PC računar-Personal Computer

• Centralna jedinica• Periferije

Master cooler kućište

Organizacija PC računara

Matična ploča-mainboard (motherboard)

• Štampana ploča koja se sastoji od mnoštva čipova, portova i ostalih elektronskih komponenanata

• Sadrži električne vodove organizovane u magistrale koje služe za razmenu podataka između komponenata PC računara

• Matične ploče se izrađuju u odnosu na važeće standarde (form factors) koji propisuju njene osnovne karakteristike, kao što su dimenzije, raspored komponenata, način povezivanja, itd..

• AT (Advanced Technology) prvi standard koji je masovno korišćen, iz njega je razvijen ATX (Advanced Technology Extended) ’95 -’96 od strane Intela, koji se i danas koristi. Razvijeni su još i LPX, NLX, BTX standardi.

• ATX je prvi standard matičnih ploča koji nije samo uključivao I/O podrsku (serijska, paralelna, miš…), već je omogućio njihove direktne veze sa maticnom pločom. Raniji standardi imali su samo tastaturu direktno vezanu za matičnu ploču

Matična ploča-fizički izgled

Matična ploča-fizički izgled

Matična ploča-blok šema

Matična ploča-terminologija• RAM-Random-access memory• IDE-Intelligent Drive

Electronics (Integrated Drive Electronics)

• PCI-Peripheral Component Interconnect

• CMOS-Complementary Metal Oxide Semiconductor

• SATA-serial ATA (Advanced Technology Attachment)

• AGP-Accelerated Graphics Port• USB-Universal Serial Bus• BIOS-basic input/output system• LAN-Local Area Network

Matična ploča-chipset• Skup čipova (integrisanih kola) na matičnoj ploči koji omogućavaju

komunikaciju između blokova, ili čuvaju osnovne informacije vezane za rad matične ploče, odnosno podešavanja.

Matična pločaBIOS(basic input/output system)

• BIOS predstavlja boot firmware. Po uključenju PC računara ovo je prvi program koji se izvršava.

• Uloga bios-a je da izvrši identifikaciju, testira i inicijalizuje sistemske komponente kao što su grafička kartica, hard disk.

• BIOS priprema PC računar za inicijalno stanje tako da se softver koji je lociran na odgovarajućim medijumima (hard disk, DVD, CD, USB) može učitati i izvršavati.

• Proces izvršavanja firmware-a u sklopu BIOS-a se naziva butovanje (booting)• BIOS programi se nalaze u čipovima na matičnoj ploči. Sadrže male biblioteke

osnovnih ulazno-izlaznih funkcija koje se mogu pozivati u procesu kontrolisanja periferija kao što su tastatura, monitor.

• BIOS čipovi su memorije EEPROM tipa tako da se njihov sadržaj može menjati. Proces izmene sadržaja BIOS čipova se naziva flešovanje (flashing) i može se izvršiti programski uz poštovanje odgovarajuće procedure

Matična pločaBIOS čip

Matična pločaCMOS-BIOS

• CMOS čipovi sadrže informacije koje BIOS očitava prilikom izvršanja boot sekvence. Ove informacije se mogu menjati od strane korisnika i vezane su za hardver, kao i neke karakteristike sistema (npr sistemsko vreme). Dakle BIOS je program (firmware) dok je CMOS memorija u kojoj se čuvaju parametri koje BIOS koristi.

Matična ploča-magistrale• Komunikacija između komponenata PC računara se ostvaruje putem

magistrala.• Razlikuje se sistemska magistrala i I/O magistrale.

Napajanje• Reguliše i dostavlja energiju računaru• Standardne jedinice za napajanje pretvaraju ulazni napon 110V ili 220V

AC u odgovarajuce DC napone koje koriste komponente računara• Obično su dimenzionisana za oko 400W (mada postoje i drugih snaga)

Napajanje-ATX specifikacije• Prekidačkog tipa• Ulazni napon se odmah konvertuje u DC vrednost• Prednost prekidačkih napajanja je u disipaciji, mana je povećan nivo

šuma koji generiše

Dimensions140L x 150W x 86H

mm

AC Input

Voltage Max current Frequency Protection

115/230VAC 7/3.5 A 47-63 HZ Internal fuse

AC Input is switch selectable between 115V (95-132V) and 230V (190-264V).

Napajanje-ATX specifikacije

DC Outputs

Voltage Max Current Min Current Max Ripple Load   Line  

+3.3V 20 A 0.5 A 50 mVpp +5% +1%

+5V 20 A 1.0 A 50 mVpp +5% +1%

+12V1 8.0 A 1.0 A 120 mVpp +5% +1%

+12V2 14 A 1.0 A 120 mVpp +5% +1%

-12V 0.8 A 0.0 A 120 mVpp +10% +2%

+5VSB 2.0 A 0.0 A 50 mVpp +5% +1%

RAM Memorije (Random-access)

Postoje tri tipa ovih memorija• SDRAM (Synchronous Dynamic RAM)

• DDR-SDRAM (Double Data Rate SDRAM)

• RDRAM (RAMBUS Dynamic RAM)

SDRAM Stariji tip memorije, koristila se u x486 i starijim Pentium Računarima.

Proizvodile su se za rad na 66, 100 i 133Mhz. Glavna mana im je bila što su radile na učestanosti različitoj od ostalih komponenata. Rezultat toga je veliko kašnjenje zbog neadekvatne sinhronizacije sa procesorom.

RAM Memorije (Random-access) DDRAM Sa povećanjem brzine rada procesora povećala se potreba za brzinom

skladištenja podataka. Kako bi se povećala brzina rada memorije uveden je princip dvostrukog skladištenja podataka u taktnom ciklusu, čime je udvostručena brzina rada ovih memorija u odnosu na SDRAM.

Ova memorija se proizvodi za brzine PC1600 (200Mhz) PC2100

(266Mhz), PC2700 (333Mhz), PC3200 (400Mhz), PC3500 (433MHz), PC3700 (466MHz), PC4000 (500MHz), PC4200 (533MHz) and PC4400 (566MHz) i kapacitet u opsegu 64MB-2GB

DDR2 memorija koristi dodatni bafer između magistrale podataka i memorijske magistrale čime se udvostručuje brzina prenosa podataka u odnosu na običnu DDR (4 transfera u taktnom ciklusu)

RAM Memorije (Random-access)

RDRAM Razvijena od strane RAMBUS kompanije. U znatnoj meri se razlikuje od

SDRAM i DDRAM memorija. Podaci se prenose u bloku od 16 bita, odnosno 2 bajta za razliku od DDRAM gde se prenos obavlja preko 64-bitnih blokova. Brzina prenosa je sa druge strane znatno veća, za osnovni tip PC800 RDRAM ona iznosi 400Mhz. RDRAM vrši prenos podataka takođe dva puta u taktnom ciklusu. Prednost RDRAM u odnosu na DDRAM se ogleda prilikom prenosa veće količine podataka u memoriju (burst režim).

RAM Memorije - instalacija

RAM memorija se instalira umetanjem u odgovarajuće kućište na matičnoj ploči, pri čemu nije potrebno vršiti dodatna softverska podešavanja niti podešavanja u BIOSU.

SDRAM-principska šema

• Sastoji se od nekoliko memorijskih banki određenog kapaciteta (u ovom primeru 4)

• Dekodera adrese koji treba da selektuje odgovarajuću memorijsku banku• Dekodera adrese koji treba da selektuje odgovarajuću kolonu unutar

selektovane memorijske banke• Kontrolnog bloka koji treba da odredi režim (upis-čitanje) na osnovu

upravljačkih signala• Bloka za osvežavanje

SDRAM-elementarna ćelija

• Kondenzator je memorijski element, kada je napunjen memorisana je logička 1 kada je ispražnjen memorisana je logička 0

• Kondenzatorom se upravlja preko tranzistora • Zbog parazirskih otpornosti naelektrisanje sa kondenzatora “curi” pa se

on vremenom prazni (veoma malo vreme pražnjena) tako da je neophodno osvežavati kondenzator kako bi se zadržalo memorisano stanje

Hard disk• Sastoji se od jednog ili više magnetnih diskova enkapsuliranih u

metalno kućište.

• Koristi se za skladištenje podataka koji su validni i kada nestane napajanje (non-volatile storage).

• Podaci se upisuju magnetizacijom feromagnetnog materijala (direktna magnetizacija=0, inverzna=1)

Hard disk• Pored magnetnih diskova HDD

sadrži mehaniku koja omogućava rotiranje tih diskova

• Glavu koja služi za upisivanje odnosno čitanje magnetnih sektora na diskovima

• Mehaniku koja omogućava pomeranje glave

• Elektroniku koja kontroliše mehaniku

• Elektroniku koja omogućava komunikaciju HDD sa matičnom pločom

• Priključke za napajanje i komunikaciju

• Blok džampera za podešavanje parametara HDD-a

Hard disk

Hard disk• Podaci se smeštaju po koncentričnim

kugovima (tracks) koji su podeljeni na elementarne jedinice sektrore (sectors)

• Sektori sadrže fiksan broj bajtova npr 256, 512

• Sektori mogu biti grupisani u celine, klastere, bilo na fizičkom nivou ili logičkom nivou (u okviru operativnog sistema)

• Formatiranje diska na najnižem nivou predstavlja proces uspostavljanja trekova i sektora u okviru magnetnih ploča. Ovaj proces priprema disk za skladištenje blokova bajtova

• Formatiranje diska na višem nivou definiše strukturu fajlova koji će se skladištiti na HDD. Ovaj proces priprema HDD za skladištenje fajlova

Hard disk-interfejsi• Komunikacija između HDD i matične

ploče je omogućena njihovom fizičkom vezom

• Pored fizičke povezanosti postoji nekoliko standardnih protokola prema kojima se ova komunikacija ostvaruje

• Paralelni ATA interfejs (PATA-Advanced Technology Attachment) koji je evoluirao od IDE (Integrated Drive Electronics) (često se ATA i IDE koriste kao sinonimi). Podaci se prenose po magistrali širine 16 bita, maximalnom brzinom do 133Mb/s. Na ATA interfejs se mogu priključiti maksimalno 2 uređaja od kojih jedan mora biti podešen kao master drugi kao slave (pošto dele istu magistralu da ne bi došlo do konflikta). Povezivanje se ostvaruje preko 40 pinskog ribon kabla

Hard disk-interfejsi• Serijski ATA interfejs (SATA-

Advanced Technology Attachment) od 2003 potiskuje PATA interfejs. Komunikacija se ostvaruje serijskom vezom pri čemu je brzina prenosa podataka znatno veća nego u slučaju PATA interfejsa. Priključivanje uređaja na SATA kontroler se može vršiti po principu “hot plugging”, ne mora se isključivati napajanje (isto kao i kod USB). Prvi SATA standard je definisao maksimalnu brzinu od 1.5Gbits/s, poslednji SATA standard (3rd generation) je definisan 2009, predviđa brzinu 6Gbits/s.

• SATA koristi point to point topologiju, konekcija između kontrolera i komponente za skladištenje podataka je direktna.

Hard disk-interfejsi• Konektori za SATA arhitekturu sadrže

7 pinova. Kabl za povezivanje SATA uređaja sa kontrolerom može imati maksimalnu dužinu od 1m (PATA kabl je mogao imati maksimalnu dužinu od 45cm). Kako bi se izbegao uticaj šumova prilikom prenosa koristi se tehnika “diferencijalnog signaliziranja” sa upredenim paricama

Hard disk-RAID strukture• RAID - redundant array of independent disks• Predstavljaju strukture povezanih HDD koji su

nezavisni i čine sistem za skladištenje podataka • Podaci su u okviru RAID strukture distribuirani u

okviru različitih HDD ali ih operativni sistem vidi kao da se nalaze na jednom disku

• Najzastupljenije su RAID0 i RAID1 struktura • RAID0 struktura povezuje HDD tako da se poveća

ukupan kapacitet i brzina pristupa pri čemu ukoliko dođe do otkaza na samo jednom HDD svi podaci u RAID strukturi se gube

• RAID1 struktura povezuje HDD tako da se poveća pouzdanost (podaci su redudantni). Ukoliko dođe do otkaza nekog HDD u okviru ove RAID strukture podaci su i dalje validni. Za formiranje ove strukture potrebno je minimum dva HDD-a

• Za formiranje RAID struktura potrebno je da matična ploča poseduje odgovarajući RAID kontroler (novije ploče ih poseduju), ili se može upotrebiti posebna PCI kartica. RAID strukture se mogu formirati sa HDD koji komuniciraju preko IDE/ATA, SATA, SCSI itd...

CD-ROM & DVD• CD-ROM - compact disc read-

only memory• 1.2 mm disk od polikarbonske

plastike sa tankim slojem aluminijuma koji omogućava refleksiju

• Uobičajen dijametar diska je 120mm, mada postoje i manjih prečnika npr 80mm kao i raznih nestandardnih oblika

• Površina diska se sastoji od mikroskopskih udubljenja koja sa osnovnim nivoom definišu podatke (1 ili 0)

• Detekcija logičke jedinice se bazira na destruktivnoj interferenci na granici osnovnog nivoa i udubljenja

• Kapacitet standardnog CD-ROM-a je 700MB

CD-ROM & DVD

• DVD-ROM - Digital Versatile Disc ili Digital Video Disc read-only memory

• Istih su dimenzija kao i CD-ROM• Za razliku od CD-a, laserske

diode za očitavanje DVD-a generišu svetlost dužine 680nm (780nm za CD), što dozvoljava izradu manjih udubljenja čime se povećava njihova gustina a samim tim postiže veći kapacitet skladištenja podataka

• Način očitavanja je isti kao kod CD-a

• Kapacitet standardnog DVD-ROM-a je 4.7GB, odnosno 8.54GB za double layer

CD-ROM & DVD drives

• Za vezu sa matičnom pločom koristi IDE (ATA) ili SATA interface (eventualno SCSI-Small Computer System Interface-Scuzzy)

• Poseduje priključke za napajanje kao i džampere za konfiguraciju

• CPU (Central Processing Unit) je srce svakog računara

• Iako centralni procesor nije jedini procesor (njega imaju grafička i zvučna kartica kao mnogi drugi delovi) pod imenom procesor najčešće se misli na CPU

• Po mnogima prvi čip koji se moze nazvati procesorom napravljen je 1971. Intel 4004, koji je mogao samo da sabira i oduzima, ali je po prvi put na jedan čip smešteno mnoštvo integrisanih kola i tranzistora

• Poslednjih godina u dizajnu procesora aktuelni su procesori sa 64-bita

• Njihova najveća prednost jeste veći adresni prostor. 32bitni procesori mogu da pristupe samo nekoliko gigabajta RAM memorije. Ovo i nije veliki problem za personalne kompjutere dok pravi probleme serverima.. 64-bit chip nema ova ograničenja

Procesor-CPU (Central Processing Unit)

Procesor-CPU (Central Processing Unit)• U zavisnosti od instrukcija procesar obavlja nekoliko

osnovnih operacija• Pomoću ALU (aritmetičko logičke jedinice), obavlja

matematičke operacije• Premešta podatke sa jedne memorijske lokacije na

drugu• Procesor moze da odlučuje i da izvršava novi skup

instrukcija na osnovu ovih odluka (grananje)• Procesor salje zahtev kontroleru memorije za

sadržajem memorijskih lokacija i dobija izvestaj kad će informacija biti na raspolaganju. Dužina ovog ciklusa varira u zavisnosti od brzine memorije, magistrale itd

CPU – arhitektura • Artimetričko logička jedinica (ALU)

(Deo zadužen za sve matematičke proračune)

• Registri (jednostavni flip-flop ovi, služe za privremeno smeštanje podataka koji učestvuju u operacijama koje procesor obavlja)

• BUS Interface UNIT-kontrolna jedinica koja povezuje CPU sa adresnom i data magistralom

• Kontrolna jedinica koja dekoduje instrukcije i generiše odgovarajuće signale koji upravljaju ALU jedinicom registrima i ostalim jedinicama

• Prefetch Queue - baferska jedinica koja smešta kontinualni blok podataka iz memorije gde se na taj način ubrzava rad izvršne jedinice obzirom da se ona ne mora obraćati memoriji već potrebne podatke u okviru instrukcije prvo traži u ovoj jedinici.

CPU – keš memorija• Sve informacije koje obrađuje CPU se

upisuju ili čitaju iz memorije. Na perfomanse sistema utiče to koliko brzo informacije putuju između CPU I memorije. Zbog toga se koristi keš memoriju

• Keš memorija (Cache memory) je memorija malog kapaciteta i velike brzine koja se nalazi veoma blizu CPU. Njena uloga je da dostavlja CPU podatke koji se najučestalije koriste. Pristup ovoj memoriji je znatno brži nego pristup običnoj RAM memoriji

• Keš memorija prati instrukcije, stavljajući najčešće zahtevane instrukcije na vrh svoje liste. Ukoliko je keš memorija puna, instrukcija sa najmanje zahteva se izbacuje iz keš memorije

• Većina keš memorija je sastavni deo CPU. Takodje, keš se može nalaziti i izvan CPU (ali u neposrednoj blizini). Keš memorija koja je najbliza CPU je označena kao Level1, sledeća najbliža Level2, itd..

• Ovo je memorija skrivena za programera, odnosno programer ne može da utiče na nju. Razlog za postojanje keš memorije je taj, što su normalni DRAM čipovi suviše spori u odnosu na frekvenciju takta procesora

CPU – kućište • Kućište za procesor (CPU socket / CPU

slot) je u suštini konektor koji povezuje procesor sa matičnom pločom.

• Većina procesora pa samim tim i kućista danas ima takozvanu pin grid array strukturu. Pinovi su sa donje strane procesora i ulaze u kućište

• ZIF socket je akronim za zero insertion force, koncept uveden da bi se izbegli mogući problemi pri postavljanju čipa

• Kod običnih kućišta čipovi se prosto uguraju u kućiste. Kada integrisano kolo ima stotine pinova sila kojom čip guramo u kuciste može dovesti do ostećenja. Čak i sa malim brojem pinova vadjenje iz kućista je prilično nepraktično i može da dovede do krivljenja ili lomljenja pinova).

• Sa ZIF socket-om, pre postavljanja IC-a, podigne se mala poluga koja omogućava da IC pod sopstvenom težinom legne u kućište. zatim se poluga vraća čime se uspostavlja kontakt sa pinovima i čip ostaje pričvršćen za kućište

CPU – kućište

Karakteristike ZIF socketa za različite Intelove Procesore

Socket Pins Processor(s) Voltage

0 168 486DX 5 V

1 169 486DX,SX 5 V

2 238 486DX,SX,DX2 5 V

3 237486DX,SX,DX2,DX4

3V or 5 V

4 27360 or 66 MHz Pentium

5 V

5 320 Pentium 3 V

6 235 486DX4 3 V

7 321 Pentium 3 V

8 387 Pentium Pro 3 V

CPU – napajanje, disipacija

• U novijim procesorima se koristi dvostruko napajanje (dual voltage). Samo jezgro procesora se napaja nižim naponom 2.8V dok I/O jedinica u okviru procesora radi na 3.3V

• Stariji procesori su radili na 5V. Sa povećanjem brzine rada procesora, povećava se i disipacija pa je zbog toga smanjena vrednost napona kojim se napaja procesorsko jezgro

CPU – napajanje, disipacija

CPU – zagrevanje, hlađenje

• Komponente koje se najviše zagrevaju u PC računaru su CPU, chipset ICs, procesor grafičke kartice, kao i kontroler HDD

• Hlađenje komponenata u PC-u se može vršiti na sistemskom nivou (u okviru kućišta) ili lokalnom nivou (svaka komponenta ima svoj sistem za hlađenje), uglavnom se kombinuju ova dva metoda

• Hlađenje na sistemskom nivou se obavlja uglavnom vazdušnim putem korišćenjem ventilatora koji se smešten u kućištu. Na ovaj način se stimuliše cirkulacija hladnog vazduha po celom kućištu gde se na taj način hlade kritične komponente

CPU – zagrevanje, hlađenje • Lokalno hlađenje komponenata može

biti pasivno i aktivno• Pasivno hlađenje podrazumeva

montiranje profilisanih metalnih hladnjaka neposredno uz površinu komponente koja se zagreva (Integrisano kolo) pri čemu se koriste termoprovodne paste za povećanje termičkog kontakta između čipa i hladnjaka

• Aktivno hlađenje može biti vazdušno pomoću ventilatora, koji se montiraju neposredo iznad komponenata koje se hlade, odnoso uz pomoć tečnosti gde se hlađenje ostvaruje strujanjem vode ili neke druge tečnosti sistemom cevčica koji se montira uz komponentu koja se hladi

• Kod većina komponenata koje koriste aktivno hlađenje ono se ostvaruje putem ventilatora koji usmeravaju vazduh čijim se strujanjem odvodi višak toplote sa zagrejanih čipova

Pasivno hlađenje

Aktivno hlađenje – voda Hlađenje se ostvaruje stimulisanom cirkulacijom tečnosti (vode) postoji

pumpa

Aktivno hlađenje – tečnost Hlađenje se ostvaruje prirodnom cirkulacijom tečnosti (vode) ne postoji

pumpa. Zagrejana tečnost zbog manje gustine sa vrelog kraja hladnjaka prelazi na hladni da bi se po hlađenju vraćala opet u vreli kraj

CPU – multicore • Multi-core procesor je procesorski

sistema sastavljen od dva ili više procesorskih jezgara koji funkcionišu nezavisno a integrisani su u jednom čipu

• Dual-core sadrži dva jezgra, quad-core sadrži četiri jezgra

• Sa pojavom multicore procesora paralelizam postaje i fizički ostvarljiv (multiprocessing)

• Veza između jezgara može biti čvršća ili slabija, u nekim slučajevima dele isti keš, u nekim svako jezgro ima svoj keš

• Performanse sistema koji koristi multicore procesore zavise u mnogome od realizacije softvera, ukoliko je softver tako napisan da koristi prednosti multiprocesoreske platforme učinak će biti najbolji. Ukoliko softver ne optimizuje rad za mutlicore platformu rezultati će biti isti kao i za single core platformu

CPU – multicore • Da bi se maksimalno iskoristio

multiprocesorski sistem softver treba da bude napisan tako da u izvršavanju koristi nekoliko thread-va ili niti koje će se istovremeno izvršavati na različitim jezgrima u togu izvršavanja softvera. Na taj način se ne vrši preraspodela procesa nitima, već svaka nit ima svoj procesor na kojem se izvršava što znatno ubrzava vreme izvršavanja celog programa. Ukoliko softver ima samo jednu nit, ona će se izvršavati samo na jednom jezgru, dok će ostala biti neiskorištena pa se ne ostvaruje nikakva prednost

CPU – parallel programming paradigmaDistribuirana memorija

Deljena memorija

Floppy disk drive• Flopi disk je magnetni

medijum koji služi za trajno skladištenje podataka. Magnetni medijum je enkapsuliran u plastično kućište kvadratnog oblika. U početku je dimenzija floppy diska bila 5¼-inch da bi kasnije standard postao 3½-inch.

• Standardni kapacitet floppy diska je 1.44MB

Floppy disk drive

Floppy disk drive controller

Floppy disk drive controller

• Flopi disk kontroler je povezan sa sistemskom magistralom računara i pojavljuje se kao set I/O portova u odnosu na CPU

RS 232 (Recommended Standard 232)• Najčešće korišćen kao standard za serijski port PC

računara• Dugi niz godina RS-232 je korišten kao standard za

serijsku komunikaciju• Standard je doživeo mnogo izmena u odnosu na početnu

definiciju (poslednja 1997)• Danas se sve manje koristi, i noviji PC računari

uglavnom nemaju serijski port, već glavnu ulogu u serijskom povezivanju PC-a sa periferijama obavlja USB

• U poređenju sa RS 232, USB je brži, koristi niže naponske nivoe i jednostavnije konektore

• USB je sa druge strane komplikovaniji jer uključuje definiciju protokola za serijski prenos podataka

RS 232 (Recommended Standard 232)• RS-232 propisuje samo naponske nivoe signala i funkcije

pinova na nivou interfejsa• Serijski port PC računara se može jednostavno iskoristiti

za direktno kontrolisanje nekog jednostavnog hardvera obzirom na naponske nivoe i jednostavnost kontrole tih nivoa na pinovima serijskog konektora

• Ovo nije moguće kod USB-a, jer USB zahteva neku vrstu prijemnika koji će pročitati i dekodovati poruku poslatu serijskim putem (obzirom na definisan protokol o prenosu podataka)

• Postoje konvertori USB - RS 232 koji omogućavaju portabilnost na starije periferije koje nemaju USB port, međutim u nekim slučajevima su neupotrebljivi

RS 232 (Recommended Standard 232)• PC može koristiti kontrolne signale serijskog porta kako

bi upravljao nekim jednostavnijim uređajem (npr UPS), pri čemu se tada ne šalje podatak preko DATA magistrale već samo postavljaju vrednosti kontrolnih linija

• U okviru RS-232 komunkacije podaci se šalju kao niz bitova (serijska komunikacija) pri čemu je podržan sinhroni i asihroni vid komunikacije

• Standard definiše niz šema koje se koriste u kontroli komunikacije između uređaja koji komuniciraju RS 232 vezom (DTE i DCE uređaji, Data Terminal Equipment i Data Circuit-terminating Equipment)

• Komunikacija je tipa full duplex, tako da se istovremeno mogu razmenjivati poruke u oba smera (DTE< > DCE)

RS 232 (Recommended Standard 232)• Standard ne definiše frejmove koji određuju karakter

unutar niza bitova niti način kodiranja karaktera• RS 232 definiše naponske nivoe koji odgovaraju logičkoj

jedinici i logičkoj nuli za komunikacionu i kontrolnu liniju

• Važeći naponski nivoi su ±3V do ±15V, naponski nivoi blizu nule nisu validni

• Standard definiše maksimalan napon od 25V• Za komunikacione linije (TxD, RxD) logička jedinica je

definisana kao negativni naponski nivo u definisanom opsegu, dok je logička nula pozitivni naponski nivo

• Kontrolni signali su logički invertovani u odnosu na signale na komunikacionoj liniji

RS 232 (Recommended Standard 232)• Dakle kada je neki od kontrolnih signala aktivan napon

na toj kontrolnoj liniji će biti +3 - +15V• Kako se naponski nivoi razlikuju u odnosu na naponske

nivoe integrisanih kola (TTL, CMOS) koriste se posebni konvertori koji treba da obezbede transliranje naponskih nivoa i obezbede komunikaciju

RS 232 (Recommended Standard 232)• RS 232 uređaji se mogu klasifikovati kao DTE ili kao

DCE (Data Terminal Equipment, Data Communications Equipment), na ovaj način je definisano preko kojih pinova se šalju podaci, odnosno primaju

• Uglavnom PC računari imaju muški RS 232 konektor i ulogu DTE uređaja, dok periferije koje se kače na PC (npr modem) ženski konektor i ulogu DCE uređaja

• Standard definiše 20 različitih signala i njihovo povezivanje. Većina uređaja koristi samo neke tako da su konektori kojima se ostvaruje serijska veza sa manje pinova

• PC uglavnom koristi DE-9 konektor, mada se često koristi i 8P8C (8 Position 8 Contact ili RJ 45)

RS 232 (Recommended Standard 232)

RS 232 (Recommended Standard 232)• DE 9 pinout sa strane DTE uređaja

RS 232 (Recommended Standard 232)• Transmitted Data (TxD)

Podaci poslati od DTE ka DCE• Received Data (RxD)

Podaci poslati od DCE ka DTE• Request To Send (RTS)

Postavlja (postavlja na logičku 1, pozitivan napon) DTE kako bi pripremio DCE za prijem podataka

• Ready To Receive (RTR)Postavlja DCE kao odgovor na RTS i dozvoljava DTE početak prenosa

• Data Terminal Ready (DTR) Postavlja DTE kao indikaciju da je spreman za konektovanje

RS 232 (Recommended Standard 232)• Data Set Ready (DSR)

Postavljen od DCE kako bi signalizirao da je DCE uključen i spreman da prihvati komandu odnosno podatak od DTE

• Data Carrier Detect (DCD) Postavlja DCE kada se uspostavi veza sa DTE

• Ring Indicator (RI) Postavlja DCE kada detektuje signal poziva sa telefonske linije (u slučaju modema)

• Standard ne definiše maksimalnu dužinu kabla za povezivanje DTE i DCE već definiše maksimalan kapacitet koji drajversko kolo može da prihvati

• Opšte prihvaćeno pravilo je da se ne koriste kablovi duži od 15m osim ako se koriste specijalni kablovi sa manjim podužnim kapacitetom

• Sa posebnim kablovima (manje kapacitivnosti) može se ostvariti veza i na 250m

• Minimalna RS 232 konekcija se ostvaruje pomoću 3 žice, TxD, RxD i GND, može se koristiti i samo 2 žice ako je komunikacija jednosmerna

• U većini slučajeva dovoljna je veza sa 5 žica, TxD, RxD i GND i RTS, CTS

RS 232 (Recommended Standard 232)

RS 485• Standard specificira multi-point komunikacionu

arhitekturu, sa 32 predajnika i 32 prijemnika na jednoj dvožičnoj magistrali. Sa upotrebom automatskih repeater-a i visokoimpendansnih predajnika-prijemnika ovo ograničenje može biti prevaziđeno i broj učesnika u komunikaciji povećan na nekoliko stotina, čak i hiljadu

• Maksimalna dužina kabla za umrežavanje učesnika u RS 485 komunikaciji je 1.2km

• Koristi se diferencijalno signaliziranje• Brzina signaliziranja je 100Kbps - 10Mbps • Logička jedinica predstavljena negativnim naponom• Logička nula predstavljena pozitivnim naponom• Dostupni signali Tx+, Tx-, Rx+, Rx- (Full Duplex)• Tip konektora nije specificiran

RS 485• Za povezivanje učesnika u komunikaciji preporučuje se point to

point veza (lančano uvezivanje) ne zvezda ili prsten• Zvezdaste i prstensate strukture nisu preporučljive zbog refleksije

signala • Uglavnom se koristi master-slave konfiguracija gde je jedan

uređaj na magistrali master i inicira svu komunikaciju• Za povezivanje učesnika u komunikaciji se koristi dvožična

upredena parica, pri čemu se naponski nivoi tumače u odnosu na zajedničko uzemljenu referencu tako da je u principu potrebno i nju obezbediti (dakle 3 žice)

RS 485• Predviđa i full duplex komunikaciju, tada se koriste 4

žice (plus referenca)

• Master na magistrali inicira komunikaciju, svi učesnici prihvataju niz podataka koji se šalje po magistrali i samo jedan koji je adresiran odgovara (ili interpretira prihvaćenu poruku) (u principu postoji mogućnost i broadcast adresiranja kada su svi uređaji adresirani)

RS 485• Primer komunikacije po RS 485 liniji

• U+ se još obeležava kao B, dok se U- obeležava i kao A

• Na magistrali mogu postojati tri stanja, pozitivan napon, negativan i stanje visoke impendanse

RS 232-RS 485Poređenje

RS 232-RS 485• Zbog različitih naponskih nivoa ne može se direktno priključiti

RS 232 port na RS 485 arhitekturu već preko odgovarajućeg konvertora

RS 232-RS 485

USB (Universal Serial Bus)• Ideja prilikom uspostavljanja USB standarda je bila

uniformisati raznolikost postojećih standarda baziranih na serijskoj ili paralelnoj vezi uređaja u uspostvaljanju međusobne komunikacije

• USB je u početku bila namenjeno isključivo za PC ali je kasnije našla primenu i u ostalim komponentama, npr PDA, Smartphones, Game konzole

• USB je standardizovan od strane USB Implementers Forum-a (čine ga Hewlett-Packard, Intel, Microsoft, NEC itd..)

• Prvi USB standard je definisan 1996, i bio je zamišljen kao zamena za mnoštvo konektora na zadnjoj strani PC-a

• USB 1.0 je specificirao brzinu prenosa od 12 Mbit/s

USB (Universal Serial Bus)• USB 2.0 je uveden 2000, i specificirao je maksimalnu

brzinu prenosa od 480 Mbit/s• USB 3.0 specifikacija je donesena 2008 i predviđa

maksimalnu brzinu prenosa 10 puta veću od USB 2.0. USB 3.0 konektori se razlikuju od prethodnih.

• USB sistem ima asimetričnu strukturu, sastoji se od hosta sa mnoštvom USB portova i perifernih uređaja spojenih u zvezdastu strukturu sa hostom

• Do 127 uređaja (uključujući i hub uređaj) se mogu spojiti na host kontroler

• USB uređaji se povezuju serijski pomoću hub-ova, uvek postoji jedan hub koji se označavao kao glavni koji je ugrađen u host kontroler. Sharing hubs, omogućavaju istovremen pristup više kompjutera istoj periferiji

USB (Universal Serial Bus)• USB definiše klase kodova koji se koriste za identifikaciju

funkcije uređaja i za učitavanje drajvera baziranog na toj funkciji. Ovo omogućava olakšano pisanje drajvera jer je određena klasa uređaja standardizovana i nema razlike u pogledu funkcionisanja od proizvođača do proizvođača

• USB mass storage device class. USB implementira vezu sa uređajima za skladištenje podataka. U početku je ovo bilo namenjeno za standardne magnetne i optičke uređaje za skladištenje podataka, ali je prošireno kako bi se obuhvatilo mnoštvo drugih uređaja, posebno flash drive-ovi

• Noviji PC imaju mogućnost boot-ovanja sa USB• USB ima mogućnost instalacije i deinstalacije komponenata

bez otvaranja PC kućišta tako da je pogodna za priključivanje mobilnih periferija. Npr fotoaparat, mobilni telefon, eksterni HDD itd..

Operativni sistem• Operativni sistem predstavlja interfejs izmedju hardvera

i korisnika koji je odgovoran za kontrolisanje i koordinaciju aktivnosti na računaru. Jedna od namena operativnog sistema je da u potpunosti upravlja radom hardvera, tako da korisnički programi ne moraju time da se bave što olakšava njihovo pisanje.

• Operativni sistem obezbedjuje razne usluge korisničkim aplikacijama preko sistemskih funkcija ili API-ja (application programming interfaces). Pozivanjem ovih funkcija korisnička aplikacija zahteva neku uslugu operativnog sistema pri čemu može proslediti i odgovarajuće parametre a takodje i prihvatiti rezultate izvršavanja ovih funkcija.

Operativni sistem

Operativni sistem• Operativni sistem sadrži kernel kao svoj centralni deo koji je

zadužen za koordinaciju izmedju korisničke aplikacije i obrade podataka koja se vrši na hardverskom nivou.

• Kernel vodi računa i o sistemskim resursima, dozvoljava korsničkim programima izvršavanje i korišćenje tih resursa

• Pod resursima se podrazimeva: • CPU-kernel vodi računa kad će se odgovarajući program iz

grupe aktivnih programa izvršavati na procesoru, i koliko će trajati zauzeće procesora pri tom izvršavanju

• Operativna memorija - u memoriju se smeštaju podaci i instrukcije u okviru neke aplikacije. I jedno i drugo mora biti dostupno istovremeno kako bi se program mogao izvršavati. Kernel vodi računa o dodeli memorije aplikacijama i o situacijama kada raspoloživa memorija ne odgovara zahtevanim potrebama.

Operativni sistem• Input/Output (I/O) komponente, tastatura, miš, HDD, štampač,

monitor itd…Kernel alocira zahtev od aplikacija za izvršavanje I/O poziva odgovarajućoj komponenti

• Svaki program (aplikacija) se u okviru operativnog sistema izvršava unutar procesa (proces je jedinica izvršavanja)

• Proces inkorporira sve neophodne resusrse za izvršavanje programa

• U okviru procesa mogu postojati niti koje su manje jedinice izvršavanja i koje dele istu memoriju u okviru procesa

• Procesi ne “vide” jedan drugog u okviru operativnog sistema tako da ne mogu bez obraćanja operativnom sistemu pristupati memorijskom prostoru koji je dodeljen drugom procesu

• Prilikom pokretanja programa operativni sistem učitava program u operativnu memoriju računara, dok kernel formira proces za pokrenuti program kojem dodeljuje potrebne memorijske resurse, i usmerava izvršavanje programa na početak koda

Multitasking• Multitasking predstavlja način kontrole simultanog

izvršavanja programa na istom kompjuteru, pri čemu se dobija utisak kao da se svi programi izvšravaju istovremeno

• Kako se na jednom procesoru (jedno procesorsko jezgro) najviše jedan program u nekom vremensku trenutku može izvršavati, multitasking se ostvaruje vremenskim deljenjem zauzeća procesora između programa

• Kernel poseduje scheduler, koji određuje koliko će procesorskog vremena dodeliti svakom programu i kojim redosledom će se koji program izvršavati

• Kontrolu nad procesorom procesu dodeljuje kernel, na kraju se kontrola vraća preko istog mehanizma, tako da naredni proces (program) može koristiti CPU

Multitasking• Preusmeravanje kontrole nad procesorom i memorijom

sa jednog na drugi proces se naziva context switch• Cooperative multitasking - model deljenja resursa gde

procesi dobijaju kontrolu nad CPU i memorijom od kernela, poseduju tu kontrolu proizvoljno dugo vremena da bi je na kraju opet vratili kernelu. Problem u ovom modelu može biti neograničeno posedovanje resursa od nekog procesa tako da se drugi procesi u tom slučaju ne izvršavaju

• Preemptive multitasking – model deljenja resursa gde procesi dobijaju kontrolu nad CPU i memorijom određeno vreme, kada istekne to vreme kernel im oduzima dodeljenu kontrolu i predaje drugom procesu

File system• Predstavlja metod za skladištenje i organizovanje

fajlova i podataka koje oni sadrže kako bi im se olakšao pristup

• Ime fajla je ime dodeljeno fajlu kako bi se osigurao odgovarajući memorijski kapacitet za skladištenje njegovog sadržaja

• Disk file system je namenjen za skladištenje fajlova na disk drive-u. Primer su FAT, NTFS, HFS, itd... File Allocation Table (FAT), definiše tabelu u kojoj se nalaze informacije o oblastima medijuma (sektorima) u kojima se nalaze delovi fajla. Dakle fajlovi su fragmentisani. NTFS je znatno unapređen file system u odnosu na FAT, znatno je sigurniji, poseduje kompresiju čak i enkripciju u nekim slučajevima

File system• Formatiranje diska predstavljaproces uspostavljanja file sistema i

instalacije boot sekora. Dakle na ovaj način se priprema medijum za skladištenje podataka

• Boot sektor je deo diska koji sadrži programski kod za boot-ovanje programa (uglavnom operativnog sistema) koji se nalaze na drugim mestima na disku

• Postoji nekoliko vrsta boot sektora. Master boot record MBR je prvi sektor na uređaju za skladištenje podataka koji je podeljen (particionaisan). Ovaj sektor sadrži kod za lociranje aktivne particije (koja sadrži OS) i pozivanje njenog Volume Boot Record sektora

• Volume Boot Record je prvi sektor na uređaju za skladištenje podataka koji nije particionisan ili prvi sektor na pojedinačnoj particiji podeljenog disk drive-a. On sadrži kod za pozivanje OS koji je instaliran na toj particiji

Particionisanje diska• Particionisanje diska predstavlja proces podele

skladištenog prostora diska na odvojene celine koje se nazivaju particije

• Za ovu operaciju se koristi poseban program koji može pored podele diska da izvrši i druge modifikacije izdeljenih celina

• Kada se jednom izdeli na particije, fajlovi se mogu smeštati na njih na potpuno identičan način kao i na početku (kada medijum nije bio izdeljen)

• Da bi neki sistem bio multy-boot, sadržao više operativnih sistema, potrebno je da hard disk bude particionisan na celine koje će sadržati fajlove za svaki OS (svaka celina sadrži fajlove samo jednog OS)

Particionisanje diska• Prilikom uspostavljanja multy-boot sistema Boot Manager vodi

računa o instaliranim OS i korisniku u toku bootovanja nudi mogućnost selektovanja odgovarajućeg OS koji će biti startovan

• Za Windows NT (uključujući i Windows XP) proces bootovanja u jednom momentu preuzima NTLDR koji iščitava sadržaj boot.ini fajla koji se nalazi u root direktorijumu aktivne particije

• U okviru boot.ini fajla se nalazi lista instaliranih OS odgovarajćim redosledom bootovanja, kao i drugim parametrima (npr vreme čekanja prilikom odabira odgovarajućeg OS)

• Primer[boot loader]timeout=30default=multi(0)disk(0)rdisk(0)partition(1)\WINDOWS[operating systems]multi(0)disk(0)rdisk(0)partition(1)\WINDOWS="Microsoft Windows XP Professional" /fastdetect

Booting• I ostali medijumi za skladištenje podataka mogu posedovati boot

sektor, npr CD-ROM, DVD-ROM, Floppy disk, USB flash disk, tako da se OS može podići i sa tih medijuma

• Booting predstavlja proces startovanja operativnog sistema po uključenju napajanja računara. Boot sequence je set operacija koje izvršava računar po uključenju napajanja.

• CPU izvršava samo program koji se nalazi u ROM ili RAM memoriji. Operativni sistem sadrži fajlove koji su smešteni na medijumima za trajno skladištenje podataka, HDD, CD, DVD, USB ili floppy. Kada se uključi PC, ovi fajlovi se ne nalaze u RAM-u. Da bi im pristupio CPU mora prvo izvršiti mali program koji se nalazi u ROM memoriji. Taj program inicira sekvencu prebacivanja fajlova (programa) operativnog sistema u RAM. Ovaj program se nazivao još i boot loader, dakle njegova uloga je samo da učita drugi program koji će se kasnije izvršiti. Uglavnom se koristi više boot loadera, gde svaki učita naredni kako bi se ceo proces optimizovao

Booting• Proces boot-ovanja je završen kad je PC spreman za interakciju

sa korisnikom, ili kada je OS spreman za pokretanje korisničkih aplikacija

• Boot device je komponenta sa koje se učitava operativni sistem. BIOS-i savremenih PC računara podržavaju bootovanje sa raznih uređaja (HDD, CD, DVD, USB)

• BIOS dozvoljava konfigurisanje redosleda izbora uređaja sa kojeg će se obaviti učitavanje operatvinog sistema

• Na PC se može instalirati više OS-a, pri čemu se na početku boot procesa izabere koji će se OS učitati

• Hard reboot nastaje kada se isključi i opet uključi napajanje PC-a, u okviru ovog procesa se ne vrši shut-down procedura, tako da file sistem može biti u neregularnom stanju kada se sistem ponovo digne (zbog ovoga se na nekim PC računarima automatski uključuje scan disk koji treba da otkloni ove nepravilnosti)

Booting• Soft reboot je resetovanje PC-a softverski, u ovom

slučaju se sistem u potpunosti pripremi za ponovno ukljčenje tako da ne dolazi do nekih anomalija u pogledu strukture file sistema

• Je program koji omogućava jednostavnu komunikaciju između korisničkog programa i hardvera. Kada pozivajući program pozove proceduru u okviru drajvera, drajver na odogovarajući način interpretira taj poziv i generiše niz komandi hardverskom uređaju. Kada uređaj pošalje podatke nazad drajveru, drajver može pozvati procedure pozivajućeg programa

Device driver

Device driver• Drajveri su zavisni i od hardvera i od operativnog

sistema. Uglavnom obezbeđuju sistem prekida za asihronu interakciju između hardvera i pozivajućeg programa

• Pisanje drajvera zahteva poznavanje rada uređaja na hardverskom nivou kao i poznavanje platforme za koju se piše drajver

• Drajveri funkcionišu u privilegovanom okruženju (u okviru drajverskog koda moguće je obavljati razne operacije koje inače nije moguće u korisničkom kodu), tako da se mora voditi računa da ne bi došlo do neregularnosti u radu sistema

• Pisanje drajvera uglavnom obavljaju sami proizvođači hardvera pošto su oni najbolje upoznati sa njegovim načinom funkcionisanja

Device driver• Postoje i virtuelni drajveri koji treba da emuliraju

hardverski uređaj. Npr ukoliko se koristi USB-RS232 konvertor, driver za ovu komponentu u neku ruku predstavlja virtuelni drajver jer prilikom instalacije formira virtuelni serijski port koji se može iz korisničkog programa koristi kao i svaki drugi serijski port mada on fizički nije prisutan. U tom slučaju driver prosleđuje odgovarajuće komande USB portu a ne serijskom portu, pri čemu elektronika povezana na USB port vrši odogovarajuću konverziju.

Registry• Windows Registry je baza podataka koja čuva

podešavanja za Windows OS. Sadrži informacije i podešavanja za hardver, softver u okviru OS, korisnički softver i podešavanja za svakog korisnika OS-a ponaosob.

• U početku su ova podešavanja bila u okviru .ini, kako bi se izbeglo mnoštvo ovakvih fajlova uveden je registry

• Registry sadrži dva osnovna elementa keys i values • Keys su slični direktorijumima, svaki key može sadržati

subkey (kao podirektorijum). Hijerarhija se obeležava backslashe-vima (\)

• HKEY_LOCAL_MACHINE\Software\Microsoft\Windows

Registry• Postoji šest osnovnih keys u registry-ju • HKEY_CLASSES_ROOT• HKEY_CURRENT_USER• HKEY_LOCAL_MACHINE• HKEY_USERS• HKEY_CURRENT_CONFIG• HKEY_DYN_DATA

• Values su parovi ime-podatak, smešteni u okviru keys-a• Windows poseduje posebne sistemske funkcije API-je

preko kojih korisnički program može vršiti modifikaciju vrednosti u registry-ju

• Values imaju odgovarajući tip, npr REG_SZ (string), REG_BINARY (binarni podatak) itd...

Registry• HKEY_CLASSES_ROOT – sadrži informacije o

registrovanim aplikacijama (kada se neka aplikacija instalira ona se registruje u okviru OS-a ovde i mogu joj se pridružiti klase fajlova npr .jpg, .bpm, fajlovi koji su pridruženi nekom programu za obradu slika)

• HKEY_CURRENT_USER – sadrži podešavanja koja su specifična za trenutno ulogovanog korisnika (ukoliko postoji više user accounta)

• HKEY_LOCAL_MACHINE – sadrži podešavanja koja su specifična za mašinu (nezavisno od korisnika)

• HKEY_USERS – sadrži subkey-s koji odgovaraju HKEY_CURRENT_USER keys za korisnički profil koji je trenutno aktivan

• HKEY_CURRENT_CONFIG – sadrži informacije koje se generišu u toku rada

Registry• HKEY_DYN_DATA – postoji samo na Win95, Win98 i

WinMe. Sadrži informacije informacije o hardverskim komponentama

• Podaci u okviru registry-ja se mogu editovati manuelno korišćenjem regedit programa koji je sastavni deo OS-a. Prilikom editovanja registry-a se mora voditi računa da ne dođe do trajnog narušavanja performansa sistema

• Podaci se takođe mogu menjati injektovanjem sadržaja iz .reg fajlova (Registration entries). REG fajlovi su tekstualni fajlovi koji se mogu editovati bilo kojim txt editorom

• Primer[HKEY_LOCAL_MACHINE\SOFTWARE\Microsoft]"Value A"="<String value data>“"Value B"=hex:<Binary data>"Value C"=dword:<DWORD value integer>"Value D"=hex(7):<Multi-string value data>"Value E"=hex(2):<Expandable string value data>

Registry• Prednosti korišćenja Registry-ja su:• Tipizacija podataka koji se mogu smeštati• Razdvajanje podešavanja vezanih za korisnika i mašinu• Standardizacija načina smeštanja podataka u odnosu na razne

aplikacije• Registry-ju se može pristupati i preko mreže u slučaju

daljinskog (remote) konfigurisanja• Registry se ceo može backup-ovati i posle rekonstruisati• Pošto je formiran kao baza podataka postoje mehanizmi koji

omogućavaju atomičan pristup odgovarajućim resursima u okviru Registry-ja i njihovo bezbedno modifikovanje

• Mane korišćenja Registry-ja• Pošto je sadržaj Registrija u binarnom formatu, eventrualna

oštećenja na fajlovima koji mu pripadaju se teško mogu popraviti

Registry• Svaka aplikacija koja se ne deinstalira na propisan način i ne

ukloni svoje zapise iz Registry-ja može da napravi potencijalan problem

• Instalacioni programi aplikacija postaju komplikovani jer pored kopiranja fajlova treba da obezbede i odgovarajuća podešavanja u Registry-ju