Struktura i princip rada računara

Osnovni pojmovi vezani za računarski sistem Računarski sistemi odnosno računari su elektronske mašine koje obrađuju ulazne informacije (podatke ili naredbe) i iz njih proizvode izlazne informacije (rezultate).  Program je uređen niz naredbi kojima je definisan neki algoritam obrade informacija-skup instrukcija za izvršenje neke obrade.  Programiranje je postupak rešavanja nekog problema korak po korak, gde je za svaki korak napisana odgovarajuća naredba.  Programeri su ljudi koji pišu pragrame za računare u nekom od programskih jezika (Pascal, C, C++, C #, Visual Basic, Java, Delfi..)

Podela računara je izvršena prema različitim kriterijumima, i to: Prema nameni, Prema broju korisnika, ili Prema broju naredbi koje računar može da izvrši u jednom trenutku   Vrste računara prema nameni: Računari opšte namene Računari za specijalne namene Prema broju korisnika računari se dele na: Višekorisnički (mainframe based), centralni računar koji opslužuje sve korisnike Jednokorisnički (PC based), svaki korisnik ima svoj računar i na njemu vrši obradu svojih programa Prema broju naredbi koje se izvrše u trenutku vremena: Serijski ili SISD (Single Instruction Single Data) - mogu da izvrše jednu naredbu nad samo jednim podatkom u memoriji. Paralelni ili SIMD (Single Instruction Multiple Data ) - mogu da izvrše istu naredbu nad većim brojem podataka u memoriji. Zovu se još i super računari.

Računarski sistem je samo mašina koja radi po određenom programu, može se reći da se svaki računarski sistem sastoji od dve komponente: Računarskog hardvera koji označava fizičke uređaje računarskog sistema, odnosno sve one delove koji čine komponente i uređeje Računarskog softvera koji obuhvata programe i podatke po kojima računar radi.

Struktura hardvera

Funkcionalna šema računara Linije crvene boje predstavljaju put kontrolnih signala, dok su linijama zelene boje predstavljeni putevi podataka. Da bi računarski sistem mogao da se koristi, pored hardvera mora da poseduje i osnovni program koji upravlja radom računara (operativni sistem), kao i skup drugih programa koji imaju različite namene i omogućavaju korisniku da nešto radi sa računarom (aplikativni programi). Tipičan računarski sistem sastoji se od sledećih komponenata: Centralne (unutrašnje) memorije Aritmetičko logičke jedinice Kontrolne jedinice Jedinice spoljne memorije Ulaznih i izlaznih jedinica

Svaka lokacija ima adresu, tako da se Memorija PC računara sastoji se od osmobitnih registara. To je deo računara u kome se u toku rada nalaze programi kojim računar vrši obradu podataka, podaci koji se obrađuju, međurezultati i rezultati obrade. Sastoji se od niza adresibilnih ćelija koje su direktno dostupne. Unapred određena informacija može se upisati u određenu ćeliju. Sadržaj ćelije se može pročitati u svakom trenutku. Memorija je sačinjena od skupa "pregradaka" ili lokacija. Na svaku lokaciju može se smestiti određena količina podataka, kao što se na police u magacinu može smestiti određena količina rezervnih delova. Koliko lokacija ima bitova zavisi od snage i veličine računara. Broj bitova može biti 8, 16, 24, 32, 64, 128 ili čak 256. Svaka lokacija ima adresu, tako da se podaci na tu adresu (lokaciju) mogu lako poslati ili odatle uzeti. Lokacije i adrese u memoriji računara

UNUTRAŠNJA (operativna) memorija Osnovni parametri (karakteristike) memorije su: Kapacitet memorije (broj adresibilnih ćelija i njihova dužina) Dužina adresabilne ćelije (broj bitova koji se smešta u nju) Vreme pristupa (vreme koje protekne između zahteva memoriji za podatkom i dobijanja podatka iz memorije. Izražava se u ns i stalno se smanjuje) UNUTRAŠNJA (operativna) memorija RAM (Random Access Memory) predstavlja najveći deo memorije u koju korisnik može da upisuje sadržaj i da ga čita. U memoriji se za vreme rada računara nalaze program i podaci sa kojima računar radi. U ovu memoriju mogu da se čitaju i upisuju podaci. Po isključenju računara sadržaj ove memorije se gubi. To je memorija sa slučajnim pristupom. Često se koristi i skraćenica RWM (Read Write Memory). RAM memorija nije sastavni deo matične ploče. ROM (Read Only Memory) predstavlja statički deo memorije koji može samo da se čita. Njen sadržaj se ne gubi po isključenju računara. Koristi se za uskladištavanje programa i podataka koji su često potrebni, na primer, za instrukcije za pokretanje računara pri uključivanju. To je BIOS.  

Spoljne memorije Jedinice spoljne memorije služe za čuvanje programa i podataka kada računar nije u upotrebi. Kada se koristi program, po kome radi i svi podaci koje računar obrađuje nalaze se u unutrašnjoj memoriji ili kroz nju prolaze. Memorija sa direktnim pristupom je magnetni disk. On se realizuje u obliku hard diska lil memorijskih kartica. Optički mediji se očitavaju vrlo tankim i precizno usmerenim laserskim zrakom kao na primer CD i DVD. 9

Aritmetičko-logička jedinica Aritmetičko-logička jedinica sastoji se od registara i elektronskih kola potrebnih za izvođenje aritmetičkih operacija – sabiranja, oduzimanja, množenja i deljenja i logičkih operacija – upoređivanja dve vrednosti da bi se odredila veća i određivanja da li je izraz istinit ili nije. U početku su ove operacije izvođene sa celim brojevima, dok su operacije s realnim brojevima izvođene softverski. Aritmetičko–logička jedinica ima posebnu jedinicu za izvođenje operacija s realnim brojevima i izračunavanje trigonometrijskih i drugih funkcija (floating point processor). Kontrolna jedinica Kontrolna jedinica je koordinator rada celokupnog računarskog sistema. Ona kontroliše izvršavanje programa uzima instrukcije iz memorije i prepoznaje ih, dekodira i naređuje odgovarajuće akcije drugim jedinicama započinje operacije ulazno–izlaznih jedinica i prenosi podatke u centralnu memoriju i iz nje Kod savremenih računara sastoji se od skupa čipova kojima se kontroliše i koordinira rad celokupnog sistema.

Procesor Procesor (Cental Processing Unit- CPU) definiše tip računara. Predstavlja srce računara, u njemu se realizuju sve računske i logičke operacije i izvršavaju komande koje su zadate programom. Objedinjuje aritmetičko-logičku i kontrolno-upravljačku jedinicu. CPU direktno utiče na performanse računara tako da treba obratiti pažnju prilikom njegovog izbora kako bi zadovoljio vaše potrebe. Najveći proizvođači CPU su AMD i Intel. Osnovne karakteristike procesora su: Brzina procesora Dužina procesorske reči Radni takt Keš memorija Blok šema procesora

Brzina procesora se izražava u milionima operacija koje procesor može da obradi u jednoj sekundi-MIPS-ovima (Milion Instruction Per Second) ili MFLOPS –ima (Milion Floating Point Orerations Per Second) Dužina procesorske reči je broj bitova koji se jednovremeno prenosi i obrađuje unutar procesora. Radni takt je frekvencija rada procesora - broj računskih ciklusa koje CPU izvrši u jednoj sekundi. To je učestanost impulsa koje generiše sat (clock) - specijalno elektronsko kolo kojim se iniciraju operacije procesora. Meri se u Hz odnosno većim jedinicam. Radni takt današnjih procesora je nekoliko GHz. Keš memorija je brza memorija koja privremeno skladišti instrukcije koje trebaju procesoru omogućavajući mu da pristupi tim instrukcijama brže nego da dolaze iz radne memorije (RAM). Keš memorija je super brza statička memorija koja se nalazi “između” procesora i radne memorije, sa ciljem da ubrza pristup često korišćenim informacijama. Kod modernih računara keš memorija se nalazi unutar jezgra procesora i radi sa frekvencijom procesora.

Ulazne i izlazne jedinice Kod personalnih računara se osim tastature kao ulazne jedinice koriste i miš, digitajzer (grafički tablet), kao i razni drugi specijalizovani uređaji (skener, kamera, digitalni fotoaparat, čitač bar – koda, itd.). Najčešća izlazna jedinica je monitor (kod PC računara). Sem monitora kao izlazne jedinice koristi se i štampač, zvučnici, projektor, automatski crtač (ploter)... Postoje uređaji koji imaju ulazne i izlazne funkcije...