Univerzitet u Nišu

Građevinsko-arhitektonski fakultet

Informatika 1

Delovi i karakteristike računara

Milica Ćirić

Šta je računar•Računar je mašina koja manipuliše podacima u skladu sa listom intrukcija koja se naziva program.

•Može se definisati i kao električna mašina koja prihvata ulaz (podatke), obrađuje ih i vraća rezultat obrade (informacije). Obradom podataka upravlja program koji se nalazi u memoriji. Računar može da koristi podatke i informacije koje se nalaze u memoriji, kao i da u memoriji zapamti rezultate obrade za kasniju upotrebu.

•Računar je takođe i alat čije je svrha da pomogne korisniku u obavljanju različitih zadataka počev od lociranja i pribavljanja informacija do obrade, prezentacije ili prenosa tih podataka.

•Pored ovoga, računar predstavlja i centar za zabavu koji korisniku omogućava surfovanje internetom, čitanje knjiga, igranje video igrica, gledanje filmova, itd.

•Kod specijalizovanih računara, kao što su ugrađeni real-time računari (koji se nalaze npr. u automobilu ili mikrotalasnoj rerni), računar je samo deo kompleksnijeg alata ili uređaja.

2

Sistem zasnovan na računaruSistem zasnovan na računaru je sistem koji uključuje računar i ima tri glavna elementa: hardver, softver i korisnika (pri čemu korisnik ,može biti i drugi računarski sistem).

Primer 1: Sistem za nadgledanje pacijenata

Hardver: Elektrode, mikroračunari, mrežna platforma i serverski računar

Softver: Aplikacija za nadgledanje, baza podataka i operativni sistem

Korisnik: Medicinsko osoblje, administratori

Primer 2: Kontrolni sektor proizvodne linije

Hardver: Specijalan ugrađeni sistem razvijen za ovu primenu

Softver: Mašinski kod učitan u memoriju ugrađenog sistema

Korisnik: Druge mašine, supervizor

Primer 3: Igranje igrice pomoću računara

Hardver: Konzola za igranje kao što je Xbox, Playstation...

Softver: Igrica

Korisnik: Igrač 3

Tipovi računaraSuper računari - Rade veoma brzo jer se sastoje od mnogo računara koji rade zajedno. Pojavili su se 60-tih godina 20. veka i korišćeni su za kompleksna izračunavanja kao što su vremenska prognoza i kvantna fizika. Termin super računar vremenom menja značenje, pa ono što je danas super računar veoma brzo može postati normalan računar, mada čak i današnji super računari zauzimaju cele prostorije.

Mejnfrejm – Računari kod kojih se sva obrada obavlja centralizovano, a korisnički terminali samo prihvataju ulaz i vraćaju izlaz (ne rade obradu podataka). Kod modernih sistema, personalni računar ili web aplikacija često imaju ulogu ovakvih terminala. Mejnfrejm računari se uglavnom koriste od strane velikih organizacija za kritične aplikacije koje uglavnom uključuju obradu ogromne količine podataka odjednom (npr. banke, avio kompanije, osiguravajuće kuće,...). Podržavaju stotine korisnika koji istovremeno pristupaju sistemu.

4

Tipovi računara

Server - Slični su mejfrejm računarima po tome što uslužuju veliki broj korisnika, a glavna razlika je što korisnici (koji se nazivaju klijenti) obavljaju veliku količinu obrade. Serverski procesi su uglavnom posvećeni deljenju fajlova i upravljanju pravima pristupa. Server je centralni računar koji sadrži kolekcije podataka i programa. Ovaj sistem, koji se još naziva i mrežni server, dozvoljava svim povezanim korisnicima da dele i skladište podatke i aplikacije. Dve važne vrste servera jesu fajl serveri i aplikacioni serveri. Na aplikacionom serveru se nalaze različite aplikacije ili programi koje klijenti mogu da koriste bez da ih instaliraju na sopstvenom sistemu (npr. web aplikacije kao što je Google Docs). Fajl server upravlja fajlovima i omogućava korisnicima da pristupe fajlovima koji se ne nalaze na njihovima računarima. Web server je u suštini fajl server koji se nalazi “negde” na internetu. Korisnik zahteva fajlove (ili web strane) zadavanjem URL-a, a fajl se zatim prikazuje u browser-u kao web stranica.

5

Tipovi računara

Cloud – Iako se cloud ne sastoji od jednog računarskog sistem, to često važi i za servere. Na primer, sve pretrage na Google-u se ne šalju na jednu mašinu, ali deluje kao da to jeste slučaj. Kod cloud računarstva korisnikom PC se ponaša kao klijent. Cloud aplikacije se izvršavaju na nekom nepoznatom aplikacionom serveru na Internetu, a korisnikovi podaci se čuvaju na nekom nepoznatom fajl serveru na Internetu. Na ovaj način se postižu značajne uštede, naročito kod poslovnih primena gde bi se inače zahtevalo mnogo računara, svaki sa svojim hardverom i softverom.

Radna stanica – Radne stanice su napredni i skupi računari napravljeni za kompleksne procedure i predviđeni sa jednog korisnika u jednom trenutku. Neke od kompleksnih procedura uključuju naučna, matematička i inženjerska izračunavanja. U današnjoj terminologiji se desktop personalni računari povezani na server, mejnfrejm ili mrežu često nazivaju radne stanice. Takođe, linija koja razdvaja radne stanice od personalnih računara postaje sve zamagljenija kako PC-ji postaju sve moćniji, a radne stanice postaju sve jeftinije.

6

Tipovi računaraPersonalni računar (PC) – Naziva se još i mikroračunar. Zbog svojih fizičkih karakteristika i niske cene privlačan je korisnicima. Mogućnosti personalnih računara su se mnogo promenile od njihovih začetaka. Pre pojave mikroprocesora računari su uglavnom bili dostpni zaposlenima u akademskim i istraživačkim institucijama, ali su bili preskupi za pojedince. Tokom 70-ih i 80-ih razvijani su kućni računari sa namenom za ličnu upotrebu i nešto veći i skuplji sistemi (radne stanice) za upotrebu u kancelarijama i malim firmama. Danas je personalni računar uređaj koji se može koristiti kao alat za produktivnost, server multimedijalnih sadržaja i mašina za igranje. Njegova modularna konstrukcija omogućava laku zamenu komponenti u slučaju kvara ili unapređivanja.

Pametni telefon (Smartphone) – Računari koji se mogu držati u ruci. Današnji pametni telefoni mogu da izvršavaju neverovatan niz aplikacija što ih čini računarima opšte namene. Njihov glavni nedostatak jesu ograničenja za direktno povezivanje ulazno/izlaznih uređaja, kao što je štampač. Kao ulaz mogu da koriste tastaturu i ekran osetljiv na dodir, a kao izlaz ekran.

7

HardverOdnosi se na fizičke elemente računara. Primeri uključuju tastaturu, monitor, miša i procesor. Ipak, veći deo hardvera se ne vidi na prvi pogled, tj. nije spoljašnji deo računara, već unutrašnji i nalazi se u kućištu.

Hardver računara se sastoji od mnogo različitih delova, ali možda najvažniji od svih jeste matična ploča koja se sastoji od više delova koji napajaju i upravljaju računarom.

Nasuprot softveru, hardver je fizički element. Hardver i softver su međusobno povezani i bez softvera harver računara ne bi imao nikakvu funkciju. Međutim, bez hardvera da obavlja zadatke zadate od strane softvera pomoću centralne procesorske jedinice, softver bi bio beskoristan.

Hardver je ograničen na konkretne projektovane zadatke koji su, ako se posmatraju nezavisno, veoma jednostavni. Softver implementira algoritme (rešenja problema) koji omogućavaju računaru da izvrši mnogo kompleksnije zadatke.

8

Softver i firmverUglavnom poznat kao programi. Sastoji se od instrukcija koje kažu hardveru kako da izvrši neki zadatak. ove instrukcije potiču od softver developera i nalaze se u formi koja je prihvatljiva za odgovarajuću platformu (operativni sistem + procesor). Na primer, program koji je napravljen za Windows platformu će raditi samo na tom operativnom sistemu. Kompatibilnost softvera zavisi od razlika između projektovanog softvera i operativnog sistema. Softver koji je projektovan za Windows 7 će možda imati problema sa kompatibilnošću kada radi na Windows-u XP.

Softver može da obavlja mnoge zadatke, za razliku od hardvera koji moće da obavlja samo mehaničke zadatke za koje je projektovan. Sastoji se od instrukcija koje kažu računaru kako da izvrši zadatak. Paraktični raunarski sistemi dele softverske sisteme na dve glavne klase:

1. Sistemski softver: Pomaže radu hardvera i celog računarskog sistema. Sistemski softver uključuje operativne sisteme, drajvere za uređaje, dijagnostičle alate, itd. Uglavnom je već instaliran na računar.

9

Softver i firmver2. Aplikacioni softver: Omogućava korisnicima da obave jedan ili više zadataka. Uključuje obradu teksta, surfovanje internetom i skoro svaki zadatak za koji bi se mogao instalirati softver. Neki aplikacioni softver je već instaliran na većini računarskih sistema.

Softver se generalno kreira (piše) u jednom od programskih jezika visokog nivoa koji su (manje ili više) čitljivi za ljude. Ove instrukcije visokog nivoa se pretvaraju u instrukcije “mašinskog jezika”, predstavljene u binarnom kodu pre nego što se izvrše na hardveru. Kada se instalira softver, on je generalno već u ovoj binarnoj formi.

Firmver je veoma specifičan program niskog nivoa za hardver koji mu omogućava da obavi neki konkretan zadatak. Firmver programi su (relativno) trajni, tj. nihova izmena je teška ili nemoguća. Iz ugra softvera visokog nivoa, firmver je samo deo hardvera iako pruža neke funkcionalnosti koje su van opsega jednostavnog hardvera.

Firmver je deo uređaja (ili njihovih komponenti) kao što su video kartica, zvučna kartica, disk drajv i čak matična ploča.

10

Osnovne operacije1. Ulaz – Sve što ulazi u računar. Ulaz može da ima različitu formu, od komandi koje se unose pomoću tastature do podataka sa drugog računara (pomoću mrežne veze) ili uređaja (pomoću direktne ili mrežne veze). Uređaj koji se koristi za unošenje ulaza u računar, kao što je tastatura ili miš, se naziva ulazni uređaj.

2. Izlaz – Sve informacije (podaci) koje izlaze iz računara. Izlazni urađaji mogu da budu drugi računari, ekrani, zvučnici i štampači.

3. Skladištenje – Skladište podataka računara se naziva memorija i može da čuva digitalne podatke. Primeri su RAM, hard disk, CD, DVD i fleš memorije.

Trajni ili nepromenljivi uređaji za skladištenje ne zahtevaju struju da bi pamtili podatke koji se na njima nalaze, tj. nestanak struje ne utiče na njihovu sposobnost da zadrže podatke. Ova kategorija uključuje i ROM (Read Only Memory).

11

Osnovne operacijePrivremeni ili promenljivi uređaji za skladištenje se češće nazivaju memorija. Nestanak struje dovodi do toga da se svi zapamćeni podaci izgube. Kada se koristi neka aplikacija, kao što je aplikacija za obradu teksta, podaci (dokument na kome se radi) se čuva u RAM-u (Random Access Memory). Ukoliko nestane strauje, a dokument nije eksplicitno sačuvan, najverovatnije će doći do gubitka podataka.

4. Obrada – Procesor je mozak računara. Naziva se još i CPU (Central Processing Unit, tj. centralna procesorska jedinica) i predstavlja jedan mikročip. Procesor, u stvari, obavlja veoma jednostavne operacije kao što su osnovne aritmetičke oeracija i poređenje dve vrednosti. Međutim, i pored toga, on upravlja svim perifernim uređajima dok izvršava trenutne softverske komande.

CPU prima ulaz i generiše izlaz. Takođe ima svoje, veoma privremeno, skladipte, a može da sadrži i keš memoriju prvog nivoa. Ovo je veoma brza (i veoma skupa) verzija RAM-a koja omogućava procesoru da ima pri ruci podatke koji mu mogu uskoro zatrebati.

12

Matična pločaMatična ploča (Motherboard) je elektronska ploča u računaru koja povezuje hardverske uređaje povezane na nju, odnosno sav hardver sistema. Minimalno uključuje jedan ili više procesora i glavne aktivnosti obrade računara se obavljaju upravo ovde. Međutim, druge povezane štampane ploče mogu da sadrže svoje pre-procesorske ili post-procesorske CPU-e koji smanjuju opterećenje na matičnu ploču. Ovakve ploče mogu da se zovu “ćerke ploče”. Matična ploča personalnog računara obično ima niz slotova koji omogućavaju direktno povezivanje ćerki ploča. Drugi konektori matične ploče omogućavaju komunikaciju pomoću kablova sa različitim perifernim uređajima koji se mogu nalaziti unutar ili van kućišta računara.

13

Tipični integrisani portovi na matičnoj ploči

1 i 2. PS/2 (miš, tastatura)3. RJ-45 Ethernet4. USB5. Serijski (terminal, modem)

6. Paralelni (štampač)7. VGA monitor8. DA-15 (stari mrežni)9. Audio

PortoviPortovi se koriste od strane matične ploče kao interfejs ka elektronskim uređajim kojise nalaze unutar ili van računara. Integrisani portovi su oni koji su deo matične ploče, tj. direktno na njoj. Unutrašnji itegrisani portovi se koriste za povezivanje uređajaunutar sistemske jedinice. Spoljšnji portovi mogu biti povezani sa matičnom pločom direktno (integrisani) ili pomoću štampanih ploča koje su umetnute u slotove na matičnoj ploči. Često je moguće dodati nove spoljašnje portove umetanjem štampane ploče u prazan slot. Spoljašnji integrisani portovi su uglavnom grupisani zajedno.

14

SlotoviNa tipičnom desktop PC-u postoji određen broj slotova na matičnoj ploči koji služe za povezivanje uređaja. Kao što je već spomenuto, jedna upotreba ovih slotova je dodavanje dostupnih portova za spoljašnje uređaje. Grafika, audio i mreža mogu biti uključeni na matičnoj ploči, ali su često implementirani kao ćerke ploče koje se dodaju u slotove. Ove ploče su često već instalirane na računar, ali se mogu zameniti (unaprediti) po potrebi. Kod laptop računara, dodavanje uređaja je nešto komplikovanije, pa oni često imaju spoljašnje slotove ili portove koji omogućavaju dodavanje eksternih uređaja.

ExpressCard i slot se prevashodno koriste kod laptop računara. ExpressCard zamenjuje nešto stariji PC Card. Omogućuje priključuvanje hardvera kao što je: USB 3.0, TV tjuner kartice, zvučne kartice... Mogu biti dostupni i drugi slotovi za kartice.

15

Grafička kartica

Naziva se još i video kartica ili video adapter. Nalazi se u svakom računaru, ali može biti i integrisana na matičnoj ploči. Grafička kartica generiše izlazne slike koje se prikazuju na monitoru. Iako danas postoje mnoge grafičke kartice ugrađene na matične ploče, entuzijasti kupuju stand-alone grafičke kartice sa jačim procesorskim mogućnostima. Takve grafičke kartice omogućavaju bolji rad sa slikama ili prikaz u kompjuterskim igrama.

Grafičke kartice imaju za cilj da skinu opterećenje renderovanja sa procsora. Napajaju se sa matilne ploče i zahtevaju PCI-X ili PCIe slot kako bi se mogle instalirati. Neke kartice zahtevaju veću količinu struje, pa je u skladu sa tim potreban 6-8 pinski konektor kojivodi direktno do napajanja. Grafičke kartice takođe uključuju i memoriju radi efikasnog renderovanja, obično je to 128-1024 MB. Danas, vrhunske grafičke kartice imaju procesore sa većim brojem jezgara koja rade paralelno kako bi se poboljšao prikaz tekstura i obradio veći broj 3D objekata u realnom vremenu.

16

Zvučna karticaNaziva se još i audio kartica,va njena svrha je upravljanje ulazom i izlazom audio signala do i od računara pod kontrolom računarskih programa. Zvulne kartice za računare nisu bile uobičajene do1988, pa je jedan unutrušnji PC zvučnih bio jedini način za tadašnje računare da proizvode zvuke i muziku.

Upotrebe za zvučnu karticu uključuju audio komponente za multimedijalne aplikacije kao što su igrice, softver za izmenu video/audio sadržaja i komponovanje muzike. Kod većine današnjih računara zvučne kartice su ugrađene u matičnu ploču. Spoljašnji portovi za priključivanje ulaznih/izlaznih uređaja (zvučnici, slušalice, mikrofon) su kodirani bojama u skladu sa industrijskim standardima.

17

Mrežna karticaNaziva se još i mrežni adapter ili LAN adapter. Predstavlja deo računarskog hardvera koji je projektovan tako da dozvoli računarima da komuniciraju preko računarske mreže. Koristi se za komunikaciju na daljinu pomoću kabla, tj. podaci se prenose pomoću mreže kablova. Mrežna kartica povecuje računare sa internetom i drugim uređajima, kao što su štampači. Mnogo moderne matične ploče imaju ugrađene mrežne kartice.

Skoro svi laptopovi poseduju bežični mrežni adapter koji omoguća laptopu da komunicira sa bežičnom mrežom pomoću radio primopredajnika. Ukoliko ga nema, bežični mrežni adapter se može dodati pomoću USB porta ili ExpressCard slota.

18

Istorija računarstva

Na najnižem nivou računar je veoma jednostavna mašina. Tačnije, sastoji se od jednostavnih delova (jedinica).

Mehanički računari su prisutni odavno. Programabilni mehanički računari (računari opšte namene) su prvi put opisani u 19.veku od strane Čarlsa Bebidža (Charles Babbage). Na početku 20.veka vakumske cevi su zamenile releje kao sredstvo za kreiranje logičkih kapija, što je dovelo do pojave najranijih elektronskih računara u 40-im. Prvi silikonski tranzistor, manji i pouzdaniji prekidač, je razvijen 1954.

Tranzistor je osnova za veliki deo današnje elektronike. 1958. Džek Kilbi (Jack Kilby) je demonstrirao prvo funkcionišuće integrisano kolo. Usledili su sve manji i manji dizajni za integrisana kola. Mikroprocesor je integrisano kolo na čipu.

19

Mikroprocesor

Mikroprocesor uključuje funkcije centralne procesorske jedinice na jednom integrisanom kolu. On je višenamenski, programabilni, uređaj zasnovan na registri,a koji prihvata binarne podatke kao ulaz, obrađuje ih u skladu sa instrukcijama koje se nalaze u njegovoj memoriji i vraća rezultate kao izlaz.

Registar je lokalno, privremeno skladište. Naime, kada procesor treba da sabere nekoliko brojeva, ti brojevi moraju da budu zapamćeni lokalno, kao i rezultat. Svi ovi podaci se pamte upravo u registrima.

Sve aktivnosti na računaru, uključujući i procesor, sinhronizuju se zahvaljujući časovniku. Što brže kuca časovnik, brže se odvijaju stvari. Ovo je jedna od glavnih karakteristika kada se kupuje ili unapređuje računar. Brzina časovnika se meri u hercima (Hz, tj. broj cikusa po sekundi).Trenutni PC časovnici rade brzinama koje se mere u gigahercima. 20

CPU

Sva obrada podataka u računaru odvija se u centralnoj procesorskoj jedinici (Central Processing Unit). Sve funkcionalnosti CPU-a se mogu podeliti na dve glavne grupe: kontrolnu jedinicu i aritmetičko logičku jedinicu. Na prikazanom dijagramu svi elementi osim ove dve komponente predstavljaju registre.

21

Kontrolna jedinicaKontrolna jedinica upravlja različitim komponentama računara; čita i interpretira (dekodira) instrukcije programa, transformišući ih u seriju kontrolnih signala koji aktiviraju druge delove računara.

Ključna komponenta svakog CPU-a je programski brojač, specijalna memorijska ćelija (registar) koji vodi računa o memorijskoj lokaciji odakle se treba pročitati sledeća instrukcija.

Kontrolna jedinica, pojednostavljeno, funkcioniše na sledeći način:

1. Pročitaj kod za sledeću instrukciju iz ćelije na koju pokazuje programski brojač.

2. Dekodiraj numerički kod instrukcije u niz komandi ili signala za svaki od ostalih sistema.

3. Povećaj programski brojač tako da pokazuje na sledeću instrukciju.

22

Kontrolna jedinica4. Pročitaj iz ćelija u memoriji (ili ulaznog uređaja) podatke koje zahteva instrukcija. Lokacija zahtevanih podataka je tipično zapamćena sa kodom instrukcije.

5. Obezbedi aritmetičko logičkoj jedinici (ALU) ili registru neophodne podatke.

6. Ako instrukcija zaheva aritmetičko logičku jedinicu ili specijalizovani hardver kako bi se izvršila, naredi hardveru da izvrši odgovarajuću operaciju.

7. Upiši rezultat iz ALU nazad u mmorijsku lokaciju ili registar ili izlazni uređaj.

8. Vrati se na korak 1.

Ovaj opis uključuje pribavi-dekodiraj-izvrši ciklus instrukcije koji predstavlja osnovu obavljanja operacija u računaru.

23

Aritmetičko logička jedinicaU računarstvu aritmetičko logička jedinica (Arithemtic Logic Unit) je digitalno kolo koje obavlja aritmetičke i logičke operacija. ALU je osnovni gradivni blok CPU-a računara i čak i najjednostavniji mikoprocesori sadrže ALU. Procesori koji se nalaze unutar modernih CPU-a i GPU-a (Graphics Processing Unit)vsadrže veoma moćne i kompleksne ALU, pri čemu jedna komponenta može da sadrži i veći broj ALU.

Za operaciju x = A + B, registri A i B daju vrednosti koje treba sabrati, operand O (u ovom slučaju – sabiranje), govori procesoru koja operacija treba da se izvrši, rezultat je dat kao X sa statusnim signalom S.

Za logičke operacije ALU jednostavno upoređuje dve vrednosti (jednako, manje ili veće). Svaka operacija koja se izvršava u instrukcijskom ciklusu je slične složenosti. Računar, izvršavajući mnogo ovakvih operacija u svakoj sekundi, postiže mnogo komplikovanije operacije. Takođe, radi boljeg iskorišćenja vremena, neke stvari se obavljaju istovremeno, ukoliko je to moguće. Na primer, dok se dva broja sabiraju, nabavlja se sledeća instrukcija.

24

Brzina časovnika i veličina rečiBrzina časovnika najviše utiče na sveukupnu brzinu računara i specificirana je u gigaherzima (GHz) za računare. Ova brzina se odnosi na to koliko puta se skup bitova (reč) prezentuje procesoru u sekundi. Procesor prima podatke u talasima. Svaki od 32 (ili 64 u zavisnosti od veličine reči) prijemnika prima ili 0 ili 1 (prisutno ili odsutno naelektrisanje) u jednom ciklusu. Sledeći ciklus donosi svoj skup bitova. Stopa kojom ovi talasi ulaze u procesor se meri u ciklusima po sekundi (Hz),npr. 2.3 GHz.

Veličina reči u računaru je stvar koja se menja. Reč je neki broj bitova koji CPU može da pročita ili upiše odjednom, tj. u jednom instrukcijskom ciklusu. Veličina reči za PC-e se promenila od 16 bita, na 32 bita i sada se menja na 64 bita. Što više bitova može da se obradi odjednom, više toga može da se uradi u jednom ciklusu. Jedan broj često zauzima 32 ili 64 bita. Reč manje veličine bi značila da je potrebno više čitanja kako bi se pročitao jedan broj, a to je samo jedna od vrednosti koje treba sabrati. Prema tome, veća veličina reči vodi do bržih operacija.

25

Veći broj jezgaraProcesor sa više jezgara je jedna računarska komponeneta koja ima dva ili više nezavisnih procesora (koji se nazivaju jezgra) koja su jedinice koje čitaju i izvršavaju instrukcije programa. Podaci u instrukciji kažu procesoru šta da radi. Instrukcije su veoma osnovne stvari kao čitanje podataka iz memorije ili slanje podataka na korisnički displej, ali se obrađuju tako brzo da rezultati deluju kao gladak rad programa.

Moderni računari se prodaju sa dual- i quad-core procesorima. To znači da dva ili četiri procesora dele posao. Pod određenim uslovima, mašina sa dva jezgra može da postigne dva puta veću brzinu od mašine sa jednim jezgrom, ali u opštem slučaju to nije slučaj. Razlog za to je što neke programe nije tako lako podeliti između jezgara, a i zato što ta jezgra ipak dele neke komponente.

Velika prednost je mogućnost da se neke stvari, kao što je puštanje muzike i filmova, prebace na jedno jezgro, dok se ostali posao izvršava neometano na drugom jezgru.

26