u toku procesa
formatiranja diska.
Primer. HD od 8 ploĉa (16 strana), 684 cilindra, 38 sektora po cilindru i 8
sektora po klasteru ima kapacitet:
C = (16 strana)*(684 cilindra)*(38 sektora)*(512 bajt-a) = 212 926 464 B = 207 936 kB =
= 203.0625 MB
Ukupni broj klastera je:
Broj klastera = (16 * 684 * 38) / 8 = 51 984 □
56 Informatika i raĉunarske komunikacije
Sl. 2.24. Ploĉe hard diska
Sl. 2.25. Staze (trake) i sektori na ploĉi hard diska
staza n
sektor s
cilindar
disk
disk
nosaĉ
glava
glava
osovina
Sektori Staze
Praznine
izmeĊu staza
II Hardver raĉunarskog sistema 57
Po pravilu svaki HD raspolaţe keš memorijom tipa SRAM od nekoliko
megabajta, koja ima zadatak da ubrza prenos podataka sa diska prema
magistrali. U ovu memoriju se prebacuju podaci sa HD koji su poslednji
ĉitani, jer oni imaju najveću verovatnoću da budu ponovo zatraţeni za
uĉitavanje sa HD. Na taj naĉin znatno se ubrzava proces ĉitanja podataka.
Sl. 2.26. Upis i ĉitanje podataka sa hard diska
Postupak uĉitavanja i upisivanja podataka na HD ilustrovan je na sl.
2.26. Pri upisu podataka na HD, glava se najpre pozicionira iznad datog
sektora na kome se nalaze namagnetisani magnetni dipoli, koje nazivamo
magnetni bitovi. Magnetni bitovi u namotaju glave indukuju elektromotornu
silu koja po obliku odgovara magnetnim bitovima sa datog sektora.
Elektromotorna sila se onda prevodi u digitalne signale koji se smeštaju u
memoriju raĉunara. U sluĉaju upisivanja podataka na HD, u namotajima glave
se dovode elektriĉni impulsi koji odgovaraju logiĉkim bitovima iz memorije
raĉunara. Elektriĉni impulsi generišu magnetno polje u okolini glave za upis
pri ĉemu se vrši magnetizacija malih površina na datom sektoru diska i na taj
naĉin se upisuju magnetni bitovi na HD.
HD diskovi imaju sledeće karakteristike:
kapacitet HD se kreće od nekoliko stotina GB do hiljadu GB.
brzina obrtanja HD iznosi od 5400 do 7200 ob/min za IDE/ATA
diskove a 15000 ob/min za SCSI diskove.
Glava za ĉitanje i pisanje
Elektriĉni kalem
Jedna staza
Namagnetisani bitovi Gvozdeno jezgro
Niz bitova na ulazu u glavu za pisanje
Elektriĉni signal u glavi za pisanje
Orjentacija magneta
Elektriĉni signal u glavi za ĉitanje
Niz bitova na izlazu iz glave za ĉitanje
58 Informatika i raĉunarske komunikacije
dimenzije HD su 5.25" (nekada), 3.5" (danas) i 2.5" (za laptop).
broj ploĉa HD najĉešće iznosi od jedne do ĉetiri.
pristup podacima je direktan.
Veza izmeĊu hard diska i raĉunara definisana je njegovim interfejsom a
ostvaruje se uz pomoć kontrolera diska. Postoje više vrsta interfejsa HD:
ATA (IDE, EIDE), SATA i SCSI.
Sl. 2.27. IDE slot i kabl Sl. 2.28. Prikljuĉivanje
IDE kabla na IDE hard
disk
Sl . 2.29. SATA
kabl
ATA predstavlja vrlo star standard po IDE specifikaciji
(Integrated/Intelligent Drive Electronics). Više puta unapreĊivan. Zasniva se
na paralelnom prenosu podataka sa diska pomoću 40-ţilnog kabla i signalom
komunikacije od 5V. Brzina prenosa podataka iznosi najviše 133MB/s.
Naknado je preimenovan u PATA (Parallel) da bi se istakla razlika u odnosu
na SATA interfejs. EIDE standard je napredniji PATA standard koji
prevazilazi ograniĉenja IDE standarda i u isto vreme zadrţava kompatabilnost
sa njime. EIDE podrţava brţi transfer podataka izmeĊu memorije i diska
koristeći se tehnikom direktnog pristupa memoriji (DMA tehnika).
SATA (Serial Advanced Technology Attachment) je serijski interfejs
tvrdog diska sa brzom serijskom komunikacijom, koja se odvija preko
sedmoţilnog kabla i signalom komunikacije od 0.5V (sl. 2.29). Standard se
bazira na brzom serijskom prenosu preko odvojenih prijemnih i predajnih
parica. U zavisnosti od verzije SATA, brzina prenosa po SATA specifikaciji
iznosi:
150MB/s (verzija I)
300MB/s (verzija II)
600MB/s (u perspektivi).
Prednosti SATA nad PATA interfejsom su:
II Hardver raĉunarskog sistema 59
manji napon napajanja (0,5V SATA – 5V PATA)
manji kablovi (SATA kablovi su uţi, što omogućava lakšu cirkulaciju
vazduha i mogućnost smanjivanja veliĉine PC raĉunara).
poboljšana robustnost podataka (SATA je interfejs koji je otporniji na
pojavu grešaka u prenosu podataka).
SCSI (Small Computer System Interface) je standard za povezivanje
SCSI diskova i drugih SCSI ureĊaja (štampaĉa, skenera i sliĉno) u jednu
mreţu SCSI ureĊaja (sl. 2.30).
Sl. 2.30. SCASI kontroler i SCASI ureĊaji prikljuĉeni na
SCASI magistralu
Povezivanje i upravljanje SCSI ureĊajima vrši se pomoću SCSI
kontrolera. To je ureĊaj koji se prikljuĉuje na postojeću magistralu raĉunara
(ISA ili PCI) i ima prikljuĉke za unutrašnje i spoljašnje SCSI ureĊaje.
Unutrašnji SCSI ureĊaji se postavljaju unutar kućišta raĉunara (na primer
SCSI diskovi) za razliku od spoljašnjih SCSI ureĊaja koji se nalaze van
kućišta raĉunara (na primer SCSCI štampaĉi, skeneri i sl.). Maksimalni broj
SCSI ureĊaja koji mogu da se prikljuĉe na SCSI magistralu kreće se od 8 do
16. Brzine SCSI magistrale variraju zavisno od standarda a kreću se od 5Mb/s
(SCSI-1) do 640Mb/s (Ultra 640 SCSI).
ID7
SCSI host
kontroler
ID0
Butabilni
HD
ID1
Magnetna traka
ID2
CD ureĊaj
ID3
CD R/W ureĊaj
ID4
Prenosivi ureĊaj
ID5
Skener
ID7
Dodatni HD
SCASI magistrala
Unutrašnji ureĊaji
Spoljašnji ureĊaji
60 Informatika i raĉunarske komunikacije
II-7.2.3 Flopi disketa
Flopi disketa (sl. 2.31)
sluţi za prenos manje koliĉine
podataka sa raĉunara na
raĉunar i distribuciju manjih
programa. Ubacuje se u flopi
ureĊaj (sl. 2.32) instaliran na
raĉunaru. Unutar kućišta flopi
diskete nalazi se jedan
savitljivi feromagnetni disk
koji se okreće samo onda kada
se pristupa podacima i nakon pristupa se zaustavlja. Flopi diskete se izraĊuju
u veliĉinama od 5.25” (stariji modeli) i 3.5” (noviji modeli), ali su danas u
upotrebi samo diskete od 3.5” kapaciteta 1,44MB. Fiziĉka organizacija flopi
diskete je sliĉna organizaciji HD: sastoji se od staza i sektora. Standardno,
disketa od 3,5” ima 80 staza sa po 18 sektora na svakoj stazi. Kod današnjih
raĉunara, zbog malog kapaciteta i velike nepouzdanosti, flopi diskete se više
ne koristi za skladištenje podataka.
II-7.3 OPTIĈKE MEMORIJE
U optiĉke memorije spadaju razliĉite vrste CD (Comact Disk) i DVD
(Digital Versatile Disc) diskova.
Ĉitanje podataka sa optiĉkih diskova zasniva se na osobini refleksije
laserskog zraka od površine diska. Postoji više vrsta CD i DVD diskova, koji
se meĊusobno razlikuju po tehnici upisa i ĉitanja podataka sa diska kao i
kapacitetu diska.
Razlikujemo sledeća dva naĉina upisa podataka na CD i DVD diskove:
1. rezanje površine diskova pomoću laserskog snopa (CD-R, CD-
RW, DVD-R, DVD-RW, DVD-RAM) i
2. izrada tzv. master diska metodom rezanja i preštampavanje CD i
DVD diskova sa master diska (CD-DA, CD-ROM, DVD-ROM).
Za svaki tip optiĉke memorije postoji odgovarajući optiĉki ureĊaj koji
moţe da ĉita i/ili upisuje podatke na njemu. To su CD i DVD ĉitaĉ/pisaĉ. U
sledećoj tabeli dat je pregled CD i DVD optiĉkih ureĊaja, sortiranih po
vremenu nastanka.
Sl. 2.31.
Flopi disketa
Sl. 2.32. Flopi ureĊaj
(drajv)
II Hardver raĉunarskog sistema 61
Tip ureĊaja Puni naziv (na
engleskom) Ovaj ureĊaj…
CD-DA Compact Disk –
Digital Audio Ĉita (reprodukuje) CD-DA
CD-ROM Compact Disk Read
Only Memory Ĉita CD-ROM, CD-R i CD-DA
CD-R Compact Disk
Recordable
Ĉita CD-DA, CD-ROM i CD-R.
U stanju je da piše (samo
jednom) na CD-R disku.
CD-RW Compact Disk
ReWritable
Ĉita CD-DA, CD-ROM, CD-R i
CD-RW.
Moţe više puta zapisivati na CD-
RW disku.
DVD ROM Digital Versatile Disk
Read Only Memory Ĉita sve CD formate. Ĉita DVD.
DVD R Digital Versatile Disk
Recordable
Ĉita sve CD formate. Ĉita DVD.
U stanju je da piše (samo
jednom) na DVD-R disku.
DVD RW Digital Versatile Disk
Re Writable
Ĉita sve CD formate. Ĉita DVD.
Moţe više puta zapisivati na
DVD-RW disku.
DVD RAM
Digital Versatile Disk
Random Access
Memory
Ĉita sve CD formate.
Ĉita DVD ROM.
Ĉita i piše na DVD disku.
II-7.3.1 CD diskovi
Razlikujemo sledeće CD diskove: CD-DA, CD-ROM, CD-R i CD-RW
Ovi tipovi diskova proizvode se od visoko transparentne polikarbonatne
plastike preĉnika 120 mm i debljine 1.2 mm.
CD-DA (Audio CD) je disk koji je prvi ušao u upotrebu a sluţi za
skladištenje visokokvalitetnog audio zapisa u trajanju od 70 do 80 minuta.
CD-ROM (Compact Disc Read Only Memory) sluţi za distribuciju
raĉunarskih programa i podataka i ima kapacitet od 650 do 700 MB. Na
diskove ovog tipa podaci se nanose preštampavanjem sadrţaja sa master diska
(mehaniĉkim putem).
62 Informatika i raĉunarske komunikacije
Sl. 2.33. Udubljenja na
površini CD ROM-a Sl. 2.34. Slojevi CD ROMA-a
Master disk se dobija pravljenjem malih udubljenja (zareza) (sl. 2.33)
odgovarajućih veliĉina i dubina na disku od specijalnog materijala duţ linije
spiralnog oblika. Zarezi predstavljaju u stvari kodove „audio“ ili „data“
zapisa. Tako dobijeni master disk dalje sluţi za mehaniĉko štampanje
plastiĉnih CD-DA ili CD-ROM diskova. Nakon štampanja, na plastiĉnu
podlogu preštampanog diska nanosi se ultra-tanki film od aluminija debljine
50-100 nm (sl. 2.34) koji pokriva izboĉine i zareze i sluţi kao reflektujući sloj
za snop laserske svetlosti koja se koristi za ĉitanje diska. Ovaj aluminijski sloj
se zaštićuje slojem laka a potom i
grafiĉkim slojem na kome se štampa
sadrţaj diska. Širina udubljenja je
0.5µm, duţina 0.8-3.5 µm a
meĊusobni razmak iznosi 1.6 µm.
Udubljenja na CD-u se formiraju
poĉevši od unutrašnjeg dela diska i
spiralno se šire prema rubu diska.
Ĉitanje podataka sa diska vrši se
u optiĉkom ureĊaju pomoću laserskog
zraka slabijeg intenziteta koji se šalje
na reflektujući film diska koji rotira
odreĊenom (promenljivom brzinom)
(sl. 2.35). Zrak se kreće spiralno
poĉevši od centra ka periferiji diska.
Foto detektor registruje odbijene
svetlosne zrake sa diska. Zraci
odbijeni sa ravnih delova diska imaju
jaĉi intenzitet, a zraci odbijeni sa
Sl. 2.35. Proces ĉitanja podataka
sa CD ROM diska
Disk
Soĉivo
Soĉivo
Prizma
Laserska
dioda
Foto
detektor
Površina CDa
smer upadne svetlosti
reflektujući sloj
od aluminijuma
sloj laka grafiĉki sloj
plastiĉni disk
II Hardver raĉunarskog sistema 63
izboĉina na disku imaju mnogo slabiji intenzitet i foto detektor ih ne registruje
(sl. 2.36). Na ovaj naĉin se detektuju logiĉke 0 i 1 kojima su kodirani podaci.
U cilju oĉuvanja konstantne brzine ĉitanja podataka, broj okretaja diska
se mijenja sa vremenom tako da sa poĉetnih 500 ob/min, kada se ĉitaju podaci
sa unutrašnjeg dela diska, brzina diska padne na krajnjih 200 ob/min, kada se
ĉitaju podaci sa oboda diska. Prednosti CD-DA i CD-ROM diskova su niska
proizvoĊaĉka cena, relativno veliki kapacitet i dugotrajnost upisanih podataka,
a nedostaci su nemogućnost promene fabriĉki upisanih podataka i
nemogućnost upisa novih podataka.
Sl. 2.36. Postupak ĉitanja podataka
CD–R (Compact Disk Recordable) diskovi omogućavaju jednostruko
snimanje podataka bez korišćenja master diska. Istih su dimenzija i sliĉne su
graĊe kao i CD–ROM. MeĊutim, CD–R disk ima jedan sloj više od audo CD i
CD-ROM diska. Ovaj sloj sluţi da se u njemu utisnu podaci u obliku zareza
pomoću laserske svetlosti i naziva se zapisni sloj. Zapisni sloj je organski
prozirni sloj koji se nalazi izmeĊu metalnog sloja i zaštitne plastike.
Laseri na CD-R ureĊajima imaju tri ili više nivoa snage. Najviši nivo se
koristi pri upisu podataka kada laserski snop deluje na površinu diska u
odreĊenim taĉkama pri ĉemu dolazi do taĉkastog zagrevanja zapisnog sloja
diska. Kao posledica zagrevanja u zapisnom sloju diska trajno se stvaraju
zarezi koji predstavljaju kodove podataka. Na najniţem nivou snage laserski
mehanizam ĉita površinu diska na isti naĉin kao i kod CD-ROM-a. Tom
prilikom, utisnuti zarezi menjaju koeficijent refleksije upadne laserske
svetlosti i omogućavaju ĉitanje podataka sa CD-R diska.
CD-RW (Compact Disk Rewritable) diskovi su pogodni za višestruko
smeštanje velike koliĉine podataka, tj. podataka koje ne treba dugo ĉuvati i
koji se ĉešće menjaju. CD-RW diskovi koji izlaze iz fabrika imaju zapisni sloj
u obliku kristala sa visokim koeficijentom refleksije. Postupci upisa i brisanja
podataka kod ove vrste diskova mogu se objasniti na sledeći naĉin.
Laserska dioda
Foto detektor
Reflektovani
snop svetlosti
Upadni snop
svetlosti
Reflektujući
snop svetlosti
Upadni snop
svetlosti
Laserska dioda
Reflektujući
snop svetlosti
Reflektovani snop
svetlosti
Foto
detektor
64 Informatika i raĉunarske komunikacije
Pri upisu podataka CD-RW ureĊaj koristi maksimalnu snagu lasera za
topljenje taĉkastih delova zapisnog sloja. Nakon hlaĊenja materijal prelazi u
amorfno stanje sa malim koeficijentom refleksije i na taj naĉin se stvaraju
ekvivalentni zarezi u zapisnom sloju koji su analogni mehaniĉkim zarezima
kod CD-ROM-a.
Pri brisanju podataka koristi se srednja snaga lasera za zagrevanje taĉaka
u kojima su zapisani podaci na CD-RW disku do temperature bliske taĉki
topljenja pri ĉemu se nakon hlaĊenja ove taĉke ponovo vraćaju iz amorfnog u
kristalno stanje. Na taj naĉin se brišu zarezi u zapisnom sloju i on je spreman
za ponovni upis. Zapisni sloj je napravljen od materijala koji omogućava više
hiljada puta pisanje i brisanje na jednom CD-RW disku.
Brzina prenosa podataka sa CD ureĊaja zavisi od samog modela ureĊaja
i kreće se od 2x do 56x, gde x odgovara brzini prenosa podataka do 125KB/s.
II-7.3.2 DVD diskovi
DVD (digital versatile disc) je posebna vrsta optiĉkih diskova velikog
kapaciteta. Dimenzije su jednake dimenzijama CD–ROM–a. U sledećoj
tablici dat je uporedni pregled nekih karakteristika CD-a i DVD diskova.
Karakteristike DVD CD
Preĉnik diska 120 mm 120 mm
Debljina diska 0.6mm x 2 1.2 mm
Širina udubljenja 0.2 um 0.5 um
Najmanja duţina udubljenja 0.4 um 0.834 um
Talasna duţina svetlosti 640 nm 780 nm
Kapacitet diska 4.7-17 Gb 650-800Mb
Postoji više vrsta DVD diskova. U sledećoj tabeli data je njihova podela.
Naziv DVD diska Namena DVD diska
DVD ROM samo za ĉitanje
DVD Video disk za snimanje filmova u digitalnom formatu
DVD–R i DVD+R podaci se mogu zapisati samo jednom
DVD–RW i
DVD+RW podaci se mogu pisati i brisati više puta.
DVD RAM podaci se mogu ĉitati i upisivati kao i kod HD
BLUE RAY zasniva se na plavo-ljubiĉastom laseru
HD DVD za podatke i visoko kvalitetni video zapis
II Hardver raĉunarskog sistema 65
Kapaciteti DVD ROM-a zavise od tehnologije izrade diska i kreću se od
4,7 GB (jednoslojni) do 17 GB (dvostrani dvoslojni). Razlikujemo sledeće
vrste DVD ROM diskova:
DVD-5 – jednostrani jednoslojni DVD kapaciteta 4,7 GB
DVD-9 – jednostrani dvoslojni DVD kapaciteta 8,5 GB
DVD-10 - dvostrani jednoslojni DVD kapaciteta 9,4 GB
DVD-18 - dvostrani dvoslojni DVD kapaciteta 17 GB
Na sl. 2.37-40 prikazani su popreĉni preseci ovih diskova.
Sl. 2.37. DVD-5 – jednostrani
jednoslojni, 4,7 GB
Sl. 2.38. DVD-9 – jednostrani
dvoslojni, 8,5 GB
Sl. 2.39. DVD-10 - dvostrani
jednoslojni, 9,4 GB
Sl. 2.40. DVD-18 - dvostrani
dvoslojni, 17 GB
Prednosti DVD diskova nad CD diskovima su:
mesto spoja
Reflektujući
sloj Laserska svetlost
DVD disk
DVD disk Mesto spoja
Drugi refl. sloj
Laserska svetl. Prvi reflektujući sloj
DVD disk Mesto spoja
Reflektujući sloj
Laserska svetlost
mesto spoja
Drugi refl.
sloj Prvi
refl. sloj Laserska
svetost
DVD disk
66 Informatika i raĉunarske komunikacije
rastojanja izmeĊu zareza su manje a staze su smeštene bliţe jedna
drugoj što daje veći kapacitet DVD disku
postoje dvoslojni DVD diskovi
postoje dvostrani DVD diskovi
BD DVD (Blue ray Disk) je naslednik DVD diskova. Svoj rad zasniva
na korišćenju tehnike promene faze svetlosti. Koristi plavo-ljubiĉasti laser
talasne duţine od 405 nm. Kapaciteti BD diskova se kreću od 27Gb
(jednoslojni) do 54Gb (dvoslojni). Oznaka "1x" na ovim diskovima odgovara
protoku podataka od 36 Mb/s što je oko ĉetiri puta brţe od DVD-a pri istoj
brzini okretanja (1x). Postoje 3 vrste Blu-ray diska: BD samo za uĉitavanje,
BD-R za uĉitavanje i jednostruki zapis i BD-RE za uĉitavanje i višestruki
zapis podataka.
HD DVD (High Definition) je disk sa vrlo gustim formatom zapisivanja
podataka na optiĉke diskove koji je namenjen za podatke i visoko kvalitetne
video zapise. U sledećoj tabeli dati su neki najznaĉajniji podaci vezani za HD
DVD diskove.
Fiziĉka veliĉina Kapacitet
jednoslojnih
Kapacitet
dvoslojnih
12 cm, jednostrani 15 GB 30 GB
12 cm, dvostrani 30 GB 60 GB
8 cm, jednoslojni 4.7 GB 9.4 GB
8 cm, dvostrani 9.4 GB 18.8 GB
II-8 ULAZNI UREĐAJI
Ulazni ureĊaji sluţe za unos podataka u raĉunar. U ove ureĊaje spadaju:
tastatura, miš, dţojstik, taĉped, taĉskrin, grafiĉka tabla, mikrofon, video
kamera i ĉitaĉi memorijskih kartica. U nastavku se daju osnovne
karakteristike i funkcionalnost pobrojanih ureĊaja.
II-8.1 TASTATURA
Tastatura je ulazni ureĊaj koji sluţi za unos razliĉitih karaktera (slova
brojeva i specijalnih znakova) i zadavanje komandi unutar nekog programa.
Sastoji se od velikog broja tastera (standardno 101, a moţe ih biti i više -
Windows tastatura). Tasteri se na tastaturi mogu grupisati u sledeće grupe (sl.
2.41):
II Hardver raĉunarskog sistema 67
numeriĉki tasteri (0, …, 9)
alfa-numeriĉki tasteri (a,A, …, z,Z, !,“,#,...,+,-,=)
tasteri za kretanje (→,←,↑,↓,PgUp,PgDn,Home,End)
funkcijski tasteru (F1, …, F12)
kontrolni tasteri (Alt, Ctrl, Shift, CapsLock, Tab, Esc, Enter, Insert,
Delete,Space, BackSpace, Print Screan, Pause)
Windows i multimedijalni tasteri (Play,Pause, Stop, …, Mute)
Internet tasteri (www, LastPage, NextPage, E-mail)
tasteri za ukljuĉenje i iskljuĉenje raĉunara
Sl. 2.41. Tastatura
Tastatura radi na sledećem principu. Pritiskom na neki od tastera
potiskuje se gumeni podmetaĉ na kome se nalazi elektriĉno-provodni
materijal koji ostvaruje elektriĉni kontakt. Tom prilikom se zatvara strujno
kolo na poziciji pritisnutog tastera i generiše se odgovarajući signal. Enkoder
tastature prihvata ovaj signal, prevodi ga u digitalni kod pritisnutog tastera i
šalje ka procesoru. Procesor prihvata kod, dekodira ga i izvršava na primer
ispis pritisnutog tastera na ekranu. Prikljuĉci za današnje tipove tastature su
PS/2 i USB.
II-8.2 MIŠ I NJEMU SLIĈNI UREĐAJI
Miš je ureĊaj za pokazivanje i izbor objekata na ekranu (meniji, prozori,
dijalozi, edit-box-ovi, grafiĉki objekti i sl.) kao i njihovu kontrolu. Sastoji se
od dva ili tri tastera, koji se nalaze sa gornje strane ureĊaja kojima se vrši tzv.
levo, desno i dvostruko levo okidanje. Levo okidanje na neki objekat na
monitoru rezultuje u njegov izvor (selekciju), desno okidanje na objekat daje
specijalni
tasteri
funkcijski
tasteri ostali tasteri numeriĉki
tasteri
tasteri za
navigaciju Windows tasteri modifikujući
tasteri
Alfanumeriĉni tasteri
68 Informatika i raĉunarske komunikacije
padajući meni objekta, dok dvostruko levo okidanje na ikonu programa
pokreće izvršavanje programa. Kao rezultat pomeranja miša, vrši se
pomeranje pokazivaĉa miša na monitoru. Pored miša, ureĊaji poput trekbola,
dţojstika, taĉpeda i taĉskrina, takoĊe sluţe za pokazivanje i izbor objekata na
ekranu.
Postoje u osnovi dve vrste miševa: miš sa kuglom (elektromehaniĉki) i
optiĉki miš.
Sl. 2.42. Konstrukcija elektromehaniĉkog miša: 1-kuglica, 2-rotirajuća
osovina sa toĉkićem koji naleže na kuglicu, 3- fotodioda, 4- fotosenzor,
5-prekidaĉ
Elektromehaniĉki miš se sastoji iz kućišta sa tasterima i gumenom
kuglicom koja sa donje strane miša naleţe na podlogu po kojoj se miš kreće
(sl. 2.42). Unutar kućišta miša nalaze se diskovi sa prorezima, fotodiode,
fotosenzor i taster za okidanje. Pomeranje miša po ravnoj površini dovodi do
okretanja kuglice u odreĊenom smeru, pri ĉemu se kretanje kodira u elektriĉne
signale preko dva diska sa prorezima, fotodiode i fotosenzora. Dobijeni
elektriĉni signali odreĊuju poloţaj i kretanje pokazivaĉa miša na ekranu.
Rezolucija elektromehaniĉkih miševa iznosi oko 520 dpi (taĉaka po inĉu).
Za razliku od elektromehaniĉkog miša, optiĉki miš svoj rad zasniva na
refleksiji svetlosti od podloge po kojoj se miš kreće i odreĊenim tehnikama
kodiranja. Izvor svetlosti u obliku LED diode kao i detektor reflektovane
svetlosti, tzv. CCD ĉip nalaze se sa donje strane miša. Kada se optiĉki miš
pomera po nekoj podlozi koja odbija svetlost, CCD ĉip snima sliku podloge
koju osvetljava LED dioda i poredi je sa prethodnom slikom i na taj naĉin
detektuje pomeranje miša. Rezolucija ovih miševa je veća i kreće se do 800
dpi.
1 2 3
4
5
II Hardver raĉunarskog sistema 69
Povezivanje današnjih miševa sa raĉunarom vrši se kablom (pomoću
PS/2 ili USB prikljuĉka) ili beţiĉno. Za beţiĉno povezivanje koristi se
poseban dodatak (tzv. baza) koja prima signale od miša pomoću infracrvenih
(IR) ili radio talasa (RF). Baza se prikljuĉuje preko USB porta na raĉunar. Da
bi beţiĉni miš funkcionisao mora da ima sopstveno napajanje (baterije).
Trekbol (trackball) je sliĉan
mehaniĉkom mišu pošto poseduje kuglicu
koja moţe da se okreće (sl. 2.43). MeĊutim,
umesto da se kuglica pomera po ravnoj
podlozi, ona se kod trekbola pokreće prstima.
Smer okretanja kuglice odreĊuje pomeranje
kursora po ekranu.
Dţojstik umesto kuglice, kao kod miša,
ima pokretnu palicu koja sluţi za pomeranje
pokazivaĉa ili grafiĉkih objekata na monitoru.
Pritiskom na dugmad, koja su ugraĊena na
ureĊaju, zadaju se komande. Dţojstik se
koristi uglavnom za igre.
Taĉped (touchpad) je ureĊaj sa ploĉom osetljivom na dodir koji ima
sliĉnu namenu kao i miš (sl. 2.44, 2.45). Pred ploĉice osetljive na dodir,
sastavni deo taĉpeda su i tasteri za levi i desni klik kao i klizaĉ za skrolovanje
prozora. Taĉped je standardna komponenta laptop raĉunara, ali se proizvodi i
kao zasebni ureĊaj koji se pomoću kabla povezuje na neki od portova
raĉunara (sl. 2.45).
Taĉskrin (touchscreen) je ekran osetljiv na dodir koji, pored toga što
standardno sluţi za prikaz slike, istovremeno i prihvata informacije sa ekrana
dobijene pritiskom ekrana prstima ili specijalnom olovkom. Na taj naĉin,
raĉunari koji poseduju ovaj tip ekrana nemaju potrebe za mišem, a ponekad i
za tastaturom (dţepni raĉunari) (sl. 2.46).
Grafiĉka tabla (graphics tablet) sastoji se od ravne površine osetljive
na dodir na koju korisnik moţe da crta slike koristeći specijalnu olovku (sl.
2.47), pri ĉemu se slika pojavljuje na monitoru raĉunara sa kojim je grafiĉka
tabla povezana. Aktivna površina table je osetljiva na razliĉite pritiske olovke.
Sl. 2.44. Taĉped na prenosivom
raĉunaru
Sl. 2.45. Taĉped kao poseban
ureĊaj
Sl. 2.43. Trekbol
tasteri
kuglica
toĉkić
70 Informatika i raĉunarske komunikacije
Sl. 2.46. Taĉskin Sl. 2.47. Grafiĉka tabla
II-8.3 SKENER
Skener je ulazni ureĊaj koji ĉita tekst, fotografiju ili rukopis sa papira i
prevodi ih u digitalne podatke razumljive raĉunaru tj. u digitalnu sliku.
Princip rada skenera je sledeći. Iz pokretnog svetlosnog izvora skenera
emituje se svetlost koja se reflektuje od površine dokumenta ka optiĉkom
detektoru skenera, koji registruje intenzitete i boje piksela na slici dokumenta.
Slika se u raĉunaru dobija u digitalnom obliku kao rastera slika, a posebnim
programima moţe da se dalje obraĊuje ili pretvara u znakovne i numeriĉke
podatke, koristeći neki od algoritama za prepoznavanje teksta. Rezolucija
skenera se uobiĉajeno meri u taĉkama po inĉu (dpi) ili pikselima po inĉu
(ppi). Moderni skeneri imaju minimalnu rezoluciju 1200x600 dpi. Postoji i
tzv. interpolirana rezolucija koja se postiţe softverski. Prema obliku i nameni
razlikujemo stone i ruĉne skenere (sl. 2.48 i 2.49).
Ĉitaĉ bar koda je specijalna vrsta skenera pomoću koga se ĉita bar kod
na nalepnicama proizvoda. Bar kod predstavlja jedinstvenu kombinaciju
vertikalnih linija koje se koriste za šifriranje komercijalnih proizvoda u cilju
automatskog unošenja i aţuriranja podataka o prometu proizvoda.
Sl. 2.48. Stoni skeneri Sl. 2.49. Ruĉni
skeneri
II Hardver raĉunarskog sistema 71
II-8.4 MIKROFON I KAMERA
Mikrofon je ulazni ureĊaj koji je neophodan za snimanje zvuka, ali
moţe da posluţi i za komuniciranje preko Interneta. To je analogni ulazni
ureĊaj koji pomoću membrane registruje zvuĉne talase i prevodi ih u
kontinualni elektriĉni signal koji se dalje vodi na zvuĉnu karticu ili integrisani
audio ĉip raĉunara. U zvuĉnoj kartici ili audio ĉipu se vrši dalja obrada
zvuĉnog signala.
Digitalna video kamera je elektronski digitalni ureĊaj koji se koristi za
digitalno snimanje fotografija i video zapisa (sl. 2.50). Ovi ureĊaji generišu
sliku pomoću specijalizovanog mikroĉipa tipa CMOS ili CCD. CCD je
sastavljen od velikog broja fotoosetljivih ćelija, koje vrše digitalizaciju slike
generišući digitalne podatke o poloţaju, nijansi boje i stepenu osvetljenosti
pojedinih mikroskopskih površina slike (piksela). Tako dobijeni digitalni
podaci upisuju se u obliku razliĉitih grafiĉkih ili video formata u memorijski
modul aparata (DVD minidisk, HD ili fleš memorija). Za jednu sekundu video
snimka, prema video standardima potrebno je snimiti bar 25 sliĉica da bi se u
snimku dobili koliko-toliko prirodni pokreti bez "poskakivanja". Digitalne
video kamere se pomoću USB kabla povezuju na raĉunar i na taj naĉin je
moguće memorijski sadrţaj kamere prebaciti na hard disk raĉunara.
Sl. 2.50. Digitalna kamera Sl. 2.51. Web kamere
Web kamera (sl. 2.51) je vrsta digitalne video kamere koja je direktno
spojena na raĉunar sa ciljem snimanja i prenošenja video signala preko
raĉunarske mreţe (Interneta). Uglavnom se koristi za video konferencije kao i
za vizuelni kontakt meĊu pojedinaĉnim sagovornicima koji komuniciraju
preko Interneta.
72 Informatika i raĉunarske komunikacije
II-8.5 ĈITAĈ MEMORIJSKIH KARTICA
Ĉitaĉ memorijskih kartica je ureĊaj koji se koristi za ĉitanje memorijskih
kartica koje danas predstavljaju uobiĉajene memorijske module gotovo svih
digitalnih ureĊaja (digitalne kamere i aparati,
igraĉke konzole, mobilni telefoni itd). Na trţištu
se trenutno koristi na desetine vrsta memorijskih
kartica i moţe se pojaviti problem prenošenja
podataka sa njih u raĉunar i obrnuto. U cilju
rešavanja ovog problema napravljeni su posebni
ureĊaji koji mogu da ĉitaju više vrsta
memorijskih kartica. Dovoljno je samo ubaciti
memorijsku karticu u ĉitaĉ, koji je prethodno
povezan sa raĉunarom, i prenos podataka sa
kartice na raĉunar je omogućen. Ĉitaĉi
memorijskih kartica mogu biti integrisani u
kućište raĉunara, a mogu se izraĊivati i kao
zasebne komponente koje se pomoću USB
prikljuĉka povezuju na raĉunar (sl. 2.52).
II-9 IZLAZNI UREĐAJI
Izlazni ureĊaji sluţe za prezentaciju podataka smeštenih u raĉunaru. U
ove ureĊaje spadaju: monitori, grafiĉka kartica, zvuĉnici, štampaĉi i
projektori. U nastavku se daju osnovne karakteristike i funkcionalnost izlaznih
ureĊaja.
II-9.1 MONITORI
Monitor je deo izlazne opreme raĉunara koji omogućava permanentno
praćenje aktivnosti u raĉunarskom sistemu. Smatra se da su tastatura i monitor
osnovni ulazni i izlazni ureĊaji. Kada korisnik unosi podatke, oni se prikazuju
na monitoru. Isto tako, rezultati rada raĉunara, kao i eventualne programske
poruke, prikazuju se na monitoru.
Raĉunar stvara slike na monitoru slaţući jedan po jedan element slike
koji nazivamo piksel. Da bi se mogle prikazivati pokretne slike, pikseli se
moraju prikazivati 60 ili više puta u sekundi. Ukoliko ţelimo prikazivati slike
u boji, onda svaki piksel dodatno treba razloţiti na tri nezavisna dela,
subpiksela.
Sl. 2.52. Ĉitaĉ
memorijskih kartica
II Hardver raĉunarskog sistema 73
Osnovne karakteristike monitora su: veliĉina ekrana, rezolucija i dubina
boja. Veliĉina ekrana se iskazuje kao duţina dijagonale monitora merena u
inĉima. Rezolucija ekrana predstavlja proizvod broja horizontalnih i
vertikalnih piksela. Na primer, rezolucija od 1024x768 piksela znaĉi da je
slika na monitoru sastavljena od 1024 (horizontalnih) x 768 (vertikalnih)
piksela. Dubina boja predstavlja broj boja pomoću kojih se moţe predstaviti
jedan piksel i izraţava se u bitovima. Današnji monitori imaju standardno 32
bitnu dubinu boja, što znaĉi da jedan piksel moţe sa se opiše sa 32 92 4.295 10 razliĉitih boja.
Prema konstrukciji raĉunarski monitori se dele na dve grupe: monitori sa
katodnom cevi (CRT monitori) i monitori sa ravnim ekranom (LCD, TFT i
plazma monitori).
II-9.1.1 CRT monitori
CRT monitori su monitori sa katodnom cevi. U zadnjem delu katodne
cevi (sl. 2.53) postavljena su tri elektronska topa koji odašilju po jedan mlaz
elektrona. Snopovi elektrona prolaze kroz magnetska soĉiva koja ih
usmeravaju horizontalno i vertikalno, zatim kroz masku sa malim otvorima i
na kraju udaraju u jedan piksel na prednjem delu monitora, koji je premazan
fosforescentnim materijalom. Svaki piksel na monitoru sastoji se od tri
odvojene ali veoma bliske fosforescentne taĉkice (R,G,B). Pri tome, svaka od
taĉkica jednog piksela, pod dejstvom tri elektronska mlaza, zasvetli u
odreĊenoj nijansi crvene (R), zelene (G) ili plave (B) boje. Kombinovanjem
intenziteta crvene, zelene i plave boje jednog piksela dobija se njegova
rezultujuća boja (sl. 2.54).
Iscrtavanje jedne slike na CRT ekranu (sl. 2.55) obavlja se periodiĉnim
ispisivanjem horizontalnih linija, piksel po piksel, na sledeći naĉin. Ciklus
poĉinje osvetljavanjem gornje leve taĉke na ekranu snopom od tri elektronska
zraka i iscrtavanjem prve horizontalne linije, piksel po piksel, uz pomoć
magnetnih soĉiva koja vode tri zraka duţ horizontalne linije. Kada zraci doĊu
do kraja linije, magnetna soĉiva ih vraćaju na poĉetak sledećeg reda i
zapoĉinje se iscrtavanje nove linije na monitoru. Postupak se ponavlja sve dok
se ne iscrta i poslednja linija slike na ekranu. Broj horizontalnih linija
odgovara vertikalnoj rezoluciji monitora. Iscrtavanjem poslednje linije,
formirana je jedna slika na monitoru. Tada se zraci, pomoću magnetskih
soĉiva, vraćaju na poĉetak prvog reda i poĉinje se sa ponovnim iscrtavanjem
prve linije. Da bi se dobila stabilna slika bez treperenja, potrebno je da se slike
iscrtavaju (osveţavaju) na monitoru sa frekvencijom od 60 Hz ili više.
Frekvencija osveţavanja CRT ekrana predstavlja dakle broj iscrtanih slika u
74 Informatika i raĉunarske komunikacije
jednoj sekundi. U zavisnosti od rezolucije, kod današnjih monitora
frekvencija osveţavanja ekrana obiĉno iznosi od 60-80Hz.
Sl. 2.53. Popreĉni presek monitora sa katodnom cevi
Sl. 2.54. Konstrukcija CRT monitora:
A-elektronski top, B-balon katodne cevi,
C-magnetna soĉiva, D-zaslon katodne
cevi, F-rešetka
Sl. 2.55. Kretanje
elektronskog mlaza po
zaslonu katodne cevi
II-9.1.2 Mоnitori sa ravnim ekranom
Monitori sa ravnim ekranom monitori novijeg datuma. Znatno su tanji od
CRT monitora, imaju manju potrošnju elektriĉne energije, ali su nešto skuplji.
U zavisnosti od tehnologije koja je korišćena za kreiranje slike monitora sa
ravnim ekranom, razlikujemo monitore sa teĉnim kristalom, LED i plazma
monitore.
Elektonski top Magnetna
soĉiva
Elektonski
mlaz
Maska za
senke
Staklena cev
Okvir Zaslon od fosfora
Zaslon ekrana
II Hardver raĉunarskog sistema 75
Monitori sa teĉnim kristalom (LCD) svoj rad zasnivaju na materijalu
od teĉnog kristala koji se postavlja izmeĊu staklenih ploĉa koje ga drţe na
okupu. Teĉni kristal se po osobinama nalazi izmeĊu ĉvrstog i teĉnog
agregatnog stanja i ima osobinu da moţe da menja ravan polarizacije svetlosti
koja prolazi kroz njega. Stanje taĉkastih delova teĉnog kristala (piksela) se na
veoma jednostavan naĉin moţe kontrolisati elektriĉnim poljem koje se stvara
pod uticajem elektriĉnog napona koji se dovodi na specijalno dizajnirane
matrice elektrode. Za elektrode se koristi specijalni materijal koji propušta
svetlost, kako one ne bi remetile rad monitora.
U zavisnosti od realizacije matrice elektroda, razlikujemo sledeće dve
vrste monitora sa teĉnim kristalom: monitori sa pasivnom matricim i monitori
sa aktivnom matricom (TFT monitori).
Monitori sa pasivnom matricom sadrţe dva naspramna sloja svetlosno
providnih, pasivnih elektriĉnih elektroda, koji se nalaze sa obe strane teĉnog
kristala (sl 2.56.a). Linije elektroda iz naspramnih slojeva elektroda su
uzajamno postavljene pod uglom od 90O tako da formiraju matricu elektroda
sa vrstama i kolonama. Preseci vrsta i kolona definišu piksele monitora. Na
primer, na sl 2.56.a, u preseku 3. reda i 2. kolone definisan je piksel (3,2).
Ukoliko se dovede napon na elektrode iz 2. kolone i 3. vrste uspostaviće se
elektriĉno polje u taĉki preseka ovih elektroda, tj. na poziciji poksela (3,2).
Ovo polje će promeniti svojstva kristala piksela (3,2) tako da će on postati
neprovidan, tj. crn. Po prestanku dejstva napona neprovidni piksel kristala se
vraća u prvobitno povidno stanje. Kod LCD monitora, ovo vraćanje se ne
dešava trenutno već sa odreĊenim zakašnjenjem. Vreme odziva LCD
monitora je vreme potrebno da se piksel promeni iz potpuno belog u crni
piksel i obrnuto.
a. Pasivna matrica b. Aktivna matrica sa tranzistorima
Sl. 2.56. Struktura LCD monitora
Nedostaci LCD monitora su suviše veliko vreme odziva za današnje
potrebe i slaba kontrast. Zbog toga je većina proizvoĊaĉa monitora prešla na
2.
kolona 3.
red
Piksel (3,2)
76 Informatika i raĉunarske komunikacije
proizvodnju monitora sa tzv. aktivnom matricom (TFT monitori) kod kojih se
ovi problemi ne pojavljuju.
Sl. 2.57 Popreĉni presek TFT monitora
Prvi monitori sa aktivnom matricom napravljeni su tokom devedesetih
godina prošlog veka. Ovi monitori se nazivaju TFT (Thin Film Transistor)
monitori zato što je matrica, umesto pasivnih elektriĉnih vodova kao što je to
sluĉaj kod LCD monitora, saĉinjena od aktivnih elemenata (tranzistora). Na
sl. 2.56.b, sa gornje strane prikazana je specijalna matrica tranzistora. Mala
kockica na slici je oznaka za jedan tranzistor koji kontroliše jedan piksel u
teĉnom kristalu. Za prikazivanje slika u boji, umesto jednog tranzistora po
II Hardver raĉunarskog sistema 77
pikselu koriste se tri tranzistora, po jedan za R, G i B boju. TFT monitori
sadrţe obavezno pozadinsko osvetljenje (ţuta svetlost), vertikalni polarizujući
filter, sloj stakla, film sa tranzistorima, sloj od teĉnog kristala, RGB filtar,
horizontalni polarizujući filtar i prednji panel (sl.2.57).
LED (Light Emitting Diode) monitori se sastoje od velikog broja vrlo
malih LED dioda poreĊanih u obliku mreţe na ekranu. U zavisnosti od
primljenog signala, svaka dioda zasvetli odgovarajućom bojom i intenzitetom,
ĉime se formira slika na ekranu.
Plazma monitori (Gas Plasma Display) poseduju stotine hiljada malih
ćelije (piksela) napunjenih pogodno izabranim gasom, koje su smeštene
izmeĊu dveju staklenih ploĉa (sl. 2.58). Svaki piksel je saĉinjen od tri
odvojene subpikselske ćelije, ĉiji su unutrašnji zidovi premazani razliĉito
obojenim fosfornim materijalom: crvenim, zelenim i plavim. Dakle, jedan
subpiksel sadrţi fosfor koji daje crvenu svetlost, drugi stvara zelenu a treći
subpiksel generiše plavu svetlost. Unutar ovog "staklenog" sendviĉa, sa obe
strane ćelija, smeštene su i dugaĉke elektrode za adresiranje i providne
elektrode. Elektrode za adresiranje se nalaze iza ćelija, a ispred zadnje
staklene ploĉe. Providne elektrode su postavljene izmeĊu ćelija i prednje
staklene ploĉe. U preseku date elektrode za adresiranje i providne elektrode
nalazi se odgovarajući subpiksel.
Sl. 2.58 Popreĉni presek plazma monitora.
DovoĊenjem napona na odreĊenu elektrodu za adresiranje i providnu
elektrodu, vrši se jonizacija gasa u odgovarajućoj ćeliji (subpikselu). Tada u
ćeliji protiĉe elektriĉna struja koja stimulišu atome gasa da oslobaĊaju
dielektriĉni sloj
providne elektrode
sloj MgO
ćelije sa gasovima
(pikseli)
fosfor
providne elektrode
zaštitni sloj adresnih
elektrode
78 Informatika i raĉunarske komunikacije
nevidljive ultravioletne fotone. OsloboĊeni ultravioletni fotoni stupaju u
interakciju sa fosfornim materijalom ćelije, pri ĉemu se zraĉi vidljiva svetlost
odreĊene boje. Kombinovanjem boja i intenziteta tri subpiksela formira se
rezultujuća boja piksela.
II-9.2 GRAFIĈKA KARTICA
Grafiĉka ili video kartica je sklop koji generiše i kontroliše signale koje
raĉunar šalje na monitor. Svaki raĉunar mora imati grafiĉku karticu, kako bi
se na njega mogao prikljuĉiti monitor. Ona pretvara digitalne signale iz
raĉunara u oblik prihvatljiv za monitor. Grafiĉka kartica moţe biti integrisana
na matiĉnoj ploĉi ili se kao zasebna kartica (sl. 2.59) postavlja u AGP ili PCIE
slot na matiĉnoj ploĉi. Moţe imati jedan ili više izlaza od kojih se najĉešće
sreću: VGA izlaz za CRT monitore, DVI izlaz za LCD monitore, TV (OUT)
izlaz za TV i VIVO (Video IN/Video OUT) izlaz za TV kod boljih grafiĉkih
kartica.
Sl. 2.59. Grafiĉka kartica
Kartice se razlikuju po brzini generisanja i kvalitetu prikaza slike i
ugraĊenoj memoriji. Od ovih karakteristika zavisi i cena kartice koja veoma
varira. Glavni delovi grafiĉke kartice su: grafiĉki procesor (GPU), video
memorija (VRAM) i digitalno-analogni pretvaraĉ (RAMDAC) (sl. 2.60).
Grafiĉki procesor je najvaţniji deo kartice. Njegov zadatak je da
generiše sliku na zahtev nekog sistemskog ili aplikativnog softvera upućenog
preko AGP ili PCIE magistrale i da istu pošalje u video memoriju.
II Hardver raĉunarskog sistema 79
Grafiĉka kartice imaju na sebi posebnu, dodatnu memoriju u kojoj su
smeštene informacije o slici koja se šalje na monitor. Ova memorija se naiva
video memoriju (VRAM). Da bi brzine bile zadovoljavajuća, za potrebe
VRAM-a koriste se vrlo brzi memorijski ĉipovi ĉija brzina višestruko
prevazilazi brzinu RAM memorije.
Sl. 2.60. Komponente grafiĉke kartice i naĉin generisanja slike
na CRT i LCD monitorima
Digitalno-analogni pretvaraĉ je elektronska komponenta grafiĉke
kartice saĉinjena od male koliĉine SRAM memorije za potrebe skladištenja
palete boja i tri brza digitalno analogna konvertera ĉiji je zadatak da generišu
analogne signale (RGB) za analogni monitor. Za generisanje digitalnog izlaza
na grafiĉkoj kartici koriste se direktno podaci iz VRAM-a, tako da se
RAMDAC tada ne koristi.
Usled toplotne disipacije, koja je kod današnjih kartica sva izraţenija,
grafiĉke kartice obavezno poseduju i sistem za hlaĊenje u obliku pasivnog
hladnjaka sa ventilatorom.
Vaţna svojstva kod grafiĉkih kartica su: rezolucija, broj boja i
frekvencija osveţavanja. Ove karakteristike definisane su standardom koga se
pridrţavaju sve grafiĉke kartice i monitori.
Rezolucija predstavlja broj piksela slike po vertikali i horizontali koje
generiše grafiĉka kartica i direktno zavisi od koliĉine video memorije
instalirane na kartici, pošto se u njoj smešta slika. Zavisno od rezolucije,
imamo sledeću podelu grafiĉkih kartica:
640x480 VGA
800x600 SVGA
AGP ili PCIE interfejs
CPJ
grafiĉki
procesor
VRAM
RAM-
DAC
CRT
monitor
LCD
monitor
matiĉna ploĉa
grafiĉka kartica
80 Informatika i raĉunarske komunikacije
1024x768 XGA
1280x1024 SXGA
1600x1200 UXGA
Broj boja (paleta boja) koje video kartica moţe da prikaţe meri se
brojem bitova potrebnih za prikaz boja. Današnje grafiĉke kartice po pravilu
mogu da podrţe 16-bitnu i 32-bitnu paletu boja.
Frekvencija osveţavanja predstavlja broj generisanih slika u jednoj
sekundi. Meri se u Hz i uobiĉajeno se kreće u granicama od 60 Hz do 85 Hz.
Sva tri svojstva grafiĉke kartice se mogu podešavati pomoću operativnog
sistema i prilagoditi monitoru. Treba zapaziti da kvalitetan i skup monitor koji
podrţava rezoluciju od 1600x1200 sa više desetina hiljada boja, neće pokazati
svoj kvalitet ako se pobuĊuje VGA karticom rezolucije 640x480.
II-9.3 ZVUĈNICI
Zvuĉnici (sl. 2.61) su izlazni ureĊaji pomoću kojih se reprodukuje zvuk.
Oni se povezuju na zvuĉnu karticu i najĉešće imaju sopstveni pojaĉavaĉ tako
da mogu da reprodukuju zvuk u prostoru. Unutar zvuĉnika postoji membrana
koja vibrira pod uticajem magnetnog polja elektromagneta koji se napaja
elektriĉnom strujom iz pojaĉavaĉa zvuĉnika.
Sl. 2.61. Razne vrste zvuĉnika
Postoji više vrsta zvuĉnika u odnosu na izgled, snagu, reprodukciju i
naĉin povezivanja sa zvuĉnom karticom. Danas se ĉesto koriste tzv. zvuĉni
sistemi (Subwoofer/Satellite Systems) koji su zasnovani na povezivanju većeg
broja zvuĉnika u sistem zvuĉnika pri ĉemu je svaki zvuĉnik zaduţen za
odreĊeni zvuĉni efekat.
PC zvuĉnik je mali zvuĉnik koji se nalazi unutar kućišta raĉunala i
spojen je na matiĉnu ploĉu. Naziva se još i PC beeper zato što odjednom
moţe ispustiti samo jedan ton (beep) i sluţi za upozorenja.
II Hardver raĉunarskog sistema 81
II-9.4 PROJEKTORI
Projektor je ureĊaj koji reprodukcije slike sa grafiĉke kartice pomoću
svetlosnog snopa na platnu ili nekom drugom zaslonu. Projektor konvertuje
naponski signal sa grafiĉke kartice u svetlosni signal koji se sistem optiĉkih
soĉiva uvećava i projektuje na platno. Projektor se upotrebljava za potrebe
prezentcije ili za kućni bioskop.
Sl. 2.62. Razne vrste projektora
U osnovi svakog projektora je lampa koja emituje svetlost. Jaĉina
svetlosti lampe je vaţna karakteristika projektora i mjeri se u ANSI lumenima.
Npr. za prostorije male veliĉine potrebni su projektori sa lampama jaĉine
svetlosti od 1000 do 1500 lumena, za srednje prostorije od 1500-3000 lumena,
a za velike prostorije,kao što su konferencijske dvorane, preko 3000 lumena.
Formati slika koje projektor moţe da generiše su 4x3 (prezentacijski
monitori) i 16x9 (format za kućni bioskop).
Rezolucije projektora predstavlja broj piksela po inĉu. Za 4x3 format ona
iznosi: VGA (640x480), SVGA (800x600), XGA (1024x768) i SXGA
(1280x1024, 1600x1200), dok za 16x9 format ona iznosi: 852x480, 1024x576
i HDTV (1280x720).
Za povezivanje projektora i raĉunara mogu se koristiti razni analogni i
digitalni prikljuĉci sa grafiĉke kartice, kao što su VGA, S-video ili DVI.
II-9.5 ŠTAMPAĈI
Štampaĉi su izlazni ureĊaji koji sluţe za štampanje elektronskih
dokumenata na papiru. Zavisno od korišćene tehnologije štampe, oni se dele
na: matriĉne, ink-dţet i laserske štampaĉe.
82 Informatika i raĉunarske komunikacije
II-9.5.1 Matriĉni štampaĉi
Matriĉni štampaĉi rade na principu ostavljanja mehaniĉkog otiska na
papiru koristeći mastilo sa trake za štampanje koja se nalazi odmah iznad
papira. Otisak pojedinih slova ili grafiĉkih elemenata na papiru ostvaruje se
pomoću posebno napravljene glave za štampanje koja se kreće levo-desno
iznad papira i trake, dok se papir sinhronizovano pomera napred (sl. 2.63) pod
dejstvom koraĉnog motora i zupĉastog kaiša. Glava štampaĉa sadrţi odreĊeni
broj iglica poreĊanih u matricu, ĉiji vrhovi po potrebi mogu da se izbace
frontalno ispred glave pomoću elektromagnetnog upravljaĉkog sistema. Tom
prilikom izbaĉene iglice udaraju u traku koja onda naleţe na papir
ostavljajući crni trag mastila na njemu. Štampanje se vrši znak po znak duţ
jednog reda na papiru pri ĉemu se papir sinhronizovano pomera radi
štampanja ostalih redova. U zavisnosti od broja iglica razlikujemo štampaĉe
sa 9, 18 ili 24 iglica (pinova).
Sl. 2.63. Naĉin ispisivanja
pomoću matriĉnog štampaĉa
Zbog sporosti i buke, danas se ovi štampaĉi sve manje upotrebljavaju.
MeĊutim, oni su nezamenljivi kada je potrebno odštampati istovremeno
nekoliko kopija istog dokumenta na višeslojnom indigo papiru. Brzina
štampanja matriĉnih štampaĉa iznosi nekoliko papira u minuti, a sa jednom
trakom za štampanje moţe se odštampati nekoliko stotina stranica dokumenta.
Odštampani dokument je u crno-beloj boji.
II-9.5.2 Ink-dţet štampaĉi
Za razliku od matriĉnih štampaĉa koji koriste pritisak iglica na traku za
štampanje, ink-dţet štampaĉi koriste tehnologiju izbacivanja sitnih kapljica
7 9 18 24 pin
II Hardver raĉunarskog sistema 83
mastila odreĊenih boja na papiru. Kapljice se izbacuju iz ketridţa (sl. 2.64) za
crnu boju i tri kolor boje (cijan, magenta i ţuta) kroz vrlo uzane mlaznice na
glavi štampaĉa. Zbog toga se ovi štampaĉi nazivaju i „pljuckavci“. Mlaznice
su poreĊane u jednu matricu a njihov broj zavisi od vrste štampaĉa. Izbaĉene
kapljice mastila upija papir pri ĉemu dolazi do taĉkastog mešanja boja
susednih kapljica mastila i na taj naĉin se na papiru formira slika dokumenta u
boji. Pri tome vaţi pravilo: što su izbaĉene kapljice mastila manje i mlaznice
gušće, štampa je kvalitetnija.
Sl. 2.64. Ink-jet štampaĉi; kertridž sa mastilom
za ink-jet štampaĉe
Prema naĉinu formiranja kapljica razlikujemo nekoloko vrasta ink-dţet
štampaĉa od kojih su najpoznatiji: termiĉki i vibracioni (piezoelektriĉni).
Sl. 2.65. Princip rada termiĉkog
ink-džet štampaĉa
Sl. 2.66. Princip rada
piezoelektriĉnog ink-džet štampaĉa
U najpopularnije i najjeftinije ink-dţet štampaĉe spadaju termiĉki
štampaĉi, koji su se prvi put pojavili 1977. god. Ovaj metod ink-dţet štampe
koriste Canon i Hewlett-Packard. Glava ovakvih štampaĉa sastoji se od više
stotona mlaznica sa grejaĉima poreĊanih u matricu (sl. 2.65). pomoću grejaĉa
vrši se zagrevanje mastila u mlaznici, pri ĉemu se formira mehur koji svojim
širenjem u mlaznici prosto katapultira kapljicu mastila iz mlaznice. Nakon
toga gasi se grejaĉ, a usled hlaĊenja mlaznice, mehur se smanjuje. Zbog
84 Informatika i raĉunarske komunikacije
kapilarnog efekta dolazi do punjenja mlaznice mastilom iz rezervoara
(ketridţa). Glavna ograniĉenja termiĉkih štampaĉa su mogućnost korišćenja
iskljuĉivo mastila rastvorljivih u vodi. Oni su jedni od najjeftinijih ink-dţet
štampaĉa i koriste se kao kućni štampaĉi. Ovo je metod kojim se najradije
sluţe firme.
Drugi tip ink-dţet štampaĉa, koji je patentirao Epson, je vibracioni. On
se najĉešće se koristi za profesionalnu upotrebu. Na kraju svake mlaznice u
glavi vibracionog štampaĉa nalazi se piezoelektriĉni element koji je povezan
na izvor elektriĉnog napona (sl. 2.66). Uloga piezoelektriĉnog elementa jeste
da pod dejstvom napona poveća svoju zapreminu i time potisne kapljicu
mastila iz mlaznice. Po iskljuĉivanju napona, kristal se vraća u prvobitno
stanje i mlaznica se usled kapilarnog efekta ponovo puni mastilom. Glave
vibracionih štampaĉa nešto su skuplje u odnosu na glave termiĉkoh štampaĉa,
ali nude nekoliko posebnih pogodnosti – mogu da koriste više vrsta mastila,
ekonomiĉnije su i izdrţljivije.
Kod piezo ink-jet tehnologije glava je skupa, pa predstavlja sastavni deo
štampaĉa i menja se samo ako se pokvari ili nepovratno zaĉepi. Zbog toga je
Epson uloţio veliki trud u izbor odgovarajućeg mastila i konstrukciju glave,
kako bi smanjio moguće probleme. Kod HP ink-jet štampaĉa glava sa
mlaznicama je na ketridţima, ĉime se eliminiše problem koji postoji kod
Epsona, ali ovakvo rešenje je poskupelo proizvodnju samog ketridţa.
II-9.5.3 Laserski štampaĉi
Laserski štampaĉi rade na principu nanošenja i oĉvršćavanja
štamparskog tonera u praškastom obliku na papir uz pomoć fotoosetljivog
valjka sa glave štampaĉa i izvora laserske svetlosti (sl. 2.67). U srcu laserskog
štampaĉa nalazi se rotirajući valjak – fotoreceptor koji poseduje specijalni sloj
na svom omotaĉu koji ima sposobnost kontrole naelektrisavanja svake
njegove taĉke pozitivnim ili negativnim naelektrisanjem.
Princip rada laserskih štampaĉa identiĉan je radu obiĉnih fotokopir
ureĊaja. Stranica dokumenta koja se štampa šalje se u internu memoriju
štampaĉa kao digitalna slika stranice. Na osnovu ovako uĉitane digitalne slike
elektronika štampaĉa vrši upravljanje laserskim zrakom (sl. 2.68), koji na
fotoosetljivom valjku kreira virtuelnu sliku dokumenta. Deo površine valjka
neposredno ispred mesta gde se iscrtava slika laserskim zrakom negativno se
polariše pomoću elektrišućeg elementa (sl. 2.69), a svaka taĉka ove površine
koja se osvetli laserskim zrakom menja negativno naelektrisanje u pozitivno.
Tako se stvara negativ virtuelne slike u obliku naelektrisanih taĉaka valjka.
Ĉestice tonera iz kasete sa tonerom (sl. 2.67), koje su negativno
naelektrisane, bivaju privuĉene od pozitivno naelektrisanih taĉka valjka koje
II Hardver raĉunarskog sistema 85
dolaze u dodir sa njima. Na taj naĉin, samo ona mesta na valjku koja su bila
osvetljena laserskim zrakom prihvatiće ĉestice tonera na sebi. Ostali deo
valjka će biti ĉist, bez tonera.
Sl. 2.67. Princip rada laserskog štampaĉa (popreĉni presek)
Papir se pre nailaska na valjak polariše pozitivno tako da se suprotno
naelektrisane ĉestice tonera sa valjka lepe na papir ĉim doĊu u kontakt sa
Sl. 2.68. Iscrtavanje virtuelne slike na
valjku
Sl. 2.69. Naelektrisavanje
valjka negativnim
naelektrisanjem
Izvor
visokog
napona
Rotacija
valjka
Negativni
joni
Negativno naelektrisana površ valjka
Linija iscrtavanja
Kretanje zraka
Soĉivo
La
se
r
Ogledalo za
skeniranje
Memorija
štampaĉa
86 Informatika i raĉunarske komunikacije
njim. Zalepljeni toner na papiru se zatim „fiksira“ zagrevanjem pomoću
grejaĉa za fiksiranje (sl. 2.67), tako da se dobija stabilan i ĉvrst otisak na
papiru. Na kraju postupka štampanja, papir izlazi iz štampaĉa i pada u odeljak
za odštampane papire.
U toku štampanja, valjak štampaĉa mora permanentno da se ĉisti od
ostataka tonera. Ĉišćenje se obavlja u dva koraka. Prvi korak podrazumeva
mehaniĉko ĉišćenje, kada se zaostali toner mehaniĉki skida sa onog dela
površine valjka koji se odvaja trenutno od papira. Skinuti toner se odlaţe u
kasetu za skupljanje otpadnog tonera. Drugi korak jeste elektriĉno ĉišćenje
pomoću razelektrišućeg elementa. Tada se vrši potpuno skidanje preostalih
ĉestica tonera koje su zaostale nakon mehaniĉkog ĉišćenja.
Kolor laserski štampaĉi rade na istom principu kao i monohromatski.
MeĊutim, slika u boji se sada šalje na 4 fotooesetljiva valjka za ĉetiri razliĉite
boje (crna, magenta, cyan, i ţuta) koji formiraju elektriĉni negativ slike, svaki
u svojoj boji. Koristeći po jedan toner za svaki valjak, od 4 elektriĉnih
negativa, formira se rezultujuća slika na papiru.
Prednost laserskih štampaĉa je velika brzina štampanja (10-20 stranica u
minuti) i niska cena po odštampanoj stranici, iako je sam ureĊaj relativno
skup. MeĊutim, u poslednjih nekoliko godina cene laserskih crno-belih
štampaĉa za liĉnu upotrebu su drastiĉno pale, tako da su oni postali dostupni
širem krugu kupaca.
II-10 ULAZNO-IZLAZNI UREĐAJI
Ulazno-izlazni ureĊaji su komponente raĉunarskog sistema koje
istovremeno obavljaju funkcije i ulaznih i izlaznih ureĊaja. U ovu grupu
ureĊaja najĉešće spadaju: zvuĉne kartice, mreţne kartice i razne vrste
modema. U ulazno-izlazne ureĊaje moţemo svrstati i CD i DVD ureĊaje,
ukoliko oni pored ĉitanja omogućavaju i upis podataka.
II-10.1 ZVUĈNE KARTICE
Zvuĉna kartica je ulazno-izlazna komponenta raĉunarskog sistema koja
obezbeĊuje generisanje i reprodukciju audio signala. Ona sadrţi ĉipove za
obradu zvuka koji pomoću mikrofona pretvaraju analogne zvuĉne signale u
digitalne audio signale, a koristeći zvuĉnike, digitalne audio signale pretvaraju
u zvuk.
Zvuĉna kartica moţe biti izraĊena kao zasebna kartica (sl. 2.70) koja se
postavlja na matiĉnu ploĉu ili moţe biti integrisana na njoj. Ona sadrţi
sledeće komponente: kodek sa analogno-digitalnim (ADC) i digitalno-
II Hardver raĉunarskog sistema 87
analognim konvertorom (DAC), procesor zvuka - DSP (Digital Sound
Processor) i memoriju. Kodek sluţi za konverziju analognih u digitalne
signale i obrnuto, dok je digitalni audio procesor namenjen za sintezu zvuka.
Kvalitet zvuka koga generiše ova kartica prevashodno zavisi od frekvencije
uzorkovanja analognog signala, koja kod 16 bitnih kartica iznosi maksimalno
44 kHz, što u osnovi pokriva frekventni opseg ĉujnosti ljudskog uha. Veća
uĉestanost, npr. od 96 kHz, ima za rezultat još kvalitetniji zvuk.
Veza sa raĉunarom se najĉešće ostvaruje pomoću PCI slota na matiĉnoj
ploĉi. Komunikacija zvuĉne kartice sa zvuĉnicima i mikrofonom ostvaruje se
preko ulaznih i izlaznih konektora na zvuĉnoj kartici.
Sl. 2.70. Zvuĉna kartica
II-10.2 MREŢNA KARTICA
Mreţna kartica (Network Interface Card, NIC) je ulazno-izlazna
raĉunarska komponenta koja omogućava raĉunaru da komunicira preko
raĉunarske mreţe sa drugim raĉunarima. Ova komponenta moţe biti
integrisana na matiĉnoj ploĉi u obliku ĉipa ili se izraĊuje kao posebna kartica
(sl. 2.71). U tom sluĉaju NIC se najĉešće prikljuĉuje na PCI slot. Sa pozicija
mreţe, mreţna kartica se prikljuĉuje pomoću standardnog prikljuĉka RJ45 i
ţiĉanog UTP kabla odreĊene kategorije na drugi raĉunar ili aktivni mreţni
ureĊaj. O mreţnim ureĊajima će biti više reĉi u poglavlju koje obraĊuje
raĉunarske mreţe.
Razlikujemo sledeća dva osnovna tipa mreţnih kartica: Ethernet, koja se
koristi u Ethernet mreţama i Token ring, koja se koristi u Token ring
mreţama. O ovim tipovima raĉunarskih mreţa takoĊe će biti više reĉi kada se
bude govorilo o raĉunarskim mreţama. Svaka od navedenih tipova mreţnih
kartica se projektuje za odreĊene brzine prenosa podataka, koje su
standardizovane i iznose 10 Mbit/s, 100 Mbit/s ili 1000 Mbit/s. Većina ovih
Digitalni procesor zvuka
PCI
konekt
ori
Mikrofon
Linijski ulaz Izlazi
zvuka
88 Informatika i raĉunarske komunikacije
kartica je projektovana da radi na dve brzine, pri ĉemu se u zavisnosti od
mreţnog okruţenja brzina automatski podešava na odreĊenu vrednost.
Sl. 2.71. Mrežna kartica Sl. 2.72. Bežiĉna mrežna
kartica
Pored mreţnih kartica koje se povezuju ţiĉanim kablovima, postoje i tzv.
beţiĉne mreţne kartice koje koriste antenu i radio talase za komunikaciju (sl.
2.72). One mogu da rade u dva reţima rada: adhok i infrastrukturni.
Adhok mod (sl. 2.73) je pogodan za umreţavanje malog broja
ravnopravnih raĉunara na malom geografskom prostoru (na sajamskoj izloţbi,
radnom mestu korisnika, u kući i sl.) Ova mreţa se naziva adhok mreţa jer
zahteva samo partnerske (peer-to-peer) veze u beţiĉnom okruţenju, a ne i
neki od aktivnih mreţnih ureĊaja poput sviĉa ili rutera. Svaki raĉunar
opremljen beţiĉnom mreţnom karticom, moţe se povezati na adhok mreţu,
uz pretpostavku da su zadovoljeni odgovarajući bezbednosni mehanizmi.
MeĊusobni domet raĉunara sa beţiĉnim mreţnim karticama u adhok reţimu
iznosi nekoliko desetina metara i zavisi od otvorenosti prostora.
Sl. 2.73. Adhok režim rada
bežiĉnih mrežnih kartica
Sl. 2.74. Infrastrukturni režim rada
bežiĉnih mrežnih kartica
S
1
S
2
S
3
AP
S1
S2
LAN
II Hardver raĉunarskog sistema 89
U sluĉaju kada se ţeli povećati rastojanje izmeĊu beţiĉnih klijenata na
100-300 m, ili kada se ţeli da se klijenti poveţu na lokalnu oţiĉenu
raĉunarsku mreţu (LAN), kristi se poseban ureĊaj koji se naziva pristupna
taĉka (Access Point - AP). AP se postavlja u centar beţiĉne mreţe, tako da
svi beţiĉni klijenti komuniciraju preko njega. Ako se ţeli dodatno
povezivanje beţiĉnih klijenata i sa LAN-om, onda se AP povezuje sa LAN-
om pomoću UTP prikljuĉka. U sluĉaju kada se za beţiĉno umreţavanje koristi
AP, beţiĉne mreţne kartice rade u infrastrukturnom reţimu rada (sl. 2.74).
II-10.3 MODEM
Modem je mreţni ureĊaj koji se najĉešće koristi se za povezivanje
korisniĉkog raĉunara sa Internetom. TakoĊe, ovaj ureĊaj se moţe koristiti i za
udaljeni pristup drugom raĉunaru kroz iznajmljenu liniju. Postoji više vrsta
modema: analogni (dial-up) modem, xDSL modem i kablovski modem.
Strogo govoreći, samo analogni modem pripada klasi modemskih ureĊaja,
koji rade na principu modulacije i demodulacije signala, dok ostala dva
modema (xDSL i kablovski modem) nisu pravi modemi, pošto iskljuĉivo rade
sa digitalnim signalima. MeĊutim, nazivi xDSL modem i kablovski modem su
se odomaćili na ovim prostorima, tako da ih i mi koristimo jedino iz tog
razloga.
Kao što smo već naveli, analogni modem kodira digitalne podatke iz
raĉunara u analogne elektriĉne signale i šalje ih ka modemu svog provajdera
koristeći standardnu telefonsku pretplatniĉku liniju i javnu telekomunikacionu
mreţu. Obrnuto, analogni signali koji pristiţu do modema iz
telekomunikacione mreţe putem standardne telefonske pretplatniĉke linije,
dekodiraju se u modemu u digitalne podatke koje raĉunar moţe da razume i
prihvati. Iz tog razloga kaţemo da analogni modem ostvaruje analognu vezu
sa jednog kraja uspostavljene veze na drugi kraj. Kada se pomoću modema
uspostavi veza, telefonska linije postaje zauzeta i ne moţe se koristiti za
telefoniranje sve dok se uspostavljena dial-up veza ne raskine. Brzina prenosa
današnjih analognih modema iznosi maksimalno 56 kb/s u dolazećem
saobraćaju, a u odlazećem do 33.4 kb/s. Svi moderni dial-up modemi su
istovremeno i fax i voice modemi. O naĉinu povezivanja raĉunara pomoću
modema biće detaljnije objašnjeno u poglavlju koje govori o raĉunarskim
mreţama.
DSL (Digital Subscriber Line) je komunikacioni ureĊaj koji takoĊe
koristi telefonsku pretplatniĉku liniju za povezivanje na Internet. Za razliku
od analognih modema, DSL modemi ne vrše kodiranje i dekodiranje, tj.
pretvaranje digitalnih podataka u analogne signale i obrnuto, već oni ostvaruju
potpuno digitalni prenos podataka sa jednog kraja veze na drugi kraj.
90 Informatika i raĉunarske komunikacije
Postoji više vrsta DSL-a, a za potrebe korisnika najĉešće se koriste
asumetriĉni DSL (ADSL) modemi koji podrţavaju veću brzinu primanja nego
slanja podataka. Ovo je namenski uraĊeno da bi se ekonomiĉnije iskoristio
propusni opseg telefonske parice, pošto se u praksi pokazalo da je dolazeći
saobraćaj (download) ka korisniku mnogo veći nego odlazeći (upload).
Da bi ADSL ureĊaj mogao da funkcioniše, korisnik mora da zakupi
ADSL servisni paket kod nekog provajdera Internet usluga. U tom paketu se
definiše brzina dolazećeg i odlazećeg saobraćaja, koliĉina podataka koje
korisnik moţe da dovuĉe sa Interneta i naravno cena usluge. Današnje brzine
pristupa ADSL-a u odlazećem saobraćaju kreću se od 1MB/s do maksimalno
teorijskih 8 Mb/s. Zakupljena brzina pristupa je fiksna i ne zavisi od
saobraćaja ostalih ADSL korisnika kod datog provajdera.
Ispred ADSL modema standardno se postavlja razdelnik (splitter) koji
razdvaja analogni signal za telefon od digitalnog signala koji se šalje ka
ADSL modemu za prijem i prenos digitalnih podataka. ADSL modem se
permanentno prikljuĉuje na Internet, pri ĉemu je telefonska linija uvijek
slobodna za telefoniranje, što nije sluĉaj kod dial-up modema. Noviji ADSL
modemi uglavnom dolaze kao modem-routeri koji imaju dodatnu mogućnost
umreţavanja većeg broja raĉunara (obiĉno 4) i njihovog povezivanja na
Internet.
Kablovski modem je mreţni ureĊaj koji koristi infrastrukturu kablovske
TV mreţe za povezivanje na Internet. Signal iz kablovske mreţe, koji sadrţi
TV signal i podatke, vodi se na TV prijemnik i na kablovski modem. TV
prijemnik prihvata samo analogne TV signale odbacujući digitalne, dok
kablovski modem izdvaja samo digitalne signale koje onda upućuje ka
raĉunaru. Brzina prenosa podataka kroz kablovski modem zavisi od
zakupljenog kablovskog servisa i kreće se od 6MB/s pa sve do 60Mbit/s.
91
III SOFTVER RAĈUNARSKOG
SISTEMA
III-1 DEFINICIJA I PODELA SOFTVERA
Digitalni raĉunari, pored svoje fiziĉke konstrukcije (hardvera), poseduju
i sistem programa koji njima upravljaju. Ova komponenta raĉunarskog
sistema naziva se softver. Softver je dakle skup raznovrsnih raĉunarskih
programa koji obavljaju razliĉite zadatke u raĉunaru.
Prema funkcijama koje obavlja, softver raĉunara se deli na: sistemski i
aplikativni. Sistemski softver ĉine oni programski moduli i paketi koji
obezbeĊuju ispravno i efikasno funkcionisanje celog raĉunarskog sistema. U
sistemski softver spadaju:
drajveri ureĊaja,
operativni sistemi,
kompajleri i interpreteri,
linkeri,
editori,
usluţni programi za servisiranje raĉunarskog sistema.
KORISNIK
SOFTVER
Aplikativni office baze
podataka
nauĉno-
tehniĉki prog. razonoda …
Sistemski
kompajleri,
interpreteri editori linkeri
programi za
servisiranje raĉ.
operativni sistem
drajveri ureĊaja
mikro programi
HARDVER fiziĉki ureĊaji
Sl. 3.1. Odnos izmeĊu hardvera, softvera i korisnika
92 Informatika i raĉunarske komunikacije
Aplikativni softver sluţi za rešavanje razliĉitih problema sa kojima se
susreću krajnji korisnici, na primer: obrada teksta, rad sa tabelama, baze
podataka, crtanje, nauĉno-tehniĉki problemi, razonoda i sl.
Pored aplikativnih i sistemskih programa postoje i tzv. mikro programi
koji direktno kontrolišu fiziĉke ureĊaje i obezbeĊuju interfejs prema višim
nivoima.
U narednim poglavljima biće razmatrana pojedinaĉno svaka klasa
sistemskih programa.
III-2 NAĈIN IZVRŠAVANJA PROGRAMA
Svaki program je saĉinjen iz niza programskih instrukcija (naredbi) koje
su napisanje sa ciljem izvršavanja odreĊenog problema. Instrukcije se
kodiraju u obliku sekvence bitova i smeštaju u fajlove odreĊenog formata. U
toku instalacije programa, ovi fajlovi se skladište na hard disk raĉunara i
ĉuvaju za buduća izvršavanja porograma.
Program se izvršava u procesoru raĉunara, instrukcija po instrukciju. Pre
izvršenja programa vrši se njegovo uĉitavanje sa hard diska u unutrašnju
(RAM) memoriju raĉunara, kao bi procesor mogao brzo i jednostavno da ĉita
programske instrukcije.
Svaka instrukcija se sastoji iz kôda instrukcije i jednog ili više
argumenata instrukcije. Kôd instrukcije ukazuje na aktivnost koja treba da se
izvrši u procesoru nad argumentima, a argument instrukcije najĉešće
predstavlja neki podatak ili adresu memorijske lokacije na kojoj se nalazi
potreban podatak.
Na primer, posmatrajmo sledeći simboliĉki zapis instrukcije sabiranja
ADD, pomoću koje se vrši sabiranje dva broja koji se nalaze na simboliĉkim
adresama a i b
,ADD a b .
U odnosu na binarni zapis, simboliĉki zapis instrukcije predstavlja skraćeni
zapis instrukcije koji je razumljiviji korisniku (programeru). Simboliĉki zapis
se prebodi u binarni zapis kako bi hardver raĉunara mogao da razume
instrukcije. Neka binarni ekvivalent pretodne instrukcije glasi
10011011 0101111000110101, 1011010001101010 .
Simboliĉko ime instrikcije ADD (binarni vrednost 10011011) predstavlja kôd
instrukcije sabiranja koji ukazuje procesoru da treba da sabere brojeve na
adresama a (binarni vrednost 0101111000110101) i b (binarni vrednost
0101111000110101) i da rezultat vrati na adresu a. Binarne vrednosti adresa
III Softver raĉunarskog sistema 93
93
a i b predstavljaju argumete ove instrukcije. Broj argumenata programske
instrukcije zavisi od same instrukcije i kreće se od nula (instrukcija nema
argumenata) do dva (dvoadresna instrukcija) ili tri (troadresna instrukcija).
Uobiĉajeni koraci koji se odvijaju u procesoru tokom izvršavanja jedne
programske instrukcije su:
1. PRIBAVLJANJE INSTRUKCIJE. Na osnovu izraĉunate ili unapred
definisane adrese, procesor adresira memorijsku lokaciju na kojoj se
nalazi naredna instrukcija datog programa koju treba da izvrši i
uĉitava je u neki od specijalizovanih memorijskih registara procesora.
2. INTERPRETIRANJE INSTRUKCIJE. Posebna dekoderska mreţa u
upravljaĉkoj jedinici procesora dekoduje instrukciju kako bi odreĊena
elektronska kola u aritmetiĉko logiĉkoj jedinici (ALJ) mogla da je
izvrše.
3. PRIBAVLJANJE PODATAKA. Ukoliko instrukcija ima argumente,
vrši se adresiranje i uĉitavanje podataka sa datih memorijskih lokacija
na koje ukazuju argumenti.
4. OBRADA PODATAKA. Aritmetiĉko logiĉka jedinica izvršava
operaciju na koju ukazuje instrukcija; ona primenjuje odreĊenu
operaciju nad argumentima instrukcije (a b). Rezultat instrukcije
se iz ALJ vraća u neki od specijalizovanih registara procesora.
5. UPIS PODATAKA. Na kraju, procesor šalje sadrţaj registra sa
rezultatom na datu memorijsku lokaciju.
Nakon izvršene tekuće instrukcije programa, procesor je spreman za
izvršavanje naredne instrukcije programa. Rezultati izvršenja programa
smeštaju se u RAM memoriju iz koje se po potrebi mogu slati na izlazne
ureĊaje (monitor, štampaĉ, zvuĉnik, …).
III-3 OPERATIVNI SISTEMI
Operativni sistem (OS) je kompleksan programski sistem sastavljen od
skupa programa koji treba da obezbedi lako i efikasno korišćenje raĉunara od
strane korisnika. OS sluţi za kontrolu rada i upravljanje ĉitavim raĉunarskim
sistemom, tj. hardverom, sistemskim i aplikativnim programima. Bez njega
raĉunar uopšte ne bi mogao da radi.
OS se smešta na hard disk raĉunara i po ukljuĉivanju raĉunara njegove
najvaţnije komponente se uĉitavaju u RAM memoriju raĉunara. To su moduli
za upravljanje memorijom, procesorom, perifernim ureĊajima, korisniĉkim
aplikacijama i td. Nakon uĉitavanja u RAM-u, operativni sistem ostaje aktivan
sve do trenutka iskljuĉivanja raĉunara. Ĉak i u fazi iskljuĉivanja raĉunara
94 Informatika i raĉunarske komunikacije
(shut down), OS vodi raĉuna da se svi zapoĉeti poslovi pravilno završe i da se
fajlovi ispravno zatvore.
III-3.1 KLASIFIKACIJA OPERATIVNIH SISTEMA
Postoje razliĉiti kriterijumi na osnovu kojih se moţe izvršiti podela
operativnih sistema.
1. Sa stanovišta broja programa koji mogu istovremeno da budu u
memoriji, operativni sistemi se dele na: monoprogramske
(monoprocesne ili jednoprocesne) i multiprogramske (multiprocesne
ili višeprocesne).
2. Sa stanovišta broja korisnika koji mogu istovremeno da koriste
raĉunar OS se dele na: jednokorisniĉke i višekorisniĉke.
3. Sa stanovišta naĉina zadavanja komandi OS se dele na: operativne
sisteme komandnog tipa i grafiĉke operativne sisteme.
4. Sa stanovišta prenosivosti na razliĉite platforme raĉunara, OS se dele
na: prenosive i neprenosive.
Monoprogramski operativni sistemi omogućavaju da raĉunar drţi u
memoriji samo jedan program i izvršava ga unutar procesora. Ovi OS su
starijeg datuma.
Multiprogramski operativni sistemi omogućavaju da se u centralnoj
memoriji raĉunara nalazi istovremeno više programa, od kojih u svakom
trenutku moţe da radi samo jedan. Redosled i vreme rada svakog od programa
u memoriji odreĊuje operativni sistem tako da se omogući korišćenje raĉunara
na najbolji naĉin. Da bi ispunio ovaj zadatak, operativni sistem tretira raĉunar
kao skup resursa i pokušava da dodeli ove resurse programima na što
efikasniji naĉin po raĉunarski sistem.
U resurse raĉunarskog sistema spadaju: procesor, memorija, datoteke na
disku i ureĊaji koji su prikljuĉeni na raĉunar. Resursi raĉunara koje
istovremeno mogu da koriste više programa su: RAM memorija, datoteke na
disku, miš, monitor, audio sistem i sl. Na primer, više programa moţe
istovremeno da koristi RAM memoriju raĉunara za svoje potrebe uĉitavanjem
svog programskog koda u njoj.
Resursi raĉunara, koje više programa ne mogu istovremeno da dele, su:
procesor i periferni ureĊaji poput štampaĉa, tastature i sl. Problem deobe ovih
resursa rešava se generalno na sledeća dva naĉina:
dati resurs se sa prekidom (u odreĊenim diskretnim trenucima
vremena) stavlja na raspolaganje programu, i
dati resurs se bez prekida stavlja na raspolaganje programu sve
dok se traţeni zadatak ne obavi.
III Softver raĉunarskog sistema 95
Prvi naĉin deobe resursa karakteristiĉan je za rapodelu vremena rada
procesora izmeĊu razliĉitih programa; procesor se sa prekidima dodeljuje
datom programu samo u odreĊenim trenucima vremena. Drugi naĉin deobe
resursa koristi se kod korišćenja spoljašnjih ureĊaja; periferni ureĊaj stavlja se
na raspolaganje programu sve dok se ne obavi traţeni zadatak. Pri dodeli
ureĊaja podrazumeva se da je ureĊaj ukljuĉen i da nije zauzet od strane nekog
drugog programa.
Kod jednokorisniĉkih operativnih sistema, raĉunar moţe da koristi samo
jedan korisnik. Kod višekorisniĉkih OS na raĉunar moţe istovremeno biti
prikljuĉeno više korisnika.
Kod operativnih sistema komandnog tipa veza izmeĊu korisnika i
raĉunara ostvaruje se zadavanjem komandi sa komandne linije iza komandnog
prompta. Komanda se zadaje pomoću imena i parametara komande. Pritiskom
na taster Enter sa tastature, operativni sistem prihvata komandu i zapoĉinje
njeno izvršavanje. Ukoliko je zadana komanda ispravno unešena, onda se ona
izvršava, ali ukoliko nije, na monitoru se pojavljuje poruka o grešci. Po
izvršenoj komandi, na komandnoj liniji, u novom redu dobija se novi
komandni prompt, što je znak da je operativni sistem završio tekuću komandu
i spreman je da prihvati novu. Najpoznatiji operativni sistemi komandnog
tipa, koji su još uvek u upotrebi, su UNIX, i njegova varijanta za personalne
raĉunare LINUX. Doskora je glavni operativni sistem za personalne raĉunare
bio MS-DOS, koji je zbog kompatibilnosti ostao kao jedna od aplikacija u
okviru Windows operativnog sistema. Inaĉe, MS DOS je monoprogramski
operativni sistem komandnog tipa.
Kod operativnih sistema grafiĉkog tipa veza izmeĊu korisnika i raĉunara
ostvaruje se pomoću odreĊenih grafiĉkih objekata koji omogućavaju da se
komande operativnog sistema biraju iz spiska ponuĊenih komandi. Zadate
komande mogu biti predstavljene u obliku menija ili sliĉica-ikona. Korisnik
pokreće naredbu biranjem stavke iz menija levom klikom miša ili dvostrukim
klikom na ikonu. Tipiĉan predstavnik grafiĉkih operativnih sistema je MS
Windows.
Prenosivi OS mogu da se koriste, sa malim izmenama, na razliĉitim
arhitekturama raĉunara. Neprenosivi operativni sistemi su projektovani tako
da mogu da rade samo na odreĊenom modelu raĉunara.
III-3.2 ISTORIJSKI RAZVOJ OPERATIVNIH SISTEMA
Operativni sistemi su se razvijali paralelno sa razvojem hardvera
raĉunara. Mogu se uoĉiti nekoliko faza razvoja OS: raĉunari bez operativnog
sistema, monoprogramski OS, multiprogramski OS sa deljenjem vremena.
96 Informatika i raĉunarske komunikacije
Prvi elektronski raĉunari nisu imali OS. Aplikacioni programi su se
uĉitavali u memoriju raĉunara jedan po jedan. Po završetku rada jednog
programa raĉunar je morao da se resetuje da bi se pokrenuo drugi program.
Zamena programa predstavlja je gubljenje dragocenog procesorskog vremena.
Unutar aplikacionog programa morao se ugraditi i kompletan kod instrukcija
neophodan za izvršavanje svih funkcija koje bi trebalo da obavlja operativni
sistem.
Da bi se smanjio gubitak procesorskog vremena pisani su specijalni
programi (tzv. operativni sistemi) koji su upravljali radom raĉunara i
omogućavali zamenu programa bez intervencije korisnika. Ti prvi operativni
sistemi bili su monoprogramski, što znaĉi da su uĉitavali jedan program i tek
kada je on u potpunosti završio rad, zapoĉinjali su uĉitavanje sledećeg
programa. Ovi OS pripadaju klasi OS komandnog tipa.
Poĉetkom sedamdesetih godina prošlog veka napravljen je OS koji
dozvoljava unošenje dva programa u memoriju, od kojih je jedan (vaţniji)
sluţio za upravljanje procesorom, memorijom i dr. bitnim komponentama
raĉunara, a drugi je koristio procesor samo povremeno u trenucima dok je on
ĉekao na završetak neke spore ulazno-izlazne operacije (background).
Ovaj koncept je posle proširen i multiprogramske operativne sisteme,
koji su dozvoljavali unošenje više programa u memoriju, eventualno sa
razliĉitim prioritetima, a operativni sistem je odluĉivao kada i koliko će koji
program da radi sa ciljem optimizacije ukupnog utrošenog raĉunarskog
vremena za sve programe.
Sa pojavom terminala i interaktivnog rada većeg broja korisnika na
jednom raĉunaru pojavili su se i multiprogramski višekorisniĉki operativni
sistemi. Ovi OS su koristili deljenje vremena (time sharing) kako bi programi
svih korisnika bili istovremeno u memoriji raĉunara, a operativni sistem je,
odreĊenim redosledom, dodeljivao svakom korisniku kvotu vremena za rad
njegovog programa.
Koristeći grafiĉki interfejs, multiprogramski OS su korisniku
raĉunarskog sistem omogućili jednostavniji i lakši rad sa raĉunarima i
aplikativnim programima u odnosu na dotadašnji komandni tip OS. Ovaj tip
OS nazvan je grafiĉki OS.
III-3.3 STRUKTURA I FUNKCIJE OPERATIVNOG SISTEMA
Tipiĉni operativni sistemi sastoje se od: jezgra (kernela) i ljuske
(omotaĉa, školjke).
Jezgro predstavlja skup programa operativnog sistema koji kontroliše:
1. upravljanje procesorom,
III Softver raĉunarskog sistema 97
2. upravljanje memorijom,
3. upravljanje ulazno-izlaznim ureĊajima i
4. upravljanje podacima.
Ovi programi rade u posebnom reţimu rada (supervizorski ili kernel
mod), koji je hardverski zaštićen od mogućih uticaja korisnika.
Ljuska predstavlja komandni interfejs koji interpretira ulazne komande
korisnika i/ili njihovih programa i aktivira odgovarajuće sistemske programe
koji izvršavaju ove komande.
Danas se pod operativnim sistemom u uţem smislu podrazumeva samo
jezgro operativnog sistema, budući da za isti operativni sistem, pored
zvaniĉne ljuske proizvoĊaĉa, postoje i druge ljuske koje su napisale nezavisne
softverske kuće ili nekomercijalna udruţenja.
U nastavku se razmatraju navedene funkcije OS.
III-3.4 UPRAVLJANJE PROCESOROM
Prva i najvaţnija uloga OS je upravljanje procesorom. Naime, poznato je
da se svi programi izvršavaju u procesoru raĉunara, odakle sledi da je naĉin
pripreme i sam ĉin izvršavanja programa u procesoru od suštinskog znaĉaja za
kvalitet rada svakog raĉunarskog sistema. Pošto su svi savremeni operativni
sistemi multiprogramski, poţeljno je objasniti neke osnovne pojmove koji su
vezani za multiprogramski rad. Na prvom mestu biće objašnjen pojam
procesa.
Proces predstavlja program koji se izvršava u RAM memoriji. Program
sam za sebe nije proces; on predstavlja pasivni entitet koji je samo sadrţaj
neke datoteke na disku. Sa druge strane, proces je aktivni entitet koji se
izvršava u RAM memoriji i koji poseduje skup pridruţenih resursa. Procesi
mogu biti pokrenuti od strane jednog ili više korisnika i mogu se izvršavati na
jednom ili više procesora odjednom. Zbog toga je glavna funkcija operativnog
sistema upravo dodela procesora pojedinaĉnim procesima, tj. upravljanje
procesorom.
U sistemu sa jednim CPJ, u jednom vremenskom trenutku moţe da se
izvršava samo jedna instrukcija programa. Moduli operativnog sistema koji
realizuju funkcije upravljanja jednim procesorom relativno su jednostavni.
Kod višeprocesorskih raĉunarskih sistema moduli OS za upravljanje
procesorima moraju dodatno da vode raĉuna o raspodeli procesa u odnosu na
instalirane procesore. Pošto svaki procesor obavlja po jednu programsku
instrukciju u jednom vremenskom trenutku, kod višeprocesorskih sistema
postoji tzv. paralelno procesiranje. U višekorisniĉkim raĉunarskim sistemima,
98 Informatika i raĉunarske komunikacije
operativni sistemi vode raĉuna da procesi svih korisnika dobiju adekvatno
vreme pristupa procesoru.
Svi procesi, bez obzira da li se izvršavaju na jednom ili više procesora,
da li potiĉu od jednog ili više korisnika, tokom boravka u memoriji raĉunara
prolaze kroz niz stanja. Svaki proces se sastoji od niza koraka koji slede jedan
za drugim. IzmeĊu dva koraka proces moţe da bude prekinut, a njegovo
izvršavanje moţe da se nastavi u nekom drugom trenutku vremena ili na
nekom drugom procesoru. Operativni sistem je zaduţen za prevoĊenje
procesa iz jednog stanja u drugo.
Svaki proces u toku izvršavanja moţe da se naĊe u jednom od tri
osnovna stanja koja se meĊusobno mogu smenjivati (sl. 3.2):
Stanje spremnosti za izvoĊenje (READY)
Stanje izvršavanja (RUN)
Stanje ĉekanja (WAIT)
Napomenimo da se u datom trenutku samo jedan proces moţe naći u
stanju RUN.
Postoje još dva tzv. pomoćna stanja kroz koja proces prolazi samo
jednom u toku izvoĊenja
Stanje zapoĉinjanja (START)
Stanje zaustavljanja (STOP)
Komponenta OS koja uvodi proces iz stanja START u stanje READY
naziva se upravljaĉ zadacima. Svi procesi u stanju READY smeštaju se u
procesorski red ĉekanja sa odgovarajućim prioritetom. Deo operativnog
sistema koji uzima prvi proces iz procesorskog reda ĉekanja (iz stanja
READY) i prevodi ga u stanje RUN naziva se dispeĉer. Dispeĉer takoĊe vrši
i prekid izvršavanja tekućeg RUN procesa (oduzimanje CPJ od procesa)
kako bi oslobodio CPJ za naredni proces koga namerava da prevede u stanje
RUN.
Vreme koje jedan proces provede u stanju RUN zavisi od više faktora.
Ono moţe biti unapred definisano, moţe da zavisi od prioriteta procesa koji
ĉekaju u procesorskom redu ĉekanja ili od stanja nekog ulazno-izlaznog
ureĊaja kome se obraća proces iz stanja RUN. Neki operativni sistemi vreme
zauzeća CPJ ograniĉavaju tajmerom, koji se startuje kada proces preĊe u
stanje RUN, a generiše se prekid posle isteka definisanog vremena. Proces
nakon prekida gubi kontrolu nad CPJ i vraća se u procesorski red u stanje
READY.
III Softver raĉunarskog sistema 99
Sl. 3.2. Naĉin izvršavanja procesa
Stanje ĉekanja WAIT objasnićemo na jednom primeru. Ukoliko neki
proces, oznaĉen npr. sa P5, koji se tekuće izvršava u procesoru, zahteva
korišćenje nekog resursa (npr. štampaĉa oznaĉenog sa R3) koji je trenutno
zauzet od strane nekog drugog procesa (npr. P2), onda se proces P5 iz sanja
RUN prevodi u stanje WAIT od strane operativnog sistema, a prvi naredni
proces iz procesorskog reda ĉekanja (npr. P4) se postavlja u stanje RUN.
Proces P5 ostaje u stanje WAIT sve dok štampaĉ R3 ne završi tekući zadatak i
ne obavesti operativi sistem o tome. Nakon toga operativni sistem vraća
proces P5 u stanje READY, postavljajući ga u procesorski red ĉekanja. Kada
proces P5 ponovo bude zauzeo prvu poziciju u procesorskom redu i procesor
bude slobodan, on će se ponovo postaviti u stanje RUN i nastaviće dalje sa
izvršavanjem tamo gde je bio prekinut prelaskom u stanje WAIT. Drugim
reĉima, proces P5 će tek sada preuzeti kontrolu nad štampaĉem R3 i završiće
zapoĉeti posao štampanja. Da bi uspešno razrešio pristup ureĊajima,
operativni sistem za svaki aktivan ureĊaj formira po jedan red ĉekanja u koji
će se upisivati procesi koji zahtevaju korišćenje datog ureĊaja.
III-3.5 UPRAVLJANJE MEMORIJOM
Upravljanje memorijom (memory management) podrazumeva rešavanje
problema dodele RAM memorije procesima. Problemi korišćenja eksternih
memorija (hard diska i sl.) svrstavaju se u upravljanje podacima i sistemom
datoteka (file systems), tako da se oni ovde ne razmatraju.
Sistem za upravljanjem memorijom obavlja tri osnovne funkcije:
proces je
pripravan
Prihvatanje
procesa za
obradu
Dodela
procesora
proces je
aktivan
proces se
završio
novi
proces
Oduzimanje
procesora
proces
ĉeka
izvršenje
Završetak
procesa
U/I je slobodan
ili
završen je dati dogaĊaj
U/I je zauzet
ili
desio se neki dogaĊaj
READY RUN
WAIT
100 Informatika i raĉunarske komunikacije
1. Vodi raĉuna o slobodnim i zauzetim delovima unutrašnje memorije,
2. Donosi odluke vezane za sledeća pitanja:
Kom programu (procesu) treba dodeliti memoriju?
Koji deo i koliko memorije treba dodeliti procesu?
U kom trenutku vremena treba izvršiti dodelu memorije?
3. Alocira i dealocira memoriju koristeći podesne tehnike.
III-3.5.1 Logiĉki i fiziĉki adresni prostor
Programi koji se izvršavaju u raĉunarima nastaju tako što ih programeri
pišu u nekom od programskih jezika. Programi se pišu u tekstualnom obliku
koristeći odgovarajuće naredbe datog programskog jezika. Pri tome se
programi mogu sastojati iz više modula, procedura, funkcija, podprograma i
sl. Programi napisani na ovaj naĉin nazivaju se izvorni (sorsni) programi i oni
nisu u stanju da se direktno izvršavaju na raĉunaru.
Da bi program postao izvršiv, svaka njegova sorsna komponenta mora da
se pojedinaĉno prevede u binarni oblik (tzv. obj fajl) pomoću programskog
prevodioca za dati programski jezik. Nakon prevoĊenja u binarni oblik,
potrebno je izvršiti i povezivanje (linkovanje) prevedenih binarnih modula i
delova sistemske biblioteke u jedan zajedniĉki izvršni fajl. Na taj naĉin se
dobija izvršna verzija programa (tzv. exe fajl), koja je sada spremna za
izvršavanje u raĉunaru.
Programi koji povezuju binarne module programa i sistemske biblioteke
u izvršni fajl nazivaju se linkeri. Izvršna verzija programa se smešta na hard
disk, a po startovanju programa ona se uĉitava u RAM memoriju. Uĉitavanje
izvršnog programa obavlja posebna komponenta OS koja se naziva punilac
(loader). Na sl. 3.3 detaljno je prikazan proces nastanka jednog izvršnog
programa od njegovog zaĉetka (sorsnog oblika) do uĉitavanja u RAM
memoriju.
Adrese koje se koriste u izvornom programu nazivaju se simboliĉke
adrese. Nakon prevoĊenja i povezivanja programa dobija se izvršni program
koji sadrţi logiĉke adrese.
Tokom punjenja (uĉitava-nja) programa u memoriju raĉunara i njegovog
izvršavanja, sistem za upravljanje memorijom transformiše logiĉke adrese u
fiziĉke adrese. Na taj naĉin se vrši uĉitavanje programa u memoriju raĉunara
na konkretnim fiziĉkim adresama.
Adresni prostor koji se dodeljuje programu pre punjenja u memoriju
raĉunara naziva se logiĉki adresni prostor, a adresni prostor programa nakon
punjenja naziva se fiziĉki adresni prostor. Funkciju preslikavanja iz logiĉkog
III Softver raĉunarskog sistema 101
u fiziĉki adresni prostor realizuje posebni upravljaĉki sklop za upravljanje
memorijom, tzv. memorijski menadţer (Memory Management Unit).
Sl. 3.3. Faze prevoĊenja, linkovanja i punjenja kroz koje prolazi
jedan program
III-3.5.2 Naĉini alociranja memorije
Svaki proces moţe da se izvršava samo ako se nalazi u radnoj memoriji
raĉunara i to u odreĊenoj oblasti. Zbog toga, svakom procesu, neposredno pre
uĉitavanja u RAM memoriju, treba dodeliti odreĊeni memorijski prostor u
kome će se on izvršavati. Za uĉitavanje procesa u memoriju zaduţen je
PrevoĊenje
Povezivanje
Punjenje
Izvorni program
u tekstualnom
obliku
Program
prevodilac
Program
linker
Izvršni program
(.EXE) na HD
Program punilac
Izvršni program u
memoriji
Dinamiĉka
sistemska
biblioteka
Sistem.
biblioteka
Program u
binarnom obliku
Izvršavanje
102 Informatika i raĉunarske komunikacije
operativni sistem. U zavisnosti od tipa operativnog sistema (monoprogramski
ili višeprogramski) postoje razliĉite tehnike dodele memorije procesima.
Alokacija ili dodela memorije definiše naĉin dodele memorije procesima od
strane operativnog sistema. Od pojave prvih operativnih sistema pa do danas
korišćeno je više razliĉitih tehnika alokacija memorije, a najpoznatije meĊu
njima su kontinualna i diskontinualna alokacija memorije.
III-3.5.3 Kontinualna alokacija memorije
Kontinualna alokacija memorije zasniva se na deljenju memorije na
delove (particije) pri ĉemu se jedan proces moţe uĉitati u samo jednu
particiju, tako da nema razbijanja procesa na particije unutar memorije. U
zavisnosti od tipa operativnog sistema broj particija moţe biti jedan
(monoprogramski OS) ili više (multiprogramski OS). Razlikujemo sledeće
vrste kontinualne alokacije:
1. za monoprogramski OS,
2. za multiprogramski OS.
Kontinualna alokacija memorije za monoprogramski OS
Kod alokacije za monoprogramski OS razlikujemo alokaciju memorije
sa jednom i dve particije. U prvom sluĉaju, celokupna memorija se rezerviše
samo za korisniĉki prostor, bez OS (sl. 3.4). Dakle, cela memorija predstavlja
jednu particiju u koju korisnik moţe da uĉita samo jedan celi program.
Ukoliko program ne moţe da stane u particiju, onda se on neće ni uĉitati. Ovo
je primer alokacije memorije kada OS još nije poĉeo da se koristi.
Korisniĉki prostor
Korisniĉki prostor
Rezidentni
monitor
Sl. 3.4. Alokacija sa jednom
particijom Sl. 3.5. Alokacija sa dve particije
Drugi sluĉaj predstavlja alokaciju sa dve particije, pri ĉemu se memorija
deli na dve particije. U jednu se smešta operativni sistem (ili njegova
primitivna verzija, tzv. rezidentni monitor), a u drugu jedan korisniĉki
program (sl. 3.5). Memorija mora da bude dovoljno velika da bi u nju stao
potreban program. Glavni nedostatak ovakve alokacije memorije je mala
iskorišćenost memorije.
III Softver raĉunarskog sistema 103
Kontinualna alokacija memorije za multiprogramski OS
Kod alokacije za multiprogramski OS razlikujemo alokaciju memorije sa
fiksnim i promenljivim brojem particija.
Kontinualna alokacija memorije sa fiksnim brojem particija primenjuje se kod multiprogramskih OS. Memorija se deli na fiksni broj
razliĉitih po veliĉini particija. Broj particija i njihove veliĉine su unapred
odreĊene od strane OS i ne mogu se menjati. U svaku particiju moţe da se
uĉita samo po jedan proces, koji se nakon završetka rada izbacuje iz particije,
a na njegovo mesto se uĉitava sledeći proces koji ĉeka na uĉitavanje u tzv.
redu ĉekanja za datu particiju. Svaka particija moţe imati svoj red ĉekanja
(sl. 3.6.a) ili više particija mogu imati jedan zajedniĉki red ĉekanja (sl. 3.6.b)
u koji se smeštaju procesi koji ĉekaju na uĉitavanje. Proces se ubacuje u red
ĉekanja za odreĊenu particiju u zavisnosti od njegovog memorijskog zahteva,
koji se unapred mora znati, a o tome se stara OS. Ovakav naĉin dodele
memorije naziva se statiĉka dodela memorije. Procesi upisani u memoriju
dele resurse sistema, a naĉin njihovog zauzeća procesora je već opisan u
prethodnom poglavlju.
a - Svaka particija ima svoj
red za ĉekanje procesa
b - Sve particije imaju jedan zajedniĉki
red za ĉekanje procesa
Sl. 3.6. Kontinualna alokacija memorije sa fiksnim brojem particija
Kontinualna alokacija memorije sa promenljivim brojem particija.
Ovaj tip alokacije memorije primenjuje se kod multiprogramskih OS. Na
poĉetku, po ukljuĉivanju raĉunara, ceo memorijski prostor RAM-a tretira kao
jedna particija. Prvi proces koji se pošalje na izvršenje uĉitava se u ovaj
prostor i smešta se odmah iznad prostora rezervisanog za operativni sistem.
Memorijski prostor zauzet od strane ovog procesa operativni sistem oznaĉava
zauzetim. Prihvatanjem sljedećeg procesa operativni sistem ispituje da li je
raspoloţivi slobodni prostor dovoljan za njega. Ako jeste, novom procesu se
dodeljuje memorijski prostor odmah iza prvog procesa. Ovaj postupak se
nastavlja sve dok se mogu zadovoljiti zahtevi dolazećih procesa u pogledu
OS
5K
10K
20K
3K, 1K, 2K
6K, 9K, 8K
15K, 13K, 11K
redovi procesa za
svaku particiju
particije memorije
OS
5K
10K
20K
13K, 4K, 8K
jedinstven red
procesa za svaku
particiju
particije memorije
104 Informatika i raĉunarske komunikacije
njihove potrebe za memorijom. Kada u meĊuvremenu neki od procesa završi
sa radom, oslobaĊa se memorija koju je on zauzeo i ona se dalje moţe
dodijeliti sledećem procesu. Memorijski prostor koji se dodeljuje svakom
procesu predstavlja particije. Ko što vidimo, broj i veliĉina particija se
vremenom menja i zavisi od broja i veliĉine procesa koji se trenutno
izvršavaju. Dakle, ovde se radi o dinamiĉkoj alokaciji memorije.
Na sl. 3.7-8 prikazan je jedan primer alokacije memorije sa
promenljivim brojem particija.
red procesaprihvaćenih na obradu
proces memorijskizahtjevi
trajanje
P
P
P
P
P
1
2
3
4
5
600k
1000k
300k
700k
500k
10
5
20
8
15
operacijskisustav
0
400k
2560k
2160k
radna memorija
Sl. 3.7. Memorija sa promenljivim brojem particija i
procesi (P1 – P5) koji ĉekaju na red za izvršenje
operacijskisustav
operacijskisustav
operacijskisustav
operacijskisustav
operacijskisustav
400k 400k 400k 400k
900k1000k 1000k
1700k 1700k 1700k
1000k1000k
2000k 2000k 2000k 2000k 2000k
2300k 2300k 2300k 2300k 2300k
2560k 2560k 2560k 2560k 2560k
P P P P1 1 1 5
P
P P
P P
P P P
2
2 4
1 5
4 4 4
P P P P P3 3 3 3 3
završio ulazi
završio ulazi
1000k
400k
a) b) c) d) e)
Sl. 3.8. Primer kako se više procesa (P1 – P5) uĉitava u memoriju
raĉunara sa promenljivim brojem particija
U slobodnu memoriju veliĉine 2560 400 2160 kB treba da se uĉitaju
procesi P1-P5. OS je procenio potrebni koliĉinu memorije svakog procesa i
ona je data u tabeli na slici 3.7. U istoj tabeli dato je i vreme izvršavanja
Operativni
sistem
memorijski zahtevi
Operativni
sistem
Operativni
sistem
Operativni
sistem
Operativni
sistem
Operativni
sistem
III Softver raĉunarskog sistema 105
svakog procesa u odgovarajućim vremenskim jedinicama, koje unapred nije
poznato, ali se posle završetka rada svakog procesa moţe izmeriti. S obzirom
na memorijske zahteve procesa i slobodne memorije, u memoriju su najpre
uĉitani procesi P1-P3, pri ĉemu je ostalo nezauzetih 260 kB memorijskog
prostora na dnu RAM-a (sl. 3.8). Nakon isteka 5 vremenskih jedinica proces
P2 je završio svoj rad i na njegovom mestu u RAM-u uĉitava se proces P4.
Nakon isteka 10 vremenskih jedinica završiće se rad i procesa P1 a na
njegovom mestu će se uĉitati proces P5.
Fragmentacija memorije
Na sl. 3.8 tamnom bojom obojene su neiskorišćene oblasti RAM-a u
pojedinim trenucima vremena. Ove oblasti definišu tzv. spoljašnju
fragmentaciju memorije. Unutrašnja fragmentacija memorije nastaje na
taj naĉin što se procesu uvek dodeljuje nešto veća particija no što to sam
proces zahteva. Razlika u zahtevanoj i dodeljenoj memoriji naziva se
unutrašnja fragmentacija. Unutrašnja fragmentacija memorije se praktiĉno
moţe zanemariti u odnosu na spoljašnju fragmentaciju memorije.
Fragmentacijom nastaju mali prazni delovi memorije koji su meĊusobno
razdvojeni te se ne mogu dodeliti procesima koji ĉekaju u redu za dodelu
particije, a ĉija veliĉina prevazilazi ove praznine.
III-3.5.4 Diskontinualna alokacija memorije
Pri kontinualnoj alokaciji memorije u memorijske particije uĉitavaju se
iskljuĉivo celi procesi, što pre ili kasnije dovodi do nedostataka RAM
memorije. Ako se uzme u obzir ĉinjenica da današnji raĉunari rade sa više
programa istovremeno, od kojih svaki ponaosob moţe da zauzme veliki deo
RAM memorije, onda je jasno da će se primenom kontinualne alokacije
sigurno pojaviti nedostatak unutrašnje memorije.
Za razliku od kontinualne, diskontinualna alokacija dozvoljava da se
samo deo procesa moţe uĉitati u izabranu, slobodnu memorijsku particiju.
Ovaj tip alokacije je odlika novijih multiprogramskih OS i ostvaruje se
pomoću dve tehnike: pomoću straniĉenja ili segmentacije. Zbog obimnosti
izlaganja, u nastavku će biti objašnjena samo tehnika alokacije zasnovana na
straniĉenju.
Kod ove alokacije, memorija se deli na manje blokove (particije) fiksne
veliĉine koji se nazivaju okviri (frames). Podelu fiziĉke memorije (fiziĉkog
adresnog prostora) na okvire vrši sam operativni sistem, i u zavisnosti od
njegovog tipa i verzije, veliĉina okvira se kreće od 512 bajta do 8192 bajta,
dok broj okvira zavisi iskljuĉivo od koliĉine instalirane RAM memorije. Pošto
106 Informatika i raĉunarske komunikacije
izmeĊu okvira nema slobodnog prostora, kod ovog naĉina alokacije memorije
javlja se samo unutrašnja fragmentacija.
Paralelno podeli fiziĉke memorije na okvire vrši se i podela procesa koji
se uĉitavaju u memoriju raĉunara na blokove iste veliĉine kao i okviri, tj. vrši
se podela logiĉkog adresnog prostora. Ovi blokovi procesa nazivaju se
stranice (pages). Upisivanje procesa u memoriju vrši se tako što se redom
upisuju stranice programa u slobodne okvire memorije, pri ĉemu se pomoću
tzv. tabele stranica vodi evidencija o tome koja stranica procesa zauzima koji
okvir memorije.
Pri uĉitavanju procesa u memoriju vrši se konverzija logiĉkih u fiziĉke
adrese, tj. svaka logiĉka adresa u procesu mora da se prevede u konkretnu
fiziĉku adresu memorije. Logiĉka adresa procesa saĉinjena je iz rednog broja
stranice procesa p i pomeraja d unutar te stranice procesa, što zapisujemo na
sledeći naĉin pd. Za logiĉku adresu od n bitova, n-m bitova veće teţine
odreĊuju broj stranice, a m bitova manje teţine pomeraj unutar stranice.
Sliĉno pravilo obeleţavanja vaţi i za fiziĉke adrese. Proizvoljnu fiziĉku
adresu obeleţavamo sa fd, gde je f adresa poĉetka okvira (bazna adresa
okvira), a d pomeraj od poĉetka okvira unutar posmatranog okvira. Pošto su
duţine okvira jednake i unapred poznate, ne pamte se duţine pojedinaĉnih
okvira. Za fiziĉku adresu od n bitova, n-m bitova veće teţine odreĊuju
poĉetnu adresu okvira, a m bitova manje teţine pomeraj unutar okvira.
Fiziĉka adresa memorije koja se dodeljuje procesu dobija se na osnovu
njegove logiĉke adrese i tabele stranica procesa. Tabela stranica svakog
procesa sadrţi redove u kojima operativni sistem, u fazi alokacije memorije
za dati proces, upisuje poĉetne adrese okvira memorije, koji se pridruţuju
datim stranicama procesa. Naĉin dobijanja fiziĉke adrese procesa iz njegove
logiĉke adrese pomoću tehnike straniĉenja prikazan je na sl. 3.9.
CPU p fd d
f
logičkaadresa
fizičkaadresa
tablica stranicaradna
memorijap
Sl. 3.9. Generisanje fiziĉke adrese iz logiĉke adrese
pomoću tehnike straniĉenja
tabela stranica procesa
logička adresa jedne
instrukcije procesa fizička adresa jedne instrukcije procesa
III Softver raĉunarskog sistema 107
Neka je data jedna logiĉka adresa pd i neka se ţeli njena konverzija u
fiziĉku adresu fd. Na osnovu rednog broja stranice p procesa, iz tabele
stranica datog procesa proĉita se poĉetna adresa f okvira memorije. Ova
adresa predstavlja bitove veće teţine fiziĉke adrese memorije. Bitovi manje
teţine fiziĉke adrese identiĉni su bitovima manje teţine logiĉke adrese, tj.
iznose d. Na ovaj naĉin je fiziĉka adresa u potpunosti definisana iz logiĉke
adrese i tabele stranica procesa.
Sistem za dodelu memorije po stranicama radi na sledeći naĉin. Kad se
procesu dozvoli uĉitavanje u memoriju, najpre se izraĉuna potreban broj
okvira za dati proces i ovaj broj se uporedi se sa brojem slobodnih okvira u
memoriji. Ukoliko je slobodan dovoljan broj okvira, kompletan proces se
upisuje u memoriju, stranicu po stranicu. Istovremeno se za svaku stranicu u
tabeli stranica upisuje i poĉetna adresa okvira u koji je stranica upisana.
Podaci o stanju okvira se smeštaju u tzv. tabelu okvira (frame table).
Ova tabela, za svaki okvir poseduje po jedan red u kome se beleţi da li je
okvir zauzet ili ne i ako jeste koji ga proces koristi.
stranica 0stranica 1stranica 2stranica 3
novi procesi
lista slobodnihokvira
14
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
11
12
stranica 0stranica 1stranica 2stranica 3
novi procesi
lista slobodnihokvira
1413182015
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
11
12
stranica 1
stranica 0
stranica 2
stranica 314
13
18
20
0
1
2
3
tablica stranicaa) b)
Stanje pre alokacije Stanje posle alokacije
Sl. 3.10. Primer uĉitavanja stranice jednog procesa u RAM memoriju
Primer. Postupak dodele memorije jednom procesu saĉinjenom od ĉetiri
stranice (0, 1, 2 i 3) prikazan je na sl. 3.10. Uvidom u tabelu okvira,
konstatovano je da postoji sledećih 5 slobodnih okvira memorije: 13, 14, 15,
18 i 20. Sa ovog spiska slobodnih okvira, operativni sistem bira 4 okvira (13,
tabela stranica
okviri memorije pre alokacije
okviri memorije
nakon alokacije
memorij
a
(f)
bazna
adresa okvira
(d)
pomeraj
okvir
okvir
okvir
okvir
stranice procesa na hard disku koje treba
alocirati: 0,1,2,3
spisak slobodnih okvira u memoriji
spisak preostalih slobodnih okvira u
memoriji
15
108 Informatika i raĉunarske komunikacije
14, 18 i 20) u koje će upisati 4 stranice procesa (0. stranica u 14. okvir, 1.
stranica u 13. okvir, 2. stranica u 18. okvir i 3. stranica u 20 okvir). Dodeljeni
redni brojevi okvira memorije zapisuju se u tabelu stranica ovog procesa.
Nakon upisa stranica u okvire memorije, 15. okvir je ostao slobodan, te se u
tabeli okvira pojavljuje kao nezauzeti okvir.
Interesantno je zapaziti kako korisnik nekog procesa vidi punjenje
memorijskog prostora stranicama procesa u sluĉaju diskontinualne straniĉne
alokacije. Za korisnika procesa, memorijski prostor izgleda kao kontinualni
prostor, bez obzira što su stranice procesa razbacane po okvirima fiziĉke
memorije. Korisnik stiĉe utisak da se memorija puni kao zatvoreni sud,
kontinualno sve dok se ne napuni. U stvari, preslikavanje izmeĊu logiĉkog i
fiziĉkog adresnog prostora je za korisnika procesa sakriveno. On o tome ne
vodi raĉuna, pošto se o ovom problemu u potpunosti stara operativni sistem
koji vodi evidenciju o stanju memorije (koji su okviri zauzeti, koji proces
koristi pojedine okvire i koji su okviri slobodni).
Da bi se spreĉio memorijski upad jednog procesa u drugi, procesima se
na nivou operativnog sistema zabranjuje pristup memorijskim lokacijama
izvan njihove tabele stranica. Na taj naĉin se realizuje zaštita izmeĊu razliĉitih
procesa koji se istovremeno nalaze unutar memorije raĉunara.
Deljenje stranica
U sluĉaju kada dva ili više procesa sa proizvoljnim brojem stranica
poseduju po jednu stranicu sa potpuno istim sadrţajem, moguće je ovim
identiĉnim stranicama dodeliti isti okvir u memoriji, bez obzira što one
pripadaju razliĉitim procesima. Ova tehnika se naziva alokacija memorije sa
deljenjem stranica i ona se takoĊe moţe primeniti i na veći broj identiĉnih
stranica razliĉitih procesa. Ovaj tip alokacije memorije predstavlja dalje
proširenje diskontinualne alokacije zasnovane na straniĉenju.
U opštem sluĉaju procesi mogu da sadrţe deljene i privatne programske
kodove i kao podatke. Privatni kod i podaci jednog procesa su onaj deo
procesa koji samo njemu pripada. Za n razliĉitih procesa, privatni kod i
podaci ovih procesa smeštaju se u okvire fiziĉke memorije koji zauzimaju n
razliĉitih oblasti u memoriji. Kaţe se da svaki proces ima svoju kopiju
privatnog koda i podataka.
Deljeni programski kod i podaci su onaj deo programskog koda i
podataka koji se koristi od strane više procesa. On se smešta u odreĊeni broj
okvira memorije koji ĉine jednu zajedniĉku zonu u memoriji. Stranice procesa
koje sadrţe ovaj deljeni koda nazivaju se deljene stranice. Zahvaljujući
deljenim stranicama štedi se na memorijskom prostoru i resursima
raĉunarskog sistema. TakoĊe, povećava se i brzina rada procesa pošto se
III Softver raĉunarskog sistema 109
deljive stranice uĉitavaju samo jednom u memoriju, da bi se kasnije po
potrebi koristile od strane više procesa.
Na sl. 3.11. prikazan je primer deljenja stranica od strane tri procesa
(Proces 1, Proces 2 i Proces 3). Neka ovi procesi predstavljaju tri nezavisne
kopije jednog prostog editora teksta koje su pokrenute na raĉunaru i neka je
njihov programski kod veliĉine tri stranice (Editor 1, Editor 2 i Editor 3).
Pošto su u pitanju tri identiĉna procesa, njihove stranice su takoĊe identiĉne i
mogu da alociraju iste okvire u memoriji (105., 106. i 109. okvir). Dakle, za
okvire 105, 106 i 109 kaţemo da sadrţe deljivi programski kod. U svakom od
ovih procesa (editora), pomoću tastature ukucan je razliĉit tekst (podaci) koji
zauzima po jednu stranicu po procesu (Podaci 1, Podaci 2 i Podaci 3). Pošto
se ubaĉeni podaci meĊusobno razlikuju od editora do editora, za stranice ovih
privatnih podataka potrebno je alocirati razliĉite memorijske okvire. Za
privatne podatke Podaci 1 koristi se 111. okvir, za privatne podatke Podaci 2 -
102. okvir i za privatne podatke Podaci 3 - 115. okvir). Za okvire 102, 111 i
115 kaţemo da sadrţe privatne podatke. Prethodna preslikavanja stranica
programa i podataka u memorijske okvire definisana su tabelama stranica za
date procese koje su prikazane na istoj slici.
Redni broj okvira ROM Memorija
Editor 1 105 100
Editor 2 106 101
Editor 3 109 102 Podaci 2
Podaci 1 111 103
Proces 1 Tabela stranica za proces 1
104
105 Editor 1
Editor 1 105 106 Editor 2
Editor 2 106 107
Editor 3 109 108
Podaci 2 102 109 Editor 3
Proces 2 Tabela stranica za
proces 2
110
111 Podaci 1
Editor 1 105 112
Editor 2 106 113
Editor 3 109 114
Podaci 3 115 115 Podaci 3
Proces 3 Tabela stranica za
proces 3
116
117
Sl. 3.11. Primer tehnike straniĉenja sa deljenjem stranica
110 Informatika i raĉunarske komunikacije
III-3.5.5 Virtuelna memorija
Prethodno navedena diskontinualna strategija upravljanja memorijom
pomoću straniĉenja poseduju jedan ozbiljan nedostatak. Naime, radi se o
sluĉaju kada je veliĉina jednog programa, koji treba da se uĉita u memoriju da
bi se izvršio, veća od trenutno slobodne memorije raĉunara. Ovaj problem se
razrešava upotrebom tzv. virtuelne memorije, koja dozvoljava da se u radnoj
memoriji mogu izvršavati i programi koji su jednim delom uĉitani u
memoriju, dok se njihov drugi deo nalazi na hard disku, u tzv. virtuelnoj
memoriji. Dakle, zahvaljujući virtuelnoj memoriji, moguće je obezbediti
izvršavanje korisniĉkih programa koji zauzimaju i veći prostor od RAM
memorije.
Virtualna memorija moţe da se implementira i kod straniĉenja i kod
segmentacije. U nastavku će biti obraĊena primena virtuelne memorije
zasnivane na straniĉenju. Kod ovog tipa alokacije koristi se tehnika
straniĉenja sa dodatnom osobinom da se stranice uĉitavaju u memoriju jedino
kada postoji potreba za njima.
Prilikom pokretanja programa, najpre se sa hard diska uĉita nekoliko
prvih stranica procesa (blok stranica) koje se smeštaju u isti toliki broj
slobodnih okvira memorije. Kada uĉitani deo procesa završi sa radom, uĉitava
se naredni blok stranica istog procesa i tako redom. Kada više nema mesta u
memoriji, operativni sistem, na osnovu odreĊenih kriterijuma, prebacuje
neaktivni blok stranica procesa iz unutrašnje memorije u virtuelnu memoriju
na hard disku, a na mesto izbaĉenog bloka stranica uĉitava sledeći blok
stranica koji se ţeli izvršiti. U sluĉaju kada se zahteva neka stranica iz
virtuelne memorije, ona se ponovo uĉitava u slobodni okvir memorije. Na taj
naĉin, korisnik stiĉe utisak da je RAM memorija jako velika i da je u njoj
moguće izvršavati više programa istovremeno, bez obzira na njihove veliĉine.
Mehanizam pomoću koga se kontroliše prisustvo stranica procesa u
unutrašnjoj memoriji raĉunara zasniva se na korišćenju tzv. bita prisustva
stranice koji je smešten u tabeli stranica procesa. Ovaj bit kodira informaciju
o fiziĉkoj lokaciji date stranice na sledeći naĉin: ako on iznosi 1, stranica se
nalazi u memoriji, inaĉe stranica je na hard disku u virtuelnoj memoriji.
Primer. Uĉitavanja stranice jednog procesa iz virtualne memorije u RAM
memoriju. Opisani proces prikazan je na sl. 3.12 a procedura je sledeća:
1. Kada tokom izvršavanja programa treba preći na instrukciju (ADD a, b)
koja se nalazi na sledećoj stranici, upravljaĉka logika prvo proverava
bit prisustva adresirane stranice kako bi se odredilo da li je stranica u
memoriji ili ne.
2. Ukoliko stranica nije u memoriji (došlo je do tzv. promašaja stranice)
generiše se prekid koji obaveštava operativni sistem da treba pronaći
stranicu na hard disku i prebaciti je u radnu memoriju. Obiĉno promašaj
III Softver raĉunarskog sistema 111
rezultuje prekidom prava korišćenja procesora, pa se proces prebacuje u
red ĉekanja na U/I ureĊaj, u ovom sluĉaju hard disk.
3. Operativni sistem pronalazi stranicu na hard disku.
4. Prebacuje se traţena stranica u odabrani slobodni okvir.
5. Osveţava se tabela stranica datog procesa tako što se stranici pridruţuje
dodeljeni okvir i bit prisustva setuje na 1. Ovim je praktiĉno proces
doveden u stanje da moţe da nastavi sa izvoĊenjem.
6. Prekinuta naredba se ponovo izvršava a stranici se pristupa kao da je
ona oduvek bila u memoriji.
stranica D
virtualnamemorija
tablicastranica
fizičkamemorija
sekundarnamemorija
(disk)
2
3
01234567
10100100
4
6
9
0123456789
1011121314
A
C
F
A
D
G
C
F
B
E
H
bitprisustva
load M
prekid
1
2
6
54
3
adresiranje
operacijskisustav
stranica je na disku
stranica uslobodan
okvir
obnovitablicu
stranica
ponovinaredbu
Sl. 3.12. Primer uĉitavanja stranice D jednog procesa
iz virtualne memorije u RAM memoriju
Ako u sluĉaju promašaja nema slobodnog okvira memorije, posebnim
algoritmom odabira se neki od zauzetih okvira memorije (tzv. okvir-ţrtva) a
njegov sadrţaj se prebacuje u dati okvir na hard disku. Time se oslobaĊa jedan
okvir memorije i proces uĉitavanja nove stranice sa hard diska u memoriju
raĉunara se dalje nastavlja kao da postoji slobodan okvir.
III-3.6 UPRAVLJANJE ULAZNO-IZLAZNIM UREĐAJIMA
Teorijski gledano, prenos podataka ka (iz) U/I ureĊaja sliĉan je prenosu
podataka ka (iz) memorije raĉunara. Ukoliko je U/I ureĊaj propisno povezan
na odgovarajuću sistemsku magistralu, moguće je pomoću adresnih,
Tabela stranica
Stranice procesa
PREKID: Stranica D nije u RAM
memoriji
Stranica D
ADD a, b
Bit prisustva
Redni broj okvira
A
B
C
D
E
F
G
H
1
6
Redni broj stranica Učitaj stranicu D sa diska u ovaj okvir
Upiši ovde redni broj okvira 13 i promeni bit prisustva sa 0 na 1
112 Informatika i raĉunarske komunikacije
upravljaĉkih i linija podataka upisati ili proĉitati podatke sa U/I ureĊaja.
MeĊutim, za razliku od memorije, U/I ureĊaji imaju sledeće osobine koje
znatno komplikuju transfer podataka izmeĊu njih i memorije:
1. ĉesto se pokreću i zaustavljaju,
2. rade na znatno manjim brzinama u odnosu na procesor,
3. njihove brzine jako variraju od ureĊaja do ureĊaja,
4. podaci se mogu slati ili primati paralelno ili serijski,
5. neophodni su sinhronizacioni ili upravljaĉki signali,
6. ĉesto zahtevaju specijalne formate i protokole za transfer podataka.
Pomenuti razlozi ukazuju na neophodnost postojanja dodatnih
hardverskih i softverskih komponenti kao dodataka U/I ureĊajima, kako bi se
prevazišli navedeni problemi. U dodatne hardverske komponente svrstavamo
kontrolere ureĊaja, a u softverske - drajvere ureĊaja.
Kontroleri ureĊaja
Da bi razliĉiti U/I ureĊaji, sa
razliĉitim brzinama i naĉinom prenosa
podataka, mogli da se poveţu na
standardnu sistemsku magistralu
potrebno je da svaki ureĊaj poseduje
odgovarajuću hardversku komponentu
koja se naziva kontroler ureĊaja (sl.
3.13). Kontroler ureĊaja povezuje U/I
ureĊaj sa sistemskom magistralom i
upravlja ureĊajem. U zavisnosti od
naĉina obavljanja ulazno-izlaznih
operacija, kontroleri U/I ureĊaja
uobiĉajeno sadrţe sledeće komponente:
bafere (registare) podataka,
statusne registre i
upravljaĉke registre.
Bafer podataka predstavlja jedan
ili više registara namenjenih za
privremeno skladištenje podataka
izmeĊu procesa i U/I ureĊaja. Veliĉina bafera zavisi od tipa U/I ureĊaja kojim
se upravlja. Statusni registri su registri u kojima se smeštaju informacije o
tekućem stanju ureĊaja. Upravljaĉki registri su zaduţeni za prihvatanje
upravljaĉkih informacija na osnovu kojih se vrši inicijalizacija i upravljanje
U/I ureĊajem.
Sl. 3.13. Kontroler ureĊaja sa
drajverom povezuje proces sa
ureĊajem.
Proces
Drajver ureĊaja
Upravlj. Status Podaci
Hardverski interfejs
ureĊaja
Softverski
interfejs ureĊaja
UREĐAJ
KONTROLER
III Softver raĉunarskog sistema 113
Da bi kontroler ureĊaja mogao ispravno da radi on mora najpre da se
inicijalizuje, tj. da se definiše naĉin (mod) njegovog rada. O tome brine
posebna softverska komponenta koja se naziva drajver ureĊaja. Akcije koje
kontroler dalje obavlja diktirane su U/I naredbama tekućeg procesa koje se
preko sistemske magistrale šalju u upravljaĉki registar kontrolera. Ukoliko su
za izvršenje neke naredbe potrebni podaci, oni se takoĊe, preko sistemske
magistrale šalju u bafer podataka. Interpetaciju U/I komandi, koje su poslate
od strane procesa obavlja drajver ureĊaja.
Drajveri ureĊaja
Zajedniĉko svojstvo drajvera ureĊaja je da je svaki od njih namenjen za
upravljanje odreĊenom klasom ureĊaja. Pri tome, obiĉno, jedan drajver moţe
da opsluţi više ureĊaja iste klase. Drajveri se nalaze u tesnoj vezi sa
kontrolerima ulaznih i izlaznih ureĊaja i kriju sve detalje i posebnosti
funkcionisanja ovih kontrolera od procesa koji se tekuće izvršavaju.
Zahvaljujući drajverima ureĊaja, procesi se obraćaju ureĊajima pomoću
njihovog standardizovanog generiĉkog skupa ulazno-izlaznih instrukcija koje
omogućavaju jednoobrazno korišćenje ureĊaja.
Tipiĉne operacije drajvera ureĊaja su:
1. operacija inicijalizacije (koja se poziva samo u toku pokretanja operativnog sistema),
2. operacije ulaza i izlaza (za razmenu podataka), i
3. upravljaĉka operacija (koja omogućuje dinamiĉko podešavanje
funkcionalnih karakteristika ureĊaja, na primer, njihove brzine
prenosa).
Uz pomoć drajvera, pisanje softvera (naroĉito operativnog sistema), koji
sadrţi pozive ka ulazno-izlaznim ureĊajima, postaje mnogo jednostavnije.
Zahvaljujući njima, postignut je efekat nezastarevanja softvera. Naime,
ukoliko se na trţištu pojavi novi ureĊaj ili nova verzija postojećeg ureĊaja,
onda će postojeći sistemski softver raĉunara biti u stanju da komunicira i sa
novim ureĊajem zahvaljujući njegovom novom drajveru. Zbog toga se kaţe
da drajveri ureĊaja nadograĊuju operativni sistem, pošto mu obezbeĊuju
podršku za rad sa svim ureĊajima. Postoje razliĉite verzije drajvera za razliĉite
operativne sisteme.
Tehnike U/I prenosa podataka
Tokom rada raĉunara, veoma ĉesto se vrši vrlo intenzivna razmena
podataka izmeĊu memorije i ulazno-izlaznih ureĊaja. Da bi se osigurali od
mogućih neţeljenih gubitaka podataka prilikom njihove razmene, definisane
su odgovarajuće tehnike za bezbedan i brz prenos podataka ka i iz U/I ureĊaja.
114 Informatika i raĉunarske komunikacije
U osnovi razlikujemo sledeće ĉetiri tehnike U/I prenosa: bezuslovni prenos,
uslovni prenos (programirani U/I prenos), prenos zasnovan na prekidu i
direktan pristup memoriji (DMA prenos).
Kod bezuslovnog prenosa, U/I ureĊaj mora biti spreman za prenos u
bilo koje vreme, a sam prenos se obavlja sinhrono sa procesorom.
Najjednostavniji naĉin komunikacije izmeĊu U/I ureĊaja i procesora se moţe
sprovesti kada je poznata brzina i frekvencija sa kojom U/I ureĊaj ĉita ili
upisuje podatke u bafer podataka ureĊaja. Zahvaljujući tome, procesor moţe
sinhronizovano da upisuje ili ĉita podatke iz bafera podataka i upisuje ih u
unutrašnju memoriju raĉunara. U ovom sluĉaju povratna informacija o tome
da li je podatak proĉitan ili ne, ne postoji, što predstavlja veliki nedostatak
bezuslovnog prenosa. Prednost ove tehnike prenosa ogleda sa u velikoj brzini
prenosa. Primer bezuslovnog U/I prenosa podataka javlja se pri komunikaciji
procesora sa A/D i D/A konvertorima, kod kojih je unapred poznata radna
frekvencija, tj. brzina prenosa podataka. Nakon inicijalizacije AD konvertora,
podaci koje on šalje ka memoriji sinhronizovani su od strane procesora i
prenose se konstantnom brzinom. Zaustavljanjem AD konvertora, prekida se
prenos podataka.
Uslovni prenos podataka predstavlja poboljšanje prethodne tehnike
prenosa podataka. On se zasniva na uvoĊenju dodatnog registra u kontroleru
ureĊaja, tzv. registra stanja, u kome se izmeĊu ostalog upisuje i tekući status
bafera podataka pomoću jednog bita (zastavice). Ukoliko je bafer podataka
slobodan za unos, ovaj bit se postavlja na 0, inaĉe ima vrednost 1 (sl. 3.14).
Ĉitanjem vrednosti zastavice, u svakom trenutku se moţe konstatovati da li je
bafer podataka spreman za upis ili ĉitanje, i shodno tome moţe se doneti
ispravna odluka o prenosu podataka koja neće dovesti do njihovog gubitka.
Prethodno definisane tehnike prenosa podataka su se pokazale kao
nepraktiĉne i neefikasne u mnogim situacijama. Naime, tehnika bezuslovnog
prenosa ne rešava sluĉaj prenosa podataka sa U/I ureĊaja koji imaju
promenljivu brzinu prenosa podataka, dok tehnika uslovnog prenosa troši
isuviše puno procesorskog vremena ĉekajući da se bafer podataka oslobodi.
Zbog toga je osmišljena nova tehnika prenosa koja se zasniva na prekidima.
Naime, ukoliko aktivan proces zahteva upis ili ĉitanje podataka u/sa U/I
ureĊaja, procesor prekida izvoĊenje tekućeg procesa (ĉini prekid) i prelazi na
izvoĊenje tzv. procedure prekida za datu ulazno-izlaznu operaciju. Ukoliko
postoji veći broj U/I ureĊaja koji obavljaju ulazno/izlazne operacije pomoću
zahteva za prekidom, mogu da se pojave sledeći problemi:
1. koji je ulazno/izlazni ureĊaj postavio zahtev za prekidom,
2. da li su svi ulazno/izlazni ureĊaji ravnopravni, a ako nisu koji su im
pripadajući prioriteti,
III Softver raĉunarskog sistema 115
3. da li se sme prekidati ulazno/izlazna operacija novim zahtevom za
prekidom.
a. Postupak upisa podataka sa U/I
ureĊaja u bafer kontrolera
b. Postupak ĉitanja podataka od
strane procesora iz bafera
kontrolera
Sl. 3.14. Uslovni prenos podataka
Sl. 3.15. Mehanizam prenosa podataka zasnovan na prekidu
DA
NE
Proĉitaj zastavicu
Upiši u registar
podataka
U/I poĉetak
kraj
Zastavica = 1
Zastavica = 1
DA
NE
Proĉitaj zastavicu
Proĉitaj registar
podataka
procesor
poĉetak
kraj
Zastavica = 0
Zastavica = 0
memorija
CPJ IRQ
ACK IRQ
U/I kontroler 1 U/I kontroler N
U/I ureĊaj 1 U/I ureĊaj N
Potvrda zahteva za prekidom
Zahtev za
prekidom
116 Informatika i raĉunarske komunikacije
Na sl. 3.15 prikazan je mehanizam prenosa podataka zasnovan na
prekidu. On koristi zajedniĉku magistralu za slanje zahteva za prekidom (IRQ
linija) od strane U/I ureĊaja, a procesor osluškuje ove zahteve i reaguje na
njih. Nakon što je primio i prihvatio zahtev za prekidom, procesor mora da
obavi sljedeće korake:
1. odreĊuje koji je U/I ureĊaj postavio zahtev za prekidom,
2. poziva proceduru za obradu tog prekida,
3. nakon završene procedure za obradu ulazno-izlaznog prekida vraća se
prekinutom programu.
U cilju rasterećenja procesora oko obrade U/I prekida, za obradu prekida
koristi se poseban blok za prihvatanje prekida. Ovaj blok prihvata zahteve za
prekidom od svakog U/I ureĊaja (P1, P2, … , Pn), donosi odluku o prioritetima
i uz pomoć procesora razrešava ove prekide. Na taj naĉin on pomaţe
procesoru oko detekcije i obrade prekida sa U/I ureĊaja.
U sluĉaju uĉestalih zahteva za ulazno/izlaznim prenosom podataka,
odnosno zahteva za prenosom većeg bloka podataka ka i iz memorije, treba
oĉekivati da metoda zasnovana na prekidima smanjuje brzinu prenosa
podataka. Navedeni problem se moţe rešiti primenom tehnike direktnog
pristupa memoriji.
Sl. 3.16. Mehanizam prenosa podataka pomoću DMA kontrolera
Direktan pristup memoriji (DMA) je tehnika kojom se minimizira
uloga CPJ-a pri prenosu podataka izmeĊu memorije i U/I ureĊaja. DMA
tehnika zahteva dodatni modul prikljuĉen na sistemsku magistralu koji se
naziva DMA kontroler. Kad ne postoji zahtev za prenosom podataka izmeĊu
memorije i ulazno/izlaznog ureĊaja, DMA kontroler je elektriĉno odvojen od
sistemske magistrale. Tada procesor upravlja magistralom i obavlja normalne
memorijske cikluse. Ukoliko postoji potreba za prenosom bloka podataka,
procesor ustupa DMA kontroleru kontrolu nad magistralom i nastavlja da
CPJ
DMA
kontroler memorija
U/I
ureĊaj
Upravljaĉka magistrala
Magistrala podataka
Adresna magistrala
III Softver raĉunarskog sistema 117
izvršava sledeće naredbe u programu. Za to vreme DMA obavlja prenos
podataka bez uĉešća procesora. Nakon završetka prenosa, magistrala se
ponovo vraća pod kontrolu procesora, a DMA se odvaja od nje. Na sl. 3.16
prikazana je realizacija direktnog pristupa memoriji.
III-3.7 UPRAVLJANJE PODACIMA NA HARD DISKU
Jedna od bitnih funkcija operativnog sistema, naroĉito iz perspektive
korisnika, je upravljanje podacima koji se nalaze na spoljašnjoj memoriji
(hard disku). Da bi operativni sistem uspešno upravljao ovim podacima, oni
moraju biti uskladišteni na odreĊen, strogo organizovan naĉin, u obliku tzv.
sistema datoteka.
Sistem datoteka sastoji se od datoteka (files) i direktorijuma (directory).
U datotekama se smeštaju programi i podaci, dok su direktorijumi zaduţeni
za organizuju datoteka i ĉuvanje njihovih mnogobrojnih svojstava. Deo
operativnog sistema koji je zaduţen za rad sa datotekama zove se fajl sistem
(file system). On vodi raĉuna o strukturi, naĉinu imenovanja, naĉinu
korišćenja, o zaštiti i o implementaciji ĉitavog fajl sistema. Ĉesto se pod
pojmom fajl sistem podrazumeva struktura direktorijuma i datoteka.
Pored datoteka i direktorijuma, većina savremenih operativnih sistema
poseduje i mogućnost rada sa particijama (partition) pomoću kojih se hard
disk moţe logiĉki podeliti na manje delove i na taj naĉin pojednostaviti
upravljanje sistemom datoteka i direktorijuma.
Pre upisivanja korisniĉkih podataka na disk obavezna su dva postupka
formatiranja diska: fiziĉko formatiranje niskog nivoa i logiĉko formatiranje
visokog nivoa.
U nastavku se najpre govori o formatiranju i particionisanju hard diska, a
zatim i o sistemu datoteka.
III-3.7.1 Formatiranje i particionisanje diskova
Najĉešće korišćeni medijum za trajno skladištenje podataka jeste hard
disk. To je magnetni medijum, koji se pre upotrebe od strane korisnika, mora
na adekvatan naĉin pripremiti za upis i ĉitanje podataka. Fabriĉki proizveden
disk na sebi ne nosi nikakvu informaciju o organizaciji diska i on kao takav
nije upotrebljiv za upis i ĉitanje podataka. Da bi se disk mogao koristiti za ovu
namenu, potrebno ga je pripremiti za prihvatanje podataka. Ova priprema se
sastoji od tri koraka:
fiziĉko formatiranje (formatiranje niskog nivoa),
izrada particija, i
118 Informatika i raĉunarske komunikacije
logiĉko formatiranje (formatiranje visokog nivoa).
Fiziĉko formatiranje
Fiziĉko formatiranje diska postiţe se zapisivanjem „praznih“ sektora na
ploĉama hard diska, tj. „obeleţavanjem“ svih sektora na disku poput
obeleţavanja parking mesta na parkingu za automobile. Prilikom fiziĉkog
formatiranja program za formatiranje deli staze na odreĊen broj sektora, pravi
razmake izmeĊu sektora i na završecima staza, zatim upisuje podatke u
zaglavlja i završetke sektora. Osim toga, prostor namenjen podacima
popunjava besmislenim vrednostima ili posebnom šemom za testiranje. Kod
disketa broj sektora na stazi zavisi od vrste diskete i od ureĊaja. Kod hard
diskova broj sektora po stazi zavisi od ureĊaja i od kontrolerskog interfejsa.
Svaki sektor nakon fiziĉkog formatiranja sadrţi:
zaglavlje na poĉetku sektora u kome se nalaze brojevi koji
oznaĉavaju redni broj ili adresu sektora na disku,
deo koji je rezervisan za podatke u iznosu od 512 bajta,
zaglavlje na kraju sektora koje obezbeĊuje detekciju i ispravljanje
grešaka unutar sektora (tzv. ECC kod za korekciju greške)
Podaci u zaglavljima i završecima sektora ne mogu menjati prilikom
normalnog upisivanja podataka, već samo ponovnim formatiranjem niskog
nivoa.
Formatiranje niţeg nivoa diskova obavlja proizvoĊaĉ, a skoro nikada
krajnji korisnik. Današnji tvrdi diskovi se isporuĉuju kupcima kao fiziĉki
formatirani diskovi, tako da korisnici ne vode raĉuna o tome.
Particionisanje hard diska
Izrada particija potrebna je kada disk treba da se koristi iz više
operativnih sistema. Na jednom disku moţe da se koristi više operativnih
sistema ako se formatiranje razdvoji na fiziĉko formatiranje, kao postupak
koji je uvek isti bez obzira na operativni sistem, i formatiranje višeg nivoa
(koji zavisi od operativnog sistema). Izrada particija omogućava da se jedan
disk koristi iz više operativnih sistema, kao i da jedan operativni sistem koristi
disk kao da ih ima nekoliko – to su logiĉki diskovi. Volumen ili logiĉki disk
jeste bilo koji deo diska kojem operativni sistem dodeli zasebnu slovnu
oznaku ili ime.
Particije na disku omogućavaju upotrebu razliĉitih sistema datoteka,
svakog u svojoj particiji. Svaki sistem datoteka onda moţe da koristi vlastiti
metod po kojem datotekama dodeljuje prostor u logiĉkim jedinicama koje se
zovu klasteri ili alokacione jedinice. Svaki disk mora da ima bar jednu
particiju, a najviše ĉetiri, u kojima se mogu koristiti isti ili razliĉiti sistemi
III Softver raĉunarskog sistema 119
datoteka. U današnjim operativnim sistemima za PC postoje tri uobiĉajena
sistema datoteka: FAT, FAT32 i NTFS.
Kada se ureĊaj podeli na particije formatiranje višeg nivoa za svaku
particiju mora obaviti operativni sistem koji će je koristiti.
Particije hard diskova današnjih PC raĉunara se dele na: primarne i
proširene particije.
Primarna particija je particija u kojoj se moţe instalirati operativni
sistem. Samo primarna particija moţe biti butabilana, tj. na njoj se moţe
instalirati operativni sistem i sa nje se on moţe kasnije po potrebi pokrenuti.
Broj primarnih particija moţe biti najviše ĉetiri, pri ĉemu samo jedna
primarna particija moţe biti trenutno aktivna. Dakle, na jednom hard disku
moguće je instalirati više operativnih sistema, ukoliko on sadrţi veći broj
primarnih particija.
Proširena particija je produţetak primarnih particija do punog
kapaciteta hard diska, pri ĉemu samo jedna proširena particija moţe da postoji
na hard disku. Da bi se formirala proširena particija na disku, broj formiranih
primarnih particija mora biti najviše tri, pošto ukupan broj particija diska
iznosi ĉetiri. Proširena particija se moţe podeliti na veći broj logiĉkih delova
(drajva).
Prvi sektor svakog tvrdog diska sadrţi tzv. master boot record (MBR
zapis). MBR zapis sadrţi programski kod za uĉitavanje operativnog sistema i
podatke, meĊu kojima se istiĉe tabela primarnih particija. Tabela primarnih
particija sadrţi 4 elementa pri ĉemu svaki element opisuje po jednu od ĉetiri
maksimalno dozvoljene primarne particije. Podaci kojima se opisuje jedna
particija su:
status (paticija je bootable ili non-bootable),
tip particije (particija je primarna ili proširena),
adresa prvog sektora particije,
adresa poslednjeg sektora particije,
duţina particije u sektorima.
Particionisanje diska vrši se specijalizovanim programima koji se
isporuĉuju kao standardne komponente operativnih sistema ili kao samostalne
aplikacije. Na primer, u Windows operativnom sistemu koristi se program
Disk Management ili FDisk koji radi i pod MS DOS operativnim sistemom.
Acronis True Image, Norton PartitionMagic, Norton Ghost i dr. programi su
primeri samostalnih aplikacija koje se izmeĊu ostalog koriste za formatiranje i
particionisanje diska. Treba biti obazriv prilikom particionisanja i
formatiranja diska, jer se mogu trajno izbrisati podaci sa njega.
120 Informatika i raĉunarske komunikacije
Logiĉko formatiranje diska
Tokom logiĉkog formatiranja (formatiranje višeg nivoa) operativni
sistem (Windows ili DOS) upisuje na disk strukture podataka koje su
potrebne za upravljanje datotekama i podacima. Formatiranje višeg nivoa nije
fiziĉko formatiranje diska, već kreiranje posebne tabele sa sadrţajem diska.
Na nivou operativnog sistema postoje unapred definisane naredbe za
izvoĊenje logiĉkog formatiranja diska. Tako na primer, DOS i Windows
operativni sistemi poseduju naredbu Format pomoću koje korisnik moţe
izvršiti logiĉko formatiranje hard diska.
Logiĉkim formatiranjem primarnih particija dobijaju se tzv. volumeni, a
formatiranjem delova proširene particije dobijaju se logiĉki drajv-ovi. Na
nivou operativnog sistema volumeni i logiĉki drajv-ovi se obeleţavaju
slovnim oznakama engleske azbuke poĉevši od slova C (C, D, E, …).
Na sl. 3.17. prikazan je primer logiĉke organizacije jednog hard diska.
Disk je podeljen na dve primarne i jednu proširenu particiju. Svaka primarna
particija je formatirana i dobijeni su Volumen-i 1 i 2 koji su obeleţeni sa C i
D redom. Proširena particija je podeljena na tri dela i nakon formatiranja
dobijeni su Logiĉki drajv-ovi 1, 2 i 3. koji su obeleţeni sa E, F i G.
Prvi sektor
diska
Primarna
particija 1
Primarna
particija 2 Proširena particija
MBR Volumen 1
(C)
Volumen 2
(D)
Logiĉki
drajv 1 (E)
Logiĉki
drajv 2 (F)
Logiĉki
draj 3 (G)
Sl. 3.17. Primer logiĉke strukture jednog fiziĉkog hard diska.
Particije sa FAT sistemom datoteka, na svakoj logiĉkoj jedinici, imaju
VBS (engl. Volume Boot Sector - sektor za podizanje sistema raĉunara), dva
primerka tabele rasporeĊivanja datoteka (FAT tabela) i osnovni (koreni)
direktorijum. Ove strukture omogućavaju operativnom sistemu da upravlja
prostorom na disku, prati smeštanje datoteka, kao i da spreĉava greške zbog
oštećenih podruĉja.
Na sl. 3.18. prikazana je struktura prve primarne particije ,„Volumen 1
(C)“ sa FAT sistemom datoteka, diska sa slike 3.17. Prvih nekoliko sektora
ovog volumena predstavlja sistemsku oblast, tj. oblast rezervisanu za
smeštanje VBS, zatim FAT tabele i njene kopije i na kraju koreni
direktorijum.
Prvi sektor svakog volumena (VBS) je onaj sektor gde operativni sistem
smešta svoj boot zapis. Veći deo VBS zauzima program koji se koristi za
pokretanje operativnog sistema raĉunara, pod pretpostavkom da je posmatrani
III Softver raĉunarskog sistema 121
logiĉki disk drajv butabilan, odnosno da je na njemu instaliran operativni
sistem. Sledećih nekoliko sektora sadrţi tzv. FAT tabelu (tabelu alokacije
fajlova) i njenu kopiju. FAT tabela je osnovna struktura pomoću koje
operativni sistem (DOS ili Windows) vodi evidenciju o tome kako se datoteke
(fajlovi) upisuju u sektore duţ volumena i/ili logiĉkog drajva jednog diska.
FAT sadrţi popis klastera i njihov broj, za svaku datoteku posebno.
MBR
diska
Volumen 1
(C)
Volumen 2
(D)
Logiĉki
drajv1 (E)
Logiĉki
drajv 2 (F)
Logiĉki
drajv 3 (G)
VBS
particije
FAT
tabela
Kopija
FAT
Koreni
direktorijum Oblast podataka i programa
Sistemska oblast logiĉkog diska
Sl. 3.18. Struktura primarne particije 1 (volumena 1 (C))
III-3.7.2 Pokretanje OS
Da bi mogao da se pokrene, operativni sistem mora prethodno da se uĉita
u RAM memoriju raĉunara. Najĉešći naĉin uĉitavanja operativnog sistema
zapoĉinje samim ukljuĉivanjem raĉunara - tzv. hladni start (cold start). Za
razliku od njega, tzv. topli start (warm start) zapoĉinje pritiskom na
odgovarajuću kombinaciju tastera na tastaturi raĉunara (Ctrl+Alt+Delete) ili
dugme na kućištu raĉunara oznaĉeno sa Reset. Bez obzira na to da li se radi o
ukljuĉivanju raĉunara ili samo o restartu, odvija se ista procedura podizanja
operativnog sistema koja je ilustrovana na sl. 3.19.
Nakon ukljuĉivanja, kontrola nad raĉunarom se predaje programu koji je
uskladišten u ROM BIOS raĉunara na matiĉnoj ploĉi. Ovaj program obavlja
dijagnostiĉke testove koji ukljuĉuju proveru ispravnosti memorije, grafiĉke
kartice, tastature i ostalog hardvera raĉunara, kako bi se obezbedilo ispravno
uĉitavanje i rad operativnog sistema. Nakon testiranja hardvera, program iz
BIOS-a ispituje da li se u disketnoj jedinici nalazi sistemska disketa sa
operativnim sistem na njoj. Ako se nalazi, BIOS pokreće program sa prvog
sektora diskete koji dalje uĉitava operativni sistem sa nje u memoriju
raĉunara. Ako se ne nalazi, BIOS uĉitava program sa prvog sektora hard
diska (MBR zapis) u memoriju raĉunara i predaje mu kontrolu nad
raĉunarom. Na osnovu tabele particija iz MBR-a pronalazi se aktivna
primarna particiju i uĉitava njen prvi sektor (boot zapis) koji sadrţi program
za podizanje (butovanje) operativnog sistema. Na taj naĉin se pokreće
122 Informatika i raĉunarske komunikacije
uĉitavanje operativnog sistema sa date aktivne particije u memoriju raĉunara.
Operativni sistem se nikada ne uĉitava ceo u memoriju, već samo onaj njegov
deo koji je zaduţen za obavljanje tekućih zadataka na nivou raĉunarskog
sistema.
BIOS
MBR
diska
Volumen 1
(C)
Volumen
2 (D)
Logiĉki
drajv1 (E)
Logiĉki
drajv 2
(F)
Logiĉki
drajv 3
(G) Tabela
primarnih
particija
VBS
FAT
tabela
Kopija
FAT
Koreni
direktorijum Oblast podataka
i programa
Operativni sistem RAM memorija
Sl. 3.19. Mehanizam pokretanja (podizanja, uĉitavanja)
operativnog sistema
III-3.7.3 Sistem datoteka
Za većinu korisnika sistem datoteka je najvidljiviji deo OS. On
predstavlja sistem za skladištenje i pristup podacima i programima koji
pripadaju ili korisnicima ili OS. U opštem sluĉaju sistem datoteka sastoji se iz
dva dela:
datoteka (files) i
direktorijuma (directory).
U datotekama su uskladišteni podaci, dok struktura direktorijuma
organizuje i ĉuva informacije o datotekama u sistemu.
Koncept datoteke
Podaci u raĉunarskim sistemima skladište se na spoljašnjoj memoriji
(najĉešće na hard disku ili optiĉkom disku). Operativni sistem obezbeĊuje
jedinstveni logiĉki pristup podacima na navedenim medijumima. On razdvaja
III Softver raĉunarskog sistema 123
fiziĉki zapis skupa povezanih podataka na medijumu od njihovog logiĉkog
znaĉenja, koje nazivamo datoteka. Dakle, OS preslikava ili zapisuje podatke
iz datoteka na fiziĉki medijum.
Pod pojmom datoteke podrazumeva se skup povezanih informacija
uskladištenih na spoljašnjoj memoriji. Gledano iz ugla korisnika, datoteka
predstavlja najmanji logiĉki segment spoljašnje memorije; podaci se zapisuju
na spoljašnju memoriju samo u obliku datoteke. Obiĉno datoteke predstavljaju
programe u bilo kom obliku (izvornom, objektnom, izvršnom) ili podatke.
Podaci mogu biti numeriĉki, tekstualni, alfanumeriĉki, binarni. Podaci mogu
biti zapisani u slobodnom obliku ili mogu biti strogo formatirani U opštem
sluĉaju, datoteka je niz bitova ĉije znaĉenje odreĊuje onaj koji stvara
datoteku. Iz navedenog sledi da je koncept datoteka priliĉno opšti.
Datoteka ima odreĊenu zadatu strukturu vezanu za tip datoteke. Tako je
tekstualna datoteka niz znakova organizovanih u linije, odnosno stranice.
Izvršna datoteka je niz sekcija binarnog koda koje program punilac upisuje u
memoriju u fazi uĉitavanja programa u unutrašnju memoriju raĉunara.
Atributi datoteke
Datoteci se dodjeljuje ime na osnovu koga se onda vrši pristup njenom
sadrţaju. Ime je obiĉno niz znakova, kao npr. “informatika.doc”. Neki OS
(Unix) razlikuju velika i mala slova, dok drugi (Windows) ne razlikuju. Kada
se datoteci dodeli ime ona postaje nezavisna od procesa, korisnika pa ĉak i
raĉunara koji je stvorio. Tako npr. datoteku “informatika.doc” stvara jedan
korisnik, dok je drugi moţe ĉitati ili menjati. Ova datoteka se pomoću
prenosive memorije ili raĉunarske mreţe moţe preneti na drugi raĉunar i tamo
obraĊivati, pri ĉemu je datoteka zadrţala svoje polazno ime.
Nakon formiranja, svaka datoteka dobija sledeće atribute koji ne moraju
imati svi OS:
Ime. Simboliĉko ime datoteke je jedina informacija o datoteci koja se
smešta u obliku pristupaĉnom korisniku.
Tip. Ova informacija je potrebna operativnim sistemima koji podrţavaju
razliĉite tipove datoteka.
Lokacija. Pokazivaĉ na ureĊaj i mesto na ureĊaju gdje je datoteka
skladištena.
Veliĉina. Trenutna veliĉina datoteke; obiĉno se izraţava u B, kB, MB ili
GB.
Zaštita. Informacije o pravu pristupa datoteci, odnosno prava ko moţe
menjati, ĉitati, itd. datoteku.
Vreme, datum i identifikacija korisnika. Ove informacije zapisuju se u
fazi stvaranja, poslednje promene ili poslednjeg korišćenja datoteke.
124 Informatika i raĉunarske komunikacije
Sve informacije o datoteci zapisuju se u posebnu strukturu podataka koja
se naziva direktorijum i koja se zapisije na hard disku kao sistemska
datoteka. Prema potrebi sadrţaj direktorijuma uĉitava se sa diska u radnu
memoriju i pomoću njega OS upravlja pristupom datotekama.
Operacije nad datotekama
OS preko sistemskih poziva omogućava sledeće operacije nad
datotekama:
Kreiranje datoteke (create). Kod kreiranja datoteke potrebna su dva
koraka. Prvo, mora se pronaći mesto za datoteku u sistemu datoteka.
Drugo, mora se napraviti zapis o datoteci u sistem direktorijuma. Taj
zapis sadrţi ime i lokaciju datoteke.
Upis u datoteku (write). Upis u datoteku izvodi se pomoću posebnog
sistemskog poziva kome se zadaje ime datoteke kao i podaci koji se u
datoteku upisuju. Pomoću imena datoteke, OS pretraţuje sistem
direktorijuma i pronalazi lokaciju datoteke.
Ĉitanje datoteke (read). Ĉitanje datoteke takoĊe se ostvaruje pomoću
sistemskog poziva kome se zadaje ime datoteke kao i lokacija gde se u
radnu memoriju upisuje sledeći blok datoteke. OS pretraţuje sistem
direktorijuma kako bi se pronašla lokacija datoteke.
Pozicioniranje unutar datoteke (reposition within a file). Sistem
pretraţuje sistem direktorijuma kako bi pronašao lokaciju datoteke i
pokazivaĉ tekuće pozicije datoteke koji se postavlja na odreĊenu zadatu
vrednost.
Brisanje datoteke (delete). Za brisanje datoteke pretraţuje se
direktorijum i pronalazi datoteka. OslobaĊa se prostor koji je datoteka
zauzimala i briše se ime datoteke iz direktorijuma.
Navedene operacije predstavljaju minimum funkcija koje OS mora
podrţavati. Obiĉno se susreću i dodatne operacije kao npr. dodavanje novih
podataka (append) datoteci ili promena naziva datoteke (rename). Pomoću
pomenutih osnovnih operacija realizuju se druge operacije nad datotekama.
Tako npr. kopiranje sadrţaja datoteke ostvaruje se stvaranjem nove datoteke,
ĉitanjem sadrţaja stare datoteke i upisom istog u novu datoteku.
Tipovi datoteka
Kod projektovanja OS, posebno sistema datoteka kao jedne njegove
komponente, potrebno je doneti odluku da li je potrebno da OS raspoznaje
razliĉite tipove datoteka ili da jedinstveno tretira sve datoteke. Ukoliko OS
razlikuje tipove datoteka tada je moguće da on kontroliše korišćenje datoteka,
III Softver raĉunarskog sistema 125
kao i operacije koje se sprovode nad njima. Tako npr. uobiĉajena greška jeste
otvaranje neke datoteke pomoću programa koji ne razume njen tip.
Uobiĉajeno rešenje za razlikovanje tipova datoteka jeste ukljuĉivanje
tipa datoteke kao sastavni deo imena datoteka. Tako se ime datoteke deli na
dva dela: ime datoteke i tip (proširenje, ekstenzija) koji su obiĉno odvojeni
toĉkom. Na taj naĉin, i korisnik i OS razlikuju razliĉite tipove datoteka.
OS na osnovu tipa datoteke odreĊuje dopustive operacije koje je moguće
izvoditi nad datim tipovima datoteka. Tako npr. MS DOS, koji za ime
datoteke koristi najviše osam znakova, a za ekstenziju najviše tri, dozvoliće
izvršavanje datoteka ĉije su ekstenzije .exe ili .com, dok datotekama sa
ekstenzijom .doc neće dozvoliti izvršavanje.
Naĉin pristupa datotekama
U datoteci se skladište razliĉite informacije. Da bi se datoteka mogla
koristiti, ona se mora upisati u radnu memoriju. Postoje razliĉiti naĉini
pristupa podacima u datotekama. Neki sistemi podrţavaju samo jedan naĉin,
dok drugi više naĉina pristupa.
Sekvencijalni pristup je najjednostavniji naĉin pristupa podacima
unutar datoteke. Informacije se obraĊuju redno, jedan zapis za drugim. Da bi
se pristupilo ţeljenom zapisu u datoteci, mora se redom proći kroz sve zapise
koji prethode ţeljenom. Magnetne trake koriste sekvensijalni pristup
datotekama.
Direktni pristup je sloţenija metoda pristupa podacima unutar datoteke.
Datoteka sa direktnim pristupom se sastoji od logiĉkih zapisa (blokova)
unapred definisane i nepromjenjive veliĉine. Ovakvim pristupom moguće je
zapisima pristupati proizvoljnim redosledom. Svakom bloku ili zapisu
moguće je direktno pristupati poznavajući njegov broj poĉevši od poĉetka
datoteke. Tako ne postoji ograniĉenje u redosledu ĉitanja i pisanja u blokove
datoteke. Ovakav naĉin pristupa sadrţaju datoteka podrţava hard disk.
Svi OS ne podrţavaju oba naĉina pristupa datotekama. Moţe se primetiti
da je direktan pristup opštiji i da se pomoću njega jednostavno moţe
simulirati sekvencijalni pristup.
Sistem datoteka
Svakom logiĉkom disku (particiji) pridruţuje se po jedan tip sistema
datoteka (fajl sistema) kojim se definiše naĉin zapisa i voĊenja evidencije o
datotekama na hard disku od strane operativnog sistema. U zavisnosti od vrste
operativnog sistema, postoje razliĉiti tipovi sistema datoteka. Na primer, u
Windows operativnim sistemima zastupljeni su FAT, FAT32 i NTFS sistemi
datoteka.
126 Informatika i raĉunarske komunikacije
FAT (engl. File Allocation Table - tabela rasporeĊivanja datoteka) jeste
standardni sistem datoteka koji podrţavaju DOS, Windows 9x i Windows NT.
FAT particije podrţavaju imena datoteka od najviše 11 znakova (8 + 3 znaka
za tip datoteke) pod DOS-om, a 255 znakova pod Windowsom 9x i
Windowsom NT 4.0 (i novijim). Standardni FAT sistem koristi 12-bitne ili
16-bitne brojeve za prepoznavanje klastera, pa je zato disk od 2 GB najveći
disk koji on moţe da podrţi.
FAT32 (engl. File Allocation Table 32-bit - 32-bitna tabela
rasporeĊivanja datoteka) je sistem datoteka koji podrţavaju sve verzije
Windows-a poĉev od Windows 95 pa nadalje. FAT32 koristi 32-bitne brojeve
za prepoznavanje klastera što omogućava jedan volumen od 2 TB, odnosno
2048 GB.
NTFS (engl. Windows NT File System - sistem datoteka Windowsa NT)
je sistem datoteka svojstven operativnom sistemu Windows NT, Windows
XP, Windows Vista i Windows 7, koji podrţava imena datoteka duţine do
256 znakova i particije do (teoretske) veliĉine od 16 egzabajtova (1 egzabajt =
264 bajtova = 17179869184 TB). NTFS omogućava proširene atribute i
zaštitne funkcije sistema datoteka koji ne postoje u sistemu datoteka FAT.
Struktura direktorijuma
Sistem datoteka moţe poprimiti velike razmere. Veliki sistemi skladište
više miliona datoteka na svojim diskovima. Upravljanje ovakvim sistemima
zahteva dobru organizaciju, koja se obiĉno postiţe logiĉkom podelom diska
na particije i korišćenjem sistema direktorijuma.
Svaki disk u sistemu sadrţi barem jednu particiju, koja predstavlja
najniţi nivo na koji je smešten sistem datoteka (datoteke i direktorijumi
datoteka). Ovakvim pristupom korisnik vidi samo sistem direktorijuma u koji
se skladište datoteke, a moţe u potpunosti zanemariti probleme vezane za
fiziĉki smještaj i pronalaţenje datoteka. Tako particija praktiĉno predstavlja
virtualni disk.
Svaka particija zapisuje informacije o datotekama koje su smeštene u
njoj. Ona za to koristi direktorijum particije (koreni direktorijum, tabela
sadrţaja). Kod FAT fajl sistema, koreni direktorijum je lociran u poslednjem
delu sistemske oblasti logiĉkog volumena ili logiĉkog drajva, odmah iza
kopije FAT tabele (sl. 3.18). Kod novijih verzija fajl sistema (FAT32 i NTFS)
koreni direktorijum je prebaĉen iz sistemske oblasti u oblast podataka
volumena ili logiĉkog drajva. Direktorijum je jednostavna baza podataka koja
zapisuje sve informacije potrebne za rad sa datotekama u odreĊenoj particiji
kao što je naziv datoteke, tip, veliĉina, datum nastajanja, datum poslednje
izmene, lokacija na disku i sl. Dakle, u direktorijum se smeštaju skoro sve
informacije koje operativni sistem zna o nekoj datoteci.
III Softver raĉunarskog sistema 127
Direktorijum se moţe posmatrati kao simboliĉka tablela koja imenima
datoteka, koja su prihvatljiva za korisnika, pridodaje ostale informacije o
datoteci. S obzirom da se na jednoj particiji moţe naći i stotine hiljada
datoteka sledi zakljuĉak da se direktorijumi mogu organizovati na više naĉina:
direktorijumi sa jednim nivoom, sa dva nivoa i direktorijumi u obliku stabla.
Najjednostavnija organizacija je direktorijuma jeste sa jednim
nivoom. Sve datoteke se upisuju u jednom direktorijumu ĉija struktura se
jednostavno podrţava i realizuje (sl. 3.20). Uprkos jednostavnosti ovakva
organizacija ima znaĉajnih nedostataka. Povećanjem broja datoteka teško je
pratiti imena datoteka i povezivati ih sa njihovim znaĉenjem. Poseban
problem se javlja ukoliko više korisnika koristi istu particiju. Tada je teško
izvoditi zaštitu datoteka izmeĊu korisnika. Dakle, ovakva organizacija
direktorijuma je krajnje nepraktiĉna i ne koristi se.
pred1 pred2 test1 prog1 slika1 slika2 adresedirktorij
datoteke
Sl. 3.20. Direktorijum sa jednim nivoom.
korisnik1 korisnik2 korisnik3
prog data prog data
glavnidirktoriji
datoteke
tekst progr datakorisničkidirktoriji
Sl. 3.21. Direktorijum sa dva nivoa.
Ukoliko više korisnika koristi raĉunarski sistem moţe se svakom
korisniku odrediti vlastiti direktorijum u koji on skladišti svoje datoteke. Ova
organizacija vodi ka sistemima direktorijuma sa dva nivoa (sl. 3.21).
Stablasta struktura direktorijuma
Stablasta struktura direktorijuma, sl. 3.22, je poboljšanje dvo-nivovske
strukture. Naime, ukoliko se dozvoli da svaki direktorijum pored svojih
datoteka poseduje i druge direktorijume, tzv. poddirektorijume, dobija se jako
direktorijum
datoteke
glavni
direktorijum
korisniĉki
direktorijum
datoteke
128 Informatika i raĉunarske komunikacije
fleksibilna stablasta ili hijerarhijska struktura direktorijuma. Ovim rešenjem
korisnik ima apsolutnu slobodu da maksimalno efikasno organizuje svoje
datoteke. Ovakvo rešenje osnova je svih današnjih sistema datoteka. Kod
ovakvog rešenja potrebno je razlikovati direktorijum od datoteke, budući da
svaki direktorijum moţe u sebi sadrţavati direktorijume i datoteke.
Direktorijum je jednostavno gledajući jedna sistemska datoteka. OS ih
razlikuje pomoću jednog identifikacionog bita na sledeći naĉin. Svaki entitet u
direktorijumu koji ima identifikacioni bit 1 predstavlja direktorijum, u
suprotnom entitet predstavlja datoteku.
korisnik1 korisnik2 korisnik3
prog1 prog2
prog data
korijen
data1 data2
prog dataprogr data
prog1 prog2
Sl. 3.22. Stablasta struktura direktorijuma.
Kada broj snimljenih datoteka na hard disku postane veliki, koreni
direktorijum postaje takoĊe veliki i korisniku je tada teško da se snalazi u
njemu. Da bi se olakšalo praćenje fajlova i njihovih svojstava, u korenom
direktorijumu se ĉuvaju podaci samo manjeg broja fajlova, a ostatak se
prebacuje u tzv. poddirektorijume. Poddirektorijumi su datoteke na koje
pokazuju odreĊene stavke u korenom direktorijumu ili nekog drugog
poddiretorijuma. Njihov sadrţaj se tretira kao dodatni spisak datoteka. Skoro
u svim sluĉajevima sadrţaji poddirektorijuma imaju formu koja je identiĉna
formi sadrţaja korenog direktorijuma. MeĊutim, postoji i nekoliko kljuĉnih
razlika. Jedna je da samo koreni direktorijum sadrţi polje za ime volumena ili
logiĉkog drajva, pošto je on poĉetni direktorijum datog volumena ili logiĉkog
drajva. Svaki poddirektorijum (poddirektorijum roditelj) moţe da sadrţi
jedan ili više svojih poddirektorijuma (poddirektorijuma dece).
Poddirektorijum pored spiska fajlova i njihovih svojstava moţe da sadrţi i
spisak poddirektorijuma dece, tj. onih poddirektorijuma na koje on pokazuje.
Poddirektorijumi deca se izvede iz roditeljskih poddirektorijuma. Na ovaj
koren
III Softver raĉunarskog sistema 129
naĉin se uspostavlja hijerarhijska veza izmeĊu poddirektorijuma pri ĉemu se
taĉno zna koji poddirektorijumi su podreĊeni kojim poddirektorijumima.
Poddirektorijum mora da se kreira odgovarajućom sistemskom
naredbom od strane programa ili korisnika pre nego što se u njemu zapoĉne
voĊenje evidencije o datotekama. Nakon kreiranja, poddirektorijum je prazan
sve dok se u njega ne upiše datoteka ili novi poddirektorijum dete.
Poloţaj jedne datoteke u hijerarhijskoj sterukturi poddirektorijuma
definisan je tzv. apsolutnom putanjom (path), koja sadrţi sve podkataloge
poĉevši od korenog kataloga pa do podkataloga u kome se nalazi datoteka.
Kompletna ili apsolutna putanja se dobija stavljanjem imena volumena ili
logiĉkog drajva, koji se moţe proĉitati iz korenog direktorijuma, na poĉetku
ove putanje, pri ĉemu se kao separator izmeĊu podkataloga koristi obrnuta
kosa crta (\). Naziv datoteke piše se na kraju. Npr.
C:\Users\Student\My Documents\Kolokvijumi\Word.doc
Gornja apsolutna putanja ukazuje da se datoteka Word.doc nalazi u
poddirektorijumu Kolokvijumi, koji je poddirektorijum direktorijuma My
Documents. Istovremeno, My Documents je poddirektorijum direktorijuma
Student, a ovaj je poddirektorijum direktorijuma Users. Konaĉno Users je
poddirektorijum korenog direktorijuma na lokalnom volumenu C.
Kako bi se korisniku olakšalo korišćenje sistema datoteka moguće je
datoteku odrediti i pomoću relativne putanje, odnosno zadajući put iz
trenutnog direktorijuma vertikalno do direktorijuma u kome se datoteka
nalazi. Tako npr. ako je trenutni direktorijum
C:\Users\Student\My Documents,
a traţi se datoteka Word.doc sa već opisanom apsolutnom putanjom, dovoljno
je za pronalaţenje ove datoteke specificirati Kolokvijumi\Word.doc.
Korisnik se moţe kretati iz direktorijuma u direktorijum. Direktorijum u
kome se korisnik trenutno nalazi naziva se tekući direktorijum (current
directory). U tekućem direktorijumu obiĉno su skladištene datoteke koje su od
interesa za taj direktorijum, odnosno funkcionalno ili logiĉki su vezani za
njega. Koristeći imena datoteka u tekućem direktorijumu korisnik izvodi
operacije nad njima. Prelaz u drugi tekući direktorijum izvodi se posebnim
sistemskim pozivom. Nakon prelaza u novi tekući direktorijum, imenom
datoteke mogu se izvoditi operacije samo nad datotekama u novom tekućem
direktorijumu.
Pokretanjem OS i logovanjem korisnika na njegov nalog pod nazivom
npr. Student, poĉetni korisniĉki direktorijum postavlja se automatski na
sledeću vrednost
130 Informatika i raĉunarske komunikacije
Roots\Users\Student
gde Roots oznaĉava ime particije na kojoj je instaliran OS koga koristi
navedeni korisnik. Iz ovog direktorijuma korisnik moţe prema potrebi i
prelaziti u druge direktorijume.
U sastavu grafiĉkih operativnih sistema standardno se isporuĉuju
programi pomoću kojih se jednostavno rukuje direktorijumima. Na primer, u
Windows OS takav program je Windows Exploer. Na sl. 3.23 prikazan je
jedan prozor Windows Exploer-a. Jasno se moţe uoĉiti hijerarhijska veza
meĊu poddirektorijumima. U Exploeru se direktorijumi drugaĉije nazivaju i
fascikle (folderi), što asocira na fascikle u kojima se smeštaju razna
dokumenta, a postoji mogućnost odlaganja i drugih fascikli unutar jedne
fascikle. Hijerarhijska struktura fascikli ĉini stablo sa korenom na gore, ĉije se
grane mogu prikazati ili sakriti. Fascikla My Computer ĉuva sve fascikle koje
odgovaraju korenim direktorijumima svih volumena i logiĉkih drajva (C i D
na slici).
Sl. 3.23. Prozor aplikacije Windows Exploer koji služi za upravljanje i
kontrolu rada sa fajlovima i direktorijumima
Za kreiranje, brisanje, aţuriranje i organizaciju direktorijuma na disku,
operativni sistemi poseduju odgovarajući skup komandi. U komande za rad
sa direktorijumima spadaju: kreiranje i brisanje kataloga, promena kataloga,
prikazivanje sadrţaja kataloga i prikazivanje i brisanje stabla.
III Softver raĉunarskog sistema 131
III-3.8 MS OPERATIVNI SISTEMI
Kroz istoriju razvoja raĉunarske tehnike, razvijali su se razliĉiti
operativni sistemi. MeĊu najprodavanije operativne sisteme, koji će biti
razmatrani u nastavku spadaju OS kompanije Microsoft. To su MS DOS i MS
Windows. Pored ovih OS postoje i drugi OS poput Unix i Linux, kao i veliki
broj specijalizovanih OS koji se koriste za raĉunare specijalizovane za
odreĊenu vrstu poslova.
MS-DOS
Operativni sistem MS-DOS (MicroSoft Disk Operating System) je u
poĉetnom periodu korišćenja personalnih raĉunara bio najviše korišćeni
operativni sistem. Tokom više od petnaest godina razvoja objavljen je veliki
broj njegovih verzija. Prvu verziju DOS-a objavio je IBM 1981. godine.
Danas se DOS više ne koristi, meĊutim kroz Windows-ovu aplikaciju
„Command Promt“ omogućeno je izvršavanje Dos-ovih komandi u
odgovarajućem prozoru.
DOS je operativni sistem komandnog tipa. Komande se kucaju nakon
pojave tzv. komandnog prompta, koji predstavlja putanju do radnog
direktorijuma. Primer izgleda jednog komandnog prompta DOS-a je
C:\ Dos >_
Komande DOS-a imaju sledeću strukturu:
<kljuĉna reĉ> <parametar> / <opcije>
Kljuĉna reĉ je obiĉno reĉ od nekoliko slova koja oznaĉava šta treba da
uradi operativni sistem. Parametri pokazuju nad ĉime se komada izvršava.
Opcije dodatno ukazuju na naĉin izvršenja komande.
MS Windows
MS Windows ("prozori") najpopularniji je i najzastupljeniji grafiĉki
operativni sistem. Postoji više njegovih serija namenjenih krajnjim
korisnicima: Windows 3.1, Windows 95/98, Windows NT/Me/2000/2003,
Windows XP, Windows Vista i Windows 7, kao i nekoliko serija za serverske
potrebe: Windows Server 2003/2008.
U Windows komande se zadaju pomoću:
miša (biranjem odreĊenih stavki iz postojećih listi ili dvostrukom
klikom na preĉicu neke aplikacije zadate u obliku ikone)
132 Informatika i raĉunarske komunikacije
tastature (unošenjem odgovarajućih vrednosti u odreĊena tekstualna
polja) ili
nekog drugog ulaznog ureĊaja.
Windows pomoću grafiĉkog korisniĉkog interfejsa (GUI) i interfejsa za
programiranje aplikacija (API) omogućava korisniku da kreira i crta ekranske
objekte i nadgleda aktivnosti miša i tastature.
Ovaj OS predstavlja objektno orjentisan skup programa (OOP) koji
svoj rad zasnivaju na velikom broju objekata koji se izvode iz samo nekoliko
klasa. Objekti se izvode pomoću tzv. konstruktora objekata uz zadavanje
konkretnih osobina objektima. Na primer, koristeći opštu klasu prozora,
Windows izvodi sve prozore koji se pojavljuju na monitoru. Prozori kao
objekti potiĉu od istog programskog koda, pošto se izvode iz iste klase, ali se
meĊusobno razlikuju po svojstvima koja se zadaju u fazi kreiranja prozora.
Kreirani prozor sa svojim svojstvima predstavlja jedan konkretan objekat iz
klase prozora.
Komunikacija korisnika sa ekranskim grafiĉkim objekima Windowsa
ostvaruje se kroz tehnologiju poruka i dogaĊaja. Na primer, kada mišem
kliknemo na liniju menija, generiše se odgovarajuća poruka koja se prenosi u
program za obradu dogaĊaja (analizator dogaĊaja) koji analizira stanje
linije menija i prenosi poruke drugim objektima u cilju odgovora na izabranu
stavku u meniju.
Postoji nekoliko zajedniĉkih karakteristika Windows operativnih
sistema. U nastavku će biti objašnjene neke od njih.
Zajedniĉki izgled. Sve Windowsa aplikacije imaju isti osnovni izgled i
kod korisnika izazivaju isti doţivljaj. Kada nauĉite jednu Windows aplikaciju
lake se uĉe sve ostale.
Nezavisnost od ureĊaja. Aplikacije ne zavise od konfiguracije, tj.
ugraĊenih hardverskih komponenti. Za razliku od DOS-aplikacija, Windowsa
aplikacije ne zavise od hardverskih komponenti kao što su miš, monitor ili
tastatura, jer se manipulacija hardverom obavlja preko Windowsa API-a i
drajvera ureĊaja.
Multiprogramski rad (multitasking). Poĉev od verzije Windows 95,
Windows OS obezbeĊuje multiprogramski rad, a Windows NT je pravi
mreţni operativni sistem. Korisnik moţe imati nekoliko aplikacija koje se
izvršavaju u isto vreme, pri ĉemu je svaka aktivna u zasebnom prozoru.
Upravljanje memorijom. Windows OS imaju sistem za upravljanje
memorijom koji omogućava aplikacijama da koriste proširenu memoriju, da
dele strsice (segmente) podataka sa drugim aplikacijama i izbacuju
nepotrebne stranice (segmente) natrag na disk.
Podrška postojećim DOS aplikacijama. Većina postojećih DOS
aplikacija moţe direktno da radi pod Windows-ima.
III Softver raĉunarskog sistema 133
Deljenje podataka. Windows-i omogućavaju prenos podataka izmeĊu
raznih aplikacija upotrebom Clipboard-a. Bilo koja vrsta podataka moţe
preko Clipboard-a biti preneta iz jednog prozora u drugi. Clipboard definiše
kako dve aplikacije mogu da dele informacije.
Izvršavanje aplikacija. U Windows OS svaka aplikacija se izvršava u
vizuelno odvojenom prostoru na ekranu koji se naziva prozor (Windowsa).
Prozori su objekti sa kojima se dalje moţe manipulisati. Prozori se mogu:
otvarati (Open), zatvarati (Close), povećavati, smanjivati i pomerati.
Na vrhu svakog prozora nalazi se linija naslova (Title bar), a na dnu
linija stanja (Status bar). Većina prozora poseduje meni (menu) sa okvirima
za dijalog (dialog boxes). Umesto da korisnik pamti komande, one su ispisane
na ekranu: File, Edit, View, itd. Korisnik pomoću miša vrši izbor objekta ili
ţeljene padajuće liste (meni) koji pruţaju mogućnost daljeg izbora komandi.
Po završetku uĉitavanja operativnog sistema u memoriju raĉunara, na
ekranu se pojavljuje radna površina (desktop). Na njoj se nalaze preĉice u
obliku sliĉica - ikona koje nas podsećaju na njihovu uobiĉajenu funkciju u
svakodnevnom ţivotu: npr. korpa za otpatke (Recycle Bin) u koju bacamo
nepotrebna dokumenta, raĉunar (My Computer) itd. Na dnu radne površine
je traka sa zadacima na kojoj se sa leve strane nalazi i Start dugme. Na traci
sa zadacima nalazi se dugmad trenutno pokrenutih programa koji se
izvršavaju u prozoru kao i ikone programa koje sluţe za brzo pokretanje. Na
desnoj strani trake sa zadacima smešteno je polje sa ikonama za
obaveštavanje korisnika, na kome se nalazi ĉasovnik i preĉice nekih programa
koji pri izvršavanju ne otvaraju prozor. Ovo polje moţe imati promenljivu
duţinu, u skladu sa brojem programa koji se tekuće izvršavaju. Izgled radne
površine se moţe prilagoditi potrebama samog korisnika, koristeći razna
podešavanja.
III-4 PROGRAMSKI JEZICI I PREVODIOCI
Naĉin kako raĉunar rešava neki problem potpuno je isti kao i kada bi ga
samostalno rešavao ĉovek. Jedina razlika je u tome što raĉunar operacije
izvodi veoma brzo, precizno i bez zamora. Da bi se rešio neki problem
primenom raĉunara, raĉunaru mora da se zada potpuni skup instrukcija u
kome su precizno zadati svi potrebni koraci šta raĉunar treba da uradi, kao i
podaci sa kojima će se raditi.
Potpuni skup instrukcija se u informatici naziva algoritam. Postoje
razliĉite mogućnosti za predstavljanje algoritma, ali se on najĉešće predstavlja
grafiĉki pod imenom dijagram toka programa. U ovom dijagramu pojedine
akcije (uĉitavanje, obrada i štampanje podataka), predstavljene su taĉno
odreĊenim grafiĉkim simbolima, ĉime se obezbeĊuje jednostavnost,
134 Informatika i raĉunarske komunikacije
preglednost i jednoznaĉnost zapisa algoritma. Na sl. 3.24 prikazan je primer
jednog algoritma kojim se rešava problem odreĊivanja kvadratnog korena
realnog broja u skupu realnih brojeva. Na slici su takoĊe predstavljena i
znaĉenja svih korišćenih grafiĉkih simbola: poĉetak i kraj programa, unošenje
podataka, izdavanje (prikaz ili štampanje) podataka, obrada podataka,
grananje po uslovu i strelice za prikaz toka programa.
Pošto instrukcije u algoritmu nisu direktno razumljive raĉunaru, svaka
instrukcija se kodira sa jednim ili više binarnih kodova (naredbi). Skup
binarnih instrukcija koje rešavaju dati problem nazivamo program. Da bi se
olakšalo pisanje programa koji su nezavisni od hardverske i softverske
platforme raĉunara, tj. programa koji se mogu prenositi sa raĉunara na raĉunar
bez obzira na njihove razlike, razvijeni su programski jezici.
Grafički simbol Značenje
Poĉetak ili kraj programa
Unošenje podataka
Izdavanje podataka
Obrada podataka
Grananje
Povezivanje algoritamskih
koraka
Sl. 3.24. Primer algoritma za odreĊivanje kvadratnog korena
Programski jezici su veštaĉki jezici, ali kao i prirodni jezici, oni imaju
svoju:
abecedu,
reĉi,
sintaksu (skup pravila kako se formiraju veće organizacione celine -
naredbe) i
semantiku (znaĉenje svake naredbe).
U osnovne programske jezike se ubrajaju: FORTRAN, BASIC, ALGOL,
PASCAL i C. Ovi programski jezici spadaju u grupu proceduralnih
programskih jezika pošto se njihov programski kod zasniva na korišćenju
procedura (funkcija, podprograma i sl.).
da
ne
Poĉetak
x
y = x
x<0 da
ne
y
Kraj
NNe
ma
re[enja
Nema reš.
III Softver raĉunarskog sistema 135
Naprednije verzije programskih jezika pripadaju klasi objektno-
orjentisanih programskih jezika (OOPJ). Njihov programski kod se bazira na
objektno orjentisanom programiranju, koje se zasniva na upotrebi tzv. klasa iz
kojih se kreiraju objekti. Objektno-orjentisano programiranje poseduje jednu
jako moćnu osobinu koja se naziva nasleĊivanje. To je tehnika kojom se
izvode nove klase iz postojećih klasa. U OOPJ spadaju sledeći programski
jezici: C++ , DELPHI, JAVA, C#, itd.
Pored pomenutih programskih jezika postoje i problemski orijentisani
jezici (POJ). Ovi programski jezici su namenjeni za rešavanje
specijalizovanih problema iz odreĊene oblasti. Naime, pomoću problemski
orijentisanog jezika korisnik samo opisuje problem koji treba rešiti, a sve
ostalo se prepušta POJ-u.
Programi napisani na nekom od pomenutih programskih jezika nazivaju
se izvorni programi ili kraće programi. Naredbe programskog jezika se
formiraju koristeći reĉi iz reĉnika programskog jezika i nazive koje programer
dodeljuje simboliĉkim memorijskim lokacijama u koje se skladište podaci sa
kojima se radi u programu, a prema pravilima sintakse jezika. Naredbe se
izvršavaju redosledom kojim su napisane ukoliko taj redosled nije izmenjen
posebnim naredbama za izmenu toka programa (grananje i ciklusi).
Kreiranje izvornog programa vrši se pomoću specijalizovanih programa
koji se zovu editori. Editori mogu biti prostiji, poput NotePad-a, ali mogu biti
i namenski pisani od strane proizvoĊaĉa programskog jrzika.
Da bi program napisan na nekom od programskih jezika mogao da se
izvršava, potrebno je da se prevede u binarni oblik (tzv. mašinski jezik). Ovo
prevoĊenje obavlja poseban program koga nazivamo prevodilac (kompajler).
Program prevodilac uĉitava sorsni program napisan u nekom od programskih
jezika, a kao rezultat daje program u binarnom kodu.
Nakon prevoĊenja razliĉitih logiĉkih i fiziĉkih delova izvornog programa
potrebno je ove delove povezati u jedan jedinstven modul. To se postiţe
pomoću programa za povezivanje (linker) koji prevedene delove programa i
delove odreĊenih sistemskih biblioteka spajaju u jedan jedinstveni izvrši
modul.
Tek nakon povezivanja, takav program se moţe uĉitati u RAM memoriju
raĉunara pomoću programa za punjenje (loader) i po potrebi se izvršavati.
Punilac povezuje simboliĉka imena u programu sa konkretnim memorijskim
lokacijama (adresama) RAM-a.
Do pojave personalnih raĉunara, operacije kompajliranja i povezivanja
vršene su odvojeno i to pomoću nezavisnih programa. U poslednje vreme se
programi prevodioci i linkeri ne razvijaju odvojeno, nego se pišu kao sastavne
komponente jednog jedinstvenog razvojnog okruţenja. U razvojnom
okruţenju se takoĊe nalaze i programski jezici, kao i veliki broj softverskih
136 Informatika i raĉunarske komunikacije
alata kojima se olakšava i automatizuje pisanje programa. Današnja razvojna
okruţenja, poput Visual Studio, su tako projektovana da se u grafiĉkom
reţimu moţe generisati veliko deo izvornog programskog koda. Na taj naĉin
se programeru prepušta uloga dizajnera programa, a samo pisanje naredbi se
realizuje pomoću odreĊenih alatki koje rade u grafiĉkom reţimu uz male
intervencije programera.
III-5 APLIKATIVNI SOFTVER
U aplikativne programe spadaju programi kojima se rešavaju odreĊeni
konkretni problemi koji su vezani za svakodnevni rad korisnika. U ovu grupu
programa spadaju programi: za obradu teksta, rad sa tabelama, crtanje, rad sa
bazama podataka, obradu slika, animacije, komponavanje i obradu zvuĉnih
zapisa, proraĉune u nauci i tehnici, igre.
Programi za obradu teksta
Programi za obradu teksta (tekst procesori) sluze za: unošenje teksta u
raĉunar, modifikaciju unetog teksta i oblikovanje teksta za štampanje.
Modifikacija (editovanje) je svako menjanje sadrţaja dokumenta, bilo da je to
samo ispravljanje grešaka unetih pri poĉetnom ukucavanju ili dodavanje,
brisanje, odnosno zamena reci i reĉenica ili većih delova dokumenta.
Oblikovanje (formatiranje) je priprema dokumenta da lepo izgleda kada bude
odštampan (na primer poravnavanje ivica, isticanje delova teksta uvlaĉenjem
pasusa, podebljavanjem ili podvlaĉenjem delova teksta, štampanje razliĉitim
slovima itd.).
Postoje dve vrste programa za obradu teksta: interaktivni programi
(What You See Is What You Get - WYSIWYG) i neinteraktivni programi.
Interaktivni programi su takvi da korisnik za vreme kucanja vidi na ekranu
kako će pribliţno izgledati dokument kad se odštampa. Tipiĉan predstavnik
ove klase programa za obradu teksta je MS WORD. Kod neinteraktivnih
programa korisnik prilikom kucanja teksta ne vidi izgled formatiranog teksta
na ekranu, a formatiranje i prikaz dokumenta se realizuje u nekoliko koraka.
Najpre se u editoru teksta unese tekst zajedno sa komandama za formatiranje
teksta. Ovako uneti tekst se propušta kroz poseban program koji se naziva
procesor teksta. Kao rezultat ove obrade dobija se fajl sa formatiranim
tekstom koji se u sledećem koraku moţe pregledati na ekranu pomoću
programa za gledanje obraĊenog teksta (preview programa) i/ili odštampati
pomoću programe za štampanje obraĊenog teksta. Ukoliko treba izmeniti
uneti tekst, treba ponoviti prethodne korake, što znatno usporava izradu
dokumenta. Tipiĉan primer iz ove grupe programa je TEX, odnosno njegova
podvarijanta LATEX.
III Softver raĉunarskog sistema 137
Programi za rad sa tabelama
Programi za rad sa tabelama se sastoje od ćelija (cell) u koje se unose
podaci. Podaci mogu biti izvorni i izvedeni. Izvorni podaci se direktno unose
u ćeliju, dok se izvedeni formiraju u ćeliji pomoću formula u kojima se
pozivaju izvorni ili drugi izvedeni podaci. Podaci se u tabeli mogu predstaviti
grafikonima razliĉitih oblika. Promena jednog podatka u tabeli dovodi do
automatske promene svih izvedenih podataka u tabeli i na grafikonima a u
skladu sa ovom izmenom. Osim ovih osnovnih mogućnosti, programi za rad
sa tabelama imaju i mogućnost za rad sa bazama podataka, pošto se relacione
baze podataka zasnivaju na tabelama.
Programi za upravljanje bazama podataka
Programi za upravljanje bazama podataka koriste se za manipulisanje
velikim brojem podataka. Svaki logiĉki povezan skup podataka ĉini bazu
podataka. Za upravljanje podacima koristi se programski sistem koji se naziva
sistem za upravljanje bazama podataka - DBMS (Data Base Management
System).
Osnovne funkcije koje treba da obezbedi sistem za upravljanje bazama
podataka su: kreiranje baze podataka, ponovni pristup podacima,
modifikovanje (aţuriranje) podataka, sortiranje podataka, kontrola pristupa
podacima, formiranje izveštaja. Kreiranje baze podataka obuhvata unošenje i
zapisivanje podataka na nosiocu informacija (disk, disketa, traka). Ponovni
pristup podacima je postupak koji se sastoji od odreĊivanja mesta, odnosno
nalaţenja podataka na nosiocu informacija, formatiranja podataka i
odreĊivanja traţenog podatka meĊu raspoloţivim podacima. Modifikovanje
(aţuriranje) baze podataka podrazumeva: dodavanje novih podataka u bazu,
uklanjanje podataka iz baze i izmene na podacima u bazi. Sortiranje baze
podataka znaĉi ureĊivanje podataka u bazi na osnovu odreĊenog kriterijuma.
Na osnovu podataka u bazi, uz primenu razliĉitih kriterijuma, mogu se
formirati razni izveštaji. Ovi izveštaji mogu da se prikaţu na ekranu ili da se
štampaju.
Programi za crtanje
Programi za crtanje dele se na programe za obradu crteţa i programe za
obradu slika.
Programi za obradu crteža primenjuju se za predstavljanje crteţa u
raĉunaru na vektorski naĉin. Prema nameni, mogu se podeliti na programe
koji su više namenjeni dizajnu i programe koji su prvenstveno namenjeni
tehniĉkom crtanju. Bez obzira na to kojoj grupi pripadaju, svi programi za
crtanje imaju veliki broj sliĉnih naredbi koje se mogu podeliti u sledeće grupe:
za crtanje osnovnih grafiĉkih objekata, za manipulisanje objektima, za
138 Informatika i raĉunarske komunikacije
transformacije objekata, za globalni pregled slike, za korišćenje teksta i za
dimenzionisanje. Najpoznatiji predstavnik ovih programa je CorelDRAW.
Programi za obradu slika primenjuju se za obradu i predstavljanje slike
u raĉunaru na rasterski naĉin. Koriste se za unošenje slike u raĉunar pomoću
odgovarajućeg ureĊaja (skener, digitalni fotoaparat itd.) i njihovu obradu. Ovi
programi imaju deo naredbi sliĉan naredbama za obradu crteţa, a i logika i
naĉin korišćenja ovih naredbi sliĉni su kao kod programa za obradu crteţa.
Pored ovih naredbi postoji i veliki broj naredbi karakteristiĉnih za obradu
slika (npr.: promena osvetljenja, kontrasta, razliĉiti efekti, pikselizacija,
solarizacija, inverzija...). Najpoznatiji predstavnik ovih programa je Adobe
Photoshop.
Programi za izradu prezentacija
Prezentacija je predstavljanje nekog dokumenta široj grupi slušalaca, u
pisanoj, grafiĉkoj ili multimedijalnoj formi. Razvoj multimedijalnih
projektora i ostalog hardvera namenjenog projektovanju grafiĉkog sadrţaja na
platno ili zid, uslovio je i pojavu raznovrsnih programa za izradu prezentacija.
U poĉetku su se prezentacije vršile uz pomoć slajdova izraĊenih u
fotografskoj tehnici filmskog negativa. Pojavom laserskih štampaĉa umesto
pomenutih foto slajdova masovno su se poĉele koristiti providne termo folije
na kojima su štampane stranice za prezentaciju. Sadrţaj sa termofolija
projektovan je pomoću specijalno napravljenih projektora na platno ili zid. Sa
pojavom digitalnih projektora prezentacije su dobile još više na teţini.
Celokupan sadrţaj prezentacije danas se moţe predstaviti u izvornom obliku,
onako kako je i napravljen na raĉunaru, uz koriĉćenje animacija i zvuĉnih
efekata. Najpopularniji programi za izradu prezentacija su PowerPoint,
Publisher itd., a popularni su i programi koji generišu PDF stranice (npr.
Adobe Acrobat) ili HTML stranice (FrontPage, Dream Weaver itd.). Tako
generisane stranice mogu se jednostavno postaviti na nekom Web sajtu i biti
dostupne još većem broju zainteresovanih korisnika.
Programi za animaciju
Programi za animaciju omogućavaju stvaranje pokretnih slika, filmskih
sekvenci i sl. pomoću raĉunara kao i kombinovanje raznih tehnika, vizuelnih i
zvuĉnih efekata (crteţa, slika, filmskih slika, zvuka). Koriste se u dizajnu,
projektovanju, za pravljenje reklamnih spotova itd.
Programi za obradu zvuka
Programi za obradu zvuka se primenjuju za obradu zvuĉnih zapisa, na
sliĉan naĉin kao što se procesori teksta primenjuju za obradu teksta. Oni
omogućavaju komponovanje (poĉetno stvaranje muziĉkih dela), unošenje
III Softver raĉunarskog sistema 139
postojećih dela u raĉunar (zadavanjem nota, sviranjem na klavijaturi, putem
audio ulaza itd.) kao i razliĉite naknadne obrade unetih zvuĉnih zapisa. Široko
se primenjuju u muziĉkoj industriji.
Programi za proraĉune u nauci i tehnici
Programi za proraĉune u nauci i tehnici se primenjuju za razliĉite
proraĉune kao što su statiĉki i dinamiĉki proraĉuni u graĊevinarstvu,
mašinskoj industriji (posebno automobilskoj industriji), zatim za kontrolu
proizvodnje i upravljanje procesima i uopšte u inţenjerstvu. Namenjeni su
uţem krugu korisnika za oblast za koju je program predviĊen. Primeri
programa koji se koriste u nauci i tehnici su: Matlab, Mathematica, Maple,
Statistica, Origin itd.
Kompjuterski virusi
Kompjuterski virusi su mali programi, od svega nekoliko kilobajta, koji
su napravljeni sa iskljuĉivo jednim ciljem da nanesu štetu na zaraţenom
raĉunaru. Hakeri, lameri i najgori meĊu njima krekeri, su iskusni programeri,
koji koristeći svoje raĉunarsko znanje, pišu i koriste viruse da bi pomoću njih
došli do poverljivih podataka, obrisali fajlove i uništili dokumenta i podatke
na tuĊim raĉunarima. U osnovne vrste virusa spadaju: klasiĉni virusi, crvi i
trojanski konji.
Klasični virusi su mali programi koji su najĉešće napravljeni u cilju
brisanja, oštećenja ili prekonfigurisanja odreĊenih fajlova u raĉunaru ţrtve.
TakoĊe, oni ĉesto obaraju operativni sistem raĉunara ţrtve ili ga trajno
oštećuju. Klasiĉni virusi deluju samostalno, bez interakcije onoga ko ih je
stvorio. Postoji više naĉina za prenošenje klasiĉnih virusa: preko diskova i
disketa koje vam je dao prijatelj ĉiji kompjuter ima virus, preko fajlova koji su
vam stigli sa Interneta ili ste ih sami dovukli i sl. Ovi virusi mogu da deluju
odmah po inficiranju raĉunara ţrtve, nakon isteka odreĊenog fiksnog vremena
ili datuma ili nakon njihove multiplikacije u raĉunarskoj mreţi.
Crvi se, za razliku od klasiĉnih virusa, šire uglavnom putem elektronske
pošte. Njihova namena je namerno izazivanje zagušenja saobraćaja u
raĉunarskoj mreţi slanjem ogromnog broja elektronskih poruka kroz nju. Šire
se tako što na elektronsku adresu ţrtve stigne pošta sa prikaĉenim fajlom
zaraţenim virusom, koji ţrtva iz radoznalosti otvara. Tada ţrtva postaje dalji
prenosilac ovog virusa, pošto on, koristeći adresar ţrtve, šalje sopstvenu
kopiju prijateljima ţrtve putem elektronske pošte, i tako u krug.
Virus trojanski konj (trojanac) je program koji sluţi da se pomoću njega
omogući pristup raĉunaru ţrtve u kome je ovaj virus ubaĉen. Kada se trojanac
ubaci u neĉiji raĉunar, on najĉešće deluje na dva naĉina: samostalno ili u
saradnji sa hakerom. Kada radi samostalno, on moţe da špijunira ţrtvu šaljući
140 Informatika i raĉunarske komunikacije
poverljive podatke sa raĉunara ţrtve na e-mail hakera koji ga je i ubacio.
Drugi naĉin delovanja omogućava hakeru da preko trojanca direktno pristupa
zaraţenom kompjuteru kao da je u pitanju njegov raĉunar.
Za otklanjanje virusa koriste se antivirusni programi i zaštitni zidovi.
Antivirusni programi se sastoje od programskog koda i antivirusne baze u
koju se smeštaju definicije svih virusa koji su se pojavili do tada. Da bi se
zaštitili od virusa, korisnici treba da redovno dopunjavaju baze svojih
antivirusnih programa i aţuriraju njegov programski kod.
Pomoću zaštitnih zidova vrši se nadgledanje i filtriranje dolazećeg i
odlazećeg saobraćaja u/iz datog raĉunara, kontroliše se instaliranje i
pokretanje sumnjivih programa i sl. U novije vreme većina antivirusnih
programa u sebi sadrţi i zaštitni zid i na taj naĉin nudi kompleksniju zaštitu.
Program kao proizvod
ProizvoĊaĉi programskih proizvoda ulaţu u razvoj softvera mnogo truda
i sredstava da bi njihovi programi rešavali probleme na najjednostavniji naĉin,
sa što manje grešaka. Programi se danas tretiraju kao i svaki drugi
proizvod. Oni moraju da imaju garanciju za ono što se pomoću njih radi,
uputstvo za korišćenje, rok upotrebe, podršku korisniku i obuku.
Pošto se programi mogu lako kopirati, proizvoĊaĉi programa na osnovu
zakona o autorskim pravima štite svoje proizvode od nelegalnog kopiranja. Sa
gledišta autorskih prava, na trţištu mogu naći programi koji su: vlasništvo
proizvoĊaĉa (proprietary software), deljeni (shareware), javni (public domain
software).
Kod programa koji su vlasništvo proizvođača korisnik kupuje licencu
(dozvolu) za korišćenje programa. Uz nju dobija i program na nekom mediju,
odgovarajuću dokumentaciju i mogućnost da se registruje kod proizvoĊaĉa
kako bi stekao pravo na dobijanje novih poboljšanih verzija programa i imao
tehniĉku podršku proizvoĊaĉa.
Deljeni (šerver) programi distribuiraju se slobodno na razliĉite naĉine
(preko Interneta, raĉunarskih ĉasopisa, kopiranjem od drugih korisnika). Daju
se na slobodnu upotrebu na odreĊen rok (npr. od 15 do 60 dana), da bi
zainteresovani korisnici mogli da ih isprobaju. Posle isteka vremena za
testiranje, ukoliko korisnik ne kupi licencu program prestaje da bude
funkcionalan.
Javni programi se besplatno distribuiraju i mogu se slobodno kopirati i
razmenjivati.