RAČUNALNI SUSTAV - efos.unios.hr · PDF file25.4.2012. 3 Kodiranje: prevođenje semantičkih...
-
Upload
trinhtuyen -
Category
Documents
-
view
223 -
download
2
Transcript of RAČUNALNI SUSTAV - efos.unios.hr · PDF file25.4.2012. 3 Kodiranje: prevođenje semantičkih...
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