Informatika

1
Informatika
Osnove hardvera unutar racunara
2
Hardver racunara

• Ciljevi
• Na koji nacin se u racunaru memorišu i obraduju
  podaci - informacije
• Osnovna struktura i organizacija racunara
• Funkcije i medusobna interakcija glavnih
  komponenti racunara
• Vrste memorija i memorijskih uredaja

3
Hardver racunara

• Osnovne funkcije racunara 01
• Prihvatanje ulaza
• prihvatanje podataka iz spoljašnjeg sveta
• Obrada (procesiranje) podataka
• obavljanje aritmetickih ili logickih operacija
  (donošenje odluka) nad podacima

4
Hardver racunara

• Osnovne funkcije racunara 02
• Formiranje izlaza
• dobijanje informacija i slanje informacija u
  spoljašnji svet
• Memorisanje informacija
• slanje i skladištenje informacija u memoriju
  racunara

5
Hardver racunara

• Osnovne HW komponente 01
• 1. Ulazni uredaji
• Tastatura (keyboard)
• Miš (mouse)
• Skeneri (image scanners)
• Citaci bar kodova
• Mikrofon
• Kamera
• Joystick

6
Hardver racunara

• Osnovne HW komponente 02
• 2. Izlazni uredaji
• Monitor ili video displej
• Štampac
• Projektor
• Ploter
• Zvucnici

7
Hardver racunara

• Osnovne HW komponente 03
• 3. Centralna jedinica za obradu
• Procesor
• Maticna ploca
• Memorija
• Graficka, zvucna, mrežna, TV kartica, ...
• Modem
• Jedinica za napajanje

8
Hardver racunara

• Osnovne HW komponente 04
• 4. Memorije i memorijski uredaji
• Primarna memorija RAM (Random Access Memory)
• Sekundarna memorija Memorijski uredaji
• koji služe za dugotrajno skladište podataka
• Cvrsti diskovi (HD)
• CD i DVD jedinice
• Blu-Ray uredaj
• Flash memorije
• Flopi Disk, ZIP uredaj
• Magnetne trake

9
Hardver racunara

• Hardver (hardware computer hardware)
• Opipljivi deo racunara
• Hardver se mnogo rede menja nego softver
• Mogucnosti racunara u najvecoj meri zavise od
  hardvera i njegovog kvaliteta (performanse)

10
Hardver racunara
11
Hardver racunara
Predstava informacija u racunaru

• Informacija
• Obradeni podaci koji daju novo znacenje
• Bilo šta što se može biti predmet komuniciranja
• Informacije se pojavljuju u mnogim oblicima
• Reci, brojevi, slike
• Audio, video, animacije

12
Binarni brojni sistem

• Racunarske informacije su digitalne
• Bit ili binarna cifra
• Najmanja jedinica informacija
• Može da ima samo dve vrednosti 1 ili 0
• Može da predstavlja brojeve, kodove ili naredbe
• Bajt skup od 8 bita

13
Binarni brojni sistem

• Korišcenjem dva simbola (0 i 1) svi brojevi mogu
  biti predstavljeni i nad njima se mogu obavljati
  proizvoljne aritmeticke operacije
• Bilo koji broj se može posmatrati kao komponente
  svojih pozicionih vrednosti od kojih je svaka
  stepena dva
• 19 se predstavlja binarno sa 00010011

14
Binarni brojni sistem

• Brojevi zapisani sa bitima
• Binarni brojni sistem
• Oznacava sve brojeve kombinovanjem samo dve
  binarne cifre
• Decimalni brojevi se mogu konvertovati u binarne
  i obrnuto
• Obrada binarnih brojeva je potpuno skrivena od
  korisnika racunara

15
Binarni brojni sistem

• Kodiranje
• ASCII
• Najcešce korišceni kod
• American Standard Code for Information
  Interchange
• 8 bita 256 jedinstvenih znakova
• 28256
• Unicode
• Kodna šem koja može biti
• 8 bita, 16 bita, 32 bita
• Nasledivanje, tj. kompatibilnost unazad

16
Binarni brojni sistem

• ASCII
• Industrijski standard
• Kodirani su
• Brojevi, slova, karakteri
• Non printable (nevidljivi) od 0 do 31
• Lower ASCII od 32 do 127
• Higher ASCII od 128 do 255
• Mogu se menjati zavisno od stranog jezika koji se
  koristi
• Specijalni simboli
• Graficki karakteri

17
Standard ASCII characters
Binarni brojni sistem
18
Binarni brojni sistem
Extended ASCII characters
19
Binarni brojni sistem

• Instrukcije programa su u binarnom zapisu
• Sacuvani programi se smeštaju kao skupovi bita
• Programske instrukcije su prezentovane u binarnoj
  notaciji kao odgovarajuci kodovi instrukcija

20
Binarni brojni sistem

• Osnovni nedostatak u binarnom predstavljanju
  brojeva je predugacak zapis broja
• U racunarskim sistemima najcešce koristi
  heksadecimalni sistem predstavljanja brojeva
• Heksadecimalni brojni sistem 16 cifara
• 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E,F
• Primeri
• 0100 0001 b 41h
• 1010 0111 b A7h

21
Brojni sistemi
Osnova za preracunavanje
22
Binarni brojni sistem

• Obeležavanje
• b bit
• B bajt

8 b 1024 B 210 B 1024 KB 210 KB 1024
MB 210 MB 1024 GB 210 GB 1024 TB 210 TB

• Bajt
• Kilobajt (KB)
• Megabajt (MB)
• Gigabajt (GB)
• Terabajt (TB)
• Petabajt (PB)

23
Maticna ploca

• Sistemska ploca - motherboard
• Povezuje komponente i omogucava komunikaciju
  izmedu delova racunara
• Od maticne ploce zavise
• Performanse
• Tip procesora koje podržava (AMD, Intel)
• Integrisane komponente
• kontroler za zvuk, grafiku, LAN cip, USB
  prikljucak, flopy kontroler

24
Maticna ploca
25
Dijagram savremene maticne ploce
Northbridge je neka vrsta kontrolera koja
omogucava komunikaciju izmedu procesora,radne
memorije, te graficke kartice (AGP ili PCI
Express) i southbridgea. Southbridge se još zove
I/O kontroler (engl. input/output controller) što
bi u prevodu znacilo ulazno/izlazni kontroler i
on komunicira sa sporijim komponentama jer nije
direktno povezan sa procesorom.
26
Maticna ploca

• Cipset povezuje sve delove sa procesorom
• NorthBridge
• Veza sa memorijom i grafickom karticom,
  integrisan je, performanse se mogu menjati kroz
  BIOS i softverski
• SouthBridge
• Sporiji od NorthBridgea, povezuje procesor sa
  PCI, USB, ...
• Socket
• Odreduje koji se procesor može ugraditi u maticnu
  plocu
• Npr. ne može se ugraditi AMD procesor u maticnu
  plocu koja podržava Intel Socket

27

• CPU - Central processing unit
• CPU (mikroprocesor, µP)
• Poluprovodnicki cip
• Interpretira i izvršava programske instrukcije
• Nadgleda aritmeticke i logicke operacije nad
  podacima
• Broj tranzistora u jednom cipu se udvostrucava na
  svakih 18 meseci

CPU
28
CPU

• Komunicira sa svim ostalim delovima racunara
  indirektno preko memorije
• BIU Bus Interface Unit
• Izvršavanje instrukcija
• EU Execution Unit
• ALU Arithmetic Logic Unit
• Kompleksan skup elekt. kola (sastoji se od
  stotina miliona tranzistora i dioda)

29
CPU
30
CPU
31
CPU

• Registri
• Registri opšte namene privremeno cuvanje
  rezultata
• IP - Instruction pointer registar, sadrži adresu
  sledece instrukcije koju BIU (Bus Interface Unit)
  treba da prenese iz memorije u procesor
• PSW - Processor Status Word, registar služi da
  zapamti nekoliko bitnih osobina poslednjeg
  rezultata dobijenog iz ALU i da zapamti odredena
  setovanja procesora

32
CPU

• Koraci koje obavlja CPU
• Prihvat (fetch) naredbi iz RAM-a
• Citanje podatka iz RAM-a - ako se zahteva u
  naredbi (reading)
• Dekodovanje naredbi (decoding)
• Izvršenje naredbe (executing)
• Upis rezultata obrade - u MEM ili periferijsku
  jedinicu (writing)

33
CPU

• Pipelining
• Pre nego što procesor završi sa obradom prve
  instrukcije zapocinje se obrada naredne
• Omoguceno povecanje brzine obrade instrukcija
• Standardna karakteristika procesora

34
CPU

• Pipelining

• Instruction fetch
• Instruction decode and register fetch
• Execute
• Memory access and Register write back

35
CPU

• Primer jedne instrukcije sa operandima

36
CPU

• Kompatibilnost
• Softver nije neophodno kompatibilan sa svakim CPU
• Softver napisan za PowerPC familiju procesora
  ugradenih u Macintosh racunare ne radi na
  Intelovim procesorima
• Softver napisan za Linux ne radi pod Windows OS
• Oba sistema rade na PC-u sa Intelovim
  mikroprocesorima
• CPU u okviru iste familije po pravilu su
  kompatibilni unazad
• Noviji procesori mogu da izvršavaju sve
  instrukcije koje se izvršavaju i na starijim
  modelima
• Instrukcije se izvršavaju i na starijim modelima

37
CPU

• Proizvodaci
• Intel
• Pentium, Celeron, Xeon, Itanium
• AMD
• Serija Athlon
• Motorola
• MC68xxx, PowerPC (za Macintosh)

38
CPU

• Performanse
• Aplikacije zahtevaju brže mašine u cilju
  postizanja zadovoljavajucih rezultata
• Ukupne performanse racunara su odredene sa
• Brzinom takta (clock speed) procesora
• Izražava se gigahercima
• (1GHz milijarda taktnih ciklusa u sekundi)
• Arhitekturom i dužinom reci procesora
• Radne stanice i serveri koriste 64-bit procesore
  
• Vecina PC-a koriste 32-bit procesore
• Neki ugradeni (embedded) i racunari posebne
  namene koriste još uvek 8-bitne i 16-bitne
  procesore

39
CPU

• Performanse
• MIPS
• MIPS (miliona instrukcija u sekundi)
• Ukupan broj instrukcija koje se mogu obaviti u
  jedinici vremena
• Nije toliko od interesa racunari obavljaju
  razlicite poslove
• Megaflopsi
• Milioni operacija sa pokretnom decimalnom tackom
  koje procesor može da izvrši za jednu sekundu

40
Hardver racunara

• Performanse
• Tehnike za povecanje racunarske moci su
• Paralelno procesiranje
• Server klasteri

41
Hardver racunara

• BIOS Basic Input/Output System - Osnovni set
  instrukcija za pokretanje racunara.
• Memorijski slotovi Za prihvat RAM memorije,
  obicno ih ima više
• PCI slotovi Peripheral Component Interconnect
  (ISA, EISA) konektori za zvucne, TV, mrežne,
  graficke karte, ...
• AGP port Accelerated Graphics Port, konektor
  iskljucivo namenjen za graficke kartice,
  karakteriše ga veca brzina od PCI-a

42
Hardver racunara

• IDE konektori Integrated Drive Electronics,
  služi za spajanje PATA hard diskova, optickih
  uredaja (DVD/CD-ROM/RW) obicno postoje dva
  konektora.
• SATA konektori Serial Advanced Technology
  Attachment je nešto novijeg datuma nego PATA,
  služi za konektovanje SATA hard diskova i ima
  bolje performanse
• USB prikljucci Universal Serial Bus, služi za
  prikljucivanje spoljnih uredaja (printera,
  memorijskih stick-ova itd.). Najnoviji standard
  je USB 2.0
• Legacy konektori Prevazideni konektori (serijski
  i paralelni), podrška starim uredajima, sve manje
  se koriste. Odlikuje ih mala brzina.

43
Hardver racunara

• Konektori za periferije Konektori za miš i
  tastaturu su takode veoma stari i nisu se previše
  menjali. Danas se sve više proizvode za USB
  standard.
• CMOS baterija Pamti osnovne postavke i sadrži u
  sebi sistemski sat
• Integrisani delovi Vecina ploca danas ima vec
  ugradene audio (zvucne), mrežne, pa i graficke
  cipove.
• Naponski konektor Preko njega maticna ploca
  dobija struju (od AC/DC konvertora), te je
  raspodeljuje ostalim delovima na maticnoj ploci.

44
Hardver racunara

• Magistrale, portovi i periferije
• Na maticnoj ploci racunara (motherboard)
  informacije se prenose izmedu pojedinih
  komponenti preko skupa veza koje se zovu
  sistemska magistrala (system buses, ili samo
  buses)

45
Hardver racunara
PRIMARY STORAGE
CPU
DATA BUS ADDRESS BUS CONTROL BUS
46
Hardver racunara

• Magistrale, portovi i periferije
• Magistrale
• Tipicno imaju 32 ili 64 veze
• Povezuju memorijske jedinice
• Povezuju proširive slotove
• Povezuju spoljašnje magistrale i portove
• Slotovi i portovi
• Olakšavaju jednostavno povezivanje spoljašnjih
  uredaja (periferijske jedinice)

47

• RAM Random Access Memory
• Dinamicka zahteva osvežavanje sadržaja tokom
  rada
• Staticka zahteva stalno napajanje
• ROM Read Only Memory
• PROM Sadržaj se može upisati jedanput
• EPROM Može se brisati ultraljubicastom svetlošcu
• EEPROM Može se brisati elektricno
• Flash Dozvoljava višestruki upis

Memorija
48

• RAM (random access memory) memorija sa slucajnim
  pristupom
• Poluprovodnicka komponenta
• Koristi se za privremeno memorisanje programskih
  instrukcija i podataka
• Jedinstvene adrese, podaci se mogu smestiti u
  bilo koju lokaciju
• Brz pristup (citanje i upisivanje)
• Informacije ne ostaju memorisane kada se iskljuci
  napajanje

Memorija
49
Memorija

• Racunarska memorija
• ROM (read-only memory)
• Podaci se memorišu permanentno
• Po pravilu se u ovu memoriju upisuju startup
  instrukcije i drugi permanentni podaci
• Fleš memorije
• Koriste se u telefonima, pejdžerima, prenosivim
  racunarima, PDA itd.
• Moguc je višestruki upis
• Sadržaj se cuva i u odsutsvu napajanja

50
Hijerarhija kod memorija
Memorija
CPU registri
Kapacitet
Cache
Brzina
RAM
Sekundarna memorija
51
Memorija

• Racunarska memorija
• CPU Registri
• Privremene lokacije za medurezultate i tekuce
  instrukcije
• Keš memorija
• L1 interno u procesoru
• L2 - Brza memorija izmedu CPU i RAM-a, za podatke
  koje CPU cesto traži 1MB
• RAM
• Read/write memorija za prihvat podataka i
  instrukcija programa koji se izvršava 256, 512,
  1024 MB
• Sekundarna memorija
• Masovna memorija sa podacima i programima 200
  GB
• Deo ove memorije može da se koristi za virtualnu
  memoriju

52
Rad sa podacima

• Pristup memoriji i periferijama
• Poliranje
• Mehanizam prekida - omogucava efikasniji rad
  racunara sa periferijama
• Eksterni
• Interni
• DMA Direct Memory Access, predstavlja direktan
  transfer podataka izmedu periferije i memorije
  bez posredovanja procesora u tom transferu

53
Napajanje

• Konverzija AC u DC napajanje
• 220 V u 3,3 V, 5 V i 12 V
• Ima sopstveno hladenje
• Glavna karakteristika napojne jedinice je njena
  snaga. Izražava se u vatima (W).

54
Notebook (laptop) racunari

• Režim hibernacije
• Trajanje baterije važna karakteristika
• Autonomni rad od 1 do 8 casova
• Režim hibernacije (hibernation mode)
• U cilju smanjenja utroška energije i produženja
  vremena izmedu dva punjenja
• Kada se racunar duže ne koristi, a ostao je
  ukljucen svi aktivni podaci iz RAM-a se smeste na
  HD, a racunar je prakticno iskljucen

55
Plug and Play

• Ukljucivanje ili iskljucivanje (memorija, cipova,
  dodatnih plocica, flash memorija, uredaja itd.)
  menja konfiguraciju racunara
• Plug and Play tehnologija nije potrebno posebno
  podešavanje i setovanje
• Po prvi put videno na Apple Macintosh racunarima
• Kod starijih racunara ovakve akcije su zahtevale
  izmenu prekidaca (switches) ili džampera (jumpers)

56
Hardver racunara

• Perspektive
• Nova laserska tehnologija nazvana EUVL (Extreme
  Ultraviolet Lithography ) drasticno ce povecati
  performanse i smanjiti dimenzije cipova
• Superprovodnici koji provode elektricitet bez
  zagrevanja ce povecati brzinu racunara za dva
  reda velicine
• U optickim racunarima se signali prenose
  svetlošcu, a ne elektricnim impulsima

57
Hardver racunara - Zakljucak

• Racunari manipulišu sa sekvencama bita - binarnim
  reprezentima informacija
• CPU izvršava programske instrukcije koje su
  takode kodirane kao nizovi bita, obavljajuci
  racunske i logicke operacije kojima se ulazni
  podaci transformišu u izlazne
• Nisu svi CPU medusobno kompatibilni

58
Hardver racunara - Zakljucak

• CPU koristi
• RAM (random access memory) kao privremenu
  memoriju za instrukcije i podatke
• ROM (read-only memory), sadrži nepromenljive
  informacije koje služe kao referentni materijal
  za CPU u toku izvršavanja programskih instrukcija
• CPU, radna memorija, kontroleri, generatori
  taktova itd. nalaze se na maticnoj ploci i
  povezani su odgovarajucim magistralama