YourSoftware

nedjelja, 21.12.2014.

Uvod u Računala

1.LEKCIJA
- Razumijevanje Računala

Osnove Funkcioniranja Računala

Kada započnete neko novo putovanje, uvijek je dobro imati mentalnu mapu terena kojeg ćete prolaziti. Isto vrijedi i za jedno "intelektualno" putovanje, kao što je učiti kako programirati. U ovom slučaju, morati ćete znati što je to računalo i kako ono funkcionira. Morati ćete imati ideju što su to računalni programi i kako oni rade. Uvijek je dobro započeti sa nekim osnovama koje će vam kasnije postati temelje vašeg cjelokupnog znanja.

Strojni jezik (Machine language)
Računalo je složeni sustav koji se sastoji od više različitih komponenti. No, samo srce ili mozak računala je jedna komponenta koja ustvari čini računalstvo. To je središnja procesorska jedinica (Central Processing Unit - CPU). U modernim računalima, CPU čini jedan "čip" koji je veličine jednog kvadratnog čipa.

Slika 1.1

Posao CPU-a je da izvršava programe. Program je jedan jednostavan popis jasnih uputa koje se namijenjene da ih slijedi mehanički dio računala. Računalo je izgrađeno da prati jedan vrlo jednostavan tip jezika koji se naziva strojni jezik (machine language), a računalo može izravno izvršavati programe jedno ako je program napisan u tom jeziku (Ono može izvršavati programe napisane i u drugim jezicima, ali samo ako su najprije prevedeni u strojni jezik). Kada CPU izvršava program, taj program je pohranjen u glavnu memoriju računala koja se naziva RAM (random access memory).

Slika 1.2

Osim samog programa, RAM može sadržavati i podatke koji se koriste ili koje program obrađuje. RAM se sastoji od niza mjesta. Ta mjesta su numerirana, a redni broj lokacije se zove adresa. Adresa omogućava pronalazak i izbor jedne određene informacije između milijuna drugih koje su pohranjene u memoriji. Kada CPU treba pristupiti uputama programa ili nekim podatkama na određenom mjestu, ono šalje adresu tih podataka kao signala memoriji. Također, CPU može pohraniti neki podatak tako da navodi koji se točno podatak sprema i na koju adresu će taj podatak biti pohranjen.

Na razini strojnog jezika, rad procesora je prilično jednostavan (iako je detaljno vrlo kompliciran). CPU izvršava program koji se je pohranio kao slijed uputa napisanih strojnim jezikom u glavnoj memoriji. To čini tako da više puta pročita ili dobavljanjem upute iz memorije i onda obavlja, odnosno izvršava uputu. Proces je uglavnom: dohvati uputu - izvrši, dohvati uput - izvrši i tako u nedogled. Ta se metoda zove dohvati-i-izvrši ciklus (fetch-and-execute cycle). Osime jedne iznimke koju ćemo kasnije spomenuti, to je ustvari sve što CPU radi.

Fetch-and-execute cycle
Detalji fetch-and-execute ciklusa nisu strašno važni, ali postoji nekoli osnovnih stvari koje bi ste trebali znati. CPU sadrži nekoliko internih registara (registers), što su ustvari male memorijske jedinice koje su sposobne sadržavati jedan broj ili uputu strojnog jezika. CPU korisiti jedan od tih registara koji se naziva programski brojač (program counter - PC) kako bi znao kamo se nalazi u program kojeg upravno izvršava. PC pohranjuje adresu sljedeće upute koju CPU treba izvršiti. Na početku svakog fetch-and-execute ciklusa, CPU provjerava PC da vidi koju sljedeću uputu treba dohvatiti. Tijekom toka samog fetch-and-execute ciklusa, broj u PC-u se cijelo vrijeme ažururia kako bi naznačio uputi da će biti izvršena u sljedećem ciklusu.

Slika 1.3

Računalo izvršava programe pisane strojnim jezikom mehanički, tj. bez da ih razumije ili da razmiljša o njima. To je jednostavno zbog samog načina kako je sve fizički spojeno. No, to nije jednostavan koncept. Računalo je stroj koji je izgrađen od milijun sićušnih prekidača koji se nazivaju tranzistori (transistors). Oni imaju svojstvo da se mogu zajedno priključiti na takav način da izlaz jednog prekidača može uključiti ili isključiti drugi prekidač. Kako računalo radi, ti se prekidači stalno isključuju i uključuju, što je određeno kako su oni zajedno spojeni i programom koje računalo upravo izvršava.

Slika 1.4

Slika 1.5

Upute na strojnom jeziku su izražene uz pomoć binarnih brojeva. Binarni broj se sastoji od samo dvije moguće znamenke, a to su nula i jedan. Dakle, upute na strojnom jeziku su ustvari samo slijedovi nula i jedinica. Svaki odreženi slijed kodira neku posebnu uputu. Također, podatke koje računalo manipulira su kodirani kao binarni brojevi. Računalo može raditi izravno sa binarnim brojevima jer prekidači mogu lako predstavljati takve brojeve. Upaljeni prekidač predstavlja jedan, a isključeni prekidač nulu. Zbog toga, upute na strojnom jeziku su ustvari pohranjene u memoriji kao uzorci upaljenih i isključenih prekidača. Kada se uputa na strojnom jeziku učita u CPU-u, sve što se događa je da se neki prekidači upale ili ugase prema uzorku koji kodira uputu. CPU je tako građen da odgovori na te uzorke i da zatim izvrši uputu i to čini samo zbog načina po kojem su svi prekidači u CPU-u zajedno povezani.

Slika 1.6

To je sve što bi ste trebali znati o osnovama kako jedno računalo funkcionira. Ako želite da neko određeno područje proširimo i još malo proučimo ili ako niste neki dio kojeg sam ovdje objasnila shvatili, slobodno ostavite svoje mišljenje u komentarima.