1 Šta je računar

Analogno i digitalno

Pretpostavimo da detetu koje je prehla?eno majka hoće da izmeri temperaturu. U kući su joj na raspolaganju dva termometra: jedan sa živinim stubom, a drugi u vidu trake. Na termometru sa živom majka je konstatovala da je temperatura "skoro 37,5°C", odnosno da je izme?u 37,4 i 37,5°C. Na mernoj traci očitala je temperaturu 37,5°C. Termometar sa živinim stubom je analogni merni ure?aj na kome se izmerena temperatura očitava s kontinualne (neprekidne) skale. Za termometar u vidu trake kažemo da je digitalni merni ure?aj. Digitalni ure?aji su cifarski.

Analogni termometar će pokazati da je temperatura osobe "približno 37°C", a digitalni da je ona "37°C". Očitavanje na digitalnim ure?ajima je skokovito od jedne do druge brojne vrednosti, na primer 7,10; 7,15; 7,20; 7,25 itd. Na digitalnim ure?ajima ne mogu se očitavati me?uvrednosti.

Analogni ure?aji mere jednu fizičku veličinu upore?ujući je s nekom drugom koja je "analog" te veličine. Ovakvi ure?aji omogućavaju registrovanje (očitavanje) bilo koje vrednosti merene veličine u zadatim granicama merenja. To su zajedničke karakteristike svih analognih ure?aja.

U navedenom primeru, termometrom sa živom merimo temperaturu tako što na njemu očitavamo širenje žive u kapilarnoj cevi termometra. Ovakvi termometri koriste analogiju izme?u veličine temperature i širenja tela pri zagrevanju. Širenje, to jest "istezanje" žive u kapilarnoj cevi jeste analog merene vrednosti temperature.

Evo još nekih primera analognih ure?aja: ručni časovnik s oprugom za navijanje, zidni časovnik s tegovima, lenjir za merenje dužine, barometar, ampermetar, merač nivoa goriva u rezervoaru automobila itd.

Digitalni ure?aji, kao što smo konstatovali, mogu da operišu samo s brojevima i evo nekih primera: časovnik koji pokazuje vreme brojkama, voltmetar koji tako pokazuje veličinu napona, programator na mašini za pranje rublja, merač trenutne potrošnje goriva u automobilu itd.

Analogni računar

U mehanici se pravolinijsko ravnomerno kretanje materijalne tačke opisuje jednačinom:

(1)

 

gde je:

v - brzina kretanja (m/s)

l - pre?eni put (m)

t - vreme kretanja (s)

U elektrotehnici, zavisnost izme?u napona, struje i omskog otpora u prostom strujnom kolu (slika 1.3) definiše jednačina:

 

(2)

 

 

gde je:

i - struja (A)

u - napon (V)

R - omski otpor ( Ω )

Prva jednačina opisuje kretanje materijalne tačke i pripada zakonima kinematike u mehanici. Druga jednačina opisuje zavisnost električnih veličina i pripada zakonima elektrotehnike. Na prvi pogled, zakoni koji pripadaju različitim oblastima fizike me?usobno nemaju veze. Me?utim, kada pažljivo pogledamo jednačine (1) i (2) vidimo da su u matematičkom smislu to iste jednačine, u kojima se razlikuju samo slovne oznake. Oznaci v u jednačini (1) odgovara oznaka i u jednačini (2), oznakama l i t u jednačini (1) odgovaraju oznake u i R u jednačini (2). Možemo zaključiti da postoji analogija izme?u ravnomernog kretanja materijalne tačke u mehanici i Omovog zakona u elektrotehnici.

Tabela 1.1 Analogija mehaničkih i električnih veličina

Mehanička veličina	Analogna električna veličina
Brzina kretanja v (m/s)	Jačina struje i (A)
Pre?eni put l (m)	Napon u (V)
Vreme kretanja t (s)	Omski otpor R ( Ω )

Pretpostavimo sledeću situaciju: dobili smo zadatak da u laboratoriji za fiziku pomoću ampermetra, voltmetra i druge elektrotehničke opreme izvedemo eksperiment kojim ćemo potvrditi tačnost zakona mehanike iskazanog jednačinom (1).

Da nemamo saznanja koja smo već stekli u ovom odeljku, pomislili bismo da je zadatak nemoguće izvesti. Ovako, sigurni u sebe i svoje znanje, obavićemo eksperiment u kome ćemo pomoću prostog strujnog kola, ampermetra i voltmetra (sl. 1.3) dokazati da je brzina kretanja tela direktno zavisna od pre?enog puta i obrnuto zavisna od vremena kretanja.

Za ovo strujno kolo kažemo da je analogni električni model pravolinijskog ravnomernog kretanja materijalne tačke.

Pažljivim posmatranjem jednačine (1) zapažamo da strujna kola sa slika 1.3 i 1.4, osim što omogućavaju oponašanje (simulaciju) kretanja i dokazivanje zakona kretanja materijalne tačke, dopuštaju i dve vrste računanja:

Deljenje	Množenje

Dakle, pomoću ovog prostog strujnog kola možemo množiti i deliti. Na ovim principima rade računari koji se nazivaju analogni. Danas se takvi računari vrlo retko koriste, pa njih nećemo ni razmatrati u knjizi.

Digitalni računar

Digitalni (ili cifarski) računar je elektronski, automatski, programabilan ure?aj za obradu podataka. To je ono što većina nas podrazumeva kada se govori o računarima. Da bismo shvatili šta je digitalni računar, objasnićemo značenje svake reči ove definicije:

Sve ove reči zajedno objašnjavaju šta je digitalni, to jest cifarski računar. Danas je uobičajeno da se kaže samo računar, a podrazumeva se da je reč o digitalnom tipu računara.

Pomenimo i to da osim analognog i digitalnog računara postoji i treći tip računara, takozvani hibridni. Hibridni računari su nastali kombinovanjem i povezivanjem delova analognih i digitalnih računara.

Veliki i mali računari

Digitalni računari se prema brzini i snazi dele na tri grupe: superbrze, velike i personalne.

Računare iz prve grupe koriste veliki naučnoistraživački instituti i posebne državne i vojne službe za specijalne namene gde je potrebna superbrza obrada ogromnog broja podataka ili složenih matematičkih izračunavanja. Ovakvi računari se proizvode po porudžbini kupca i cena im je nekoliko desetina miliona dolara.

Velike računare koriste istraživačke institucije, banke, osiguravajuće kompanije, velika preduzeća, univerziteti, meteorološki zavodi i druge slične organizacije kojima su potrebni moćni računari. Cena ovakvih računara može biti nekoliko miliona dolara; oni se smeštaju u specijalne klimatizovane prostorije, mogu da opslužuju veliki broj korisnika istovremeno, brzo i tačno obavljaju složene matematičke proračune i imaju veliku memoriju.

Personalni (lični) računari su namenjeni širokom krugu korisnika - na njima se radi po kućama, školama, fakultetima, laboratorijama, preduzećima, bankama, poštama, domovima zdravlja i bolnicama, bibliotekama, prodavnicama itd.; koriste ih ?aci, studenti, inženjeri, profesori, lekari, umetnici - ukratko, ljudi različitih zanimanja.

Cena personalnih računara je neuporedivo niža od cene velikih ili superbrzih računara i ne prelazi nekoliko hiljada dolara, tako da ih širok krug korisnika može kupiti. Za smeštaj personalnih računara nisu potrebne zasebne, klimatizovane prostorije: smeštaju ih u učionice, laboratorije, industrijske hale i na mnoga druga mesta. Oni prihvatljivo brzo i tačno obra?uju podatke i obavljaju izračunavanja, obično imaju dovoljno veliku memoriju za čuvanje podataka i lako se prenose.

Šta računari mogu a šta ne mogu?

Računari mogu da obave mnoge poslove, ali nisu svemogući. Postoje poslovi koje oni ne mogu da obave.

Oni mogu da urade samo ono što ih je čovek, preko programa koji je napisao, "naučio".

Računari mogu da:

• izvršavaju programom zadate instrukcije
• rade tačno, brzo (katkad mnogo brže od našeg mozga) i bez zamaranja
• smeste podatke u svoju memoriju i tu ih čuvaju
• upore?uju podatke i donose jednostavne odluke za koje su programirani.

Računari ne mogu da:

• urade bilo šta bez programa koji je napisao čovek
• razmišljaju
• procenjuju da li je knjiga, pesma, muzička kompozicija ili slika dobra ili loša
• pišu romane, pripovetke, pesme; komponuju ozbiljnu ili pop muziku i stvaraju umetnička dela
• osećaju slano, slatko, toplo, hladno, mirise, uznemirenost, radost, umor ili bes.

Složene zadatke računari izvršavaju u četiri koraka:

Proverite da li ste razumeli

Tako se informacije lakše obra?uju i prenose

1. Skraćuju se i čine kompaktnijim
2. Postaju jasnije i preciznije.

Ako želite da upoznate računar kao mašinu za rad s podacima, potrebno je da upoznate i razumete operacije koje se mogu obavljati s podacima.

Osnovne operacije sa podacima na računaru su: čuvanje, obrada i prenos. U narednim poglavljima upoznaćete matematičke i fizičke osnove čuvanja, obrade i prenosa podataka.

Proverite da li ste razumeli

Osnovni delovi računara

Da bismo lakše razumeli kako radi računarski sistem, od kojih se delova sastoji i čemu oni služe, uporedićemo ga sa čovekom.

Zamislimo sledeću situaciju. Na času matematike učitelj je postavio pitanje učeniku: Koliki je zbir brojeva 2 i 3? Pratimo šta se dešava potom.

Pitanje koje je učitelj izgovorio doprlo je do mozga učenika kroz uši preko nerava. To su njegovi ulazni ure?aji i prenosni putevi. Zvučni podaci se pretvaraju u nervne impulse koji putuju do mozga. Primljeni zahtev (Koliki je zbir brojeva 2 i 3?) pamti se (memoriše) i obra?uje u mozgu. U ovom slučaju to nije potrebno, ali kada bi zahtev da sabere dva višecifrena decimalna broja bio postavljen pred učenika, on bi, kao pomoć svojoj memoriji, najverovatnije upotrebio svesku u koju bi upisao brojeve. Sveska je spoljna memorija koja pomaže operativnoj memoriji učenika. Kada učenik završi izračunavanje zbira dva zadata broja, odnosno obradi podatke u skladu s dobijenim zahtevom, on rezultat pamti i odmah pretvara u nervne impulse koji se prenose do jezika kako bi ga saopštio učitelju. Usta su izlazni ure?aj. Ova kratka analiza upućuje nas na zaključak da su se u toku rešavanja problema dešavale sledeće aktivnosti: prijem i prenos instrukcija i podataka, tj. ulaz; memorisanje ili pamćenje zadatih instrukcija i podataka; shodno instrukcijama, obrada podataka koja za ishod ima rezultat, to jest informaciju; memorisanje rezultata obrade; izlaz, odnosno prenos i saopštavanje rezultata obrade.

Posle ove analize kojom smo utvrdili šta se dešavalo kada je učitelj pitao učenika koliko je 2+3, postavimo sebi zadatak da konstruišemo računarsku mašinu koja bi radila na sličan način. Da bi naš računar mogao da radi, zaključujemo da bi morao imati četiri povezana dela različite namene:

• ULAZ
• MEMORIJU
• DEO ZA OBRADU
• IZLAZ

Tabela 1.3 Pore?enje čoveka s računarskom mašinom

Deo		Č;ovek	Računar
ULAZ	Zadatak	Prihvata podatke koji mu se daju Prihvata instrukcije o tome šta da radi s podacima	Prima ulazne podatke Prima računarski program za obradu podataka
	Ure?aj	Oči i uši pretvaraju poruke u nervne impulse koji idu do mozga	Tastatura, digitalizator, merni ure?aj itd. šalju električne impulse do centralnog procesora
MEMORIJA	Zadatak	Č;uva podatke, pamti instrukcije	Pamti podatke, čuva instrukcije
	Ure?aj	Mozak	Operativna memorija centralnog procesora, spoljna memorija
OBRADA	Zadatak	Na osnovu stečenih znanja obra?uje podatke, npr. obavlja računarske operacije s brojevima, slaže reči po abecednom redu itd.	Izvršavanjem zadatih instrukcija obra?uje podatke
	Ure?aj	Mozak	Aritmetička jedinica centralnog procesora
IZLAZ	Zadatak	Saopštava rezultate obrade, npr. izračunavanja	Saopštava rezultate obrade
	Ure?aj	Usta, jezik (govor) i ruka (pisanje)	Ekran, štampač, ploter itd.

 

Poput učenika, naš računar sastavljen od pobrojanih delova mogao bi da obra?uje podatke.

U tabeli 1.3 uporedno su nabrojani čovekovi i računarski delovi i navedeni su njihovi zadaci. Pore?enje nam pomaže da lakše razumemo šta je računarski sistem i način na koji on radi. Zato ga treba prihvatiti samo kao ilustraciju.

Šta sačinjava računarski sistem?

Sistem je skup delova koji rade kao celina. Računarski sistem čine različiti računarski delovi koji zajedno, kao celina, obavljaju predvi?ene poslove. Delovi računarskog sistema svrstavaju se u dve grupe:

• HARDVER
• SOFTVER

Hardver: Pod ovim pojmom podrazumevamo delove koje vidimo (mašineriju). To je ono što možemo podići ili se o njega spotaći. Tu spadaju: električni i elektronski delovi, mašinski sklopovi, kućišta itd. Hardver računarskog sistema sastoji se od:

• centralne jedinice (centralni procesor + upravljačka jedinica + operativna memorija) i
• perifernih jedinica.

Periferne (periferno - spoljno) ili spoljne jedinice jesu ulazni i izlazni ure?aji, pomoćna ili spoljna memorija i drugi ure?aji, npr. merni ili regulacioni.

Centralnu jedinicu čine dva dela: centralni procesor i operativna memorija.

Centralni procesor ima dva dela: upravljačku jedinicu i aritmetičko-logičku jedinicu. Upravljačka jedinica upravlja radom centralne jedinice i odgovorna je za izvršavanje instrukcija, a aritmetička jedinica izvršava nad podacima aritmetička izračunavanja i logičke operacije.

Memorija je sačinjena od skupa "pregradaka" ili lokacija. Na svaku lokaciju može se smestiti odre?ena količina podataka, kao što se na police u magacinu može smestiti odre?ena količina rezervnih delova. Računari u radu koriste samo dve cifre, nulu i jedinicu, i one se zovu binarne cifre ili kraće bitovi. 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.

Memorija u centralnoj jedinici naziva se operativna, radna ili glavna memorija. To je elektronska memorija s neposrednim pristupom. Osim nje, većina računara ima i spoljnu, dodatnu memoriju. Ta se memorija naziva još dugotrajna, masovna ili pomoćna.

Kao spoljna memorija u kojoj se čuvaju podaci ili instrukcije koriste se magnetni disk (disketa, čvrsti disk), magnetna traka ili kompakt disk. Podaci i instrukcije se s njih mogu po potrebi učitavati u računar.

Softver: Da bi se kamion kretao, nije dovoljno što ima motor i točkove - potrebna je i "pamet", neko ko zna njime da upravlja. Isto tako, ni hardver nije dovoljan da bi računarski sistem mogao da radi - neko mora da upravlja delovima računara i da mu daje instrukcije kako da izvrši odre?eni zadatak. Ovaj "vozač" računara zove se softver. On oživljava hardver, upravlja njegovim radom i osposobljava ga za izvršavanje odre?enih zadataka.

Da bi jedan inženjer postao specijalista u nekoj oblasti tehnike, on mora najpre da stekne temeljna znanja iz matematike, fizike, hemije, nacrtne geometrije i sličnih predmeta, a onda i usko specijalistička iz, na primer, mašinstva, rudarstva, elektrotehnike, gra?evinarstva. Slično je i sa softverom. Računarskom sistemu su potrebna dva tipa softvera:

• SISTEMSKI
• APLIKATIVNI

Sistemski softver možemo uporediti sa opštim znanjima inženjera; on je sastavljen od programa koji računarski sistem (hardver) čine upotrebljivim. Jedan deo programa sistemskog softvera upravlja hardverom i nadzire njegov rad, a drugi prevodi programski jezik kojim se korisnik služi (npr. C, Visual BASIC, Java) u mašinski kôd koji računar razume.

Aplikativni softver je skup kodiranih instrukcija koje se daju računaru da bi mogao da izvrši odre?eni zadatak ili reši postavljeni problem. Ovaj softver se zove aplikativan stoga što omogućava rešavanje konkretnih problema, ili kako se to drugačije kaže - omogućava aplikaciju (aplikacija - primena) računara na taj problem ili zadatak. Postoje aplikativni softveri veoma različitih namena: za rudarstvo, geologiju, mašinstvo, gra?evinarstvo, matematiku, arhitekturu, crtanje, pisanje itd.

Proverite da li ste razumeli