Osnovi arhitekture i organizacije računara

OSNO

VI ARHITEK

TURE I OR

GANIZ

CIJE R

ČUNAR

Violeta T

omašević

.sing

idunum.ac

.rs

Beograd, 2019.

Ova knjiga je nastala kao rezultat potrebe za odgovarajućim

udžbenikom iz predmeta Arhitektura računara koji autorka

drži na Fakultetu za informatiku i računarstvo i Tehničkom

fakultetu Univerziteta Singidunum. Pri pisanju je učinjen napor

da knjiga bude prihvatljiva za čitaoce bez nekog većeg

predznanja iz oblasti računarstva. Namenjena je i prilagođena

prosečnom studentu, jer je osnovni cilj autorke bio da svi

studenti koji slušaju predmet mogu na razumljiv i lak način da

savladaju predviđeno gradivo. Upravo iz tog razloga, knjiga ne

prikazuje punu širinu i složenost razmatranih problema, već je

prvenstveno orijentisana ka praktičnim aspektima koji su

ilustrovani brojnim primerima.

Knjiga je podeljena u četrnaest poglavlja: Matematičke

osnove, Logička kola, Logičke funkcije, Standardni moduli,

Komponente računara, Mehanizmi, Programske instrukcije,

Procesorski registri, Adresni modovi, Instrukcijski set, Progra-

miranje, Memorijski sistem, Organizacija ulaza/izlaza i Magistrala.

Na kraju svakog poglavlja, u okviru Vežbanja, data su pitanja i

zadaci za samostalno rešavanje koji studentima treba da posluže

kao provera znanja na temu koja je razmatrana u poglavlju.

Pitanja i zadaci su odabrani tako da u potpunosti pokrivaju

predviđeno gradivo, pa se mogu iskoristiti za pripremanje ispita.

9 788679

126962

Violeta Tomašević

OSNOVI

ARHITEKTURE I

ORGANIZACIJE

RAČUNARA

Violeta Tomašević

OSNOVI

ARHITEKTURE I

ORGANIZACIJE

RAČUNARA

UNIVERZITET SINGIDUNUM

Violeta Tomašević

OSNOVI

ARHITEKTURE I ORGANIZACIJE

RAČUNARA

Prvo izdanje

Beograd, 201

P r e d g o v o r

Ova knjiga je nastala kao rezultat potrebe za odgovarajućim udžbenikom iz

predmeta  Arhitektura  računara  koji  autorka  drži  na  Fakultetu  za  informatiku  i
računarstvo i Tehničkom fakultetu Univerziteta Singidunum. Pri pisanju je učinjen
napor da knjiga bude prihvatljiva za čitaoce bez nekog većeg predznanja iz oblasti
računarstva.  Namenjena  je  i  prilagođena  prosečnom  studentu,  jer  je  osnovni  cilj
autorke bio da svi studenti koji slušaju predmet mogu na razumljiv i lak način da
savladaju  predviđeno  gradivo.  Upravo  iz  tog  razloga,  knjiga  ne  prikazuje  punu
širinu  i  složenost  razmatranih  problema,  već  je  prvenstveno  orijentisana  ka
praktičnim aspektima koji su ilustrovani brojnim primerima.

Knjiga je podeljena u četrnaest poglavlja:

Matematičke osnove

Logička kola

Logičke funkcije

Standardni moduli

Komponente računara

Mehanizmi

Programske instrukcije

Procesorski registri

Adresni modovi

Instrukcijski set

Programiranje, Memorijski sistem, Organizacija ulaza/izlaza

Magistrala

U prvom poglavlju izložen je matematički aparat na kome se zasniva rad

računarskog sistema. S obzirom da se podaci u računaru predstavljaju i obrađuju u
binarnom  obliku,  najveća  pažnja  posvećena  je  binarnom  brojnom  sistemu.  Osim
njega,  razmatran  je  i  heksadecimalni  brojni  sistem.  U  poglavlju  su  dati  postupci
konverzije brojeva između binarnog, decimalnog i heksadecimalnog sistema, kao i
osnovne  aritmetičke  operacije  nad  binarnim  brojevima.  Takođe  su  opisani  načini
predstavljanja  različitih  tipova  podataka  u  računaru,  uključujući  cele  brojeve,
realne brojeve i podatake znakovnog tipa.

Osnovne logičke operacije su tema drugog poglavlja. One se realizuju

odgovarajućim logičkim kolima koja se, kao gradivni elementi, koriste u
prekidačkim mrežama.

Treće poglavlje uvodi pojam logičke funkcije kojom se mogu predstaviti razne

funkcionalnosti  u  računarskom  sistemu.  Opisana  su  tri  načina  za  predstavljanje
logičke  funkcije:  pomoću  kombinacione  tablice,  u  algebarskom  obliku  i  pomoću
Karnoove karte. Dat je postupak realizacije logičkih funkcija  pomoću prekidačkih
mreža. Na kraju je izložen metod minimizacije logičkih funkcija pomoću Karnoove
karte u cilju smanjenja složenosti realizacije.

U četvrtom poglavlju opisano je više prekidačkih mreža koje predstavljaju

standardne

module

kombinacionog

(koderi,

dekoderi,

multiplekseri,

demultiplekseri, sabirači i aritmetičko-logička jedinica) i sekvencijalnog (registri,
brojači i memorije) tipa. Za svaki modul dati su njegova funkcionalnost, osnovne
osobine, mogućnosti primene i način realizacije.

Peto poglavlje opisuje osnovne komponente računara na opštem nivou:

procesor, memoriju, ulazno/izlazne jedinice i magistralu. Uvode se i pojmovi
arhitekture i organizacije računara, uz jasno isticanje razlike između njih.

U šestom poglavlju su izložena tri važna koncepta koja doprinose većoj

efikasnosti rada računara:

pipeline

mehanizam,

DMA

koncept prenosa i mehanizam

prekida.

Sedmo poglavlje je posvećeno različitim formatima instrukcija, u zavisnosti

od broja polja u adresnom delu instrukcije. Dat je i kratak pregled tipova operanada
nad kojima se instrukcije izvršavaju, kao i mogućih lokacija za smeštaj operanada.

U osmom poglavlju su opisane dve vrste procesorskih registara: interni registri

i programski dostupni registri. Takođe je dat i detaljan opis faza u ciklusu
izvršavanja instrukcije.

Deveto poglavlje se bavi načinima adresiranja operanada u instrukcijama, tj.

adresnim modovima. Razmatrane su četiri grupe adresnih modova: neposredno
adresiranje, direktna adresiranja, indirektna adresiranja i adresiranja sa pomerajem.
Mogućnosti primene pojedinih adresnih modova su ilustrovane opisom situacija u
kojima ih je pogodno koristiti.

Pojam instrukcijskog seta uveden je u desetom poglavlju. Detaljno je

predstavljen instrukcijski set koga čine standardne instrukcije svrstane u pet grupa:
aritmetičke instrukcije, logičke instrukcije, pomeračke instrukcije, instrukcije
prenosa i instrukcije skoka.

Tema jedanaestog poglavlja je programiranje na različitim nivoima

apstrakcije, počevši od najnižeg, mašinskog nivoa, preko programiranja na
simboličkom, asemblerskom jeziku, do najvišeg nivoa apstrakcije koji odgovara
programiranju na višim programskim jezicima. Posebna pažnja je posvećena ulozi
arhitekture računara na svakom nivou programiranja.

Dvanaesto poglavlje se bavi memorijskim sistemom računara. Nakon

uvođenja  hijerarhijske  organizacije  memorijskog  sistema,  detaljno  su  izloženi
principi  rada  keš  memorije,  operativne  memorije  i  virtuelne  memorije.  Keš
memorija je opisana kroz tehnike preslikavanja blokova, tehnike zamene blokova i
tehnike  ažuriranja  operativne  memorije.  Koncept  vituelne  memorije  dat  je  na
primeru virtuelne memorije sa straničnom organizacijom.

U trinaestom poglavlju je opisana organizacija ulaza/izlaza. Data je opšta

struktura

uređaja i predstavljeni su mogući načini prenosa podataka između

uređaja i procesora/memorije.

Poslednje poglavlje je posvećeno prenosu podataka unutar računara. Opisana

je struktura magistrale putem tri vrste linija za prenos: adresnih linija, linija
podataka i kontrolnih (upravljačkih) linija. Posebna pažnja je posvećena
postupcima arbitracije na magistrali, tj. odlučivanja o tome kome će magistrala biti