P4: Teorijske osnove i opšta organizacija računarskih sistema

1. Рачунар је уређај чија је основна намена обрада
података.
Податке за обраду рачунар добија од разних улазних
уређаја као што су: тастатура, миш, јединице магнетних
дискова, разни сензори (претварачи), комуникационе
линије итд.
После обраде рачунар прослеђује резултате обраде на
један или више излазних уређаја, који су такође врло
разноврсни. То могу бити: екрани, јединице магнетних
дискова, разне врсте штампача, комуникационе линије,
разни актуатори, сигнална светла итд.
4.6. Основна структура савременог рачунара

2. Сваки рачунар се састоји од пет
основних функционалних
целина које се називају
јединице рачунара.
То су: улазна јединица,
излазна јединица, меморија
(оперативна и спољна
меморија), управљачка
(командна) јединица и
аритметичко-логичка
јединица.
Аритметичко-логичка и
управљачка јединица често се
разматрају као једна целина
која се назива централна
јединица или централни
процесор.
4.6. Основна структура савременог рачунара

3. 4.6.1. Улазна јединица
Преко улазне јединице врши се
уношење и памћење у меморији две
основне врсте података за рачунар:
а) улазних података за обраду,
б) података који представљају
упутства рачунару какву врсту
обраде и над којим подацима треба
извршити (програм).
Улазни подаци за рачунар
припремају се и уносе преко
различитих уређаја. То су најчешће:
тастатура, миш, дискета, магнетна
трака, магнетни диск и флеш
меморија.
4.6. Основна структура савременог рачунара

4. 4.6.2. Меморија
Меморија представља јединицу која
служи за памћење података и
програма.
Састоји се од оперативне или
главне меморије и масовне или
спољне меморије.
Оперативна меморија реализована
је од полупроводничких меморијских
елемената а намењена је за
привремено памћење података и
програма.
4.6. Основна структура савременог рачунара

5. 4.6.2. Меморија
Главна меморија рачунара је
организована у виду адресибилних
локација и њима се може приступати
независно и у било ком редоследу.
Адресибилност меморије
представља број битова у свакој
меморијској локацији са јединсвеном
адресом. Адресибилност меморије
варира од рачунара до рачунара.
Код неких је то бајт, код других је
меморијска реч (енг. word), коју чини
4, 8, итд. бајтова. Већина данашњих
рачунара је бајт-адресибилна.
4.6. Основна структура савременог рачунара
Адреса ширине n битова Садржај
0...000000 11011011
0...000001 01011001
0...000010 10011000
.... ...
1...111110 00110011
1...111111 10101000

6. 4.6.2. Меморија
Главна меморија се назива и RAM (енг.
Random Access Memory), што значи да је
време приступа исто за било коју
меморијску локацију. Такође, у случају
ове меморије могуће је извршити и
читање и упис. RAM спада у тип
неперманентних меморија, код које се у
случају искључења напајања постојећи
садржај меморије неповратно губи.
Насупрот RAM, постоје и ROM (енг. Read
Only Memory), чији се садржај памти и
након нестанка напајања тј. оне спадају у
тип перманентних меморија. Из ове
меморије могуће је само читање.
4.6. Основна структура савременог рачунара

7. 4.6.2. Меморија
Постоје два типа RAM меморија: статички и динамички RAM.
Разлика је у начину памћења података.
SRAM користи флип-флоп за памћење једног бита, док DRAM
користи један транзистор и кондезатор у ту сврху.
DRAM је јефтнији од SRAM, али због пражњења кондензатора,
захтева стално освежавање садржаја (пуњење кондензатора).
DRAM меморија има већи капацитет и мању потрошњу, али је и
спорија у односу на SRAM. Зато се SRAM користи као привремена
радна меморија или кеш меморија, а DRAM као главна меморија.
4.6. Основна структура савременог рачунара

8. 4.6.2. Меморија
Главна меморија је неперманентног
типа и ограниченог капацитета, те је
неопходно постојање других уређаја
за складиштење програма и података
где ће они бити сачувани онда кад се
више не извршавају, или у случају кад
је рачунар искључен. Ове уређаје
зовемо секундарна (масовна)
меморија. Зато што се подаци могу
учитавати са, или уписивати на њих,
ови уређаји могу бити и улазни и
излазни уређаји. Ови уређаји могу
чувати велике количине података, те
су такође познати као уређаји за
масивно складиштење података или
масивни меморијски медијуми.
4.6. Основна структура савременог рачунара

9. 4.6.2. Меморија
Масовна (спољна) меморија служи за
памћење података великог обима и
њихово архивирање, а знатно је
спорија од оперативне меморије.
Медијуме за ове меморије
представљају магнетне траке,
магнетни дискови и оптички дискови.
Масовне меморије могу бити фиксне,
нпр. дискови, и изменљиве, нпр.
дискете, оптички дискови, магнетне
траке, флеш меморије и слично.
Најраспрострањенији уређаји за
складиштење података су: хард диск
(HDD), полупровоснички диск (SSD),
USB флеш диск и оптички дискови (CD,
DVD, Blu-ray disk).
4.6. Основна структура савременог рачунара

10. 4.6.3. Аритметичко-логичка јединица
Аритметичко-логичка јединица је део
рачунара где се извршавају разне
операције над подацима. То су пре свега
основне аритметичке операције:
сабирање, одузимање, множење и
дељење, затим логичке операције, али и
операције као што је померање бинарног
садржаја у лево или удесно, и друге. Која
операција и над којим подацима треба да
се изврши, аритметичко-логичкој јединици
саопштава управљачка јединица.
4.6. Основна структура савременог рачунара

11. 4.6.3. Аритметичко-логичка јединица
Аритметичко- логичка јединица
представља прекидачку мрежу са 2n
улаза и n излаза, где је n дужина
машинске речи. На улаз јединице доводе
се два бинарна низа дужине n а на излазу
се добија бинарни низ дужине n који је
резултат примене неке дефинисане
аритметичке, логичке и друге операције
над улазним низовима. Аритметичко-
логичка јединица служи пре свега за
реализацију аритметичких операција
сабирања и одузимања и логичких
операција „и“ (AND), „или“ (OR) и
„искључиво или“ (XOR) .
4.6. Основна структура савременог рачунара

12. 4.6.4. Управљачка јединица
Управљачка јединица управља током
извршења операција у рачунару тако што
на основу упутства о потребној обради
одређује (налаже) активности свих
осталих јединица рачунара и прати
њихово обављање. Примери тих
активности су: улаз података, приступ
подацима ради памћења или читања,
редослед извршења операција и излаз
резултата.
Управљачка јединица генерише
управљачке сигнале и координира све
активности унутар процесора. Она
прибавља, декодира и омогућава
извршење инструкције.
4.6. Основна структура савременог рачунара

13. 4.6.4. Управљачка јединица
Да би се инструкција извшила, управљачка
јединица треба да одреди о којој се
инструкцији ради. То може бити
инструкција за учитавање података са
улазног уређаја, за приказивање података
на излазном уређају, или извођење неке
операције над подацима. Приликом
декодирања инструкције генеришу се
одговарајући управљачки (контролни)
сигнали. Низ таквих управљачких сигнала
руководи извршавањем инструкције.
Рачунар може извршавати само
инструкције које су садржане у скупу
инструкција његовог машинског језика (енг.
instruction set) који дефинише архитектура
процесора.
4.6. Основна структура савременог рачунара

14. 4.6.5. Излазна јединица
Излазна јединица служи да се резултати
добијени после обраде или друге потребне
информације запишу или запамте у
погодном облику, и да се они саопште
спољашњем свету. Као излазне јединице
најчешће се користе разни типови
штампача, али то могу бити и јединице
магнетне картице, јединице магнетне траке
и јединице магнетних дискова. Такође се
као излази врло често користе видео
екрани терминала, уређаји за цртање
(цртачи) и микро филм.
4.6. Основна структура савременог рачунара

15. 4.6.5. Излазна јединица
Као излаз се користе и многи уређаји које
рачунар директно активира или укључује
као што су: сигнална светла, вентили,
актуатори, звучни сигнали и сл.
Магнетни диск и магнетна трака су два
медијума на којима се могу запамтити
подаци знатно већег обима него што је
капацитет оперативне меморије. Због тога
се ови медијуми користе у излазним
јединицама као спољне меморије великог
капацитета. Капацитет и брзина рада
полупроводничких спољашњих меморија
је у сталном порасту и очекује се ће ускоро
постати доминантна спољна меморија.
4.6. Основна структура савременог рачунара