UNIVERZITET U SARAJEVUFAKULTET ZA SAOBRAĆAJ I KOMUNIKACIJEODSJEK – KOMUNIKACIJESMJER – KOMPJUTRERSKE I INFORMACIJSKE TEHNOLOGIJE

ARHITEKTURA I KOMPONENTE RAČUNARA(Seminarski rad iz Računarstva I informatike)

Student: Dervišević Medina Mentor: Dr. Baraković Husić- JasminaBroj indexa : 7431 Sarajevo, oktobar 2015.

Contents1. UVOD...................................................................................................................................................3

2. ARHITEKTURA CPU-a...........................................................................................................................5

2.1. Procesor.......................................................................................................................................5

2.2. Magistrala....................................................................................................................................8

2.3. Matična ploča..............................................................................................................................8

2.4. Grafička kartica..........................................................................................................................10

2.5. Mrežna kartica...........................................................................................................................10

2.6. Zvučna kartica............................................................................................................................10

2.7. Napojna kartica..........................................................................................................................10

3. ARHITEKTURA SABIRNICE..................................................................................................................12

4. MEMORIJSKA ARHITEKTURA.............................................................................................................12

4.1. RAM...........................................................................................................................................13

4.2. ROM...........................................................................................................................................14

4.3. Spoljne memorije.......................................................................................................................15

5. ULAZNE JEDINICE...............................................................................................................................16

5.1. Tastatura....................................................................................................................................16

5.2. Miš.............................................................................................................................................16

5.3. Skener........................................................................................................................................16

5.4. Digitalizator................................................................................................................................16

5.5. Čitač linijskog koda....................................................................................................................16

6. IZLAZNI UREĐAJI................................................................................................................................18

6.1. Monitor......................................................................................................................................18

6.2. Printer........................................................................................................................................18

7. RAZLIČITE VRSTE ARHITEKTURA........................................................................................................20

7.1 Von Neumanova arhitektura....................................................................................................20

7.2 Hardvarska arhitektura.............................................................................................................20

7.3 RISC arhitektura........................................................................................................................20

7.4 CISC arhitektura........................................................................................................................20

8. ZAKLJUČAK.........................................................................................................................................21

9. LITERATURA.......................................................................................................................................22

2

1. UVOD

Tema koja će biti obrađena u ovom seminarskom radu je arhitektura računara i njegove komponente. Pojavom i razvojem informatičke tehnologije, posebno računara, svijet se upotpunosti mijenjao , pa tako se i arhitektura i funkcija računara vremenom mijenjala i usavršavala. Cilj ovog rada je da se stvori funkcionalno zaokružena slika o radu računara i njegovih osnovnih dijelova. Ovaj rad će započeti definicijama pojmova koje je potrebno znati kako bi uspjeli dublje proučiti i upoznati se sa ovom materijom. Dva osnovna pojma su računar i računarski sistem.

Računar je složeni uređaj koji služi za izvršavanje matematičkih operacija ili kontrolnih operacija koje se mogu izraziti u numeričkom ili logičkom obliku. Računari su sastavljeni od komponenata koje obavljaju jednostavnije, jasno određene funkcije. Kompleksna interakcija tih komponenti rezultira sposobnošću računara da obrađuje informacije.

Računarski sistem je elektronski uređaj koji se koristi za automatizaciju procesa prikupljanja, čuvanja, obrade i prenosa informacija pod kontrolom programa (koji je razvio čovjek – programer).

Arhitektura računara, poznata i kao računarska arhitektura, je teorija koja podržava izgradnju i organizaciju računara i računarskih sistema. Pod pojmom računarska arhitektura podrazumijevamo opštu konfiguraciju njegovih osnovnih komponenti od kojih je sačinjen, njihovih bitnih karakteristika i povezanosti. Najprostije rečeno ona se bavi problemima upotrebe i pravljenja računara. Posmatrano sa stanovišta arhitekture računara, upotreba računara se svodi na njegovo rogramiranje, jer je namjena računara da izvršava programe. Ovim osobinama se bavi arhitektura naredbi. Cilj pravljenja računara je implementacija (ostvarenje) tih naredbi. Ostvarenje naredbi obuhvata organizaciju i izvedbu računara. Organizacija računara se bavi organizacionim komponentama koje obrazuju (njihovom namjenom i funkcijom), kao i međusobnim problemima proizvodnje komponenti. Pojam arhitektura računara obuhvata arhitekturu različitih naredbi i njenu implementaciju, odnosno organizaciju i izvedbu računara. Između arhitekture naredbi i njene implementacije postoji međuzavisnost. Važno je istaći da računarski arhitekti moraju usklađivati svoju “gradnju” s ograničenim materijalom.

3

Slika 1. Računar – osnovne komponente

Arhitekturu računara možemo podijeliti na:

Arhitektura CPU-A ili arhitektura središnje jedinice Arhitektura sabirnice Memorijska arhitektura Ulazno-izlazni uređaji

4

2. ARHITEKTURA CPU-a

2.1. ProcesorProcesor je elektronička komponenta napravljena od minijaturnih tranzitora na jednom čipu. To je najvažniji uređaj na računaru koji dešifruje naredbe programa i zadaje akcije koje obezbjeđuju njihovo izvršenje tako što iz memorije preuzima podatke koji se obrađuju, nad njima realizuje aritmetičko-logičke operacije i rezultat smješta na zadatu memorijsku adresu.

CPU je srce svakog računara, ali centralni nije jedini proces. Svaki process izvana izgleda jako. Svaki proces izvana izgleda jako jednostavan, ali ustvari on je jako kompleksan i složen u unutrašnjosti. Prvi procesor je napravljen 1971. godine, mogao je samo sabirati i oduzimati, ali je bio pravo čudojer su se prvi put na jedan čip uspjeli smjestiti integralna kola i tranzistori. Proces obrađuje i izvršava jedino mašinski kod, te razumije jedino mašinski jezik. Procesor se sastoji iz četiri osnovne komponente:

1. Upravljački organ - tu se vrši dešifriranje i izvršavanje naredbi2. Aritmetičko-logička jedinica (ALU) - tu se obavljaju aritmetičko logičke operacije3. Radni registri - u kojima se čuvaju međurezultati u toku izvođenja aritmetičko-

logičkih operacija4. Keš memorija - povečava brzinu procesora tako što pamti podatke koji će ubrzo

biti obrađeni

CPU radi tri stvari, a to su:

1. Izvodi osnovne matematičke operacije (sabiranje, oduzimanje, množenje, djeljenje) pomoću ALU, mada moderniji procesi izvršavaju i kompleeksnije operacije.

2. Prebacuje podatke s jednog memorijskog mjesta na drugo.3. Može skočiti na novi set instrukcija shodno zadanim naredbama

Procesor i operativna memorija su povezani snopom provodnika koji se naziva magistrala. Dio magistrale gdje se prenose adrese bajtova ili ulazno-izlaznih uređaja se naziva adresalna magistrala.

5

Slika 2. Shematski prikaz najjednostavnijeg procesora

6

Slika 3. Intelov procesor

7

2.2. MagistralaU toku izvršavanja programa procesor se stalno "obraća" operativnoj memoriji, uzima iz nje naredbe programa, podatke koje obrađuje i u operativnu memoriju smješta rezultate obrade. Procesor i operativna memorija su povezani snopom provodnika koji se naziva magistrala. Kroz računar se šalju tri vrste signala: podaci, adrese, i upravljački (kontrolni) signali. Dio magistrale gdje se prenose adrese bajtova ili ulazno izlaznih uređaja se naziva adresalna magistrala. Ona je jednosmjerna jer prenosi adrese od procesora ka ostalim uređajima računara. Dio magistrale koji prenosi sadržaj adresiranih bajtova zove se magistrala podataka. Pošto prenosi podatke ka procesoru i iz procesora ka ostalim uređajima ona je dvosmjerna. Kontrolna magistrala prenosi upravljačke i kontrolne signale koji usklađuju rad svih komponenti računara.

2.3. Matična ploča

Matična ploča, poznata kao i osnovna ploča je centralni dio stroja u računaru. Na njoj se razmještaju sve do sad pomenute komponente računara. Zove se matična zbog toga što se na nju nadovezuje osnovne komponente računara kao što su procesor, operativna memorija, itd. To su komponente koje određuju model i osnovne tehničke karakteristike računara. Priključna mjesta koja se nalaze na matičnoj ploči se zovu slotovi u koje se priključuju dodatni uređaji. Na njoj se nalazi i niz standardnih priključnih mjesta koje nazivamo portovi te se na njih priključuju drugi uređaji, npr. tastatura, printer i sl. Osnovne komponente današnjih matičnih ploča su:• spojnik u koji se ugrađuje mikroprocesor• rubni spojnici za glavnu memoriju• čipset u kojima su sastavljene funkcije• sat• spojnice• memorija koja sadrži BIOS• spojnice za napajanje električnom energijom• rubni spojnici koji služe za umetanje raznih kartica i drugih uređaja

8

Slika 4. Shematski prikaz matične ploče

9

2.4. Grafička karticaGrafička kartica je uređaj koji podatke uskladištene u računaru u digitalnom obliku pretvara u odgovarajuće analogne signale.

Grafička kartica je podsistem u računaru koji služi za prikazivanje slike na zaslonu monitora. Ona je zaslužna za ono što vidimo na zaslonu, bio to tekst, program ili igra. No, kako bi grafička kartica funkcionirala potrebno je instalirati odgovarajući upravljački program koji dolazi na mediju za pripadnu grafičku karticu (obično na CD-u), ali se može naći i na Internetu.

Grafička kartica može biti integrirana na matičnoj ploči ili dolazi kao zaseban dio. Povezana je računalom putem sabirnice. Svaka kartica na sebi ima procesor, solidnu količinu memorije. Grafička kartica može imati jedan ili više izlaza.

2.5. Mrežna karticaMrežna kartica ili mrežni adapter služi za povezivanje računara u lokalnu računarsku mrežu. Ova kartica može imati internet priključak, koji odgovara staroj tehnologiji, UTP priključak, nastao sa novom tehnologijom, ili oba priključka kao prelazno rešenje.

Moderne matične ploče obično na sebi imaju integriran mrežni čip i priključak, ali također postoje i mrežne kartice koje se ubacuju u PCI utor. Danas se rjeđe viđaju odvojene mrežne kartice, obično se uzima dodatna kartica (uz integriranu) zbog mogućnosti priključivanja više mrežnih uređaja (npr. ADSL modem (Ethernet) i mrežni hub) , iako neke matične ploče dolaze i sa dva čipa, odnosno priključka.

Danas postoje mrežne kartice u 10, 100, i 1000 Mbit/s (Gigabit) izvedbama, što označava propusnost podataka koju može podnijeti jedna mrežna kartica.

2.6. Zvučna karticaDa bi savremeni računari imali multimedijske mogućnosti moraju biti obezbjeđeni zvučnim efektima, muzikom i govorom. Za te namjene realizovane su posebne ploče elektronike koje se priključuju na osnovnu ploču računara.

Zvučne kartice obično se sastoje od sljedećih elemenata:

Analogno-digitalnog pretvarača (A/D converter) - koja pretvara zvuk na ulazu kartice u digitalnu formu

Digitalno-analogni pretvarač (D/A converter ) - pretvara digitalne podatke u zvuk preko zvučnika ili slušalica

10

predpojačalo - za ulazni i/ili izlazni signal

2.7. Napojna karticaNapojna jedinica obezbjeđuje da svaki dio računara dobije određenu količinu energije koja mu je potrebna, s obzirom da sve komponente računara ne troše istu količinu električne energije. Također, jedan od glavnih zadataka napojne jedinice je da pretvori 220 V u 3,3 V, 5 V i 12 V što je u skladu sa naponskim zahtjevima hardvera u računaru. Napojna jedinica ima sopstveno hlađenje.

Slika 5. Grafička kartica

3. ARHITEKTURA SABIRNICE

11

Djelovi računara su povezani pomoću posebne skupine vodiča koji se nazivaju sabirnice. Sabirnice su redovito izvedene kao vodići na površini tiskane pločice, a izvedene su i na priključnice ( konektore) unutar računala kako bi se mogli priključiti dodatni sklopovi. S obzirom na tu vrstu informacija koje prenose postoje tri osnovne vrste sabirnica:

1. Sabirnica podataka - je skup vodiča za prijenos električnih signala koji predočuju podatke. Broj tih vodiča redovito odgovara količini bita koju odjednom može obraditi CPU. Tako, npr. 32-bitna računala redovito imaju sabirnicu podataka koja se sastoji od 32 vodiča.

2. Adresna sabirnica - je skup vodiča za prijenos električnih signala koji predočuju adrese, a njihov broj ovisi o građi računala (npr. 20 linija).

3. Nadzorno-uprvljaćka sabirnica - je skup vodiča za prijenos električnih signala koji predočuju nadzorne i upravljačke signale, a njihov broj i funkcija pojedinog vodiča razlikuje se od računara do računara.

4. MEMORIJSKA ARHITEKTURA

Osnovna definicija memorije gdje se kaže da je to sposobnost nekog organizma da sačuva, zadrži te kasnije pozove informaciju se može koristiti i kada govorimo o računarskoj memoriji. Memorija je predviđena za čuvanje podataka i naredbi programa koje se izvršavaju u procesoru. Postoji više vrsta memorija računara odnosno memorija koje računar može da koristi:

1. RAM memorija (memorija u koju se podaci mogu i upisivati i ćitati te čijem sadržaju se može pristupiti po bilo kojem redoslijedu)

2. ROM memorija (memorija iz koje se podaci mogu samo čitati)3. Spoljne memorije ( hard disk, optički diskovi i fleš memorija)

4.1. RAM

12

RAM memorija je jedan od oblika pohranjivanja računarskih podataka čijem sadržaju se može pristupiti po bilo kojem redoslijedu. To je memorija sa proizvoljnim pristupom što znači da svaki bajt memorije ima adresu i da se korištenjem adrese njegov sadržaj može pročitati ali i izmjeniti. Kod ove vrste memorije podaci se mogu i zapisivati, a ne samo čitati. Ova memorija se često naziva i operativna memorija te služi za pohranu podataka i držanje podataka i programskog koda. RAM memorija je energozavisna tj, prestankom napajanja električnom energijom njen sadržaj se gubi. U razvoju su različite vrste stabilnih 'RAM-ova' koje mogu zadržati svoje podatke i kada im je prekinuto napajanje.

Slika 6. Razne vrste RAM modula

4.2. ROM

13

ROM memorija služi za pohranu podatka na računar. Ova memorija se razlikuje od RAM memorije po tome što se upis informacija u ROM memoriju vrši samo jednom, nakon toga taj sadžaj se može samo čitati. Za razliku od RAM memorije sadržaj ROM memorije se ne gubi prestankom napajanja električnom energijom. Upis sadržaja u ROM je onemogućen da bi se spriječilo slučajno ili namjerno oštečenje njegovog sadržaja. U ROM-u se također nalazi i program koji je zadužen za početno punjenje OS (operativnog sistema).

Slika 7. Primjer ROM memorije

4.3. Spoljne memorije

14

Tip memorije gdje procesor nema neposredan pristup. Program dok se nalazi u spoljnoj memoriji se ne može izvršavati ili obrađivati. Za razliku od operativnih memorija kod spoljnih memorija podaci i programi se čuvaju u "neradnom stanju", te da bi se mogli izvršavati moraju se donijet u operativnu memoriju. Spoljne memorije su elektronezavisne, jer se informacije koje se nalaze u njoj neće izgubiti prestankom napajanja računara električnom energijom. Za razliku od operativne memorije, spoljne memorije su znatno većeg kapaciteta.

Najčešće spoljne memorije su:

1. Hard disk - tvrdi disk, uređaj koji piše, čita, briše i trajno pamti podatke, izumljen je 1950-tih i svaki računar ima bar jedan hard - disk

2. CD - Compact disk, koristi optički zapis za snimanje podataka, prenosivi je medij na koji se podaci mogu samo upisivati mada postoji i CD-RV verzija koja omogućuje prepiivanje, odnosno daje mogućnost brisanja sačuvanih podataka.

3. DVD - koristi tehniku optičkog zapisa podataka, ima znatno veći kapacitet od CD -a

4. Flopy disc - uređaj koji služi za pohranjivanje podataka, predstavlja prenosivi medij i sve je manje u upotrebi zbog izuzetno malog kapaciteta ali i pojavljivanja modernijih prenosivih medija

5. Blu-Ray disc - nasljednik DVD-a sa znatno većim kapacitetom koji se može porediti sa hard-diskom.

Slika 8. Spoljne memorije

5. ULAZNE JEDINICE

15

5.1. TastaturaTastatura je ulazni uređaj pomoću kojeg upravljamo računarom te unosimo tekst i znakove. Iako današnje tastature sadrže 104 tipke, one mogu izvesti mnogo više znakova i funkcija kombiniranjem postojećih da bi se dobio neki znak ili ostvarila neka naredba. Svaka tipka na tastaturi obično ima jedinstvenu funkciju, ali u praksi zbog komfora operatera i zbog praktičnosti u izgradnji tastature nekim tipkama dodjeljuje se više funkcija, a isto tako je moguće imati tipku s istom funkcijom na više mjesta.

5.2. MišMiš je ulazna jedinica na računalu koji pretvara pokret ruke u dvije dimenzije u pokret pokazivača na zaslonu računala. Miš je nezaobilazni uređaj računara sa instaliranim grafički orijentisanim operativnim sistemima. Služi za pokazivanje i izbor objekata na ekranu.

5.3. SkenerSkener je ulazni uređaj koji analizira neku fizičku sliku kao što je fotografija, tekst, rukopis, ili neki predmet te ga potom pretvara u digitalnu sliku. Današnji skeneri su mahom desktop skeneri. Skeneri koriste CCD (charge-coupled device) senzore za skeniranje slike. Postoje tri glavne vrste skenera: ručni, stolni s nepomičnim i stolni sa pomičnim papirom. Premda se u većini slučajeva prenose podaci sa papira, pomoću skenera je moguće prenijeti u računalo i sliku tvrdog predmeta, što je moguće pomoću 3D skenera. Najraširenija vrsta su stolni skeneri s nepomičnim papirom koji sliče fotokopirnom stroju.

5.4. DigitalizatorDigitalizator je uređaj za unošenje podataka (koordinata) sa crteža. Digitalizator je, u stvari, jedna vrsta skenera koji se najčesće koristi za očitavanje analognih vrijednosti sa različitih grafikona i njihovo pretvaranje u digitalne vrednosti radi dalje obrade u računaru. Ograničavajući faktor za širu primjenu ovakvih tehnologija je još uvijek njihova cijena. Premda cijena digitalizatora značajno varira među proizvođačima i modelima, ona je ipak još uvijek vrlo visoka, čak i za jednostavnije izvedbe, što digitalizatore čini nedostupnima za širu primjenu.

5.5. Čitač linijskog koda

16

Linijski (bar) kod je kombinacija vertikalnih linija različitih širina koja se koristi za šifriranje, uglavnom, komercijalnih proizvoda u cilju automatskog unošenja podataka u računar.

Slika 9. Ulazni uređaji

6. IZLAZNI UREĐAJI

17

6.1. MonitorMonitor je izlazni uređaj koji prikazuje tekst, brojčani podatak, sliku, grafike. To je uređaj bez kojeg bi računar bio skoro neupotrebljiv. Za prikazivanje grafike neophodna je grafička kartica.

Postoji nekoliko tipova monitora:

monitori sa katodnom cijevi kolor monitori prema veličini dijagonale monitori sa tečnim kristalima

Za prikazivanje grafike neophodna je grafička kartica. Grafička kartica je uređaj koji podatke uskladištene u računaru u digitalnom obliku pretvara u odgovarajuće analogne signale. Kada površinu monitora podijelimo horizontalnim i vertikalnim linijama dobijama mrežu kvadratića piksela. Broj podjela po vertikali i horizontali nazivamo rezolucija , kvalitet slike je veći ako je rezolucija veća.

Boje:

crno-bijela monokromna boja (color)

Piksel na color monitoru sadrži podpiksele osnovnih komponenti boja: crvenu, zelenu i plavu točkicu. Dojam o rezultirajućoj nijansi zavisi od intenziteta osvijetljenosti pojedinih podpiksela. Dubina boja je sinonim za brojnost nijansi.

6.2. PrinterPrinter (štampač) je uređaj koji služi za pravljenje tekstualnih i grafičkih dokumenata. Prvi printer na svijetu je bio mehanički, koji je u 19. vijeku izumio Charles Babbage.

Vrste štampača:

1. Matrični ili iglicasti stampac stampa znak po znak 2. Stampači sa ubrizgavanjem mastila - ink-jet stampaci rade na principu

ubrizgavanja mastila na papir.

18

3. Elektrostaticki Ink-Jet štampači kapljice se ubrzavaju prolaskom kroz katodu za ubrzanje koja je na pozitivnom potencijalu od 2000V i usmeravaju prema papiru za stampanje

4. Laserski stampači zbog izuzetnog kvaliteta stampanja kopija poslednjih godina nalaze sve širu primjenu.

Slika 10. Izlazni uređaji

7. RAZLIČITE VRSTE ARHITEKTURA

7.1 Von Neumanova arhitektura

Dobila je naziv po matematičaru Von Neumanu. Odlike ove arhitekture su:

programi i podaci koriste

jedinstvenu glavnu memoriju

19

glavnoj se memoriji pristupa kao jednodimenzionalnom nizu značenje ili način primjene podataka nije spremljeno sa podacima

7.2 Hardvarska arhitekturaDobila je ime po američkom sveučilištu Hardvard prilikom izgradnje računara Hardvard Mark I. Osnovna odlika ove arhitekture je podjela glavne memorije na dvije cjeline: jedna memorija je odvojena za izvršne instrukcije dok je druga memorija preodređena za spremanje podataka.

7.3 RISC arhitekturaRisc je skraćenica za Reduced Instruction Set Computer ili središnje jedinice (procesora) sa smanjenim skupom naredbi. Filozofija RISC-a se svodi na:

Stvaranje procesora s manjim opsegom naredbi povećanje broja registara dostupnim CPU stavljanjem cache memorije na CPU korištenje tzv. pipelining-a koji omogućava izvršavanje više naredbi jednog otkucaja unutarnjeg

sata CPU-a

7.4 CISC arhitekturaCISC je engleska kratica za Complex Instruction Set Computer i ona označava računarsku arhitekturu čija je filozofija gradnje ta da uvrsti što je moguće više naredbi na mikro razini- to jest na razini CPU.

8. ZAKLJUČAK

Cilj ovog seminarskog rada bio je da proučimo arhitekturu računara općenito. Objasnili smo osnovne komponente računara pomoću kojih unosimo podatke u računar, komponente koje obrađuju i izvršavaju programe te one koje nam omogućuju prikaz. Pojasnili smo funkciju memorije tj. da je predviđena za čuvanje podataka i naredbi programa te njenu bitnu ulogu u funkcionisanju računara. Radeći ovaj rad upznala sam sve osnovne komponente računara, njihovu organizaciju i funkciju, te međusobnu

20

povezanost tih komponenti bez kojih računar ne bi mogao funkcionisat.Računar je jedan organizacijski i funkcionalni uređaj gdje sve komponente međusobno djeluju nadopunjujući se.

U vremenu smo informatizacije, naglog razvoja ne samo računara već svih elektronskih uređaja, koji zamjenjuju ljude u mnogim životnim funkcijama.Osnovne komponente računara iz dana u dan napreduju, mijenjaju se, svakim danom nešto novo postaje aktuelno i zamjenjuje ono staro i nekompaktibilno.Svjedoci smo da se sve pokusava učinim što manjim, lakšim za korištenje, ali i efikasnijim.Tako i arhitektura računara je kroz historija mnogo napredovala, od računara koji su bili veliki kao fudbalski tereni i jako glomazni i ne toliko efikasni, do novih modernijih računara i elektronskih uređaja koji su mnogo efikasniji i lakši za upotrebu. No, to nije ništa naprema onome što tek dolazi. Pogled na samo dio budućnosti tehnologije fascinira. Veliki dio zasluga za to pripada tehnologiji, koja će u budućnosti postati još važniji dio našeg života, ali će biti toliko diskretno integrirana u njega da je nećemo ni primijetiti. Jedan od najčešćih problema sa kojim se susreće arhitektura računara jest odnos između cijene gradnje i performansi koje se mogu postići izabranim dizajnom.

Iz svega navedenog možemo zaključiti da u slučaju nedostatka bilo kojeg od elemenata arhitekture računara, isti ne bi moga izvršavati svoje funkcije u potpunosti.

9. LITERATURA

http://www.wikipedia.org http://www.lecad.unze.ba http://www.informatika.buzdo.com

21

http://www.efmo.ba https://www.youtube.com/ http://racunarstvoiinformatika.wordpress.com/2012/09/10/razvoj-

informacionih-tehnologija/

22