UNIVERZITET U SARAJEVUFAKULTET ZA SAOBRAĆAJ I KOMUNIKACIJEODSJEK – KOMUNIKACIJE SMJER – KOMPJUTERSKE I INFORMACIONE TEHNOLOHIJE

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

Student: Asmir Džubur Mentor:Broj indexa: 7480 Doc. Dr. Baraković-Husić Jasmina

Sarajevo, oktobar 2015.

SADRŽAJ

1. UVOD......................................................................................................................................32. Arhitektura CPU-a...................................................................................................................4

2.1. Procesor.............................................................................................................................42.2. Magistrala..........................................................................................................................52.3. Matična ploča....................................................................................................................52.4. Grafička kartica.................................................................................................................62.5. Mrežna kartica...................................................................................................................62.6. Zvučna kartica...................................................................................................................62.7. Napojna kartica.................................................................................................................6

3. ARHITEKTURA SABIRNICE...............................................................................................74. MEMORIJSKA ARHITEKTURA..........................................................................................8

4.1. RAM..................................................................................................................................84.2. ROM..................................................................................................................................84.3. Spoljne memorije..............................................................................................................9

5. ULAZNE JEDINICE.............................................................................................................105.1. Tastatura..........................................................................................................................105.2. Miš..................................................................................................................................105.3. Skener..............................................................................................................................105.4. Digitalizator....................................................................................................................105.5. Čitač linijskog koda........................................................................................................10

6. IZLAZNI UREĐAJI.............................................................................................................116.1. Monitor............................................................................................................................116.2. Printer..............................................................................................................................11

7. RAZLIČITE VRSTE ARHITEKTURA................................................................................127.1. Von Neumanova arhitektura...........................................................................................127.2. Hardvarska arhitektura....................................................................................................127.3. RISC arhitektura.............................................................................................................127.4. CISC arhitektura.............................................................................................................12

8. ZAKLJUČAK........................................................................................................................139. LITERATURA......................................................................................................................14

2

1. UVOD

U uvodnoj riječi ovog rada, za odabranu temu, potrebno je definisati elemente koji je sačinjavaju. S tim, ovaj rad će započeti definicijama pojmova koje je potrebno znati kako bi uspjeli dublje proučiti i upoznati se sa ovom materijom. Dva osnovna pojma jesu računar i arhitektura računara.

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).

Pod arhitekturom računara podrazumjevamo opštu konfigraciju njegovih osnovnih komponenti, njihovih bitnih karakteristika i uzajamnih veza. Najprostije rećeno ona se bavi problemima upotrebe i pravljanja računara. Posmatrano sa stanovišta arhitekture računara, upotreba računara se svodi na njegovo programiranje, jer je namjena računara da izvršava programe. Način programiranja zavisi od osobina skupa naredbi računara. Ovim osobinama se bavi arhitektura naredbi. Cilj pravljenja računara je implementacija tih naredbi. Ostvarenje naredbi obuhvata organizaciju i izvedbu računara. Organizacija računara se bavi organizacionim komponentama koje obrazuju računar, kao i međusobnim odnosima ovih komponenti, dok izvedba računara se bavi pomenutim problemima proizvodnje komponenti.

Arhitekturu računara možemo podijeliti na: 1. Arhitektura CPU-a2. Arhitektura sabirnice3. Memorijska arhitektura4. Ulazno-izlazni uređaji

3

2. Arhitektura CPU-a

2.1. Procesor

Procesor je elektronička komponenta napravljena od minijaturnih tranzistora na jednom čipu.To je najvažniji uređaj računara koji dešifruje naredbe programa i zadaje akcije koje obezbjeđuju njihovo izvršavanje 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 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.

4

Slika 1. Centralni procesor

2.2. Magistrala

U 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 nadovezuju osnovne komponente računara kao čto su procesor, operativna memorija, itd. 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.

5

2.4. Grafička kartica

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

2.5. Mrežna kartica

Mrežna 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.

2.6. Zvučna kartica

Da 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.

2.7. Napojna kartica

Napojna 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 2. Grafička kartica

6

3. ARHITEKTURA SABIRNICE

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.

Slika 3. Računalo - blok dijagram

7

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)

Slika 4. ROM memorija

4.1. RAM

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.

4.2. ROM

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).

8

4.3. Spoljne memorije

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 5. Spoljne memorije

9

5. ULAZNE JEDINICE5.1. Tastatura

Tastatura 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.Tasteri na tastaturi mogu biti podeljeni na nekoliko grupa na osnovu funkcije:

1. Tasteri za kucanje (alfanumerički). Ovi tasteri uključuju slovne, brojne, interpunkcijske i simboličke tastere koji se nalaze i na tradicionalnoj pisaćoj mašini.

2. Kontrolni tasteri. Ovi tasteri se koriste za izvršavanje određenih radnji, sami ili u kombinaciji sa drugim tasterima. Najčešće korišćeni kontrolni tasteri jesu tasteri Ctrl, Alt, taster sa Windows logotipom i taster Esc.

3. Funkcijski tasteri. Funkcijski tasteri se koriste za izvršavanje određenih zadataka. Njihove oznake su F1, F2, F3 itd, sve do F12. Funkcionalnost ovih tastera se razlikuje od programa do programa.

4. Tasteri za navigaciju. Ovi tasteri se koriste za kretanje u okviru dokumenata ili Veb stranica i za uređivanje teksta. Oni uključuju tastere sa strelicama, tastere Home, End, Page Up, Page Down, Delete i Insert.

5. Numerička tastatura. Numerička tastatura je korisna za brzo unošenje brojeva. Tasteri su grupisani u blok koji liči na klasičan kalkulator ili registar kasu.

5.2. Miš

Miš je nezaobilazni uređaj računara sa instaliranim grafički orijentisanim operativnim sistemima. Služi za pokazivanje i izbor objekata na ekranu.

5.3. Skener

Skener 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.

5.4. Digitalizator

Digitalizator 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.

10

5.5.Čitač linijskog koda

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 6. Ulazni uređaji

11

6. IZLAZNI UREĐAJI6.1. Monitor

Monitor 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.

6.2. Printer

Printer (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.

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 7. Izlazni uređaji

12

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

7.2. Hardvarska arhitektura

Dobila 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 arhitektura

Risc 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.

13

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.

Jedan od najčešćih problema sa kojim se susreće arhitektura računara jest odnos između cijene gradnje i performansi koje se mogu postići izabranim dizajnom. Ciljevi arhitekture pri konstrukciji računara koji su vrlo važni su: veličina stroja, mogučnost nadogradnje kao i korištenje određenih periferija itd.

Danas mnoge kompanije razvijaju sve savremenija rješenja na osnovu kojih se otklanjaju svi nedostatci prethodnih računara i uvode nove konstrukcione ideje koje idu zajedno u skladu sa razvojem novih vrsta računara koji su iz svake godine sve pametnijhi i praktičniji.

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

14

9. LITERATURA

http://www.wikipedia.org

http://www.lecad.unze.ba

http://www.informatika.buzdo.com

http://www.efmo.ba

https://www.youtube.com/

http://racunarstvoiinformatika.wordpress.com/2012/09/10/razvoj-informacionih-tehnologija/

15

SADRŽAJ SLIKA

Slika 1. Centralni procesor..............................................................................................................5Slika 2. Grafička kartica..................................................................................................................6Slika 3. Računalo - blok dijagram...................................................................................................7Slika 4. ROM memorija...................................................................................................................8Slika 5. Spoljne memorije................................................................................................................9Slika 6. Ulazni uređaji...................................................................................................................10Slika 7. Izlazni uređaji...................................................................................................................11

16