25.4.2012.

1

Kodiranje Građa računala Središnja jedinica računala Periferne jedinice računala Principi rada suvremenih računala

Kako se kodiraju (prevode) u računalu čitljiv oblik različiti tipovi podataka

Kako se spremaju u memorije računala

Kako radi procesor i kako se izvršavaju programi

Na kojim principima funkcioniraju suvremeni računalni sustavi

25.4.2012.

2

Brojevi

Znakovi alfabeta

Slike (fiksne i pokretne)

Zvuk

Integracija podataka (multimedija)

01001110

10110100

11011001

01101100

25.4.2012.

3

Kodiranje: prevođenje semantičkih znakova i simbola u

fizičke

Kôd: oznake fizičkog alfabeta koje se kombiniraju prema

unaprijed utvrđenim pravilima sa svrhom da se izraze

semantičke oznake i njihove kombinacije

Semantičke jedinice: slova, brojevi, znakovi, simboli…

Fizičke jedinice: napon (ima, nema); magnetizam

(magnetizirano, nemagnetizirano)...ili

bilo koja fizička veličina sa dva ili više

diskretnih stanja

Ulaz: pretvorba semantičkih podataka u fizičke

Izlaz: pretvorba fizičkih podataka u semantičke

25.4.2012.

4

Z: broj znakova semantičkog alfabeta

B: broj znakova fizičkog alfabeta

Prevođenje Z u B: Z Bn n =1,2,3….z

Primjer: prevođenje znakova dekadskog brojevnog

sustava u binarni:

Z = 10 , B=2 n= 4

Ako je Bn Z postoji preobilnost fizičkih znakova ili

redundancija

Z= { 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 }

B= { 0 1}

0 0

1 01

2 10

3 11

4 100

5 101

6 110

7 111

8 1000

9 1001

10 1010

11 1011

12 1100

13 1101

14 1110

15 1111

preobilnost -

redundancija

25.4.2012.

5

ekonomičnost: kôd mora sadržavati minimalnu potrebnu zalihu znakova

sigurnost: fizička zaliha znakova mora biti što veća

Načelo jednoznačnosti i ekonomičnosti kodiranja:

jednoznačan je onaj kod u kojem svaki znak alfabeta ima različitu kombinaciju fizičkih znakova a ekonomičan je onaj kod koji ima najmanju redundanciju

Semantički alfabet prevodi se u kombinaciju dualnih simbola (npr. kombinaciju znamenaka binarnog brojevnog sustava – 0 i 1)

A 01101010

Problem koji treba definirati: Broj znakova

semantičkog alfabeta i raspoloživi broj fizičkih

oznaka koda u koji se prevodi

Binarni kodovi: Gray (3,4-bitni), BCD (4), BCDIC

(6-bitni), EBCDIC (8-bitni), ASCII (7, 8 – bitni)

25.4.2012.

6

Tetrada BCD

kod

Aiken

kod

Exzess

3 kod

Gray

kod

0000 0 0 0

0001 1 1 1

0010 2 2 3

0011 3 3 0 2

0100 4 4 1 2

0101 5 2 7

0110 6 3 6

0111 7 4 4

1000 8 5 5

1001 9 6 (9)

1010 7

1011 5 8

1100 6 9 8

1101 7 9

1110 8

1111 9

Pseudo

tetrade

Pseudo

tetrade

Pseudo

tetrade Pseudo

tetrade

Pseudo

tetrade Pseudo

tetrade

Tetradni

kodovi

ASCII

kod

b7

b6

b5

0

0

0

0

0

1

0

1

0

0

1

1

1

0

0

1

0

1

1

1

0

1

1

1

b4 b3 b2 b1 h 0 1 2 3 4 5 6 7

0 0 0 0 0 nul del sp 0 P ‘ p

0 0 0 1 1 so

h

DC1 ! 1 A Q a q

0 0 1 0 2 stx DC2 “ 2 B R b r

0 0 1 1 3 etx DC3 # 3 C S c s

0 1 0 0 4 eot DC4 4 D T d t

0 1 0 1 5 en

q

NAK % 5 E U e u

0 1 1 0 6 ac

k

SYN & 6 F V f v

0 1 1 1 7 bel ETB 7 G W g w

1 0 0 0 8 bs CAN ( 8 H X h x

1 0 0 1 9 ht EM ) 9 I Y i y

1 0 1 0 A lf SUB * : J Z j z

1 0 1 1 B vt RSC + ; K I k i

1 1 0 0 C ff ES , Š L l

1 1 0 1 D cr GS - = M m

1 1 1 0 E so RS . ] N n

1 1 1 1 F si US ? O o DE

L

•8 bitni ASCII kod:

28 = 256 znakova

•Unicode:

232 = 4294967296

znakova

25.4.2012.

7

Kôd za prikaz cijelih brojeva

Veličina broja ovisi o broju raspoloživih oznaka fizičkog alfabeta

Primjer: 8 bitni kod za cijele brojeve

Problem predznaka: negativni broj prikazuje se kao

komplement njegove apsolutne vrijednosti

Najveći broj: 01111111 = 127

Najmanji broj: 10000000 = -128

x; Komp (x)= Bn - x Bn cjelobrojna potencija baze

br. sustava

Primjer: x = - 47

Komplement od x = 100 - 47 = 53

93 - 47 = 93+ 53 = 146 Zanemari prijelaz na

znamenku najvišeg

reda Komplementiranje u binarom brojevnom sustavu:

pretvori jedinice u nule, nule u jedinice i dodaj 1 na prvom bitu

00101111

11010000

+ 1

11010001 - 47

|47 |

25.4.2012.

8

Broj se prikazuje s fiksnim brojem signifikantnih

znamenaka množenim s potencijom nekog broja

Pr. 1934572301 može se sa 8 signifikantnih

znamenaka prikazati kao 193457,23 * 10*4

mantisa karakteristika

010011001110000000000000

1001100 = 76 ( to je za 64 uvećan eksponent baze 2 i

iznosi 12)

1110000000000000 frakcija i predstavljaju 1*2-1 +1*2-2+

1*2-3

decimalno : 212* 0,875 = 3584

predznak

Kôd kliznog zareza (floating point)

Račun izreka ili iskaza (algebra propozicije)

Izreka (iskaz): rečenica kojom se nešto iskazuje i za

koju se može ustanovitida li je lažna () ili istinita (T)

i T su logičke funkcije i ovise o vrijednosti iskaza p

25.4.2012.

9

Osnovne logičke operacije:

• konjunkcija (i)

• disjunkcija (ili) (uključivo i isključivo)

• negacija (ne)

• implikacija (ako … tada)

• ekvivalencija (ako i samo ako; nuždan i dovoljan uvjet za … jest …)

A A

0 1

1 0

Tabele (matrice) istinitosti za pojedine logičke

operacije A B A*B

0 0 0

0 1 0

1 0 0

1 1 1

A B A+B

0 0 0

0 1 1

1 0 1

1 1 1

konjunkcija disjunkcija negacija

Zakon identičnosti

• Zakon idempotencije

• Zakon komplementarnosti

• Zakon komutacije

• Zakon asocijacije

• Zakon distribucije

• De Morganovi zakoni

Osnovni zakoni propozicijske logike (računa izreka):

25.4.2012.

10

Booleova algebra Booleova algebra sastoji se od skupa B i linearnih

operacija “zbrajanja” i “množenja”. Skup B sastoji se od elemenata a,b,c… za koje vrijede slijedeći zakoni: ◦ Zakon zatvorenosti ◦ Zakon identičnosti ◦ Zakon komplementarnosti ◦ Zakon komutacije ◦ Zakon asocijacije ◦ Zakon distribucije

Primjer: Skup B(0,1) i operacije + i *

Kombinacijski uređaji Uređaji koji imaju slijedeće osobine: Jednu ili više ulaznih vrijednosti diskretne varijable Jednu ili više izlaznih vrijednosti diskretne varijable Funkcionalnu specifikaciju kojom se određuje izlaz na

temelju vrijednosti ulaza Vremensku specifikaciju kojom se određuje gornje

vrijeme u kojem se transformacija ulaza u izlaze mora obaviti

25.4.2012.

11

Tehničke osnove: logička vrata na poluvodičkim materijalima: fizički uređaji na kojima se realizira Booleova algebra. (AND, OR, NOT, NAND, XOR)

Logički sklopovi (logički krugovi)

Sklop: strujni krug s izvorom struje, trošilom i više sklopki koje promatramo kao cjelinu

IZVOR

STRUJE

A B

C

E

EC

25.4.2012.

12

Osnovni logički sklopovi (krugovi):

i - sklop (konjunkcija)

ili - sklop (disjunkcija)

ne - sklop (negacija)

Izvedeni logički krugovi:

NAND

NOR

NXOR

POLUZBRAJAČI

ZBRAJAČI ◦ http://computer.howstuffworks.com/boolean5.htm

25.4.2012.

13

Složeni memorijski krugovi s dva stabilna stanja: mogu se iz jednog u drugo stabilno stanje prebacivati pomoću vanjskih impulsnih signala ◦ koderi ◦ dekoderi ◦ registri ◦ Brojači ◦ Memorijski čipovi (ROM, DRAM, SRAM, CASHE) ◦ Registri, ALU, Kontrolna (upravljačka) jedinica CPU ◦ Sabirnice

Elementarni i izvedeni sklopovi se integriraju na jednom čipu u složene strukture

LSI, VLSI i SVLSI na mikročipu

25.4.2012.

14

tokovi upravljačkih signala

tokovi podataka i instrukcija

U/I jedinica

Aritmetičko

–logička

jedinica

Upravljačka

jedinica

Memorijska

jedinica

CPU

Periferijski uređaj

Periferijski uređaj

25.4.2012.

15

•odvajanje programa od strojeva to jest pohrana programa u memoriju i to u binarnom obliku, odakle se mogu koristiti kao slijed instrukcija kojima se izvršava neki zadatak (do pojave ovog koncepta svaki se novi zadatak unosio u računalo preklapanjem sklopki i releja, bilo u samom računalu ili na tzv. kontrolnoj tabli.

•odvajanje podataka od programa – podaci se kao i programi smještaju u memoriju računala na posebne memorijske lokacije i odatle uzimaju po potrebi programskih instrukcija. Rezultati obrade smještaju se također u memoriju računala a iz nje ne neku perifernu jedinicu odnosno trajni zapis.

razdvajanje ulaza, obrade, skladištenja i izlaza podataka – semantički skupovi podataka pretvaraju se u stroju čitljivu (binarnu) formu u kojoj bivaju obrađeni, nakon čega se ponovo pretvaraju u čovjeku čitljiv skup semantičkih oznaka

u obradbenom dijelu razdvajanje matematičko-logičkih procesa i procesa kontrole i upravljanja tokovima procesa

25.4.2012.

16

Uloga: obrada podataka ◦ Aritmetičko-logička jedinica:

Obavlja aritmetičko logičke operacije i prosljeđivanje rezultata

◦ Upravljačka jedinica

Dohvaća instrukcije iz memorije, dekodira ih i upućuje na izvođenje,određuje vrstu operacije

◦ Registri

Brze memorije u procesoru

ponavljati ◦ dohvatiti iz spremnika instrukciju na koju pokazuje programsko

brojilo;

◦ povećati sadržaj programskog brojila da pokazuje sljedeću instrukciju;

◦ dekodirati instrukciju, odrediti operaciju koju treba izvesti,

◦ odrediti odakle dolaze operandi i kuda se pohranjuje rezultat;

◦ operande odvesti na aritmetičko-logičku jedinku, izvesti zadanu operaciju i pohraniti rezultat u odredište;

do isključivanja

25.4.2012.

17

Izvor: http//www.howstuffworks.com/microprocessors

• Uređena konačna jednodimenzionalna lista memorijskih lokacija (registara ili spremnika (pretinaca) u kojima se pohranjuju podaci, instrukcije i međurezultati obrade

• U memorijske lokacije (adrese) podaci se upisuju ili iz njih čitaju

0

1

1

0

1

0

1

1

0

1

1

0

1

0

1

1

1

1

0

1

1

1

0

0

0

1

1

0

1

0

1

1

1

0

0

1

1

0

0

0

0

1

1

0

1

0

1

1

1

1

0

1

1

1

0

0

0

1

1

0

1

0

1

1

25.4.2012.

18

Izvor: http//www.howstuffworks.com/

Memorijski registri - služe za brzi transfer podataka između glavne memorije i ostalih dijelova računala Adresni memorijski registri - registri za određivanje operanada i

lokacija smještenih u memoriji

Memorijski registar podataka - registri za pohranu podataka i riječi programa

Kontrolni memorijski registri- određuju svrhu pristupa (upis ili čitanje) memoriji

Adresni dekoder - sklop koji prosljeđuje signal odnosno tumači operacijski dio instrukcije i poziva logičke krugove potrebne za izvođenje neke operacije

25.4.2012.

19

ROM - memorija za pohranu podataka koji se neće mijenjati (dio OS-a - BIOS) ◦ PROM, EPROM, EEPROM

Cashe - memorija s brzim pristupom - smještena između procesora i memorijskih registara - služi za ubrzanje pristupa glavnoj memoriji

Stek (stog) memorija (Stack memory) - koristi se za memoriranje slijeda sadržaja općih registara

Virtuelna memorija - koristi se za povezivanje masovnih memorija s RAM-om

Upravljačka sabirnica

Procesor

Memorija

Pristupni

sklop

Ulazno-izlazna

naprava

Ulazno-izlazna

naprava

Adresna sabirnica

In Out Com Status

Adresni

dekoder

Podatkovna

sabirnica

25.4.2012.

20

skup vodiča putem kojih se prenose podatci od memorije

i ulazno-izlaznih uređaja do procesora

Matična ploča

Kartica proširenja (pr.

grafička kartica)

RAM

Kućište

Procesor

Paralelni port

Serijski port