1

GRAA DIGITALNIH RAUNALNIH SUSTAVA

2

Digitalno raunalo je elektroniki ureaj namijenjen za obavljanje razliitih raunskih i logikih operacija, koji se sastoji od:

1. Sustava sklopovlja ---- (HARDWARE )

2. Sustava programa ---- programska potpora

(SOFTWARE)

3.Sustava dokumentacije -- pisanih uputa za

instaliranje i koritenje ureaja i programa

3

Hijerarhijski model raunalnog sustava

Korisniki programi

Usluni programi

Jezgra operacijskog sustava

Sklopovlje

(ili)

Hardware

Servisni programi Pomoni programi

So

ftw

are

za u

pra

vlj

anje

baz

ama

po

dat

aka

Jezini p

rocesi

Dokumentacija

Korisniki programi

4

SKLOPOVLJE ( hardware )

SKLOPOVLJE skup elektronikih kom-ponenti i ureaja povezanih sa jedinstvenu cjelinu.

Fizike jedinice (materijalne komponente).

U prostoriju za raunalnu tehniku donesu se uredno spakirane; to se raspakiraju i

meusobno poveu prema uputama u jedinstvenu funkcionalnu cjelinu

5

PROGRAMSKU POTPORU

( software )

PROGRAMSKU POTPORU ine programi koje raunalo izvrava.

Dolazi kao skup binarnih zapisa pohranjen na nekom od trajnih medija pohrane podataka i "uitava" se a raunalo putem za to svrhu dizajniranih ureaja, rijede kao pisani materijal na osnovu kojeg se utipkavaju sadraji preko tipkovnice.

Dakle, nije materijalna, predstavlja "PAMET" raunalnog sustava.

6

DOKUMENTACIJA

DOKUMENTACIJA je niz prirunika, uputa ili dokumenata, bilo otiskani ili to je ee dokumentiranih na CD-u, a svrhu instaliranja, povezivanja, koritenja i odravanja DRS.

Ve je uvrijeeno da korisnik nakon dueg vremena eksploatacije sustava ima povremeno potrebu neto doraditi pa se a tome esto igra metode pogaanja rjeenja umjesto da odmah proita dokumentaciju..

Dokumentacija se ne ita zadnja, to uvijek vrijedi RTFM (Read The Fuck Manual).

7

Sklopovlje digitalnog raunalnog sustava

Grafikakartica

Zvunakartica

Procesor

Matina ploa

Napajanje

Hladnjak

procesora

Kuite

Tastatura i mi

Tvrdi disk

RAM

Monitor

Pisa

Skener

Meki disk

Zvunici

Digitalni

foto

aparat

ili

kamera

Web

kamera

DVD-CD/RW

PODATAKUMIJEE

Prijenosn

i trvtdi

disk

USB HUB

mrenakomponenta

OBRADA

U L A Z N O - I Z L A Z N I P O D S U S T A V

S R E

D I N

J I P

O D S

U S T

A V

M E M

O R I J S K I P O D S U S T A V

ZNANJE

INFORMACIJA

INFORMACIJA

ZNANJE

8

VON NEUMANN model raunala

9

Von Neumannov raunalo ine 4 meu-sobno povezane jedinice:

1. ulazno-izlazni podsustav ine:

a) ulazno podsustav ine obodne jedinice koje omoguavaju komunikaciju izmeu ovjeka i raunala , odnosno svi one jedinice koji omoguavaju unos podataka ili programa iz okoline u raunalo.

Ulazne jedinice su: tastatura, mi, light-pen, monitor, touch-monitor, grafika tabla, skener, sklopovi za raspoznavanje govora , A/D pretvornici i dr..

10

b) izlazni podsustav ine jedinice koji podatke iz raunala pretvaraju u oblik prihvatljiv okolini.

Izlazne jedinice su: monitor sa katodnom

cijevi, monitor s tekuim kristalom, tampai, sintetizatori zvuka,D/A pretvornici, releji i ploteri.

11

2. Sredinja procesorska jedinica (eng. Central Processing Unit) upravlja izvoenjem operacija, a ujedno i izvrava te operacije.

Sredinja procesorska jedinica objedinjuje aritmetiko-logiku jedinicu (eng. Arithmetical and Logical Unit) i upravljaku jedinicu (eng. Control Unit).

Aritmetiko logika jedinica izvrava osnovne aritmetiko-logike operacije i privremeno pohranjivanje podataka koji sudjeluju u operaciji.

Upravljaka jedinica u skladu s instrukcijskim zahtjevima odailje signale koji slue za voenje i upravljanje ostalim jedinicama raunalnog sustava.

12

3. Memorijsku jedinicu omoguava privre-meno ili stalno pohranjivanje podataka.

meurezultata i rezultata. Pogodno je da se u memoriji pohranjuju programi (ins-

trukcije koji upravljaju izvoenjem obrade).

U integriranoj tehnologiji sredinjoj procesorskoj jedinici po funkciji i namjeni

odgovara mikroprocesor (eng. Micro-

processor).

13

Mikroprocesori i mikroraunala

14

Mikroraunalo je raunalo koje ima mikroprocesor izvedenu u tehnologiji VLSI i LSI, memoriju s izravnim pristupom RAM, ispisnu memoriju ROM, ulazno/izlazne meusklopove , generator signala vremenskog voenja, pomone sklopove.

Mikroraunalo moe imati i neke druge sklopove kao to su:

memorijska upravljaka jedinica (eng. MMU - Memory Management Unit),

koprocesor ili matematiki procesor,

procesor za direktni pristup memoriji (DMA procesor) i

sabirnice (eng. Bus) koje predstavljaju komunikacijski put (kanal) izmeu mikroprocesora i ostalih modula mikroraunala, koje su zapravo skup linija veze namijenjene prijenosu adresa, podataka i upravljakih signala .

15

Mikroraunalski sustav- DRS se podra-zumijeva mikroraunalo s bogatijom perifernom opremom i programskom

opremom.

Mikroraunalo je sastavljeno od etiri bazina podsustava:

mikroprocesora,

memorije,

ulazno/ izlaznog bloka.

Blok shematski prikaz

16

MIKROPROCESOR

POMOCNI

SKLOPOVI

SABIRNICA

ULAZNI

MEUSKLOPOCI

MEMORIJA

PROGRAMSKA

PODRKA

ULAZNI

MEUSKLOPOCI

DODATNI

SKLOPOVI

ULAZNE JEDINICE

(TIPKOVNICE, MI..)

IZLAZNE JEDINICE

(PRINTER,D/A,..)

DIGITALNO MIKDRORAUNALO

DIGITALNI MIKRORAUNALNI SUSTAV

17

Mikroprocesor

Mikroprocesor je sloeni programski upravljivi sklop koji automatski pribavlja, dekodira i

izvrava instrukcije, te odgovara po funkciji i namjeni sredinjoj jedinici digitalnog raunala.

On se izvodi u tehnologiji visokog ili vrlo visokog

stupnja integracije (eng.LSI-Large Scale

Integration, VLSI-Very Large Scale Integration),

te se veina izvodi u obliku jednog ipa.

Postoje neki koji su napravljeni od vie ipova, npr. 32-bitni iAPX 432.

18

ARESNI

MEUREGISTAR

PODATKOVNI

MEUREGISTAR

AKOMULATOR

PRIVREMENI

REGISTAR

STATUSNI REGISTAR

PROGRAMSKO

BROILO

INSTRUKCIJSKI

REGISTAR

UPRACLJACKA

JEDINICA

KAZALO STOGA

REGISTRI OPCE

NAMJENE

ALU

Pojednostavljeni model mikroprocesora

19

Mikroprocesor kao "upravljaka jedinica" , ima sklopove za rukovanje podacima i

upravljake sklopove, kao na primjer:

akumulator za privremeno pohranjivanje operanda, rezultata, meurezultata i ulazno-izlaznih podataka. Akumulator je

opi registar koji se koristi pri najveem broju operacija mikroprocesora.

20

programsko brojilo sadri adresu sljedee instrukcije, odnosno voenje mikroprocesora kroz program koji se izvrava. Nakon svakog memorijskog ciklusa sadraj programskog brojila se automatski poveava za jedan (inkreme-ntiranje).

instrukcijski registar sadri operacijski kod instrukcije koja se upravo izvrava. Iz instrukcijskog registra operacijski kod se

dekodira kako bi se generirali niz upravljakih signala i potaknulo odreene sklopove na izvrenje.

21

Sabirnice (eng. bus) Kod digitalnog raunalnog sustava postoje

razmjenu podataka unutar mikroprocesora, razmjenu podataka izmeu mikroprocesora i ostalih komponenti raunalnog sustava i razmjenu podataka izmeu raunala i obodnih jedinica raunalnog sustava.

U irem smislu sabirnica je standardizirana veza za razmjenu podataka izmeu dva ili vie ureaja.

U uem smislu sabirnica je standardizirana veza za razmjenu podataka unutar mikroprocesora ( interna sabirnica), unutar raunala (vanjska sabirnica), izmeu dva i vie raunala ili izmeu raunala i obodnih jedinica (obodna sabirnica).

22

Ovisno o vrsti signala koji se njima ire, vanjska sabirnica se dijeli na:

podatkovna sabirnica,

adresna sabirnica i

upravljaka sabirnica.

23

Podatkovna sabirnica (eng. data bus) jest skup

vodia za prijenos signala koji predstavljaju podatke, odnosno podatkovna sabirnica prenosi

podatke izmeu razliitih LSI/VLSI komponenti raunala. Broj vodova jednak je broju bita koliko ima rije mikroraunala (mikroprocesor).

Standardno mikroraunalo ima dvosmjernu sabirnicu podataka koja omoguuje dvosmjerni tok podataka istim linijama, ali ne i istovremeno.

32-bitna raunala redovito imaju podatkovnu sabirnicu od 32 vodova (D0-D31).

24

Adresna sabirnica (eng. adress bus) jest skup vodia za prijenos signala koji predstavljaju adresu ( adresu memorijskog ipa i rijei u njemu, U/I meusklopa i njegovih registra ), od jednog dijela sustava prema drugom.

Adresna sabirnica je redovito jednosmjerna u smjeru od mikroprocesora prema vanjskim komponentama mikroraunala.

8-bitna raunala imaju adresnu sabirnicu od 16 vodova.

25

Upravljaka sabirnica (eng. control bus) jest skup vodia za prijenos signala koji predstavljaju upravljake signale, odnosno upravljaka sabirnica prenosi upravljake signale izmeu mikroprocesora i ostalih komponenti mikroraunala i obrnuto.

Tipini upravljaki signali su jednobitni i obavjetavaju komponente raunala o stanju mikroprocesora, ili obavjetavaju mikroprocesora o stanju komponenti

raunala.

26

Memorije Kod Von Neumannove arhitekture raunala podaci i

programi se uvaju u memoriji.

Ova memorija je s izravnim pristupom i ona je povezana sa sredinjim procesorom i koristi se za neposredno spremanje i itanje podataka.

Instrukcije, podaci, rezultati i meurezultati pohranjuju se u memoriji i pozivaju iz memorije.

Kod raunala obino se skuplja nekoliko bitova (jedan bajt) i pohranjuje na odreeno mjesto u memoriji. Ovo se mjesto naziva memorijska lokacija.

Svaka memorijska lokacija unutar memorije ima svoju adresu, kako bismo mogli pronai upisani podatak ili adresu memorijske lokacije kako bi upisali podatak.

27

Da bi opisali memorije koristi se vie razliitih parame-tara. Osnovni parametri memorije su:

kapacitet memorije - broj koji nam kae koliko je maksimalno mogue pohraniti bitova unutar memorije.

vrijeme pristupa memoriji vremenski interval koji protekne od trenutka pojave instrukcije ili signala za itanje podataka, pa do trenutka pojave traenog podatka na odgovarajuim izlazima.

memorijski ciklus minimalni dozvoljeni vremenski interval izmeu dva uzastopna pristupa memoriji.

vrijeme upisa vremenski interval koji protekne od trenutka pojave signala za upis pa do trenutka zavretka operacije upisa.

brzina prijenosa podataka - broj bitova, bajtova ili memorijskih rijei koji ureaj moe prenijeti u jednoj sekundi nakon to se glave za itanje-upis postave na poetak segmenta podataka.

28

Memorija RAM

Glavna memorija, primarna memorija (eng. RAM random access memory memorija sa izravnim pristupom) koja slui za uvanje podataka koji se mijenjaju za vrijeme izvoenja programa, te programa koji se razvijaju i prolaze faze testiranja, uz popravke i preinake.

S obzirom na nain rada postoje:

statike memorije sa izravnim pristupom i

dinamike memorije sa izravnim pristupom

29

Statika memorija kao memorijske elemente koristi poluvodike elemente i podatke pohranjuje u bistabilima.

Bistabil je elektroniki sklop koji moe pamtiti dva stabilna stanja.

Podatak se pamti strujom.

Jednom pohranjen podatak u takvu memoriju nee se gubiti sve do prekida napajanja memorijskog elementa ili do upisa novog podatka u istu memorijsku lokaciju ( jedan bit podatka = jedan bistabil ).

30

Dinamika poluvodika memorija RAM pohranjuje podatke u obliku naboja

"kondenzatora" (parazitna kapacitivnost ).

Podatak se pamti nabojem.

Zbog nesavrenosti "kondenzatora" naboj otjee, te se takav element mora periodiki osvjeavati ( svake 1 ili 2 mili sekunde ) .

Osvjeavanje (eng. memory refreshing) se sastoji u oitanju nabijenosti " kondenzatora" prije nego se ispraznio i ponovnim nabijanjem

na punu vrijednost .

31

ROM memorija

Ispisna memorija ( memorija s konstantnim sadrajem - ROM - eng. read only memory , memorija samo za itanje, stalna memorija) jest memorija s neposrednim pristupom koja omoguava da se upisani podatci mogu samo itati.

Nakon upisa podatak se moe itati bez broj puta, ali ne i mijenjati na bilo koji nain, brisati ili upisivati novi podatak.

Memorija ROM ispunjava dva zahtjeva: neizbrisivost i neunitivost sadraja

32

U ROM memoriju najee upisuju podaci potrebni operacijskom sustavu raunala (BIOS).

Osnovne prednosti ROM-memorija jesu: veoma niska cijena po bitu pohranjene informacije za vee serije i neovisnost sadraja o prekidu napajanja.

Nedostatci su: potreba za velikom serijom, te nemogunost promjene sadraja u sluaju greke ili potrebe za izmjenom upisanog sadraja.

33

U raunalnoj tehnici postoji nekoliko vrsta ROM memorije s obzirom na mogunost brisanja odnosno upisa podataka:

PROM ( eng. user prograammable read only memory ),

EPROM (eng. erasable programmable read only memory) ,

EAROM (eng. electrically alterable ROM)

EEPROM (eng. electrically erasable PROM i dr.

34

Priruna memorija (eng. cache)

Izmeu memorije i mikroprocesora (CPU) je nerazmjer u brzini.

Mikroprocesor bre obrauje instrukcije i podatke negoli se oni mogu pribavljati iz radne memorije, zbog ega je ograniena ukupna brzina razmjene.

Zbog razlike u brzini rada procesora i memorije nastaje problem jer memorija postaje usko grlo sistema.

Jedno od rjeenja tog problema je upotreba prirune memorije. Drugi nain, jednostavniji i loiji jest uvoenje stanja ekanja CPU

35

Priruna memorija je brza memorija i malog kapaciteta.

U prirunu memoriju pohranjuje tekue aktivne segmente programa i podataka.

Priruna memorija ubrzava razmjenu podataka izmeu mikroprocesora i radne memorije, a sastoji se vrlo brze memorije i sloenijeg sklopovlja za upravljanje prirunom memorijom.

U sklopovskom pogledu to je skup registra ostvaren kao asocijativna memorija.

36

MIKROPROCESOR

PO

DA

CI

AD

RE

SA

Priuvna memorija

Radna memorija

37

Priruna memorija moe biti izvedena kao:

Instrukcijska priruna memorija (I cache): upotrebljava se za pohranjivanje instrukcija,

Priruna memorija podataka (D cache): upotrebljava se za pohranjivanje esto upotrebljavanih podataka.

Instrukcijska priruna memorija i priruna memorija podataka (I&D cache): moe biti ostvarena kao jedinstvena priuvna memorija (podaci i instrukcije nalaze su u istoj fizikoj priuvnoj memoriji) i izdvojena (fiziki podijeljena u dva dijela).

38

Realizacija prirune memorije kod suvremenih procesora moe biti:

interna priruna memorija u samom procesoru (razina L1) i

vanjska priruna memorija na matinoj ploi neposredno uz procesor (razina L2)

39

Da bi se ubrzala razmjena podataka

izmeu sekundarne memorije (disk) i CPU odnosno memorije, kod digitalnih rau-nala postroji brza priruna memorija diska (eng. disc cache).

Zadatak prirune memorije diska je da ubrza razmjenu podataka izmeu radne memorije i relativnog sporog magnetskog

diska.

40

Virtualna memorija

Virtualna memorija je softverski mehanizam

kojima se omoguava izvoenje korisnikih programa koji su vei od kapaciteta radne memorije, ili pak istovremeno izvoenje vie korisnikih programa ija ukupna prelazi kapacitet radne memorije.

Odgovarajui dio operacijskog sustava omoguava da se tvrdi disk oponaa dio radne memorije, te se tako mikroprocesoru ini da mu je na raspolaganju mnogo vea radna memorija no to ona doista postoji na matinoj ploi

41

Virtualna memorija omoguava da program koji se izvrava ne mora u cijelosti biti u radnu memoriju, ve je bitno osigurati da, kada procesor zatreba instrukciju koja nije u memoriji,

postoji mehanizam koji e sa vanjskih memorija uitavati novi dio programa koji sadri potrebnu instrukciju.

Glavna prednost virtualne memorije jest

virtualno raspolaganje mnogo veom memorijom no to je stvarno ugraena na matinoj ploi. Glavni nedostatak virtualne memorije jest

viestruku sporost u odnosu na radnu memoriju.

42

Za rad virtualne memorije potrebno je uvesti

pojam logiki i fiziki adresni prostor.

Logiki adresni prostor je skup simbolikih adresa koje se pojavljuju u programu i koje

generira mikroprocesor.

Fiziki adresni prostor je skup stvarnih adresa memorijskih lokacija na ipu.

Osnovni problem virtualne memorije je izvedba

mehanizma preslikavanja velikog logikog adresnog prostora u puno manji fiziki adresni prostor

43

Da bi preslikavanje bilo efikasno, potrebno

je logiki adresni prostor i fiziki adresni prostor podijeliti na blokove.

Blokovi mogu biti fiksne veliine koji se nazivaju stranicama, ili promjenjive

veliine koji se nazivaju segmentima.

Svi mehanizmi preslikavanja se zasniva

na injenici da adrese koje su kontinuirane u virtualnom adresnom prostoru ne moraju

biti kontinuirani u radnoj memoriji

44

Glavna prednost virtualne memorije jest

virtualno raspolaganje mnogo veom memorijom no to je stvarno ugraena na matinoj ploi.

Glavni nedostatak virtualne memorije jest

viestruku sporost u odnosu na radnu memoriju.

45

USB flash ureaj

USB flash stick u osnovi je vrsat flash memeorije koja moe pamtiti podatke do od 8-10GB.

USB flash koristi USB 1.1. ili 2.0. suelje koje je veoma praktino jer ne zahtjeva nikakve dodatne pogonske programe (drivere) za rad u WindowsXP i novije operacijske sisteme.

U usporedbi s ostalim nainima za ostvarivanje komunikacije razliitih ureaja i osobnog raunala USB je postao nezamjenjiv i to radi sljedeeg:

jednostavan za prikljuivanje

mogunost prikljuivanja do 127 ureaja

Obuhvat (bandwidth) 6 MBs

Auto detekcija novog ureaja

Mogunost ostvarivanja mrenih konfiguracija

46

U konfiguraciji PC danas su obino do dva USB ureaja. Komunikacija s prikljuenim ureajima odvija se u tzv. okvirima (frames).

Okvir se sastoji od oko 1.500 bytes. Okvir starta svake milisekunde.

47