RAČUNALNIŠKI SISTEMI in KOMUNIKACIJE

RAČUNALNIŠKI SISTEMIin KOMUNIKACIJEdr. Igor Bernik, [email protected]

Univerza v MariboruFakulteta za organizacijske vede

kib1.fov.uni-mb.si/RaSK

Računalniški sistem - uvod Kaj je računalniški sistem?

Računalnik in periferijaProgramska oprema

Računalniški sistemi

Računalnik je naprava, ki jo lahko programiramo, da manipulira z simboli. Hitro, natančno in zanesljivo lahko izvaja kompleksne in ponavljajoče se procedure ter hrani in bere velike količine podatkov. Fizične komponente imenujemo strojna oprema – hardver, ki izvajajo programsko opremo – softver. Vhodno izhodne enote dovoljujejo računalnikom komunikacijo z uporabnikom in zunanjim svetom.

Kaj je računalnik? Ker je računalnik naprava, naj dela kaj koristnega:

Pisanje tekstaHranjenje in obdelava podatkovReševanje matematičnih problemov Igranje iger

Primeri: bankomat, referat, borza, ...


Računalniški sistem z vidika: Uporabnika

Zmogljivosti in omejitve

Programerja Želim si računalnik, za katerega lahko napišem čim boljši program

Sistemski analitika Računalniki za dobro delovanje aplikacij – pravi sistem za

določena opravila

Sistemskega administratorja; sistemskega managerja Računalnik, ki omogoča maksimalno učinkovitost celotnega

računalniškega sistema (kot rač. samega, kot več rač. na določeni lokaciji ali kot sistem računalnikov na dislociranih lokacijah)


Osnovne operacije pri izvajanju računalniškega procesiranja podatkov

Vhod/Izhod podatkovOsnovna aritmetična in logična preračunavanjaTransformacija ali prevajanje podatkov (prevajanje

programa, update datotek, ...)Sortiranje podatkov Iskanje ujemajočih podatkovShranjevanje in branje podatkovPrenos podatkov (prenos datotek)


Komponente računalniškega sistema Hardver, ki omogoča fizične mehanizme vhoda in

izhoda podatkov, manipuliranja z njimi in za elektronsko kontrolo vhoda in izhoda podatkov

Softver – sistemski in aplikativni, ki daje inštrukcije hardveru kako in v kakšnem vrstnem redu naj dela.

Podatki; numerični, alfanumerični, grafični, zvokovni, ... predstavljeni v obliki, s katerimi softver zna delati


Hardverske komponente Procesor (CPE) Pomnilnik Vhodno/izhodni vmesnik Vhodne enote Izhodne enote


Centralno procesna enota - procesor Aritmetično logična enota; izvajanje aritmetičnih in

logičnih kalkulacij. Kontrolna enota; kontrolira procesiranje inštrukcij

in gibanje notranjih podatkov procesorja iz enega dela procesorja v drugega.

Vmesnik; premika inštrukcije programa in podatke med procesorjem in ostalim hardverom.


Pomnilnik bit, byte = 8bit 1KB= 210=1024bytes, 220=MB,230=GB

Razločimo različne tipe: RAM (random access memory) ROM (read only memory) Trdi disk, CD-ROM, DVD-ROM, DVD-RAM, tračne

enote, luknjane kartice, pomnilne kartice...


Vhodno/izhodni vmesnik ISA Serijski Zaporedni PCMCIA (PcCard) SCSI PCI, PCI-X USB FireWire BlueTooth


Vhodne enote Luknjana kartica Tipkovnica Miška Grafična tablica Skener (bar-code, ročni, ploski, bobenski, ...) Pero Igralna palica, volan Digitalni foto aparat, video kamera (analogna in

digitalna) ...


Izhodne enote Zaslon (CRT, LCD, ...) Projektor (LCD, DLP, ...) Tiskalniki (iglični, brizgalni, laserski, specialni) Zvočniki


Softverske komponente Firmware (v strojne naprave vgrajen softver) Sistemski softver (BIOS, operacijski sistemi) Aplikativni, uporabniški programi


Komunikacijske komponentepotrebujemo, ker računalnik dandanes ni več sam Različne omrežne povezave, prek različnih

softverskih protokolovpreko ožičenj (omrežje, telefonska linija)Brezžično (WiFi, bluetooth, ...)


Podatki, informacijeTyche Brahe, srednjeveški astronom, je svoje

življenje posvetil opazovanju in zapisovanju pozicije planetov.

Johannes Kepler analizira zbrane podatke in predstavi zakone gibanja planetov.

Brahe je zbiral podatke – Keplerjevi zakoni so informacije!


Procesiranje podatkov v informacije Procesiranje podatkov pojasni njihov pomen. Računalnik je stroj za procesiranje podatkov! Podatkovni tok teče v računalnik kot vhod, informacijski tok iz računalnika je izhod.


Shranjevanjepodatkov

Podatki(vhod)

Informacije(izhod)

Proces(računalnik)

Računalnik ali kalkulator - razlikaOba lahko računata.

Na kalkulatorju je postopek seštevanja naslednji: Vnesemo prvo število (X) Izberemo operator seštevanja (+) Vnesemo drugo število (Y) Izberemo operator za izračunavanje (=) Zapišemo izračunano število za nadaljnje računanje

Kalkulator izračuna vrednost glede na zaporedje pritisnjenih gumbov.Računalnik procesira podatke avtomatsko. Moramo mu podati set

inštrukcij (program), ki je shranjen na računalniku (shranjeni program).

Računalnik je naprava, ki procesira podatke v informacije pod kontrolo shranjenih programov.


John von Neumannov konceptStored program concept (Koncept shranjenih

programov) Podatki, manipulirani v skladu z inštrukcijami

programa so shranjeni v spominu medtem, ko se procesirajo. Tudi programske inštrukcije in podatki so shranjeni v spominu medtem ko se procesirajo. Koncept je standardna osnova za računalniško arhitekturo praktično vseh obstoječih računalnikov.


Centralna procesna enota ima sedaj samostojno enoto – mikroprocesor. L. 1975 se prvi računalnik proda ljubitelju tehnike. L. 1981 IBM proda prvi PC, do konca leta pa že 2 mio. Leta 82 – 5,5 mio. Deset let kasneje pa 65 mio. Trenti so v zmanjševanju velikosti in porabe elektrike – iz namiznih v prenosne in v ročne. Iz leta v letu padajo cene in naraščajo zmogljivosti. Povezujejo se preko lokalnih mrež v Internet. Tako predstavljajo skupno mrežo informacij.


Četrta generacija (1971 – do danes)


Peta generacija (od danes naprej)Peta generacija računalnikov se še razvija. Razlika

med 4. in 5. generacijo je v uporabi umetne inteligence, kjer bodo računalniki lahko:

Uporabljali naravni govor Razumeli deduktivno sklepanje Se učili iz napak Videli in razpoznali objekte Evaluirali na stopnjo novih zahtev.Za to se potrebujejo bistveno zmogljivejši

računalniki, ki bodo delovali podobno kot človek.

RAČUNALNIŠKI SISTEMI2. Osnovni podsistemi računalnika


dr. Igor Bernik, docent



Osnovne sistemske komponenteRačunalniški sistem je sestavljen iz centralne enote

(računalnika) in različnih perifernih naprav.Centralna enota vsebuje večino elektronskih sklopovPeriferne naprave so na centralno enoto priključene

prek ožičenja (in tudi brezžično) Von Neumann hardver razbije na 5 osnovnih

delov:CPE (procesor)VhodIzhodDelovni pomnilnik - RAMStalni pomnilnik


Osnovne sistemske komponente

Vodila

CPE

Kontrolerji

VHODTipkovnicaMiškaOptični čitalnikDigitalna kameraModemMikrofonVideo/TV

IZHODMonitorTiskalnikZvočniki

POGONIMehki diskTrdi diskOptični pogoni

POMNILNIKRAMVmesni


Centralna procesna enotaCentralna procesna enota (CPE-procesor) je

najpomembnejša komponenta računalnika. Pod kontrolo shranjenega programa, CPE manipulira z podatki in shranjuje rezultate v pomnilnik - RAM! CPE stalno prejema inštrukcije, ki jih mora izvesti. Vsaka inštrukcija vsebuje vrstni red procesiranja podatkov. Delo procesorja je večinoma preračunavanje podatkov in

njihov transport. Podatki prihajajo iz pomnilnika in vhodnih perifernih naprav

(pogonov, tipkovnice). Po procesiranju se podatki pošljejo nazaj v pomnilnik in na

izhodne periferne naprave.


Pomnilnik in pogoni Delovni pomnilnik računalnika vsebuje podatke in

programe. Vsi podatki ki jih računalnik potrebuje in dela z

njimi v času procesiranja so shranjeni v delovnem pomnilniku.

Podatki, ki se nahajajo na enem izmed pogonov in so potrebni za procesiranje, se morajo najprej prebrati v delovni pomnilnik.

Delovni pomnilnik = RAM.Pogoni = mehki, trdi diski, CD, DVD, tračne enote, ...


Periferne napravePeriferne naprave so običajno fizično ločene od

računalnika – medtem ko procesor in pomnilnik tvorijo glavni del računalnika.

Število perifernih naprav je odvisna od opremljenosti računalniškega sistema. V osnovi jih delimo na:

Vhodne naprave – omogočajo vnos podatkov (tipkovnica, miška)

Izhodne naprave – omogočajo prikaz procesiranih podatkov/informacij uporabniku (monitor, tiskalnik)


VodilaVodila so povezave v računalniku, ki povežejo

procesor z ostalimi komponentami. Računalniški sistem sprejema in pošilja podatke na vodila, ki jih delimo na:

Sistemsko vodilo, ki povezuje CPE z RAMom. Je centralno vodilo sistema.

V/I vodila, ki povezujejo CPE in ostale komponente. Prenašajo podatke in povezujejo sistemsko vodilo z vsemi V/I napravami.


Osnovni računalniški korakipotrebni za izvedbo naloge:1. Shrani program v pomnilnik.

Procesor

Glavni pomnilnik

Tipkovnica


Osnovni računalniški korakipotrebni za izvedbo naloge:2. Vnesene podatke iz tipkovnice shrani v pomnilnik.

Procesor

Glavni pomnilnik

TipkovnicaProgramPodatki


Osnovni računalniški korakipotrebni za izvedbo naloge:3. Procesor procesira podatke na osnovi programa

in shrani rezultate v pomnilnik.4. Rezultati so prikazani na izbrani izhodni napravi.

Procesor

TipkovnicaProgramPodatki

Rezultati


Pomni: hardver, softver, programHardver imenujemo fizične komponente sistema

(CPE, pomnilnik, vodila, naprave).Softver imenujemo programe, ki so elektronski

signali in obstajajo zgolj s pomočjo hardvera v pomnilniku.

Program je serija inštrukcij, ki izvaja določene naloge.

Podatki niso programi! Programi vsebuje inštrukcije za procesiranje podatkov. Programi se izvajajo, podatki se procesirajo.

RAČUNALNIŠKI SISTEMI3. Podatki in številčni sistemi




O podatkihNaši računalniki procesirajo podatke. Njihova

funkcija je preprosta: procesiranje podatkov. Procesiranje se izvaja znotraj CPE in med ostalimi komponentami. To je seveda preprosto, toda KAJ so podatki in KAKO se procesirajo v računalniku?


Analogni podatkiSignali, ki jih pošiljamo drug drugemu so podatki.

Naši vsakodnevni podatki so v različnih oblikah: zvok, pisma, številke in drugi znaki (ročno napisani ali tiskani), fotografije, grafika, film, ... Vsi ti podatki so naravni – analogni, kar pomeni, da se razlikujejo v svoji obliki. Podatki v tej obliki so neuporabni za računalniško procesiranje. Računalnik lahko procesira zgolj preproste, natančno določene podatkovne formate, ki jih lahko procesira zelo uspešno.


Digitalni podatki

Računalnik je električna naprava. Torej lahko dela le z podatki, ki jih razume na električnem nivoju. To doseže z uporabo električnih stikal, ki so lahko vključeno ("1") ali izključeno ("0"). Z električnimi stikali lahko pišemo števila 0 in 1 ter pričnemo procesirati naše podatke.Računalniški procesor ima milijone teh stikal v obliki tranzistorjev).


BitiVsako 0 ali 1 imenujemo bit. Bit (BInary digiT).

Število imenujemo binarno, saj izhaja iz binarnega številčnega sistema:

0 1 bit 1 1 bit 0110 4 bit

01101011 8 bit


Binarni številčni sistemBinarni številčni sistem je zgrajen iz števil, enako kot

naš običajni desetiški številski sistem (10 številski sistem, števila 0-9), le da uporablja le števili 0 in 1.

DESETIŠKI ŠTEVILSKI SISTEM - Desetiška števila so števila z osnovo deset: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 in 9. Primer: 23

BINARNI ŠTEVILSKI SISTEM - Binarna števila so števila z osnovo dva: 0 in 1. Primer: 1012

(0 ko je stikalo izključeno, 1 ko je stikalo vključeno)


Osmiški, šestanjstiški, ... štev. sistemiOsmiški (octal) in šestnajstiški (hexadecimal)

številska sistema omogočata preprosto predstavljanje večbitnih števi lv digitalnem sistemu, saj so njune baze večkratnika števila 2.

Osmiški številčni sistem uporablja števila od 0-7. S tremi biti lahko predstavimo vsako izmed števil osmiškega štev. sistema.

Šestnajstiški številčni sistem uporablja števila od 0-9 in črke od A-F. S štirimi biti lahko predstavimo vsako izmed števil šestnajstiškega štev. sistema.

Dvaintrideset, štiriinšestdesetRačunalniški sistemi

Zakaj binarna števila

Dvomestna vezja, ki jih imenujemo tudi digitalna ali binarna so neobčutljiva na motnje, preprosta za razvoj in razumevanje in izjemno zanesljiva. Informacije/podatki se preprosto manipulirajo z uporabo preprostih elektronskih vezij – logičnih vezij oz. vrat.


RAČUNALNIŠKI SISTEMI4. Logična vezja




Booleanova algebra

V binarni logiki imamo lahko pri odgovoru na vprašanje dva odgovora:

True – resnično – daFalse – neresnično – nePovezujemo jih z tremi osnovnimi logičnimi

povezavami – vrati IN, ALI in NE.


Logična vrata in CPE


Logična vrata Booleanova logika se lahko transformira iz

algebraičnega izraza v logični diagram, ki predstavlja IN, ALI in NE vrata. Z implementacijo logičnih diagramov v hardveru dobimo digitalna vezja.

Digitalna vezja so komponente hardvera, ki manipulirajo z binarnimi informacijami.

Vezja so implementirana z uporabo tranzistorjev v integrirana vezja.

Vsakemu osnovnemu vezju tranzistorja pripišemo logična vrata.


Logična vrata NE (NOT)


A

Y

Logična funkcija: AY

A Y

1 0

0 1

Logična vrata IN (AND)


A B

Y

Logična funkcija: BAY

A B Y

0 0 0

0 1 0

1 0 0

1 1 1

Logična vrata ALI (OR)


A B

Y


A B Y

0 0 0

0 1 1

1 0 1

1 1 1

Logična vrata NE IN (NAND)


A B

Y


A B Y

0 0 1

0 1 1

1 0 1

1 1 0

Logična vrata NE ALI (NOR)


A B

Y


A B Y

0 0 1

0 1 0

1 0 0

1 1 0

Logična vrata ekskluzivni ALI (XOR)


A B

Y


A B Y

0 0 0

0 1 1

1 0 1

1 1 0

Log. vrata ekskluzivni NE ALI (XNOR)


A B

Y


A B Y

0 0 1

0 1 0

1 0 0

1 1 1

Zakoni Booleanove algebre Zakona zduževanja:

• A + B = B + A• A * B = B * A

Zakona povezovanja:• (A + B) + C = A + (B + C) = A + B + C• A * (B * C) = (A * B) * C = A * B * C

Zakon deljenja:• A * (B + C) = A * B + A * C

de Morganova zakona:• ___________ __ __

• (A + B) = A * B• ________ __ __

• A * B = A + B


Zakoni Booleanove algebre Ostali zakoni:

• A + A = A• A * A = A• A + 1 = 1• A * 1 = A• A + 0 = A• A * 0 = 0• __

• A + A = 1• __

• A * A = 0• __

• A = A


Logična vezja in uporaba zakonov


__ __

Y = A * B * C + A * B * C + A * C __ __

Y = A* B * (C + C) + A * C = A * B + A* C __

Ne pozabi: C + C = 1 in A * B * 1 = A * B

RAČUNALNIŠKI SISTEMI5. Analogni in digitalni podatki




Zapomni si!


Ime okr. Velikost (byte)Kilo K 2^10 = 1,024 Mega M 2^20 = 1,048,576 Giga G 2^30 = 1,073,741,824 Tera T 2^40 = 1,099,511,627,776 Peta P 2^50 = 1,125,899,906,842,624 Exa E 2^60 = 1,152,921,504,606,846,976 Zetta Z 2^70 = 1,180,591,620,717,411,303,424Yotta Y 2^80 = 1,208,925,819,614,629,174,706,176

Analogni proti digitalnim podatkom


Digitalni podatki Računalnik lahko procesira podatke le v primeru,

da so ti zapisani kot 0 in 1. Te podatke imenujemo digitalni podatki. Če običajne podatke iz analogne oblike prevedemo v digitalno, bodo le ti prikazani kot veriga 0 in 1, torej jih bo računalnik sposoben procesirati. Torej moramo opraviti postopek digitalizacije naših podatkov. Čisti tekst, zvok in slike digitaliziramo v obliko, zapisano z 0 in 1.


O Bytih Osnovno podatkovno

procesiranje je procesiranje teksta

Vsakemu znaku pripišemo 8 bitov (1byte) dolgo oznako, ki predstavlja določen znak.

Primer oznak je prikazan na tabeli:


Znak Bitni zapis Oznaka byta

Znak Bitni zapis Oznaka byta

A 01000001 65 ¼ 10111100 188

B 01000010 66 . 00101110 46

C 01000011 67 : 00111010 58

a 01100001 97 $ 00100100 36

b 01100010 98 \ 01011100 92

o 01101111 111 ~ 01111110 126

p 01110000 112 1 00110001 49

q 01110001 113 2 00110010 50

r 01110010 114 9 00111001 57

x 01111000 120 © 10101001 169

y 01111001 121 > 00111110 62

z 01111010 122 ‰ 10001001 137

ASCII ASCII (American Standard Code for Information Interchange) Industrijski standard, ki alfanumeričnim znakom

znotraj prostora 256 znakov (28) vsakemu izmed znakov pripiše 8 bitno kodo.

ASCII tabelo razdelimo na 3 sekcije: Neizpisljive kode na mestih od 0 do 31. "Spodnji" del ASCII tabele med 32 in 127 mestom. To je del, kjer so vsi

glavni znaki (predvsem ameriške abecede) "Zgornji" ASCII med 128 in 255. Del kode, kjer s programiranjem lahko

dobimo specialne znake, predvsem v odvisnosti od jezika, kateremu so znaki namenjeni (šumniki, nemški znaki, ...)



Tabela znakov: ASCII tabela


Tabela znakov: ASCII tabela

O tekstu in kodah Uporabniški podatki so v računalniku vedno v digitalni

obliki. Podatke delimo na dve osnovni obliki:

Programska koda, ki omogoča delovanje računalnika Uporabniški podatki, kot so tekst, grafika, zvok, ...

Dejstvo je, da CPE mora poznati inštrukcije (programe), da funkcionira nad podatki. Program je zbirka inštrukcij, ki se izvajajo ena za drugo, medtem ko program teče. Vsakič ko premaknemo miško, kliknemo, pritisnemo tipko na tipkovnici, ... se inštrukcije pošljejo programom, ki skrbijo za odzive in povedo CPE, kako naj se na akcijo odziva.


Tako programsko kodo kot podatke shranjujemo v datotekah na trdem disku. Glede na končnico datotek, lahko sklepamo, kaj je v njej.


Vsebina Ime datoteke

Programska koda START.EXE, WIN.COM, HELP.DLL, VMM32.VXD

Uporabniški podatki PISMO.DOC, HISA.BMP, DEFAULT.HTM

Datoteke

Podatkovni tipi in standardi


Podatkovni tip Standardi

Alfanumerični ASCII

slika (bitmap) GIF (graphical image format)PCX (PC Paintbrush)TIFF (tagged image file format)BMP (Windows Bitmap)

slika (object) PICT, PostScript

Grafika in črke PostScript, TrueType

zvok Sound Blaster, MPEG*, WAW

video MPEG*QuickTimeAVI

Standard predstavitve števil Standardi običajno določa tri področja: predstavitev števil,

izvajanje aritmetičnih operacij (zaokroževanje) in postopke v primeru napak (prekoračitev, deljenje z nič, itd).

Predstavitev števil v računalniku se izvaja posebej za: 1.) Fiksna vejica 2.) Plavajoča vejica

Standard uporablja bazo 2 in določa dva formata za predstavitev števil. To sta 32-bitni format enojne natančnosti in 64-bitni format dvojne natančnosti, ki ju prikazuje slika.


Standard predstavitve števil


31 30 23 22

s e m

s e m63 62 52 51

0

0

eksponents pomikom 127

eksponents pomikom 1023

0=+1=-

0=+1=-

8-bitni

11-bitni 52-bitna mantisa

23-bitna mantisa

vrednost=(-1) (1,m)2s e-127

obseg=(+/-)1,17 x 10 do (+/-)3,40 x 10 -38 38

a.) 32-bitni format (enojna natan~nost)

vrednost=(-1) (1,m)2s e-1023

obseg=(+/-)2,22 x 10 do (+/-)1,80 x 10 -308 308

b.) 64-bitni format (dvojna natan~nost)

predznak

predznak

Grafični format


Poznamo dve vrsti grafičnih formatov: rastrski (zgrajen iz točk) in vektorski (zgrajen iz poti).

Pri rastrskem (bitmap) formatu je slika zgrajena iz točk različnih barv ali senc.Vektorska grafika uporablja matematična razmerja med točkami in povezuje poti krivulj, da popiše sliko.

Slika v rastrskem

Vektorska grafika:

Zvočni formati Podobno kot slike digitaliziramo tudi zvok. Zvok je

nihanje zraka s slišno frekvenco. Z mikrofonom ga spremenimo v nihanje električne napetosti, ki je analogna predstavitev zvoka. Za razliko od slike je pri zvoku pomembna časovna dimenzija. Analogno predstavitev zvoka digitaliziramo tako,da čas razdelimo na drobne časovne korake. Nato določimo povprečno velikost zvočnega signala v posameznem časovnem koraku. Na sliki je povprečna velikost signala predstavljena s stolpci. Velikost stolpcev izrazimo z dvojiškimi števili. Dobljeno zaporedje dvojiških števil predstavlja digitalen zapis zvoka.


Zvočni formati Pri sliki je natančnost digitalne predstavitve odvisna od

gostote mreže, pri zvoku pa je odvisna od frekvence vzorčenja, tem večja je dobljena količina informacije in tem bolj natančna je predstavitev zvoka. Če je časovni korak dovolj kratek, da zajamemo tudi visoke frekvence, ki so na robu slišnega območja človeškega ušesa, potem bolj natančna predstavitev zvoka ni smiselna. Zgornja meja slišnih frekvenc človeškega ušesa je približno 18 kHz.Pri digitalizaciji zvoka za zapis na CD je frekvenca vzorčenja 44 kHZ. Vsak vzorec pa je predstavljen s 16 biti.


Zvočni formati


Digitalizacija zvoka

http://www.wikipedia.org/wiki/File_format

Zvočni formati


Digitalizacija zvoka

http://www.wikipedia.org/wiki/File_format

Ostali formati Formati za besedilo Formati za “računske” aplikacije Grafični formati Zvočni formati Formati za inženirske aplikacije Video formati Formati za predstavitev podatkovnih baz ...


RAČUNALNIŠKI SISTEMI6. Komponente računalniškega sistema




Sestava računalniškega sistem


Notranjost računalnikaGlavni elementi računalnika se praviloma

nahajajo znotraj ohišja in so:Matična plošča, ki združuje:

ProcesorPomnilnikSistemski naborVodila in reže za vmesnikeKontrolerje

Diskovne (mehki, trdi, CD, DVD) in tračne enote,Grafični podsistem,Napajalnik, ...


Shematski prikaz računalnika


Sestava računalniškega sistem


RAČUNALNIŠKI SISTEMI6.1 Procesor




Centralna procesna enota (CPE) Procesor je izdelan na rezini silicija in ima

izvedene nožice skozi silicijevo rezino, prek katerih je priključen na električne vhode in izhode.Več let se že kaže trend, da računalniškim procesorjem

podvojijo zmogljivosti vsakih 18 mesecev – Moorov zakon (Thomas Moore – podpredsednik korporacije Intel).

Trenutno ni indikatorjev, da bi se razvoj mikroprocesorjev upočasnil.


Delovanje CPEDekodira inštrukcije,Vzpostavlja in obnavlja podatke, s katerimi

operira,Izvaja zahtevane kalkulacije.


Glavne komponente CPEALE – aritmetično logična enota; izvaja

aritmetične in logične operacije na vhodnih podatkih.

Krmilna enota – nadzira delovanje ALE in upravlja izvajanje programa v procesorju.

Registri – hitre spominske lokacije, na katerih procesor shranjuje operande, ki jih pogosto potrebuje, s tem se pohitri procesiranje.

Notranje podatkovno vodilo.


Vhodi in izhodi ALEObičajno so široki 8, 16, 32 ali 64 bitov.Krmilni signal vsebuje nekaj bitov (odvisno

od funkcije), ki so npr.:Dodajanje/odvzemanjeMnoženje/deljenjeLogični testi (ali je rezultat operacije 0)Logični testi za ničle (ali ima operand zgolj ničle v

podatkih)Primerjalne funkcije (<, >, =, ...)Bitni IN oz. ALI operator za dva operandaZamenjava bitov.


RegistriSo naslednji :

občasnipomožniakumulator Apodatkovni števec ( DC )programski števec ( PC )instrukcijski register ( IR )register stanj ( CCR )


Aritmetično logična enotaje sklop z več različnimi funkcijami, kot so:

seštevanjepomik vsebin registrovkomplementiranje vsebin registrovpovečevanje in zmanjševanje vsebin določenih

registrov za vrednost 1logične operacije, kot so IN, ALI, ekskluzivni ALI


Krmilna enotaskrbi za krmilne signale in njihovo pravilno

časovno zaporedje.Obstajata dve vrsti signalov :

nevidni, ki skrbijo za delovanje ALEkrmilni signali, ki so vhodni ali izhodni. Z njimi

CPE nadzoruje ostale enote ali preko njih ugotavlja stanj.


Notranje podatkovno vodilo služi za komunikacije med registri, ki pa ne morejo

potekati istočasno, temveč po časovnem multipleksu. V danem trenutku je lahko na vodilu le en podatek in s tem tudi le ena komunikacija.

Vsak mikroprocesor ima zbir različnih ukazov (inštrukcij), ki jih razume. Takšni ukazi so zbrani v tabeli ukazov, kjer je vsak ukaz na kratko opisan. Za mikroprocesor je ukaz razumljiv le v binarni obliki, medtem ko je za programerja ugodneje, če je ukaz zapisan v razumljivejši obliki.


Predstavniki sodobnih procesorjev Intel združljivi procesorji PowerPC (IBM, Motorola) Sparc, UltraSparc (Sun) ARM ...


Intel Itanium 2 AI 64 - arhitektura


Intel Itanium 2 AI 64 - izgradnja


RAČUNALNIŠKI SISTEMI6.2 Vodila, pomnilnik in pomnilne naprave




RAČUNALNIŠKI SISTEMI6.2.1. Vodila




Izmenjevanje podatkov v računalnikuV računalniku poteka izmenjevanje

podatkov med napravami prek vodil, ki v skladu s podatki v ROMu nastavijo delovanje računalnika.

ROM čipi vsebujejo inštrukcije, ki so specifične za posamezne dele matične plošče. Te inštrukcije so v računalniku stalno in se ne menjajo. Programska koda v ROMu je namenjena zagonu računalnika in OS.


Inštrukcije v ROMuInštrukcije so shranjene v ROM pomnilniku

in se aktivirajo eno za drugo pri zagonu računalnika.

Delimo jih na naslednje sklope:POST (Power On Self Test) inštrukcijeSetup inštrukcije so povezane s CMOS

inštrukcijami.BIOS inštrukcije povežejo različne dele strojne

opreme.Zagonske inštrukcije kličejo operacijski sistem.


Sistemska programska opremaRačunalniki imajo ROMe na matični plošči,

dobavljajo pa jih proizvajalci BIOSov, npr: Phoenix Intel AMIAward

Pri zagonu računalnika lahko preberemo proizvajalca ali si ogledamo in nastavimo parametre prek BIOSa.


Setup programiPri zagonu računalnika se iz ROM čipa

izvedejo:Inicializacijska rutina, ki vzpostavi funkcioniranje

BIOSa.POST (testni program)Nalaganje zagonskega sektorja, ki kliče

operacijski sistem.


POSTPower On Self Test je prvi sklop inštrukcij, ki

se izvedejo pri zagonu. Preverijo komponente računalnika, če delujejo.

Izvajanje POSTa gre v naslednjem vrstnem redu:Preverjanje grafičnega adapterjaNalaganje BIOSa (ime, verzija) Preverjanje RAMa (štetje in preverjanje).


POST – sporočanje napakČe POST ugotovi napako, bo na zaslon

napisal sporočilo o napaki. Če zaslon še ni pripravljen (napaka na video kartici), bo POST napako prikazal kot zvok z zaporednimi piski (npr. 3 kratke 1 dolg, 8 kratkih, ...).

POST bere tudi uporabniške podatke iz CMOSa.


CMOS RAMCMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor).

V računalniku je majhen del spomina pod stalno napetostjo (baterija). Uporabljen je lahko za poljubne podatke, v osnovi pa hrani pomembne sistemske podatke in vrednosti pri zagonu. Čeprav gre za majhno količino podatkov (100 or 200 bytov) so le-ti stalno na voljo POST in BIOS programom, ko se naložijo iz ROMa.


Vrednosti CMOSaVrednosti, ki se hranijo v CMOSu:

Kateri disketniki in trdi diski so v računalnikuNastavitev in vrsta tipkovniceProcesor, cache, vrednosti chip set-a, tip

RAMa, nastavitveDatum in čas.

Za pravilno delovanje računalnika morajo biti ti podatki pravilno vnešeni prek BIOSovega nastavitvenega programa.


Vrsta podatkov v CMOS RAMuCMOS podatke delimo v naslednji skupini:

Podatki, ki jih POST ne more poiskati pri sistemskem testu (diski, RAM)

Podatki, ki jih uporabnik vnese prek BIOSa ali nastavi v OS.


Nastavitve BIOSaKomunikacija med BIOSom in CMOSom

poteka prek nastavitvenega programa.


BIOS adapterjev in napravPri zagonu BIOS bere podatke iz ROMov

priključenih adapterjev in naprav prek katerih se kontrolira specifične enote hardvera. Npr. rutina BIOSa, ki prebere, kakšna tipkovnica je priključena.

Adapterji imajo lastno BIOS kodo, ki jim omogoča delovanje. Vsi podatki iz BIOSov naprav (tudi matične plošče) se zapišejo v RAM, od koder jih lahko bere OS.


Tok podatkov na matični ploščiNa matični plošči imamo CPE, pomnilnik in

vodila. Vodila so živčni sistem osnovne plošče in povezuje CPE in pomnilnik z ostalimi komponentami. Vodila so različnih tipov, npr: ISA, PCI, USB, ...


VodilaPrenašajo podatke med različnimi

komponentami RaS. Hkrati povezujejo CPE in ostale komponente.

CPE pošilja in sprejema podatke iz:Sistemskega vodila, ki povezuje CPE in RAMV/I vodila, ki povezuje CPE z ostalimi

komponentami.


Prikaz vodilPoenostavljen prikaz povezave CPE, RAMa

in ostalih enot RaS.


CPE Pomnilnik(RAM)

V/I enote:monitor,tipkovnica,miš, ...

V/I vodila

Sistemskovodilo

Prikaz vodil


Interna V/I vodilaSodobni računalniki vsebujejo predvsem

vodila:PCI,AGP (za grafiko) inUSB postaja v zadnjem času glavni vmesnik

za počasnejše naprave. Toda do sedaj smo uporabljali posebna vodila (na ISA vodilu):Kontroler disketnikaSerijski portParalelni portVmesnik tipkovnice


Vodilo PCI (Peripheral Component Interconnect)

Trenutno najpopularnejše V/I lokalno vodilo.

V l. 1993 ga predstavi Intel in kmalu postane standard; ne zgolj na PC ampak tudi Mac in Unix računalnikih.

PCI je 32-bitno vodilo, običajno hitrosti 33MHz.

Podpira specifikacijo Plug & Play (PnP).


Vodilo AGP - Accelerated Graphics Port

V osnovi je zgrajen na specifikaciji vodila PCI.

AGP specifikacija doda PCI-ju 20 dodatnih signalov.

Standardi AGP:AGP 1x: 66MHz ura, širina prenosa: 266Mb/sAGP 2x: 66MHz ura, širina prenosa: 533MB/sAGP 4x: 66MHz ura, širina prenosa: 1066MB/sAGP 8x: 66MHz ura, širina prenosa: 2.1GB/s

Podatkovno vodilo je lahko 8, 16, 24, 32 ali 64 bitov.


Vodilo PCI XNovo vodilo, ki izboljšuje vodilo PCI.Strokovnjaki menijo, da je vodilo

prihodnjega desetletja vodilo PCI Express, bo ohranil strojno in programsko

združljivost z obstoječimi rešitvami, čeprav je njegova oblika nekaj povsem novega.

PCI Express prinaša dvostransko povezavo, ki prenaša podatke v paketih, podobno kakor v omrežju. V vsako smer lahko prenaša podatke s hitrostjo 2,5GB/s, skupen prenos je ~i 200MB/s.

Hitrosti bo mogoče povečati na 4x, 8x in 16x. S hitrostjo se bodo povečale tudi velikosti rež (od dobrih 3cm do 12cm).


Vodilo PCI X Z vodilom PCI Express bodo ogromno pridobile

najzmogljivejše grafične kartice. Trenutne grafične kartice, ki temeljijo na arhitekturi AGP (za prevod strojne kode na PCI Express uporabljajo poseben čip – most), bodo zamenjale grafične kartice z grafičnim procesorjem, ki podpira vodilo PCI Express.

Z vodili PCI Express bo možno imeti v računalniku več grafičnih kartic, s čimer se poveča grafična zmogljivost. Z združitvijo dveh grafičnih kartic je skorajda možno podvojiti skupno grafično zmogljivost.

Vodilo PCI Express bo dovajalo 75W električne energije (sedanje AGP vodilo le 42W), ki bo za nekaj časa zadoščalo grafičnim procesorjem.


Serijski vmesnikSerijski vmesnik je hitrostno omejen

na hitrost 115,200 bps. Kabel je lahko dolg do 200 m, nanj pa lahko priključimo:MiškoModem ali ISDN adapterTiskalnik z serijskim vmesnikomDigitalni fotoaparat.

V sodobnih računalnikih ga v večji meri zamenjuje USB vmesnik.


Paralelni vmesnikParalelni port je najpreprostejši vmesnik v

računalniku. Vedno se uporablja za priklop tiskalnika, z izboljšavami in dvosmernim delovanjem (EPP/ECP), pa se nanj lahko priključijo še naprave kot so:ZIP pogne, prenosne CD-ROM naprave, ...SCSI adapterjeDigitalne fotoaparate, Optične čitalnike.

V sodobnih računalnikih tudi PV v večji meri zamenjuje vmesnik USB.


Vmesnik tipkovniceTradicionalne tipkovnice se priključijo

prek DIN ali PS/2 mini DIN vtiča. Pojavljajo pa se tudi tipkovnice z priključkom USB. Starejše se priključijo na interno ISA vodilo in zasedejo prekinitev IRQ.


Vmesnik tipkovniceTipkovnica operira s pomočjo “scan” kod,

ki se generira vsakič ko se pritisne tipka, te pa se pretvorijo v ASCII vrednosti.

Sistem je zelo fleksibilen saj omogoča zelo različno interpretacijo kod iz tipkovnice. Kode so neodvisne od tega kaj piše na plastičnih delih tipk. Na ta način s pomočjo pretvarjanja kod v ASCII tabelo dobimo tipkovnico za poljubno jezikovno področje.


SCSISCSI (Small Computer System

Interface) je napredna tehnologija povezovanja naprav. Uporablja se v delovnih postajah in strežnikih za priklop naprav kot so diski, tračne enote in optični čitalci.

Na SCSI lahko priključimo 7 ali 15 naprav (z uporabo enega IRQ).

SCSI je inteligenten in ne obremenjuje procesorja za prenos podatkov.


Priključitev SCSI naprav


USBJe poceni, releativno hiter V/I vmesnik

(12 Mbit/sec). Primerjamo ga lahko z FireWire

vmesnikom, ki je trenutno hitrejši.Zgornja trditev velja, vendar sta oba

standarda že nadgrajena:USB 2.0 – hitrost 400 Mbit/sFireWire – hitrost 486 Mbit/s


Uspeh USBTrenutno je USB nadomestilo za ISA vodilo.

Uporabljamo ga za preprost priklop naprav:TipkovnicMiškZvočniki, mikrofoniTiskalnikiModemi in ISDN, ADSL vmesnikiOptični čitalci, kamere, ...Zunanji diski, CD-RW, ...Čitalci kartic, ...


Priklop USB napravVsaka izmed naprav naj bi imela dva

konektorja, da z lahkoto tvorimo verigo.

Vse USB enote lahko priključimo na zgolj en vtič – do 127 naprav v verigi. Ali pa imamo razdelilnik, v katerega priključimo posamezne naprave.


AdapterjiOsnovno funkcionalnost matične plošče

je moč poljubno nadgraditi s pomočjo adapterjev, ki so povezava med osnovno enoto računalnika in periferijo. Ta pristop imenujemo: odprta arhitektura; ta omogoča:Nadgradnjo funkcij računalnika z napravo, ki

ima neko novo funkcionalnostRazširjanje sposobnosti sistema z napravo,

ki jo ima večina uporabnikov, vendar imajo različne zahteve.


Uporaba adapterjevUporabljamo predvsem naslednje:

ModemiISDN vmesnikiDodatni paralelni portiGrafične karitice in video urejevalnikiSpecialne grafične kartice za posebne

zahteveTV in radio sprejemnikeMrežne kartice, ...


Strojne prekinitve (IRQ)


Direct Memory Access DMAIRQ je le en izmed mehanizmov

kontrole vmesnikov prek matične plošče za dostop do vodil. DMA dovoljuje pošiljanje podatkov RAMu brez vmešavanja CPE. Normalno CPE kontrolira vse aktivnosti vodil, s pomočjo DMA pa je kontrola prenosa podatkov do RAMa prepuščena načinu DMA.


Vmesnik DMAEn vmesnik lahko kontrolira štiri DMA

kanale. Vsak DMA kanal ima svojo številko, prek katere dostopa do pomnilnika.

DMA številke so lahko v konfliktu, če dve napravi zasedeta isto številko. V tem primeru ne deluje nobena.Pogosto je potrebno ponovno nastaviti IRQ in DMA za naprave (vmesnike) v konfliktu.


V/I nasloviVsaka izmed naprav ima svoj V/I naslov.

Vsaka enota je dostopna prek tega naslova, današnji računalniki pa jih imajo 65,536 (2 na 16) - od 0000 to FFFFH. Opisani so v heksadecimalnem številskem sistemu.

Običajno V/I naslovov ni potrebno nastavljati, saj jih konfigurira oz. določi računalnik sam, nekatere naprave pa imajo dogovorjene naslove, na katerih jih CPE najde.


Tok podatkov na matični ploščiNa matični plošči imamo CPE, pomnilnik in

vodila. Vodila so živčni sistem osnovne plošče in povezuje CPE in pomnilnik z ostalimi komponentami. Vodila so različnih tipov, npr: ISA, PCI, USB, ...


RAČUNALNIŠKI SISTEMI6.3 Pomnilnik




PomnilnikPomnilnik je obvezen del RaS. Vanj se

zapisujejo podatki in shranjeni programi.Spominska enota je zbir celic za začasno

shranjevanje podatkov.Podatki se prenašajo prek sistemskega

vodila v in iz spominske enote.


PomnilnikRačunalnik uporablja pomnilnik, da shranjuje

začasne ukaze in podatke za izvršitev nalog. To omogoča, da procesor lahko shranjene informacije doseže razmeroma hitro.


Vrste pomnilniških modulovStatične in dinamične pomnilne enoteStatične: Cache pomnilnikiDinamične:

RAM (Random Access Memory)ROM (Read Only Memory)

Vrste RAMa:CMOS RAMFPM RAMEDO RAMECC RAMSD RAM


Hierarhija pomnilnika Registri – najmanjši, najhitrejši pomnilnik Vmesni (Cache) pomnilnik Glavni pomnilnik Navidezni pomnilnik Dodaten pomnilnik – največji, najpočasnejši


CPE(Registri)

Vmesnipomnilnik

(L1, L2, L3)predvidevani

podatki ininstrukcije

Glavnipomnilnik

V/Iprocesor

Dodatni pomnilnik(Magnetni diski,

trakovi, optične enote)

SIMM in DIMM pomnilniški moduliPomnilniški modul SIMM ali DIMM sestavlja

več DRAM čipov na majhni ploščici s tiskanim vezjem, ki se pa potem prilega SIMM podnožju na na osnovni plošči računalnika.


Primerjava hitrosti in propustnosti podatkov sodobnih

pomnilnih modulov:


Tip RAMa Teoretični maks. prenos podatkov

SDRAM 100 MHz 100 MHz X 64 bit= 800 MB/sec

SDRAM 133 MHz 133 MHz X 64 bit= 1064 MB/sec

DDRAM 200 MHz (PC1600) 2 X 100 MHz X 64 bit= 1600 MB/sec



RDRAM 600 MHz 600 MHz X 16 bit= 1200 MB/sec



RAČUNALNIŠKI SISTEMI6.4 Stalni pomnilnik




Mediji za shranjevanjeMediji za shranjevanje prenašajo in

shranjujejo veliko količino podatkov iz in v pomnilnik in procesor.

Za shranjevanje podatkov uporabljajo magnetni ali optični način zapisa podatkov, v nekaterih primerih pa kombinacijo obeh.


Magnetni diskiTrdi in mehki (floppy) diski.Trdi diski so sestavljeni iz več plošč v ohišju.Uporabljeni so kot skladišča za hranjenje

programov in uporabniških podatkov.


Delovanje trdih diskovTrdi diski so sestavljeni iz tankih

aluminijastih plošč z magnetnim slojem. Znotraj kovinskega ohišja se vrtijo z veliko

hitrostjo.Podatki se berejo in pišejo s pomočjo bralno

pisalnih glav, ki se premikajo rahlo nad diskom.

Glave berejo podatke na magnetnem sloju, ki se vrti pod njimi.


Bralno pisalne glave Sinhrono gibanje glav je izvedeno z

elektromehanskim sistemom – aktuatorjem. Podatke lahko v nekem trenutku prenašamo

le iz ene glave. Glavo predstavlja majhen elektromagnet.


Bralno pisalne glaveBralno/pisalne glave so

najkompleksnejši del trdega diska.V modernih diskih se gibljejo zgolj med

5 in 12 mikro inčami nad diskom.Pri ugašanju računalnika se

avtomatsko parkirajo v zato namenjene nosilce, da se ne poškodujejo med transportom.


Zapis na magnetnih diskih Posamezni biti so shranjeni v mikroskopskih

magnetkih na ploščah diska – področjih. Pri pisanju se glave najprej orientirajo na

ciljno področje zapisa, kjer je usmerjenost polaritete magnetnega premaza ista (prazno področje), zatem pa z zamenjavo polaritete zapiše bit 1, če pa ne spremeni polaritete je vrednost bita 0.


Zapis magnetnih in optičnih diskov


Magnetnidisk (koncentrični krogi)

Optični disk (spirala)

Optični pogoniSo pogoni namenjeni shranjevanju velike

količine podatkov, ki jih preprosto prenašamo.

Imajo visoko gostoto zapisa in dolgo življenjsko dobo.

Poznamo več naprav:CD – ROM, RW (Compact Disc)DVD – ROM, RW (Digital Versatile Disc)


Delovanje optičnega pogona


Novi pomnilni mediji – karticeUporabljajo fizikalne principe električnega

hranjenja podatkov, imajo visoko gostoto zapisa in majhno fizično velikost, veliko praktičnost.

Poznamo več oblik medijev:USB ključiSD in MMC karticeCompact flash karticeSony memory stick...


Novi pomnilni mediji – karticeUporabljajo fizikalne principe električnega

hranjenja podatkov, imajo visoko gostoto zapisa in majhno fizično velikost, veliko praktičnost.

Poznamo več oblik medijev:USB ključiSD in MMC karticeCompact flash karticeSony memory stickxD, ...


Grafične kartice

Sestava grafične karticeNajbolj preprosta grafična kartica je

sestavljena iz treh osnovnih komponent: Pomnilnik (framebuffer) - hrani barvo vsake

točke.Računalniškega vmesnika - omogoča povezavo

med procesorjem in GKVizualnega vmesnika - pripravi podatke iz

spomina za prikaz na monitorju.

FFRRAAMMEEBBUUFFFFEERR

VIZUALNI VIZUALNI VMESNIKVMESNIK

RAČUNALNIŠKIRAČUNALNIŠKIVMESNIKVMESNIK

IZHOD NA IZHOD NA MONITORMONITOR

PODATKI IZ PODATKI IZ CPECPE

Sestava grafične kartice


Grafični procesor: možgani GK Grafični BIOS: hrani osnovne značilnosti grafične kartice Grafični pomnilnik: lastni pomnilnik. V njem se hranijo

različne vrednosti za obdelavo slike, ki jih procesor obdela. .

Slikovni medpomnilnik (frame buffer): - hrani sliko pred prikazom

AGP (Advanced graphic port): Računalniško vodilo in posebni konektor - povezovanje računalniškega procesorja in grafične kartice.

RAMDAC: D/A pretvornik, služi za prikaz na CRT monitorjih.

TV Pretvornik: izhodni signal spremeni v video signal. Izhodni konektorji: povezujejo grafično kartico z

dejanskimi izhodnimi napravami: monitor, video, ...


Sestava tipične grafične kartice


IZHOD NA IZHOD NA CRT CRT MONITORMONITOR



IZHOD NA IZHOD NA LCD LCD MONITORMONITOR

TV TV PRET.PRET.

RAMDACRAMDAC

GRAFIČNI GRAFIČNI PROCESORPROCESOR

BIOSBIOS

GRAFIČNI GRAFIČNI POMNILNIKPOMNILNIK

AGPAGP

Razvoj grafičnih karticPreprost vmesnik med računalnikom in

monitorjem zamenjujejo vse bolj zmogljivi grafični procesorji

Profesionalnim OpenGL se pridružijo bolj igralni DirectX gonilniki

AGP omogoča veliko hitrejši prenos podatkov med GK in CPE

GP postaja vse bolj pomemben del GK in s tem tudi vse hitrejši

vrsta dodatkov: TV tuner, video izhod, DVI

predmeti se najprej preoblikujejo glede na njihov položaj v našem zornem polju

nato pa se GP posveti osvetlitvam PE natančno preračuna število, tip in

oddaljenost izvirov svetlobe od posameznega oglišča ter način osvetlitve (če je v prostoru megla, bo svetloba razpršena).

Starejši GP so svetlobo samo nalepili kot teksturo - manj realno

Obdelava: enota za preoblikovanje in osvetljevanje

Delovanje sodobnih grafičnih procesorjev

Na programski ravni se: izoblikuje se prizor s predmeti v prostoruglede na zorni kot se določijo kordinate in

lastnosti (položaj, barve, nanje prilepljene teksture)

odstranijo se prikriti predmeti tako pripravljena slika se prenese po AGP

vodilu v GP.

Delovanje sodobnih grafičnih procesorjev






TV TV PRET.PRET.

RAMDACRAMDAC


BIOSBIOS


AGPAGP PODATKI IZ PODATKI IZ CPECPEAGPAGP

Delovanje sodobnih GP - pretvorba v trikotnikevsi 3D predmeti so sestavljeni iz trikotnikov,

več jih je natančeje je predmet opisan liki so tako spremenjeni v skupek trikotnikov s

kordinatami ogljišč trikotnikavsakemu ogljišču pripadajo tudi ustrezne barve,

teksture , vektor normale, in še številne druge informacije

zaradi velikega števila trikotnikov so pri MS razvili ploskve višjega reda - AGP ne bo zmogel več

Pretvorba 3D slike v trikotnike

Enota za preoblikovanje in osvetljevanje






TV TV PRET.PRET.

RAMDACRAMDAC


BIOSBIOS

AGPAGP PODATKI IZ PODATKI IZ CPECPEAGPAGPT&LT&L


Lepljenje tekstur in svetlobe

senčilnik ogljišč lahko počne veliko več kot samo senči ogljišča

spreminja lahko koordinate oglišč, koordinate tekstur, spreminja barve in osvetljavo

senčilnik ogljišč je popolnoma programabilen skoraj nemogoče je opisati vse učinke, ki jih

lahko dosežemo s senčilnikom ogljišč najosnovejši so: Izpopolnjena skeletna animacija, procedurna deformacija, preslikava z izboklinami, izpopolnjen način izračunavanja loma in odbojnosti predmeta...

Obdelava: senčilnik ogljišč

Obdelava: senčilnik ogljišč






TV TV PRET.PRET.

RAMDACRAMDAC


BIOSBIOS



S.O.S.O.

Skeletna animacija z 32 navideznimi kostmi

T&L in S.O. sta zadnja dela obdelave z trikotniki

odsranijo se ogljišča, ki niso v vidnem polju (clipping)

trikotniki se pretvorijo v slikovne pike (rasterizacija), vsaki piki pa je določena ustrezna barva, svetloba in tekstura glede na informacije v ogljiščih trikotnika.

Slikovnim pikam je določena pripadajoča vrednost Z (globina)

Obdelava: enota za upodabljanje

EZU je nekaj podobnega za pike kot je senčilnik oljišč za trikotnike

Novejše grafične kartice imajo namesto EZU programabilen senčilnik slikovnih pik (pixel shader)

Izvajajo se senčenja, lepljenja raznovrstnih tekstur, določijo se točne vrednosti barve, s katero bo slikovna pika prikazana na zaslonu.

Izvaja se leplenje globinskih tekstur, ki dajo zelo realističen odboj svetlobe

glajenje robov (anti-aliasing) - odprava stopničastih robov med trikotniki:SuperSampling (celotna slika, večja ločljivost) in MultiSampling (več zamaknjenih vzorcev)








TV TV PRET.PRET.

RAMDACRAMDAC


BIOSBIOS



S.O.S.O.EZUEZU

Delovanje defornacij

Dokončno obdelana slika iz EZU se nato shrani v slikovnem medpomnilniku, od tod pa:

preko RAMDAC izriše na CRT monitorjupreko TDMS (transition minimized differential signaling)

protokola izriše na LCD monitorju preko Video čipa pretvori v PAL ali NTSC in

izriše na televiziji

Obdelava: končni prikaz

Obdelava v GP: Končni prikaz






TV TV PRET.PRET.

RAMDACRAMDAC


BIOSBIOS



S.O.S.O.EZUEZU


TV TV PRET.PRET.

RAMDACRAMDAC

Končno prikazana slika

Težave in razvoj

Zaradi hlajenja vse večji hrup GKGrafične kartice so ta trenutek

najhitrejše razvijajoče področje RKPričakovan je upad hitrosti razvoja v

prihodnosti

RAČUNALNIŠKI SISTEMI7. Periferne naprave




Razvrstitev periferijeRazdelitev glede na namen.

Vmesniki:ParalelniSerijski

Interaktivne napraveTipkovnica, miška, zvok

PrikazovalnikiZasloni, projektorji

TiskalnikiLaserski,brizgalni


Razdelitev glede na smer podatkovVhodne enote: tipkovnica, miška, optični

čitalnikIzhodne enote: zaslon, tiskalnik, zvočni

sistemVhodno/izhodne enote: modem, xDSL

vmesniki, kombinirane enote


TipkovnicaNamenjena je vnosu podatkov in izbiram

delovanja programov.Najbolj razširjena naprava za vnos

alfanumeričnega tipa podatkov.Izhajajo iz pisalnih strojev: standard

QWERTYZ pritiskom na tipko se v računalnik pošlje

koda, ki jo OS interpretira kot določen znak ali ukaz.


Miške in kazalne napraveMiška je namenjena izbiri opcij v OS in kot

pomoč pri vnosu podatkov (predvsem grafičnih)

Miško lahko nadomestimo z drugimi kazalčnimi napravami:Sledilna kroglicaSledilna ploščicaSledilna paličica


PrikazovalnikiCRT, LCD in PLASMA monitorjiProjektorji


Resolucija


CRT monitorji


A…..katodaB…..prevodni plaščC…..anodaD…..ekran prekrit z fosforjemE…...elektronski žarekF…...maska

LCD monitorji


Kristal prepušča svetlobo Kristal ne prepušča svetlobe

CRT proti LCD monitorjem


Kriterij LCD monitor CRT monitor

Jasnost Prikaže zelo jasne slike. Primeren za svetle prostore.

Slike niso tako jasne kot na LCD. Manj primeren za svetle prostore.

Sevanje Zelo nalo električnega, magnetenega in elektromagnetnega sevanja.

Oddaja električno,magneteno in elektromagnetno sevanje.

Geometrijski zvin Ni zvina, problemi se pojavijo pri menjavi resolucij.

Nagnjen k geometrijskemu zvinu, vedar večina CRT ekranov uporablja razne kontrole za izničenje zvina.

Energijska poraba Energijsko varčen. Porabi manj kot 1/3 energije, ki jo porabi CRT. Porabi manj elektrike in se manj greje.

Potrebuje več energije in se bolj segreva.

Prostorski pogled Na mizi zavzame približno 40% manj prostora. LCD je tenak in kompakten.

Večji, težji in zavzame precej več prostora.

Oblika ekrana Popolnoma raven ekran. Starejši modeli imajo zaobljen ekran, novejši pa raven ekran.



Ostrina Pri predpisani resoluciji je ostrina zelo ostra. Pri ostalih resolucijah je potrebna nastavitev, kar vodi v nenatančnost pri izmerah.

Slika je ostrejša, razen ko je LCD nastavljen na predpisano resolucijo. Ostrina se zmanjša pri slikah z mehkimi robovi.

Slabe točke(bad pixels)

Lahko ima točke, ki so stalno ugasnjene ali prižgane, možne so tudi napačno naslovljene točke, bodisi v vrstici ali stolpcu.

V redkih slučajih se pojavita ena ali dve črni fosforni piki, kar pa je težko vidno z očmi. Reža na katodni cevi riše dve tanki črti na ekran, kar večino ljudi ne moti.

Motnje Lahko da je treba ekran stalno nastavljati. Analogni vhod zahteva pazljivo nastavitev sledenja/faze točke za odpravo digitalnih smeti v sliki.

Pojavlja se moteče valovanje vzorcev, ki se kljub grajenim funkcijam ne da odpraviti popolnoma.

Razmerje višina - širina Razmerje višina – širina in resolucija sta konstantni.

Lahko si izberemo naljubše ramerje in resolucijo.

Črni odtenki Slab za črne in zelo temno sive barve. Ni primeren za uporabo v temnih prostorih.

Dober za zelo temne barve. Dobra slika v zatemnjenih prostorih.



Kontrast Nižji kontrast, kar se pozna na temnih barvah.

Kontrast je visok.

Natančnost pri barvah in sivinah

Barvan zasičenost je slabša zaradi slabšega prikaza črnin. Kvaliteta slik je zadovoljiva, ni pa natančna zaradi črnih, sivih oddtenkov in gamma funkcije.

Gladki prehodi med sivinami in praktično neomejena globina . Dobra izbira za aplikacije, ki zahtevajo zelo natančno nastavitev barv in sivih odtenkov.

Cena Dražji nakup, cenejše vzdrževanje.

Cenejši nakup, tudi do 50%.

Sivi odtenki Ponavadi so sposobni prikazati manj kot 256 odtenkov sive.

Gladki prehodi med odtenki in ogromna možnost med različnimi intenzitetami.

Gibajoče podobe Slabši odzivni časi, slabša premikajoča slika in slabši odziv pri hitrem menjavanju barv.

Hiter odzivni čas, ni motenj pri gibanju. Za prikaz hitro menjajočih se slik je boljša izbira.

Resolucija Resolucija je predpisana, vse ostale resolucije pokvarijo natančnost slike.

Dela pri različnih resolucijah in ni potrebe po prilagajanju slike.



Vidni kot Omejen vidni kot. Menjavanje vidnega kota povzroči različno zazanavanje svetilnosti, kontrasta in barv.

Kvaliteta ostaja enaka skoraj iz vseh vidnih kotov.

Zasičenje z belo

Kontrast mora biti pazljivo izbran, da ne prode do zasičenja z belo barvo.

Zasičenje je redek pojav.

Utripanje slike Do utripanja slike ne prihaja

Možno je utripanje slike.

Plazma zasloni


Tiskalniki - tehnologijaUdarna – igličniBrizgalna – toplotna, piezzoLaserska – laserski in LED


Udarna tehnologija tiskanja Vsako iglico krmili

elektromagnet. Če skozi elektromagnet steče električni tok elektromagnet pritegne kladivce, ki udari po igli, ta pa preko traku odtisne točko na papirju.

Elektromagnete krmili tiskalnikov mikroprocesor.

Pisalna glava se premika po eno točko naprej.

Brizgalna tehnologija tiskanja Obstajata dve različni

tehnologiji za iztisk kapljice:

tehnologija zračnih mehurčkov

tehnologija s piezo elementom

Tehnologijo zračnih mehurčkov je leta 1977 odkril in patentiral Canon, HP pa je še istega leta podobno toplotno tehnologijo poimenoval thermal inkjet.


Laserska tehnologija tiskanja


Laserska tehnologija tiskanja

Ostale periferne napraveModemi in mrežne napraveOptični čitalciVmesniki za igranje igerTV karticeČitalci karticZvočne napraveFoto in video naprave...


RAČUNALNIŠKI SISTEMI8. Izbira in nadgradnja sistema




Odločitev o nakupuKakšen računalniški sistem potrebujem, da

zadostim potrebe po izvajanju potrebnih programov?Hitrost procesiranjaHitrost prikazovanja slikeKoličina pomnilnikaVelikost diskovnih enotIzbira potrebne periferijeIzbira enot za povezovanjeIzbira dodatnih elementov RaS


NadgradnjaKljučno vprašanje je, ali je nadgradnja

potrebna?Nadgradnja pomnilnikaNadgradnja diskovnih pogonovNadgradnja oz. dokup periferijeNadgradnja – zamenjava procesorja


Cena VS zmogljivost (9.3.2004)


RAČUNALNIŠKI SISTEMI9. Sistemska programska oprema




RAČUNALNIŠKI SISTEMI9.1 Operacijski sistemi




Glavni operacijski sistemiWindows

Windows 98, MEWindows 2000, XP

Apple MacintoshMac OS (9)Mac OS X (10.2)

Unix in LinuxRazlične distribucije Linux OS (RedHat, SuSE)HP-UX, IBM AIX, Digital Unix, IRIX, ...

BeOS, NetWare, NextStep, ...


Uporabniški vmesnikModerni operacijski sistemi ponujajo

uporabniku veliko pomoč pri delu s pomočjo grafičnega uporabniškega vmesnika (GUV), poleg tega pa si uporabnik izbere tudi tekstovni UV (TUV).

Prek GUV uporabnik daje inštrukcije računalniku, vnaša podatke in sprejema rezultate.

TUV so namenjeni predvsem poznavalcem za hitro upravljanje z OS.


GUV - oknaModerni računalniki uporabljajo operacijske

sisteme z okni, ki imajo nekaj skupnih lastnosti:

NamizjeOknaIkoneMenijeMapeRazlične zamenjave za ukaze, kot so drsniki, gumbi,

izbirni gumbi, opcije, ...


Elementi oken


Windows XP


Mac OS X


Linux z namizjem KDE






Linux z namizjem Gnome


Linux z namizjem Gnome


Linux in Windows - podatki


Linux – Windows prog. v emulaciji


Linux – varnost (npr. Firewall)


Linux – nastavljanje


Linux – jezikovna podpora


Komponente operacijskega sistemaJedro; Niskonivojska lupina, ki se naloži takoj po

procesu zagona. Ima več funkcij, kot je kontrola pretoka podatkov med V/I vodili in spominom, v grobem pa lahko rečemo da skrbi za povezavo hardvera in softvera.

Lupina; uporabniški vmesnik – tekstovni ali grafični

Datotečni sistem; standard za formatiranje diska in zapis podatkov na diske


Nivoji operacijskega sistema


Aplikacije

Podsistem

Izvršni servisi

Jedro

Abstrakcija strojnega nivoja

Nivoji OSAplikacije; programska oprema, ki jo požene uporabnik.

Podsistem; Programski vmesniki za aplikacije (grafične knjižnice, ...).

Izvršni servisi: glavne funkcije OS – gonilniki naprav, upravljanje z pomnilnikom, okni, interakcija z grafičnimi napravami.

Jedro; Podpira hkratni tek programov in izvršnih servisov in servisov OS.

Abstrakcija strojnega nivoja; neodvisni vmesnik, ki daje možnost, da jedro deluje na določenem tipu procesorja in vsebuje kodo, ki jo procesor zna interpretirati.


Funkcija OSUpravljanje pomnilnikaUpravljanje datotekUpravljanje procesovUporabniški vmesnik


Upravljanje pomnilnikaSkrbi za delitev pomnilnika med različne

programe, ki se izvajajo znotraj OS.Zasedanje pomnilnika (alokacija)Spremljanje podatkov v pomnilniku

Po končanju programa, naj bi le ta sprostil zaseden pomnilnik in ga dal na voljo drugim programom. V primeru, da se to ne zgodi, lahko pride do napake zaradi prekrivanja spominskih naslovov.


Zahteve po pomnilniku v OSProgram za delo potrebuje pomnilnik:

Programski pomnilnik, za izvajanje programaPomnilnik sklada (stack) – običajno vsebuje

naslove, na katerih se nahajajo procedure, parametri in podatki programa.

Logični naslov v pomnilniku je lokacija, ki jo pozna OS, da program, ki zahteva podatke, usmeri na pravi naslov v pomnilniku.


Upravljanje datotek datotečni sistemDatotečni sistem je komponenta OS, ki skrbi

za zapis podatkov na dodatni pomnilnik.Ker bi bil direkten dostop do podatkov na

zapisu prezapleten, OS pomaga uporabniku, da jih shranjuje v obliki datotek.

Datoteka je skupek podatkov, ki jih imenujemo z logičnim imenom podatkov, ki se v njej nahajajo.


Datotečni sistemiDatotečni sistem OS podpira skupek

ukazov, ki uporabniku dovoljujejo naslednje operacije:Kreiranje novih datotekImenovanje oz. preimenovanje datotekBranje iz datotekPisanje v datotekeBrisanje datotek – odstranimo podatke iz

dodatnega pomnilnika in sprosti prostor za nove podatke.


Datotečni sistemi - vrsteRazlični OSi podpira različne vrste dat.

sistemov.FAT (File Allocation Table); FAT 32HPFSNTFS (New Technology File System)DFS, UDFReiserFS, Ext3, jfs, XFSISO 9660ISO 13346


Upravljanje z napravamiOS dovoljuje aplikacijam,

da delajo z napravami, ki so priključene na RaS.


Zakaj upravljati z napravami v OSRazlične naprave imajo različne zahteve po

kontroli in časovni usklajenosti prenosa podatkov.

OS mora napravizagotoviti „gonilnik”,ki skrbi, da se napravain programi med-sebojno razumeta.


GonilnikGonilnik je del programske opreme, ki se

nahaja na drugem ali tretjem nivoju OS in prevaja podatke iz naprave v podatke, ki jih razumeta OS in aplikacija.


Upravljanje s procesiKer v OS hkrati teče več programov, ki

izvajajo vsaj en (ali več) proces, mora OS zagotavljati, da je vsem procesom na voljo del procesorskega časa, da se ne ustavijo.

V odvisnosti od OS in vrste programov je odvisno, kateremu procesu bo namenjenega več procesorskega časa in se bo zato hitreje izvedel.


Večopravilnost OSVečopravilni OS je sistem, ki zagotavlja

preklaplanje procesorskega časa med različnimi procesi in s tem zagotovi njihovo hkratno izvajanje. Na ta način se lahko več procesov hkrati prične, izvaja in/ali zaključi, kar pripomore k izvajanju večih opravil hkrati.

Za izvajanje večopravil (multi-tasking) v OS skrbi tabela procesov (scheduler).


Documents

RAČUNALNIŠKI SISTEMI in KOMUNIKACIJE