informatika-2011-prv-kolokvium

70
1 Предговор Информатиката е една од најмладите науки. Истовремено нејзиниот развој е многу динамичен и потребно е континуирано следење на настаните кои се случуваат во оваа наука. Затоа е тешка и одговорна задача да се пишува книга од областа на информатиката. Овој труд претставува обид за систематско воведување во основите на теоријата на информатиката и компјутерските системи. Покрај давање на основни знаења за компјутерските системи, целта на ова книга е да даде и хронологија на појавувањето на компјутерите и развојот на оваа наука од појавувањето до денес. Хронологијата на настани укажува и на динамиката со која се развивала оваа наука и дава можност за споредба на степенот на развој во разни периоди од развојот. Содржината на материјата е распределена низ десет делови, од кои секој за себе претставува одредена тематска целина. Иако секоја посебна, овие целини меѓусебно се последователно поврзани и континуирано го задржуваат вниманието на читателот. Карактеристично за содржината на трудот е што таа е пишувана на јасен и лесно читлив стил од една страна, но истовремено доминираат стручноста, професионалоста и прецизноста во обработката на оваа проблематика. Првите пет делови се однесуваат на теоретскиот аспект на информатиката, а останатите четири на практичното работење со апликативните програми од Microsoft Office програмскиот пакет. Во првиот дел е даден воведот во информатика. Како учебник кој се занимава со основите на информатиката, во овој дел се дадени: поимот и предметот на анализа на информатиката, почетокот на информатиката како наука и нејзиниот историски развој, тековните состојби и идните тенденции за развој на оваа наука. Во вториот дел, Претворање на податоците во информации е објаснета работата на компјутерските системи. Почнувајќи од конверзијата на броевите од декаден во бинарен броен систем и обратно, основните аритметички и логички операции со бинарните броеви, основите на Буловата алгебра сé до претставувањето на логичките кола кои се користат за извршување на основните аритметички и логички операции, дадена е комплетна слика за обработката на податоците кај компјутерските системи. Дополнително е даден приказ и објаснување на Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.

Upload: dragangigovski

Post on 08-Oct-2014

3.385 views

Category:

Documents


2 download

TRANSCRIPT

Page 1: informatika-2011-prv-kolokvium

1

Предговор

Информатиката е една од најмладите науки. Истовремено нејзиниот развој е многу динамичен и потребно е континуирано следење на настаните кои се случуваат во оваа наука. Затоа е тешка и одговорна задача да се пишува книга од областа на информатиката.

Овој труд претставува обид за систематско воведување во основите на теоријата на информатиката и компјутерските системи. Покрај давање на основни знаења за компјутерските системи, целта на ова книга е да даде и хронологија на појавувањето на компјутерите и развојот на оваа наука од појавувањето до денес. Хронологијата на настани укажува и на динамиката со која се развивала оваа наука и дава можност за споредба на степенот на развој во разни периоди од развојот.

Содржината на материјата е распределена низ десет делови, од кои секој за себе претставува одредена тематска целина. Иако секоја посебна, овие целини меѓусебно се последователно поврзани и континуирано го задржуваат вниманието на читателот. Карактеристично за содржината на трудот е што таа е пишувана на јасен и лесно читлив стил од една страна, но истовремено доминираат стручноста, професионалоста и прецизноста во обработката на оваа проблематика. Првите пет делови се однесуваат на теоретскиот аспект на информатиката, а останатите четири на практичното работење со апликативните програми од Microsoft Office програмскиот пакет.

Во првиот дел е даден воведот во информатика. Како учебник кој се занимава со основите на информатиката, во овој дел се дадени: поимот и предметот на анализа на информатиката, почетокот на информатиката како наука и нејзиниот историски развој, тековните состојби и идните тенденции за развој на оваа наука.

Во вториот дел, Претворање на податоците во информации е објаснета работата на компјутерските системи. Почнувајќи од конверзијата на броевите од декаден во бинарен броен систем и обратно, основните аритметички и логички операции со бинарните броеви, основите на Буловата алгебра сé до претставувањето на логичките кола кои се користат за извршување на основните аритметички и логички операции, дадена е комплетна слика за обработката на податоците кај компјутерските системи. Дополнително е даден приказ и објаснување на

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Softwarehttp://www.foxitsoftware.com For evaluation only.

Page 2: informatika-2011-prv-kolokvium

2

работата на Flip Flop колото кое се користи како основна ќелија на работната меморија кај компјутерите.

Во третиот дел, под наслов Организација и архитектура на компјутерските системи, направена е анализа на хардверот (физичките уреди) на компјутерските системи. На почеток од третиот дел се дадени физичките компоненти на компјутерскиот систем и даден е основен преглед, која компонента за што се користи. Потоа следува категоризацијата на компјутерските системи според повеќе критериуми. Даден е детален преглед на разните видови на компјутерски системи, кратка хроника на нивниот развој и нивната намена во минатото и денес. Во последната точка од овој дел е дадена архитектурата на персоналните компјутери. Тука, детално е објаснета работата на сите делови кај персоналните компјутери, почнувајќи од процесорот се до уредите за комуникација.

Во четвртиот дел е анализиран софтверот за персоналните компјутери. На почеток е дадена поделбата на софтверот, а во продолжение е дадено објаснување за различните видови на софтвер кој се користи кај персоналните компјутери. Почнувајќи од софтверот на најниско ниво, се до апликативниот и корисничкиот софтвер дадено е објаснување за улогата и начинот на функционирање на софтверот. На крајот од четвртиот дел е даден приказ на програмските јазици кои се користат кај персоналните јазици.

Во петтиот дел се дадени основите на мултимедијата како можности за презентирање на содржини кај компјутерските системи. Дадена е дефиницијата за мултимедиски систем, типовите на податоците кои се дел од мултимедијата, нивната категоризација како и концептот на хипермедиски содржини. Во овој дел се дадени и основите за користење на мултимедиските содржини на разни уреди кои поддржуваат прикажување и пренос на мултимедиски содржини. На крај се опишани можностите за примена на мултимедијата во разни области на работата на човекот.

Шестиот дел е последен дел од теоријата за компјутерските системи. Во овој дел е даден осврт на интернет како глобална јавна компјутерска мрежа. На почетокот од овој дел е дадено објаснување за тоа што претставува оваа мрежа и историскиот развој на мрежата од нејзиното појавување до денес. Во продолжение на петтиот дел дадени се различните видови на услуги кои се нудат на интернет мрежата. Даден е и осврт на најпопуларните апликации кои се користат за пристап до услугите на интернет мрежата. На крајот е даден концептот и основните карактеристики на интернет 2 стандардот кој е во подем од 1996 година до денес.

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Softwarehttp://www.foxitsoftware.com For evaluation only.

Page 3: informatika-2011-prv-kolokvium

3

Следејќи ја основната поделба на софтверот кај персоналните компјутери на системски и апликативен софтвер, во шестиот дел е даден осврт на работата на оперативниот систем Windows. Читателот систематизирано се воведува во користењето на овој оперативен систем. Почнувајќи од активирањето на оперативниот систем сé до манипулацијата со датотеки е објаснето во шестиот дел на овој учебник.

Во продолжение на книгата се обработени апликациите Microsoft Word, Microsoft Excel и Microsoft Power Point. За секоја апликација одделно е посеветена посебна глава во книгата. Во седмата глава се објаснува работењето со текст процесорот Microsoft Word. Целта на овој дел од учебникот е да се дадат основните знаења за креирање на професионални документи. Затоа што овој учебник е наменет првенствено за идни менаџери, основната цел е да се добијат знаења за користење на персоналните компјутери и креирање на професионални документи.

Во деветтата глава се објаснети некои можности на програмата за табеларни пресметки Microsoft Excel. Во овој дел се дадени основните команди за пополнување на работните листови од работната книга на програмата, работа со работните листови, правење табеларни пресметки и креирање на различни видови на графикони врз основа на податоците внесени во работната книга. Во овој дел се дадени и дел од можностите за размена на податоци помеѓу апликациите од програмскиот пакет Microsoft Office.

Во последниот, десетти дел се дадени основите за работење со програмата Power Point. Идните менаџери треба да знаат да направат професионални презентации на она што го нудат како услуги. Затоа е потребно да знаат да работат со оваа програма. За сите апликативни програми се дадени примери со кои се решаваат одредени проблеми и дадени се задачи за решавање со цел подобро да се научат можностите на апликациите.

Секоја забелешка ќе биде примена како добронамерна, во насока на подобрување на содржините во идните изданија.

Од Авторот

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Softwarehttp://www.foxitsoftware.com For evaluation only.

Page 4: informatika-2011-prv-kolokvium

4

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Softwarehttp://www.foxitsoftware.com For evaluation only.

Page 5: informatika-2011-prv-kolokvium

5

1. Вовед во информатиката

1.1. Поим и предмет на информатиката

Информатиката како наука се појавува со појавата на системите за обработка на податоци, со цел да се направи автоматска обработка на податоците.

Луѓето со векови се обидувале да го олеснат и да го забрзаат решавањето на математичките проблеми. Тие одамна согледале дека со помош на математички операции може да се решат многу различни проблеми, ако имаат на располагање машина која ќе биде во можност да извршува голем број на математички операции во единица време. Во IX век се појавиле многу нови теории од областа на математиката и физиката кои не можеле да бидат проверени поради потребата од извршување на голем број на математички операции, кои е невозможно да се извршат без употреба на машина која автоматски би ги пресметувала. Со појава на компјутерите е забрзан технолошкиот и информативниот развој на цивилизацијата. За разлика од многу пронајдоци за кои се знае кога и како се измислени, за компјутерите тешко може да се рече дека нивни пронаоѓач е една личност. Повеќе научници и иноватори имаат свој придонес за развојот на компјутерите како електронски систем.

Информатиката во основа се занимава со прием, обработка и меморирање на податоците како и претставување на информациите во облик соодветен за разбирање од страна на човекот. Меѓутоа, во текот на времето дефинициите за поимот информатика се менувале и таа опфаќа сé повеќе и повеќе функции. Некои од нив, покрај основните се:

Роботизација;

комуницирање на мали и големи растојанија;

креирање информациони системи;

креирање експертски системи;

креирање системи на вештачка интелигенција и др.

1.2. Почеток на информатиката и историски развој

Зачетоците на информатиката се врзуваат за британецот Чарлс Бебиџ (Charles Babbage 1792-1871). Toj ја креирал диференцијалната и аналитичка машина за пресметување. Таа била замислена како машина за

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Softwarehttp://www.foxitsoftware.com For evaluation only.

Page 6: informatika-2011-prv-kolokvium

6

изведување на четири аритметички операции: собирање, одземање, множење и делење. Аналитичката машина е претходник на денешниот компјутер, наменета за решавање на кој и да било математички израз, за кој се знае редоследот на операции и со кој редослед може да се реши изразот1. Првиот програмер е Ада Бајрон Лавлејс (Ada Bajron Lovelace, 1815-1852). Taa била инспирирана од машината на Бебиџ и таа е првата личност која ги истражувала можностите на оваа машина. Автор е на трудот „Аналитичка машина“ кој денес се смета за прв текст кој го опишува процесот на програмирање. Таа предвидела дека аналитичките машини ќе се користат и за компонирање на музика. Нејзините предвидувања се оствариле после еден век.

Слика 1.1. Нацрти на аналитичката машина Чарлс Бебиџ

Ален Тјуринг (Alan Turing 1912-1954) e уште една личност во

ланецот на креирањето на современиот компјутер. Тјуринг во текот на втората светска војна бил задолжен за дешифрирање на германските тајни пораки. Неговиот пристап кон проблемот се базирал на пронаоѓање на машина која ќе биде во состојба да го реши секој проблем претставен со низа од елементарни операции, а нејзината меморија би требало да биде доволно голема за да може да ги меморира инструкциите потребни за извршување на пресметките. Тој дал еден апстрактен модел на таква машина позната како „Тјурингова машина“.

1 Збирот на операции извршени по одреден редослед се нарекува алгоритам.

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Softwarehttp://www.foxitsoftware.com For evaluation only.

Page 7: informatika-2011-prv-kolokvium

7

Слика 1.2. Ален Тјуринг

Џон Фон Нојман (Јohn vоn Neuman, 1903-1957) ги поставил основните принципи на архитектурата на денешните компјутери. Тој ја предложил поделбата помеѓу физичкиот дел на компјутерот (hardware) – хардвер и програмскиот дел (software) софтвер. Во 1943 година во лабораторијата Лос Аламос започнува изградбата на проектот ЕДВАК (EDVAC), заедно со Џон Мокли (John Mauchley) и Џон Екерт (John Eckert). Тие се автори на првиот потполно електронски компјутер кој работел врз основа на претходно зададена програма.

Општата организација на компјутерот од Џон Нојман е даден на Слика 1.3. Организацијата на денешните компјутери иако многу посложена, во основа не се разликува многу од организацијата на компјутерот на Џон Нојман.

Слика 1.3. Шема на Џон Нојмановиот компјутер Основни елементи на компјутерот на Џон Нојман:

Меморија и

Процесор кој се состои од аритметичка единица и управувачка единица.

Дополнителни:

Влезна единица и

ВЕ ОМ ИЕ

АЕ УЕ процесор

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Softwarehttp://www.foxitsoftware.com For evaluation only.

Page 8: informatika-2011-prv-kolokvium

8

излезна единица. Ознаки:

ВЕ- влезна единица;

ОМ- оперативна меморија;

ИЕ- излезна единица;

АЕ- аритметичка единица;

УЕ- управувачка единица.

Терминот информатика е врзан со името на Филип Дрејфус (Philippe Dreyfus) кој го составил зборот информатика (informatique) како неологизам од зборовите information и automatique и означува автоматска обработка на податоците. Како термин е прифатен од повеќе земји во Европа и светот, како и од поранешната СФРЈ, а и денес се користи како таков и во Република Македонија.

За развојот на компјутерите е важно да се спомене и развојот на различните генерации на компјутери. Различните генерации се одредувани според степенот на развојот на компјутерите. Со секоја нова генерација на компјутери нивните основни елементи добивале помали димензии и побрза работа во однос на претходната генерација. Како резултат на тоа пропорционално со новите пронајдоци, добиени се помали димензии, поголема брзина, поголема моќ при работа и поголема меморија за сместување на податоците. Константно се јавуваат нови откритија во областа на компјутерската индустрија и тие секојдневно влијаат на нашето работење и живеење.

Првата генерација на компјутери се јавуваат во периодот 1946-1958 и е позната како ера на вакуумски цевки. Првиот направен електронски компјутер (проектот EDVAC) се состоел од илјадници вакуумски цевки, зафаќал голема површина и ослободувал голема топлина при работењето на вакуумските цевки. Вакуумските цевки одиграле голема улога во развојот на компјутерите. Тие се измислени во истиот период кога е измислена и сијалицата од страна на Томас Едисон (Thomas Edison) и имале улога на засилувач и преклопник. Без подвижни делови вакуумските цевки на влез можат да примаат слаб сигнал и да го засилат. Нивната втора улога е овозможување и прекин на протокот на електрична струја. Овие две особини на вакуумските цевки ја овозможиле изградбата на првиот електронски компјутер. Овозможувањето и прекинот на проток на струја овозможува дефинирање на овие две состојби како логичка единица и логичка нула. Тоа е причината што компјутерите работат само со логички единици и нули.

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Softwarehttp://www.foxitsoftware.com For evaluation only.

Page 9: informatika-2011-prv-kolokvium

9

Слика 1.4. Електронска вакуумска цевка Првата генерација на компјутери е важна затоа што покажала

практично дека е возможно да се креира потполно електронски компјутер кој може да обработува податоци, резултатите да ги меморира и да ги прикажува на излезни единици. Меѓутоа пред истражувачите останале уште многу проблеми поврзани со дизајнот на компјутерските системи кои требало во иднина да ги решаваат. Поради релативно големите димензии на вакуумските цевки (најмалите имаат висина од 2,5см) компјутерите од првата генерација зафаќале голем простор. Поради нивниот дизајн трошат многу електрична енергија (најштедливите трошат околу 10 mA струја при нивното работење) и ослободуваат голема топлина (најтоплите делови на вакуумските цевки се загреваат на температура од

800-1000С). Од тие причини било потребно да се обезбеди доволно моќно напојување, а од друга страна и разладни уреди кои ја одржувале работната температура на системот. Од друга страна доверливоста на нивното работење не била голема, со оглед на нивниот рок на траење од неколку илјади работни саати.

Втората генерација на компјутери се јавува во периодот 1959-

1964 во тнр. ера на транзистори. Оваа ера трае кратко, но не е помалку значајна од ерата на вакуумските цевки во развојот на компјутерската технологија. Во 1947 година тројцата научници Џон Бардин (John Bardeen), Вилијам Шокли (William Shockley) и Волтер Бретеин (Walter Brattain) вработени во AT&T Bell Labs, ја измислиле замената на вакуумската цевка. Тоа е транзисторот кој ги има истите функции како и ваккумската цевка засилување на сигнали и улога на електронски прекинувач. За ова откритие, тие во 1956 добиле Нобелова награда за физика.

Предностите на транзисторот во однос на вакуумската цевка се тие што тој е побрз во работата, има поголема доверливост и е поефтин за изработка. Транзисторите се изработуваат од полупроводници (германиум, силициум) кој го има во изобилство, со што се овозможува ниска цена при производство. Топлината што ја произведуваат транзисторите е многу помала во однос на онаа што ја произведуваат

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Softwarehttp://www.foxitsoftware.com For evaluation only.

Page 10: informatika-2011-prv-kolokvium

10

вакуумските цевки. Пронаоѓањето на транзисторот е само почеток на новата генерација понапредни компјутери.

Слика 1.5. Првиот транзистор Со замена на вакуумските цевки со транзистори се овозможува

намалување на димензиите на компјутерските системи во втората генерација, намалување на потрошувачката на електрична енергија што се користела за нивно напојување, намалување на ослободената топлина, а со тоа се намалуваат и потребните разладни уреди за одржување на работната температура на компјутерските системи. Доверливоста на транзисторие е многу поголема во однос на вакуумските цевки. Тие може со децении да работат непрекинато и да функционираат без проблеми.

Третата генерација на компјутери се појавува во периодот 1965-

1970 и е наречена ера на интегрирани кола. Транзисторите се огромен чекор напред во напредокот на компјутерската технологија. Интегрираните кола кои се нарекуваат и полупроводнички чипови се состојат од голем број на транзистори поставени на заедничка полупроводничка основа. Роберт Нојс (Robert Noyce) од Fairchild корпорацијата и Џек Килби (Jack Kilby) од Texas Instruments во 1958 година, независно еден од друг ги открија можностите за користење на интегрираните кола. Поставувајќи огромен број на транзистори во еден чип и поврзувајќи ги во компактна целина, овозможиле огромно зголемување на моќта на компјутерите и значајно намалување на нивната цена. Џек Килби е добитник на Нобелова награда за физика во 2000-та година, за ова негово откритие.

Од изработката на првото интегрирано коло, бројот на транзистори поставени во еден чип двојно се зголемувал секоја втора година, намалувајќи ги истовремено големината и цената на компјутерите и зголемувајќи ја нивната моќ.

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Softwarehttp://www.foxitsoftware.com For evaluation only.

Page 11: informatika-2011-prv-kolokvium

11

Третата генерација на компјутери можела да извршува инструкции во милијардити дел од секундата (10-6s). Физичката големината на компјутерите од третата генерација била многу помала од нивните претходници. За разлика од просторот кој бил потребен за сместување на компјутерите од првата и втората генерација (неколку десетици квадратни метри), за сместување на еден компјутер од третата генерација доволно било едно работно биро.

И со третата генерација на компјутери продолжила генералната тенденција во развојот на компјутерските системи: намалување на димензиите, намалување на потрошувачката на електрична енергија потребна за работа на компјутерите, намалување на ослободената топлина во нивното работење, зголемување на доверливоста и зголемување на брзината на обработка на податоците.

Слика 1.6. Шема на интегрирано коло Четвртата генерација на компјутери датира од 1971 година до

денес. Оваа генерација на компјутери се нарекува и ера на микропроцесори. Се карактеризира со монолитни интегрирани кола кои имаат милиони транзистори на единствен полупроводнички медиум и креирањето на микропроцесори (еден чип кој ја извршува целата процесирачка работа на компјутерот). Со тоа се постигнати поголема моќност и брзина на компјутерите. Помалите димензии на процесорите се пресудни за брзината на нивната работа. Електроните кои вршат размена на сигнали се движат со брзина блиска до брзината на светлината. Ако тие поминуваат помало растојание при работата на микропроцесорот, тогаш тој ќе дава побрз одѕив.

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Softwarehttp://www.foxitsoftware.com For evaluation only.

Page 12: informatika-2011-prv-kolokvium

12

Слика 1.7. Intel 4004 - првиот микропроцесор Во 1982 година, Јапонското министерство за меѓународна трговија

и индустрија започнало проект под називот „Проект за петта генерација на компјутерски системи“. Идејата на овој проект бил изградба на компјутерски системи кои би имале голема компјутерска моќ користејќи паралелно процесирање на податоците. Целта била да се креира суперкомпјутер кој би нудел можности за развој на вештачката интелигенција. Овие компјутерски системи требало да бидат нов скок во развојот на компјутерската техника. За разлика од претходните генерации каде основната идеја била да се постават што поголем број на транзистори на заедничка (полупроводничка) основа, идејата на развојот на петтата генерација на компјутери е изработка на компјутер со повеќе процесори кои би ги решавале проблемите паралелно.

До ден денес не можеме да кажеме дека во целост е остварена целта која се поставила пред петтата генерација на компјутерски системи од далечната 1982 година. Денес скоро секој персонален компјутер има процесор со повеќе јадра, на кој обработката на податоците се прави паралелно, постојат алгоритми од вештачката интелигенција кои овозможуваат (ограничено) препознавање на говор, текст, лица итн, постојат алгоритми за играње на одредени логички игри (шах) кои играат подобро и од врвните професионалци за таа игра. Сепак идејата за креирање на логички јазик кој би бил основа за креирање на софтвер за вештачка интелигенција сеуште не е реализирана во целост. Проектот е затворен во 1992 година, после 10 годишно работење.

1.3. Примена и идни текови во информатиката

Компјутерите, а со нив и автоматската обработка на податоците на почеток од нивниот развој, како и многу други „нови“ технологии, биле користени за воени цели. Тие се користат секаде каде што се потребни комплексни управувачки и одлучувачки структури активирање на ракетни системи, противвоздушна одбрана, кодирање и декодирање на пораки и друго. Првите компјутери се користени и во научно истражувачки цели за

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Softwarehttp://www.foxitsoftware.com For evaluation only.

Page 13: informatika-2011-prv-kolokvium

13

вршење пресметки и анализа на проблеми решавани со помош на нумерички методи.

Втората фаза во користењето на компјутерите следува нецели десет години по појавата на првиот електронски уред кој правел автоматска обработка на внесените податоци. Во оваа фаза компјутерите се користат во индустријата и услужните дејности. Компјутеризацијата на индустријата е причина за отпуштање на голем број на работници кои вршеле рачни пресметки и анализа на податоци, но истовремено е и причина за отворање на нови работни места за изработка на компјутерски апликации и додатоци за истите.

Во средината на 70-тите години од претходниот век се појавуваат првите персонални компјутери2. Со нив започнува ерата на користење на компјутерите за индивидуални потреби: забава, научно истражувачка работа, комуникација, креирање на различни видови на документи итн.

Развојот на информатиката оди паралелно во повеќе области на нејзината примена. Така, на пример, во компјутерската графика целта е да се креираат апликации кои за пократко време ќе исцртуваат компјутерски генерирани виртуелни светови со поголем степен на реалност; во областа на комуникациите побрзи, подостапни и доверливи мрежи, во областа на компјутерскиот хардвер побрзи и помали компоненти со голем степен на доверливост во работата. Во сите области на примена на информатиката како наука забележливи се големи чекори кон остварување на конечните цели.

Идните тенденции во развојот на компјутерскиот хардвер (електронските компоненти на компјутерот) е изработка на процесори кои ќе користат тнр. нано технологија. Нанотехнологијата може да се опише како следење на активности на ниво на атоми и молекули и нивна примена во реалниот свет. Нанометарот е 10-12 дел од метарот, односно, 1/80 000 од дијаметарот на човековото влакно.

Еден од основоположниците на нанотехнологијата Алберт Франкс нанотехнологијата ја дефинира како: област на науката и технологијата каде димензиите и толеранцијата во граници од 0.1nm до 100nm играат главна улога3. Таа вклучува прецизно инженерство и електроника како и електромеханички системи. Крајната цел на оваа технологија е креирање на моќни процесори со минијатурни димензии и нивна работа со големи брзини.

Слично како и кај компјутерските системи и нанотехнологијата има свои генерации на нанотехнологија. Оваа поделба ја има дадено Mike Roco од Националната нанотехнологија од САД.

2 Првиот персонален компјутер е Altair 8800 изработен во 1975 година. 3 Институт за нанотехнологија, Обединето кралство

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Softwarehttp://www.foxitsoftware.com For evaluation only.

Page 14: informatika-2011-prv-kolokvium

14

Првата генерација на нанотехнологија започнува од 2000-та година со тнр. пасивни наноструктури, односно матерјали кои имале една задача (аеросоли, ткаенини, наночестички, наноструктурни метали, полимери, керамики)

Втората генерација на нанотехнологија започнува околу 2005-та година и е наречена активни наноструктури. Тие се поделени во две групи на структури и тоа: биоактивни (лекови, биоуреди) и физичко-хемиско активни (3Д транзистори, засилувачи, актуатори, адаптивни структури)

Третата генерација на нанотехнологија која започнува во 2010-та година се состои од тнр. системи на наносистеми. Тука стаѓаат 3Д мрежни и хиерархиски архитектури, нано роботи итн.

Четвртата генерација на наносистеми се претпоставува дека ќе започне околу 2015-та година. Таа генерација е наречена како генерација на молекуларни наносистеми. Целта е да се креираат молекуларни уреди, атомски дизајн итн.

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Softwarehttp://www.foxitsoftware.com For evaluation only.

Page 15: informatika-2011-prv-kolokvium

15

Прашања 1. Кој е придонесот на Џон Фон Нојман за развој на

компјутерската техника 2. Кој е првиот програмер 3. Како се нарекува втората генерација на компјутери 4. Која е генералната тенденција во развојот на секоја наредна

генерација на компјутери 5. Која е причината за развој на третата генерација на компјутери 6. Што е нанотехнологија 7. Дали може да се очекува идните тенденции во развој на

компјутерските системи да бидат исти со досегашните Поширока литература:

Bergin, Thomas J. (ed.) (November 13 and 14, 1996), Fifty Years of Army Computing: from ENIAC to MSRC, A record of a symposium and celebration, Aberdeen Proving Ground.: Army Research Laboratory and the U.S.Army Ordnance Center and School., retrieved 2008-05-17.

Burks, Arthur W.; Goldstine, Herman; von Neumann, John (1947), Preliminary discussion of the Logical Design of an Electronic Computing Instrument, Princeton, NJ: Institute for Advanced Study, retrieved 2008-05-18

Raul R., Ulf H, 2000, The First Computers, history and architecture, MIT Press, Cambridge, Massachusetts, London, England

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Softwarehttp://www.foxitsoftware.com For evaluation only.

Page 16: informatika-2011-prv-kolokvium

16

2. Претворање на податоците во информации

2.1. Поим за податок, информација и знаење

Податоците се еден од главните елементи на компјутерскиот систем. Тие се влез во компјутерскиот систем. Тие се факти кои со обработка може да станат разбирливи за човекот. Автоматизацијата на решавањето на проблемите е овозможена со користење на трансформации со помош на основните операции над податоците. Компјутерите користат една тесна класа на обработка на податоците за која важи дека:

1. Информациите се добиваат кодирани со обработка на влезни сигнали кои се нарекуваат податоци,

2. Обработката на податоците се сведува на трансформација на податоците со вршење операции над нив.

Податоците се сретнуваат во два основни видови:

Аналогни или континуирани и

Дигитални или дискретни. Аналогните податоци се добиваат во вид на континуален сигнал.

Еден пример за ваков тип на сигнал е синусоидната функција гледана во текот на времето. За дигиталните податоци се користат дискретни вредности на физичките сигнали. Овие вредности се нарекуваат и состојби на сигналот, а ги има конечен број.

Според тоа какви податоци се обработуваат, системите за обработка на податоците може да бидат:

Аналогни

Дигитални и

Хибридни. Хибридните автомати се креирани така да можат да примаат и

аналогни и дигитални податоци со цел да се постигне поголема ефикасност во решавање на проблемите.

Во досегашната пракса на системите за обработка на податоци е покажано дека според ефикасноста на обработка на податоците најзначајни се дигиталните системи. Затоа на нив им се посветува најголемо внимание.

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Softwarehttp://www.foxitsoftware.com For evaluation only.

Page 17: informatika-2011-prv-kolokvium

17

Информацијата е обработен податок или низа на обработени факти кои во соодветен облик имаат значење за човекот.

Најкратката дефиниција за знаењето е: знаењето е информација во акција. Добиената информација човекот треба да знае да ја примени во реалниот свет за да ја презентира како знаење.

2.2. Компјутерско претставување на податоците и конверзија

Основната компонента на микропроцесорот е транзисторот. Според карактеристиките на неговата работа може да препознава само две состојби: вклучен или исклучен. Овие две состојби може да се моделираат со броевите 1 за вклучена состојба и 0 за исклучена или обратно. Поради овие карактеристики, податоците кои ги користи човекот при обработката треба да се преведат во облик на единици и нули за тие да можат да се претстават на ниво соодветно за обработка на микропроцесорот. За таа цел се користи конверзија на податоците во бинарен броен систем4, а за обработка на внесените податоци во бинарен броен систем се користи Буловата алгебра која се занимава со операции врз броевите претставени во бинарен броен систем. Во табелата 2.1 се претставени броевите од 0-9 во декаден и бинарен броен систем.

Табела 2.1. Споредба на броевите во декаден и бинарен броен систем

Декаден броен систем Бинарен броен систем

0 0

1 1

2 10

3 11

4 100

5 101

6 110

7 111

8 1000

9 1001

Броевите 1 и 0 од бинарниот броен систем претставуваат единица на податок и се нарекуваат битови (кратенка од зборовите binary digit). Група од осум (23) битови се нарекува бајт. Бајтот се користи како основно количество на меморија. И меморијата кај компјутерите се изразува преку бајти. 1024 (210) бајти се еден килобајт, 1024 килобајти се 1 мегабајт, 1024 мегабајти се еден гигабајт итн.

4 Бинарниот броен систем има две бројки за основа 0 и 1

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Softwarehttp://www.foxitsoftware.com For evaluation only.

Page 18: informatika-2011-prv-kolokvium

18

За да се претстават податоците во бинарен броен систем, тие треба да се конвертираат. Човекот го користи декадниот броен систем и сите податоци ги претставува со него. Конверзијата од декаден во бинарен броен систем е едноставна. Декадниот број се дели со основата на бинарниот броен систем (бројот 2) и се запишуваат остатоците. Кога како резултат на делењето ќе се добие крајна вредност 1, добиен е бинарниот број како низа на остатоците прикажани во обратен редослед. На следниот пример е прикажана конверзијата на бројот 76 од декаден во бинарен броен систем.

Табела 2.2. Конверзија од декаден во бинарен броен систем

Број Основа Резултат Остаток

76 / 2 38 0 38 / 2 19 0

19 / 2 9 1

9 / 2 4 1

4 / 2 2 0

2 / 2 1 0

1 / 2 0 1

Резултатот на конверзијата е бинарниот број 1001100, или со

ознаки на основата на броевите 76(10)=1001100(2). За да бидат разбирливи за корисниците, обработените бинарните

броеви компјутерот треба да ги претстави во декаден облик. Обратната конверзија од бинарен броен систем во декаден е едноставна и се прави со множење на броевите од бинарниот број со степенот на соодветната цифра. Тоа е прикажано во следниот пример. Ако е потребно да се претстави бројот 1001100(2) во декаден броен систем се постапува на следниот начин:

6 5 4 3 2 1 0

1001100(2)=1∙26+0∙25+0∙24+1∙23+1∙22+0∙21+0∙20= = 64+0+0+8+4+0+0=76(10)

Основни бинарни операции се: собирање, комплементирање и

споредување. Врз основа на овие операции може да се изведат останатите математички и логички операции потребни за Буловата алгебра. Овие три операции се доволни за изведба на наједноставен процесор кој може да се користи за обработка на податоци.

Собирањето на два бинарни броеви е едноставно затоа што има само три можни комбинации: 0+0=0, 0+1=1 и 1+1=10. На следниот пример е прикажано собирање на два бинарни броеви:

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Softwarehttp://www.foxitsoftware.com For evaluation only.

Page 19: informatika-2011-prv-kolokvium

19

Пренос 1 1 1 1 1 1 1 1

010011001 + 001100111

100000000 Кога се собираат 1+1 резултатот е нула на соодветното место од

цифрата, а за цифрата со повисок степен се пренесува 1. Комплемент на број се добива кога бројот ќе се одземе од

најголемиот број од бројниот систем. Кај бинарниот броен систем одземањето на броевите е од бројот 1. Така на пример комплемент на бројот 1011001(2) е бројот 0100110(2) односно секоја цифра од бројот се одзема од бројот 1. На тој начин на сите позиции каде стоел бројот 1 се добива 0 и обратно.

Споредување на два броеви се прави со анализа на цифрите од броевите од лево на десно. Оној број што има поголема прва цифра на броевите анализирани од лево кон десно е поголем. Ако сите цифри се еднакви, тогаш и броевите се еднакви.

Операцијата одземање на бинарни броеви се прави со помош на операциите комплементирање и собирање. За да се најде разликата помеѓу два броја, бројот што се одзема се комплементира и потоа му се додава 1. Потоа така добиениот број се додава на првиот број. На крај, се исфрла најзначајниот бит од бројот (единицата која се наоѓа најлево во бројот).

На пример, ако треба да се одземат броевите 1100110(2) и 1000110(2) се прави комплементирање на вториот број. Комплемент на 1000110(2) е бројот 0111001(2). На овој број се додава 1 и се добива бројот 111010(2). Следува собирање на броевите 1100110(2) и 111010(2) и се добива резултат 10100000(2). На крај, се исфрла најзначајниот бит (единицата што се наоѓа најлево) и се добива резултатот 100000(2).

Овде се дадени само основните операции над бинарните броеви. Со нивна помош може да се реализираат сите останати аритметички и логички операции. Денешните микропроцесори имаат посебни аритметичко-логички единици кои се задолжени за правење на овие пресметки и тие се најсложениот дел од микропроцесорот.

Иако првите електронски компјутери се појавиле во средината на претходниот век, теоретската основа за анализа на бинарни бројни системи се појавува уште во 19 век.

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Softwarehttp://www.foxitsoftware.com For evaluation only.

Page 20: informatika-2011-prv-kolokvium

20

2.3. Булова алгебра

Буловата алгебра е едно од најзначајните дела на Џорџ Бул (George Boole 1815-1864). Во 1854 го издава трудот „Истражување на законите на мислата“ врз основа на што е развивана математичката теорија на логика и веројатност. Бул пристапил кон логиката на нов начин претставувајќи ја како едноставна алгебра, вклучувајќи логика во аналогијата помеѓу алгебарските симболи и логичките форми. Тој направил алгебра на логика, наречена Булова алгебра која се користи при изработка на логичките кола кои се дел од микропроцесорот. За да знаеме како работат компјутерите, потребно е да ги знаеме основите на Буловата алгебра и нејзината примена кај логичките кола.

Постојат 3, основни логички кола, со помош на кои може да се направат и останатите. Со овие едноставни кола може да се направат комбинации за имплементација на која и да било дигитална компонента што ни е потребна.

Наједноставното логичко коло е наречено инвертор или „не“ коло (NOT). На влез ја прима вредноста на битот, а на излез ја дава обратната вредност. Ова логичко коло се користи за комплементирање на бинарни броеви. Во следната табела се прикажани влезовите и излезите за ова логичко коло:

Табела 2.1. Логичко коло „не“

Влез Излез Ознака

0 1

1 0

Логичкото „и“ (AND) коло на влез прима две вредности (два бита),

а на излез дава резултат од логичкото споредување. Табелата на влезовите и излезите е прикажана подолу:

Табела 2.2. Логичко коло „и“

Влез 1 Влез 2 Излез Ознака

0 0 0

0 1 0

1 0 0

1 1 1

Кај ова коло излезот е 1 ако и двата влеза се 1. Ако кој и да било

влез има вредност 0 излезот од колото е 0. Колото „или“ (OR) ја користи основната идеја: Ако влезот 1 или

влезот 2 е 1, тогаш излезот е 1. Тоа е прикажано во следната табела:

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Softwarehttp://www.foxitsoftware.com For evaluation only.

Page 21: informatika-2011-prv-kolokvium

21

Табела 2.3. Логичко коло „или“

Влез 1 Влез 2 Излез Ознака

0 0 0

0 1 1

1 0 1

1 1 1

Опишаните три се основни логички кола. Останатите може да се

направат како комбинација од овие кола. Често во основните логички кола се вбројува и „ексклузивно или“,

колото кое го дава излезот според следната табела 2.4:

Табела 2.4. Логичко коло „ексклузивно или“

Влез 1 Влез 2 Излез Ознака

0 0 0

0 1 1

1 0 1

1 1 0

Ексклузивното или може да се направи од претходно опишаните

кола „не“, „и“ и „или“. Логичките кола може да се користат за логички операции, но тие

може да се користат и за аритметички операции. Ако повторно го разгледаме собирањето на два бита, тоа може да се претстави со следната табела:

Табела 2.5. Собирање на бинарни броеви

Влез 1 + Влез 2 Резултат

0 + 0 0

0 + 1 1

1 + 0 1

1 + 1 10

Со логичкото коло „или“ може да се реализираат трите состојби,

но не и збирот 1+1=10. Во овој случај се користи логичкото коло „екслузивно или“ (XOR) во комбинација со бит за пренос (carry bit) кој се пополнува со 1 ако двата влеза имаат вредност 1. Табелата е следна:

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Softwarehttp://www.foxitsoftware.com For evaluation only.

Page 22: informatika-2011-prv-kolokvium

22

Табела 2.6. Собирање со XOR логичко коло

Влез 1 + Влез 2 Резултат Бит за пренос

0 + 0 0 0

0 + 1 1 0

1 + 0 1 0

1 + 1 0 1

Логичките кола се користат за креирање на меморија, односно тие

се основа на работната меморија на компјутерот, односно RAM-от (Random Access Memory). За креирање на мемориска ќелија се користи Flip-Flop логичкото коло.

Имплементацијата на Flip-Flop-от се заснова на концептот на повратна врска, односно излезот од колото се враќа назад на влезот. На слика 2.1. се дадени две NAND кола поврзани со повратна врска.

Слика 2.1. Повратна врска

Вредностите на излезите Q и Q' во однос на влезовите се дадени

во следната табела 2.7:

Табела 2.7. Преглед на вредностите на излез од NAND колата со повратна врска

R S Q Q'

0 0 Грешка

0 1 1 0

1 0 0 1

1 1 Меморирана

претходна состојба

Од табелата може да се заклучи следното:

Ако R и S имаат обратни вредности, Q ја добива вредноста на S, а Q' обратната вредност,

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Softwarehttp://www.foxitsoftware.com For evaluation only.

Page 23: informatika-2011-prv-kolokvium

23

Ако влезовите R и S добијат вредност 1, тогаш на излезот се дадени претходните вредности на R и S.

Ако двата влеза имаат вредност 0, излезот е недефиниран. За да се избегне ваквата ситуација, се дополнува логичкото коло како што е прикажано на слика 2.2:

Слика 2.2: Логичко коло за меморирање Flip Flop

Kако влезови во ова коло се јавуваат D (од англискиот Data-

податок) и влезот Е (од англиското Enable-овозможи). Ако Е има вредност 1, тогаш вредноста на Q ќе биде иста со вредноста на влезот D. Ако Е се промени во вредност 0, тогаш излезот Q ќе ја дава претходната вредност од D. Логичко коло со вакви карактеристики се нарекува Flip-Flop.

2.3.1 Полусуматор и суматор

Суматорот и полусуматорот се дигитални кола кои се користат за сумирање на броеви. Кај современите компјутери тие се дел од аритметичко логичката единица која е задолжена за извршување на аритметички операции. Суматорите работат со електрични сигнали со кои се претставени бинарните броеви кај компјутерите.

Полусуматорот има два влеза, означени со А и В и два излези: сумата Ѕ и битот за пренос (carry) С. Како што е прикажано и претходно, Ѕ се добива како излез од НИЛИ коло кое на влез ги прима битовите А и Б, а С е излез од И коло за влезовите А и Б. Излезот на полусуматорот е сумата од двата еднобитни броеви, а С е позначајниот од двата излези.

Слика: Шема на полусуматор

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Softwarehttp://www.foxitsoftware.com For evaluation only.

Page 24: informatika-2011-prv-kolokvium

24

Суматорот се користи за сумирање на повеќе битови истовремено. Тој врши собирање на три бинарни броеви. На излез има две линии и тоа сумата и бит за пренос. И двата излези се бинарни броеви. Може да се комбинира и со други суматори.

Слика: Шема на суматор

Табелата на влезови и излези е дадена во продолжение:

Табела 2.8: Вредности на влезови и излези за суматор

Input Output

A B Ci Co S

0 0 0 0 0

0 0 1 0 1

0 1 0 0 1

0 1 1 1 0

1 0 0 0 1

1 0 1 1 0

1 1 0 1 0

1 1 1 1 1

Треба да се забележи дека излезната ИЛИ порта може да се

замени со еклсузивно ИЛИ порта. Тие две порти се разликуваат само за вредности на влезот 1 и 1. Таков случај не може да се појави кај суматорот

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Softwarehttp://www.foxitsoftware.com For evaluation only.

Page 25: informatika-2011-prv-kolokvium

25

според што излезот на суматорот ќе биде ист без разлика дали на излез ќе поставиме ИЛИ или ексклузивно ИЛИ.

Суматор може да се направи од два полусуматори со поврзување на А и Б кон влезот од едниот полусуматор. Излезот од првиот полусуматор и битот за пренос се поврзуваат на вториот полусуматор и двата бита за пренос на крај се носат како влез на или коло.

2.3.2 Суматор на повеќе битови

Кога се користат повеќе суматори поврзани сериски со битовите за пренос се добива тнр. брановит суматор зошто битовите за пренос како бранови прескокнуваат од еден на друг суматор.

Со користење на повеќе суматори можно е да се направи собирање на повеќе битови. Излезот од претходниот суматор е влез во следниот. Првиот и само првиот суматор може да се замени со полусуматор.

Слика: Шема на поврзување на суматори

Брановитиот суматор е едноставен за реализирање, но прилично бавен при своето работење. Секој нареден суматор мора да го добие излезот од претходниот (а секој суматор има време на одѕив кое е секогаш поголемо од нула). Така на пример за да се сумираат 8 бита потребно е да се добијат резултатите од 7 бита за пренос и времето на чекање е 7*2+1 доцнења на суматорите.

Постојат и други видови на суматори како carry lookahead adder кои тука нема да бидат разгледувани.

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Softwarehttp://www.foxitsoftware.com For evaluation only.

Page 26: informatika-2011-prv-kolokvium

26

2.3.3 Броила

Броила се уреди кои го меморираат (понекогаш и прикажуваат) бројот на пати што се случил некој настан или процес, најчесто поврзан со сигнал на системски часовник. Во пракса постојат два вида на броила:

Инкрементирачки, секоја наредна вредност на броилото е за еден поголема од претходната

Декрементирачки, секоја наредна вредност на броилото е за еден помала од претходната.

Броилата може релативно едноставно да се направат со користење на flip-flop. Постојат различни дизајни на броила со flip-flop и тоа асинхрони, синхрони, џонсонови итн. Секој од овие различни видови на броила се користи за различни намени. Броилата се дигитални и тие бројат бинарно или понекогаш бинарно кодирани декадни броеви.

2.3.4 Асинхрони броила

Наједноставното броило може да се направи од еден flip-flop со поврзување на D влезот на инвертираниот излез. Ова коло може да меморира еден бит и според тоа може да брои од 0 до 1. После промената од 0 во еден, во следниот циклус ова броило ја менува вредноста од 1 во нула. Ако излезот од ова коло се користи како системски часовник за друго исто вакво коло се добива уште едно броило со еден бит, но двојно побавно од првото. Ако ги гледаме излезите од двете броила се добива двобитно броило.

Слика: Асинхроно броило

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Softwarehttp://www.foxitsoftware.com For evaluation only.

Page 27: informatika-2011-prv-kolokvium

27

Во следната табела се дадени вредностите за влезот и излезот од двобитно броило.

Табела 2.9: Вредности за влез и излез од двобитно броило

циклус Q1 Q0 (Q1:Q0)dec

0 0 0 0

1 0 1 1

2 1 0 2

3 1 1 3

4 0 0 0

Принципот на проширување на асинхроното броило може и

натаму да се проширува со каскадно поврзување на еднобитни броила. Тоа ќе резултира со тнр. брановито броило кое може да брои до 2n-1, каде n е бројот на битови во броилото.

Постојат и други видови на броила кои нема да бидат разгледувани во оваа книга.

2.4. Процесирање на податоците

Со користење на основните операции и нивна практична реализација со помош на Буловата алгебра, може да се креира аритметичко логичка единица која ќе ги прави пресметките потребни за решавање на различни проблеми. Меѓутоа, тоа не е доволно за автоматизација на работата. За да се извршуваат автоматски операциите една по една, или паралелно на повеќе процесори, потребна е некоја контролна единица која ќе прави синхронизација на примените податоци за обработка, преземање на резултатите од претходната работа на процесорот и нивно меморирање како меѓурезултати или конечен резултат. Таа единица се нарекува контролно-управувачка единица.

Ако имаме процесор кој може да прави аритметичко логички операции и автоматско преземање и зачувување на податоците, единствен нерешен проблем останува претставувањето на проблемите во соодветен облик за решавање со помош на процесор.

Еден од општите методи за решавање на проблеми е алгоритамскиот метод или алгоритамот. Алгоритамот е низа на оператори за елементарна обработка и правила за нивна примена, со цел да се добие решение на зададен проблем. Алгоритамот го дава и редоследот на извршување на операторите. Извршувањето на секој оператор

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Softwarehttp://www.foxitsoftware.com For evaluation only.

Page 28: informatika-2011-prv-kolokvium

28

претставува еден алгоритамски чекор. Алгоритмите се наменети за решавање на проблеми кои можат да се прикажат математички. Тоа се вика особина на масовност на алгоритмите. Алгоритмите сигурно ќе дадат решение на проблемот ако тоа постои. Тоа е втората важна особина на алгоритмите.

Во однос на алгоритамскиот метод проблемите може да бидат:

алгоритамски решливи,

алгоритамски нерешливи и

со одредена алгоритамска решливост. За алгоритамски решлив проблем се смета оној за кој постои

барем еден формулиран алгоритам. Проблемот е алгоритамски нерешлив, ако постои доказ за непостоење на решение на проблемот. Ако за одреден проблем не постои ваков доказ, тој спаѓа во класата на проблеми со одредена алгоритамска решливост.

Тјуринг покажал дека за секој алгоритам може да се направи автомат (Тјурингова машина) и со негова помош решавањето на проблемот може да се автоматизира. Тјуринговата машина е програмски автомат кој има неограничена внатрешна меморија.

Кај Тјуринговата машина операторите кои се користат се едноставни, но изработката на алгоритмите е премногу сложена и затоа оваа машина никогаш не нашла свое место во реалната обработка на податоци. Наместо Тјуринговата машина, се користат универзални компјутери кај кои операциите се сложени и поблиски до праксата на автоматско решавање на проблемите.

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Softwarehttp://www.foxitsoftware.com For evaluation only.

Page 29: informatika-2011-prv-kolokvium

29

Прашања: 1. Што е податок, а што информација 2. Конвертирај го бројот 23 во бинарен, а потоа обратно 3. Најди го збирот на броевите 10011001(2) и 1101100(2) и

резултатот прикажи го во декаден броен систем 4. Кои операции се доволни за да се реализираат сите останати

аритметички операции 5. Со помош на кои логички кола може да се реализира

операцијата собирање на два бита 6. Со кое логичко коло може да се направи мемориска единица

за меморирање на еден бит 7. Од кои логички кола е направен Flip-flop-от 8. Кој е општиот метод за решавање на проблеми 9. Што значи особината на масовност на алгоритмите Поширока литература:

Boole, George (2003) [1854]. An Investigation of the Laws of Thought. Prometheus Books. ISBN 978-1-59102-089-9.

Dwinger, Philip (1971). Introduction to Boolean algebras. Würzburg: Physica Verlag.

Tinder, Richard F. (2000). Engineering digital design: Revised Second Edition. pp. 317–319. ISBN 0126912955. Retrieved 2008-07-04.

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Softwarehttp://www.foxitsoftware.com For evaluation only.

Page 30: informatika-2011-prv-kolokvium

30

3. Организација и архитектура на компјутерите

3.1. Дефиниција и компоненти на компјутерските системи

Компјутерскиот систем се состои од хардвер и софтвер кои се наменети за обработка на податоци. Компјутерскиот систем може да биде едноставен, како што е на пример персоналниот компјутер, или сложен како што е интернет мрежата.

Компјутерот е машина за обработка на податоци, која со извршување на одредени операции врз податоците дава резултат од обработката.

Дури и наједноставниот компјутер се класифицира како компјутерски систем затоа што ги поседува двете основни компоненти на системот: хардверот и софтверот. Но, вистинското значење на поимот „компјутерски систем“ доаѓа со поврзувањето на компјутерите. Повеќе различни компјутерски системи може да се поврзат меѓу себе и да создадат поголем компјутерски систем.

Поврзувањето на компјутерите овозможува искористување на заедничките ресурси на сите поединечни компјутери во мрежата. Дури и компјутерски системи од различни производители базирани на различни хардверски и софтверски платформи може да се поврзат во заеднички мрежи и да разменуваат податоци. Затоа е овозможено креирање на глобални компјутерски мрежи кои работат со различни компјутерски системи.

Хардвер Компјутерскиот хардвер е физичкиот дел од компјутерскиот

систем за разлика од компјутерскиот софтвер кој е нематеријална компонента. Составен е од повеќе компоненти (електронски уреди) кои се поврзани во една заедничка целина. Целта на хардверот е да ги прима влезните податоците, да врши нивна обработка, да ги меморира податоците, а информациите да ги прикажува на излезните уреди од системот.

Развојот на хардверот е евидентен од појавата на првите електронски компјутери до ден денес. Ако се разгледаат перформансите

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Softwarehttp://www.foxitsoftware.com For evaluation only.

Page 31: informatika-2011-prv-kolokvium

31

на компјутерите кои се користеле само 15 години порано, може да се забележи голема разлика во бројот на извршени операции во секунда, како и количината на оперативна и секундарна меморија која се користела.

На следната слика се прикажани компонентите на еден компјутер.

1. Звучници 8. CD Rom 2. Модем 9. Флопи диск 3. Микрофон 10. Тврд диск 4. RAM меморија 11. Печатар 5. Микропроцесор 12. Порти 6. Тастатура 13. Монитор 7. Глувче 14. Експанзиони приклучоци

Слика 3.1. Хардверски компоненти на компјутерски систем5 Софтвер Компјутерскиот софтвер или едноставно софтвер е низа од

инструкции кои му кажуваат на процесорот кои операции да ги изведе и по кој редослед. Со помош на софтверот може да се решаваат различни проблеми, односно да се извршуваат различни функции од компјутерскиот систем како контрола на хардвер, извршување пресметки, пренос на податоци кон друг софтвер, интеракција со корисници итн.

5 Игор Неделковски, Информатика, интерактивен учебник, Битола 2001

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Softwarehttp://www.foxitsoftware.com For evaluation only.

Page 32: informatika-2011-prv-kolokvium

32

Поимот „софтвер“ за првпат во денешна смисла на зборот е употребен во 1957 година од John W. Tukey. Концептот на софтвер за прв пат е предложен од страна на Ален Тјуринг.

Разликата помеѓу софтверот и хардверот иако дефинирана, практично не може да се одреди прецизно. Ако се разгледа BIOS-от (Basic Input Output System), тој истовремено е и софтвер и хардвер. Тоа е ROM меморија кај персоналните компјутери која е физичка компонента, приклучена на матичната плоча, но во себе содржи инструкции (софтвер) кои ги користи компјутерот за иницијално активирање на хардверот. Иако хардверот ги извршува сите потребни операции за обработка на податоците, софтверот е оној кој ги дава инструкциите што да се направи.

Врска на софтверот со хардверот Софтверот, се нарекува така за да се означи разликата во однос на

хардверскиот дел на компјутерот кој е физички дел што овозможува меморирање и извршување на софтверот. Софтверот ја има задачата да биде врската помеѓу хардверот и податоците кои се обработуваат во хардверот. Поконкретно задача на софтверот е да му „каже“ на процесорот што да направи, односно кои инструкции да ги изврши. Инструкциите може да се однесуваат на преземање на податоци од влезен уред, зачувување на податоци во секундарната меморија, прикажување на добиените резултати од пресметките на излезен уред или трансформирање на податоци од една во друга форма.

Како што се развива информатиката како наука сé потешко е да се направи разлика помеѓу софтверот и податоците. Податоците се замислени како влез и излез на софтверот. Според денешната технологија на изработка на софтвер – објектно ориентиран софтвер, покрај податоците, влез во софтверот може да биде и друг софтвер. Според тоа софтверот може да биде врска помеѓу податоците и хардверот, како и помеѓу друг софтвер и хардверот.

Врска на софтверот со корисниците Софтверот покрај тоа што е врската на податоците со хардверот,

тој е и врската помеѓу корисниците и хардверот. Тој им овозможува на корисниците резултатите да ги добијат во соодветен облик и на поедноставен начин да вршат обработка на податоците. Корисниците имаат интеракција со апликативниот софтвер, додека со хардверот непосредно работи системскиот софтвер. Системскиот и апликативниот софтвер меѓусебно комуницираат со повикување на функции и процедури и проследување на параметри. Со помош на софтверот е овозможена

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Softwarehttp://www.foxitsoftware.com For evaluation only.

Page 33: informatika-2011-prv-kolokvium

33

полесна работа на корисниците. Тие не мора да знаат како софтверот работи со хардверот. Единствено треба да ги знаат можностите на софтверот и како нив да ги искористат.

Поделба на софтверот Поделбата на софтверот е во две основни категории на софтвер и

тоа:

системски софтвер и

апликативен софтвер. Иако поделбата на овие два вида на софтвер не е толку строга и

доста често се преплетуваат, таа останала до денес. Многу често BIOS-от се дефинира како посебна категорија на софтвер, различен од системскиот софтвер.

Системскиот софтвер непосредно работи со хардверот на компјутерот и на компјутерскиот систем. Тој е составен од оперативниот систем, погонувачи на уреди (driveri), програмски алатки, сервери на апликации и друго.

Апликативниот софтвер им овозможува на корисниците да извршат една или повеќе специфични задачи. Апликативниот софтвер може да се користи за канцелариска работа, бизнис софтвер, едукативен софтвер, работа со бази на податоци, компјутерски игри итн. Најголемиот дел од апликативниот софтвер работи со графичка корисничка околина (Graphic User Interface - GUI). Во рамките на овој учебник се обработени апликативните програми кои се дел од Microsoft Office програмскиот пакет и тоа: Word – за креирање на документи, Excell-за изработка на табеларни пресметки и графичко прикажување на статистички податоци и Power Point – за креирање презентации.

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Softwarehttp://www.foxitsoftware.com For evaluation only.

Page 34: informatika-2011-prv-kolokvium

34

3.2. Категоризација на компјутерските системи

Во денешно време компјутерите се користат на најразличен начин, како посебни компјутерски системи или како дел од еден поголем систем. Компјутерските системи како вградени системи може да се сретнат во автомобилите, електрокардиографските машини, различни куќни уреди итн. Во 2003 година, само 0.2% од произведените компјутерски системи спаѓаат во групата персонални компјутери. Сепак од интерес на оваа книга се класичните компјутерски системи кои се користат како универзални компјутери, а не компјутерите за специфични намени.

Категоризацијата на компјутерските системи ќе ja направиме според нивната процесорска моќ и нивниот начин на користење. Според овие критериуми компјутерските системи се делат на:

Суперкомпјутери;

Големи (mainframe) компјутери;

Мини компјутери;

Персонални, односно микрокомпјутери;

Терминали. Суперкомпјутери

Суперкомпјутер е компјутер кој е водечки во светот според

процесорската моќност (брзината на извршување на пресметките), во моментот кога се воведува како нов компјутер. Супер-компјутерите како концепт се воведени во 60-тите години од минатиот век од страна на Сејмор Креј (Seymour Cray) кој работел за Control Data Corporation-CDC компанијата. CDC компанијата ги изработувала водечките суперкомпјутери во текот на 70-тите години од претходниот век. На почетокот од 80-тите години Cray ја напушта CDC компанијата и ја формира Cray Research. Тој и понатаму работи на изработка на суперкомпјутери кои биле водечки во тој период. Така суперкомпјутерот Cray 2 бил водечки во периодот 1985-1990 година.

На пазарот на суперкомпјутери се појавиле и други компании кои не забележале некој значаен успех. Од поголемите компании може да се споменат IBM и HP. Тие, покрај изработката на мини компјутери, изработувале и суперкомпјутери. Компанијата Cray Research се уште работи на изработка на суперкомпјутери.

Слично како и кога се воведувале компјутерите како нови машини за интензивна нумеричка пресметка, суперкомпјутерите се користат во

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Softwarehttp://www.foxitsoftware.com For evaluation only.

Page 35: informatika-2011-prv-kolokvium

35

воената индустрија и за научно истражувачка работа. Тие се прилично скапи и нив најчесто ги купуваат државите (не компании или поединци).

Слика 3.2. Креј 2, водечкиот суперкомпјутер во периодот 1985-1990

Покрај универзалните суперкомпјутери постојат и суперкомпјутери

за специфична намена. Тие се наменети за решавање на одреден, однапред зададен проблем. За овие компјутери се изработуваат специјални чипови кои го носат софтверот во себе, со цел да работат побрзо, но со тоа ја губат универзалноста. Постојат повеќе примери на суперкомпјутери за специјална намена како:

Deep Blue, за играње шах;

Grape, за астрофизика;

Deep Crack, за анализа на кодови. Брзината на суперкомпјутерите се мери во FLOP-ови, односно број

на извршени операции со броеви со подвижна запирка во една секунда (FLoating Point Operations Per Second). Колку поголема вредност на FLOP-ови, толку е побрз суперкомпјутерот.

Најбрзиот суперкомпјутер во денешно време е јапонскиот K computer кој има 548,352 процесорски јадра. Неговата брзина на работа е 8.162 PFLOPS. Тој се наоѓа во Кобе Јапонија. Овој суперкомпјутер е издаден на 20 јуни 2011 година. Неговото официјално пуштање во работа е определена да биде во ноември 2012 година.

Во следната табела 3.1. е даден историскиот преглед на најдобрите суперкомпјутери.

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Softwarehttp://www.foxitsoftware.com For evaluation only.

Page 36: informatika-2011-prv-kolokvium

36

Табела 3.1. Историски преглед на суперкомпјутерите

Период Суперкомпјутер Брзина Локација

1906–1938

Babbage Analytical Engine, Mill

0.3 OPS RW Munro, Woodford Green, Essex, England

1938–1939

Zuse Z1 0.9 FLOPS Konrad Zuse's parents' apartment, Methfeßelstraße, Berlin, Germany

1939–1941

Zuse Z2 0.9 OPS Konrad Zuse's parents' apartment, Methfeßelstraße, Berlin, Germany

1941–1942

Zuse Z3 1.4 FLOPS German Aerodynamics Research Institute (Deutsche Versuchsanstalt für Luftfahrt) (DVL), Berlin, Germany

1942 Atanasoff Berry Computer (ABC)

30 OPS Iowa State University, Ames, Iowa

1942–1943

TRE Heath Robinson

200 OPS Bletchley Park, England

1943–1946 1948–1954

TRE Colossus 5 kOPS Bletchley Park, England

1946–1948

U. of Pennsylvania ENIAC

50 kOPS Aberdeen Proving Ground, Maryland, USA

1954–1956

IBM NORC 67 kOPS U.S. Naval Proving Ground, Dahlgren, Virginia, USA

1956–1958

MIT TX-0 83 kOPS Massachusetts Inst. of Technology, Lexington, Massachusetts, USA

1958–1960

IBM SAGE 400 kOPS U.S. Air Force, USA

1960–1961

UNIVAC LARC 500 kFLOPS Lawrence Livermore National Laboratory, California, USA

1961– IBM 7030 "Stretch" 1.2 MFLOPS Los Alamos National

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Softwarehttp://www.foxitsoftware.com For evaluation only.

Page 37: informatika-2011-prv-kolokvium

37

1964 Laboratory, New Mexico, USA

1964–1969

CDC 6600 3 MFLOPS Lawrence Livermore National Laboratory, California, USA

1969–1974

CDC 7600 36 MFLOPS Lawrence Livermore National Laboratory, California, USA

1974–1975

CDC Star-100 100 MFLOPS Lawrence Livermore National Laboratory, California, USA

1975–1976

Burroughs ILLIAC IV 150 MFLOPS NASA Ames Research Center, California, USA

1976–1981

Cray-1 250 MFLOPS Los Alamos National Laboratory, New Mexico, USA (80+ продадени во светот)

1981–1983

CDC Cyber 205 400 MFLOPS (на повеќе места во светот)

1983–1984

Cray X-MP/4 941 MFLOPS Los Alamos Nat. Lab.; Lawrence Livermore Nat. Lab.; Battelle; Boeing

1984–1985

M-13 2.4 GFLOPS Scientific Research Institute of Computer Complexes, Moscow, USSR

1985–1989

Cray-2/8 3.9 GFLOPS Lawrence Livermore National Laboratory, California, USA

1989–1993

ETA10-G/8 10.3 GFLOPS Florida State University, Florida, USA

1993–1994

Thinking Machines CM-5

37.5 GFLOPS Los Alamos National Laboratory, California, USA

1994–1995

Fujitsu Numerical Wind Tunnel II

236 GFLOPS National Aerospace Lab, Japan

1995–2000

Intel ASCI Red 2.15 TFLOPS Sandia National Laboratories, New Mexico, USA

2000–2002

IBM ASCI White 9.216 TFLOPS Lawrence Livermore National Laboratory, California, USA

2002–2004

NEC Earth Simulator

35.86 TFLOPS Yokohama Institute for Earth Sciences, Japan

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Softwarehttp://www.foxitsoftware.com For evaluation only.

Page 38: informatika-2011-prv-kolokvium

38

2004–2005

IBM Blue Gene/L prototype

74 TFLOPS IBM, Rochester, Minnesota, USA

2005–2007

IBM Blue Gene/L prototype

135.5-478.2 TFLOPS

IBM, Rochester, Minnesota, USA

2008 IBM Roadrunner 1.026 PFLOPS DoE-Los Alamos National Laboratory, New Mexico, USA

2009 Cray Jaguar 1.759 PFLOPS DoE-Oak Ridge National Laboratory, Tennessee, USA

2010 Tianhe-IA 2.566 PFLOPS National Supercomputing Center, Tianjin, China

2011 K computer 8.162 PFLOPS RIKEN, Kobe, Japan

Големи (mainframe) компјутери Големите компјутери се големи и скапи компјутери кои најчесто ги

користат владини институции и големи компании. Тие се наменети за интензивни нумерички пресметки, за анализа на огромен број на податоци како што се: анализа на статистички податоци, обработка на финансиски трансакции итн.

Терминот - големи компјутери потекнува од почетокот на 70-тите години на минатиот век со појавата на послабите, и помалку комплексни компјутери како DEC PDP-8 и PDP-11 сериите на компјутери, познати како миникомпјутери или мини. Корисниците во индустријата го избраа поимот mainframe за да ги означат поголемите компјутери (претходно познати само како компјутери).

Значењето што го имале суперкомпјутерите и големите компјутери на почетокот, со тек на времето го губеле. Со нивното појавување тие биле најмоќните компјутери според процесорската моќ, но со развојот на мини и микрокомпјутерите тие ја изгубиле улогата на најмоќни компјутери. Големите компјутери денес не се карактеризираат со огромна процесорска моќ во однос на останатите, туку со квалитетна изработка, доверливост во работата, безбедност во работата и вертикална компатибилност во однос на претходните генерации. Целта на овие компјутери е успешно и без прекин да работат во тек на повеќе години, а нивното одржување да оди паралелно со нивната работа.

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Softwarehttp://www.foxitsoftware.com For evaluation only.

Page 39: informatika-2011-prv-kolokvium

39

Слика 3.3. 1990 Honeywell-Bull DPS 7 mainframe компјутер Друга карактеристика на големите компјутери е таа што тие нудат

можност за поврзување на повеќе корисници во компјутерскиот систем. Поврзувањето се изведува преку терминали или емулатори на терминали. Во денешно време на големите компјутери, корисниците може да се поврзат преку различни интерфејси, па и преку интернет. Тие често се користат и како мрежни сервери во рамки на компаниите.

Големите компјутери даваат поддршка за неколку различни оперативни системи и тие не се разгледуваат како еден компјутерски систем, туку како неколку „виртуелни машини“. На тој начин, големите компјутери може да заменат неколку, до неколку стотини различни сервери, со што се намалува управувањето и административните трошоци за одржување, а се зголемува нивната скалабилност и доверливост. Доверливоста се зголемува затоа што сите виртуелни машини работат во иста хардверска и софтверска околина, а скалабилноста е зголемена затоа што ресурсите на компјутерот може да се делат помеѓу виртуелните машини.

Разликата помеѓу суперкомпјутерите и големите компјутери не е само во нивната процесорска моќ. Главната разлика е во начинот на нивното користење. Додека суперкомпјутерите се користат за одредени строго специјализирани задачи кои бараат интензивни нумерички пресметки, големите компјутери се користат за работа на повеќе корисници, понуда на повеќе виртуелни машини истовремено за работа на различни проблеми. Кај овие компјутери најважна е доверливоста во работата и пропустниот опсег кон корисниците на влез и излез.

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Softwarehttp://www.foxitsoftware.com For evaluation only.

Page 40: informatika-2011-prv-kolokvium

40

Миникомпјутери Миникомпјутерите се повеќекориснички системи и се наоѓаат на

средина од скалата на компјутерски системи помеѓу големите (mainframe) компјутери и микрокомпјутерите. Постојат повеќе термини кои се користат за овие компјутери како средна класа на компјутери - (IBM), работни станици (Sun Microsystems и Unix/Linux) и сервери.

Овие компјутери се појавуваат во 60-тите години од минатиот век, со појава на третата генерација на компјутери. Првиот миникомпјутер е PDP-8 изработен од компанијата Digital Equipment Corporation. Издаден е во 1964 година како 12-битна дигитална машина.

Со појавата на микрокомпјутерите во 70-тите и 80-тите години, миникомпјутерите го пополнуваат просторот помеѓу микрокомпјутерите како еднокориснички системи и големите компјутери како комплексни повеќекориснички и повеќепрограмски компјутери.

Изработката на миникомпјутерите опадна во втората половина на 80-тите години со појавата на микрокомпјутери со голема процесорска моќност кои имаат можност за поврзување во локална мрежа. Оперативните системи наменети за микро-компјутерите нудат можности за работа како сервер или како работна станица, како што се тоа Windows NT и Windows 2000. Со помош на овие оперативни системи може да се креираат компјутерски системи на сервери и работни станици кои работат подобро отколку миникомпјутерите со терминали.

Слика 3.4. DEC PDP-8 миникомпјутер

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Softwarehttp://www.foxitsoftware.com For evaluation only.

Page 41: informatika-2011-prv-kolokvium

41

Микрокомпјутери Иако не постои строга дефиниција на тоа што е микрокомпјутер, за

микрокомпјутер се смета оној компјутер кој е базиран на работа на еден микропроцесор. Втора главна карактеристика на овие компјутери е тоа што зафаќаат мал физички простор.

Микрокомпјутери се сите десктоп компјутери, конзоли за видео игри, лаптоп компјутери, рачни и палмтоп компјутери. Сите тие работат на основа на микропроцесор.

Терминот микрокомпјутери се појавува во средината на 80-тите години од минатиот век со појавата на 8-битните микропроцесори. Први микрокомпјутери кои се појавуваат се: Apple II, Commodore 64 и BBC Micro.

Најголемиот дел од уредите на микрокомпјутерите се интегрирани во една целина, а останатиот дел од уредите се поврзани на мало растојание во однос на позицијата на микрокомпјутерот, како што се тастатурата, глувчето, мониторот, печатарот итн. За разлика од суперкомпјутерите, големите и миникомпјутерите, микрокомпјутерите може да се сместат на една работна маса. Најчесто микрокомпјутерите опслужуваат еден корисник едновремено, но постојат микрокомпјутери, најчесто базирани на Unix оперативниот систем кои едновремено може да опслужуваат повеќе од еден корисник.

Слика 3.5. Микрокомпјутер Apple IIc Според димензиите, микрокомпјутерите се делат на десктоп

компјутери, лаптоп компјутери и рачни (handheld) компјутери. Десктоп компјутерите се наменети за работа на работна маса, додека лаптоп и рачните компјутери се преносни компјутери - лесно може да се пренесуваат од едно на друго место.

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Softwarehttp://www.foxitsoftware.com For evaluation only.

Page 42: informatika-2011-prv-kolokvium

42

Слика 3.6. Десктоп компјутер Лаптоп и десктоп компјутерите не се разликуваат многу според

своите карактеристики. Покрај димензиите, главна разлика помеѓу десктоп и лаптоп компјутерите е начинот на поврзување на уредите во компјутерскиот систем. Кај десктоп компјутерите постои модуларно поврзување на различните компоненти, додека кај лаптоп компјутерите, најголемиот дел од компонентите на компјутерскиот систем се интегрирани во системот. Поради модуларната изведба на компјутерскиот систем кај десктоп компјутерите, можна е измена на компонентите кај овие системи. Кај лаптоп компјутерите не може да се менуваат веќе интегрираните уреди.

Димензиите на лаптоп компјутерите е колку А4 формат, со тежина од 1.5-5кг што ги прави погодни за едноставно пренесување од едно на друго место.

Слика 3.7. Лаптоп компјутери Десктоп и лаптоп компјутерите се наменети за генерална употреба

како универзални компјутерски системи. За разлика од нив, рачните компјутери се наменети за извршување на поедноставни операции како креирање на едноставни документи, внесување забелешки, безжична комуникација и пренос на податоци. Покрај тоа што имаат помали димензии од лаптоп компјутерите, тие имаат и помала процесорска моќ и помала меморија во однос на десктоп и лаптоп компјутерите.

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Softwarehttp://www.foxitsoftware.com For evaluation only.

Page 43: informatika-2011-prv-kolokvium

43

Слика 3.8. Рачен компјутер Терминали Терминалите може да се најдат со различни карактеристики. Тие

може да бидат „паметни“ или „глупави“ и се користат за најразлични цели. Главната карактеристика на терминалите е што тие се поврзани во некој поголем компјутерски систем и ги користат ресурсите од компјутерскиот систем. Постојат терминали кои немаат свои ресурси (процесор и меморија), туку само уреди за комуникација, влезни и излезни уреди. Затоа терминалите се наоѓаат на дното од спектарот на компјутерски системи.

Историски терминалите се појавуваат со децентрализацијата на компјутерските системи. Најчесто терминалите се наоѓаат на различна физичка локација од компјутерот кој ги опслужува.

3.3. Архитектура на компјутерите

Архитектурата на компјутерите во основа е составена од пет компоненти и тоа:

Процесор;

Меморија;

Влезни единици;

Излезни единици и

Влезно излезни единици.

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Softwarehttp://www.foxitsoftware.com For evaluation only.

Page 44: informatika-2011-prv-kolokvium

44

CPU - Процесор

Аритметичко логичка единица

Контролно управувачка

единица

Влезни единици Излезни единици

Влезно - излезни единици

Слика 3.9. Глобална шема на архитектура на компјутер

Процесорот (Central Processing Unit – CPU) е основна единица каде

што се обработуваат податоците. Сите останати уреди се во функција на процесорот. Покрај тоа што ги извршува сите аритметички и логички операции, тој ја синхронизира работата со сите останати уреди за влез и излез на податоци. Основната поделба на функционалните единици на процесорот е на: аритметичко логичка единица и контролно управувачка единица.

Во меморијата се сместуваат податоците пред да бидат преземени од процесорот за обработка. Постојат повеќе видови на меморија кои се користат кај компјутерите. За сите различни видови на меморија ќе стане збор во натамошниот текст.

Влезните единици се користат за внесување на податоци во компјутерот. Нивна цел е да ги примат акциите на корисникот и во соодветен облик да ги пренесат до процесорот.

Излезните единици ги прикажуваат обработените податоци. Има различни видови на излезни единици кои ги претставуваат информациите на различни медиуми.

Влезно-излезните единици се користат за прием на податоци како и за сместување на резултати на нив. Тука спаѓаат секундарната меморија, уредите за комуникација (двонасочна) и други мемориски, аудио визуелни и оптички уреди.

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Softwarehttp://www.foxitsoftware.com For evaluation only.

Page 45: informatika-2011-prv-kolokvium

45

3.3.1. Микропроцесори

Слика 3.10. Изглед на микропроцесор Intel Core i7 Во денешно време, најчесто користени компјутери за најразлични

намени се микрокомпјутерите. Микропроцесорот врши обработката на податоците и координација на работата на сите уреди кои се поврзани на компјутерот. Во оваа книга генерално ќе биде објаснет начинот на работа на микропроцесорот.

Микропроцесорот извршува инструкции кои се зададени од одредена програма. Микропроцесорот во основа извршува три основни функции:

Користејќи ја аритметичко логичката единица (Arithmetic/Logic Unit-ALU), микропроцесорот извршува математички операции како собирање, одземање, множење и делење. Современите микропроцесори содржат посебен дел задолжен за извршување на операции со големи реални броеви и може да изведат огромен број на сложени математички операции за многу кратко време.

Микропроцесорот може да ги премести податоците од едно место на друго (врз основа на добиените инструкции од програмата која е во тек, тој врши трансфер на податоците од секундарната меморија кон оперативната меморија, кеш меморијата до регистрите на микропроцесорот и во обратна насока назад кон секундарната меморија. Податоци може да испраќа и кон други уреди или да прима податоци од нив).

Носи одлуки за тоа кои тековни операции по кој редослед да ги изврши за да ја заврши потребната работа за оптимално време.

Наведените се само трите основни функции кои ги извршува микропроцесорот. Тие извршуваат и други операции. На слика 3.11. е прикажана шема на едноставен микропроцесор.

Микропроцесорот е поврзан со сите уреди преку:

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Softwarehttp://www.foxitsoftware.com For evaluation only.

Page 46: informatika-2011-prv-kolokvium

46

Адресна магистрала (16, 32 или 64 битна) за испраќање на адреси до меморијата;

Податочна магистрала (16, 32 или 64 битна) за прием и испраќање на податоци до меморијата;

Линија за читање (RD-read) и линија за запишување (WR-write) преку која кажува дали сака да запише или прочита податок од одредена адреса;

Линија за часовникот преку која го добива тактот за извршување на секоја наредна операција;

Линија за ресетирање која го враќа програмскиот бројач на нула и повторно го започнува извршувањето на програмата.

Пред да бидат објаснети полињата на едноставниот

микропроцесор ќе биде дадено објаснување за тоа што се регистри и која е нивната намена.

Слика 3.11. шема на едноставен микропроцесор

Регистрите се мемориски локации во микропроцесорот и тие може

да имаат најразлични намени. Секој процесор има регистри и сите операции кои се извршуваат во процесорот се извршуваат со податоците кои се наоѓаат во соодветните регистри. Тие се најбрзата меморија со која располага еден компјутер. Според широчината на регистрите (бројот на битови кои може да ги меморираат едновремено) се одредува колку

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Softwarehttp://www.foxitsoftware.com For evaluation only.

Page 47: informatika-2011-prv-kolokvium

47

податоци едновремено6 може да обработи процесорот. Широчината на регистрите ја определува битноста на процесорот. Ако регистрите се со широчина од 32 бита, тогаш и за процесорот се вели дека е 32-битен.

Едноставниот процесор ги има следните типови на регистри:

Полето Adress latch e регистер во кој се чува адресата потребна за читање или запишување на податоци;

Програмскиот бројач брои до која инструкција на програмата е стигнат со извршување и која е следната инструкција за извршување. Тој може да биде ресетиран;

Регистрите А и B ги примаат податоците кои треба да се обработат, а резултатот се запишува во регистарот C. Полето Test е исто така регистер во кој се запишува резултат од споредување на два броја од регистрите A и В, како и тоа дали дошло до одредена грешка при пресметувањето како на пример - добивање на бесконечна вредност. Вредноста од овој регистар се проследува до инструкцискиот декодер кој одлучува како да продолжи со работата.

Инструкцискиот регистар и инструкцискиот декодер се задолжени за контрола на сите компоненти на процесорот и координирање на работата.

Микропроцесорите бележат многу динамичен развој, посебно во последните 15 години. Во следната табела се прикажани некои податоци кои го даваат порастот на процесорската моќ на микропроцесорите по години.

Табела 3.2. Развој на микропроцесорите на Intel по години

Микропроцесор Дата Транзистори Микрони Часовник Битност MIPS

8080 1974 6,000 6 2 MHz 8 bits 0.64

8088 1979 29,000 3 5 MHz 16 bits

8-bit bus 0.33

80286 1982 134,000 1.5 6 MHz 16 bits 1

80386 1985 275,000 1.5 16 MHz 32 bits 5

80486 1989 1,200,000 1 25 MHz 32 bits 20

Pentium 1993 3,100,000 0.8 60 MHz 32 bits

64-bit bus 100

Pentium II 1997 7,500,000 0.35 233 MHz 32 bits

64-bit bus ~300

6 Едновремено значи во еден такт од часовникот на компјутерот

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Softwarehttp://www.foxitsoftware.com For evaluation only.

Page 48: informatika-2011-prv-kolokvium

48

Pentium III 1999 9,500,000 0.25 450 MHz 32 bits

64-bit bus ~510

Pentium 4 2000 42,000,000 0.18 1.5 GHz 32 bits

64-bit bus ~1,700

Pentium 4 "Prescott"

2004 125,000,000 0.09 3.6 GHz 32 bits

64-bit bus ~7,000

Intel Core Duo 2006 291.000.000 0.065 3.0 GHz 32 bits

64-bit bus ~27,000

Intel Core 2 Quad 2007 820.000.000 0.065/0.045 3.0 GHz 64 bits

64-bit bus

Intel Core I3 (две јадра)

2010 382.000.000 0.032 3.06 GHz 64 bits

64-bit bus

Intel Core I5 (четири јадра)

2009 774.000.000 0.032 2.8 GHz 64 bits

64-bit bus

Intel Core I7 (четири јадра)

2008 781.000.000 0.032 3,4 GHz 64 bits

64-bit bus

Во полето „микропроцесор“ се наоѓа ознаката или името на процесорот.

Во полето „дата“ е даден датумот на промовирање на процесорот.

Полето „транзистори“ го дава бројот на транзистори кои го има секој од процесорите.

Во полето „микрони“ се дадени димензиите на технологијата за изработка на транзисторите во соодветниот микропроцосор. За споредба дебелината на човечкото влакно е 100 микрони.

Во полето „часовник“ се дадени вредностите на тактот под кој работел секој од процесорите.

Битноста се однесува на широчината на регистрите кај процесорите, како и на широчината на магистралата

MIPS е кратенка од милиони инструкции во секунда (millions of instructions per second). Во тоа поле се дадени вредностите - колку милиони инструкции во секунда извршува секој од процесорите.

Најстар, а воедно и најпопуларен производител на микропроцесори за персонални компјутери е Intel. Податоците во табелата се дадени за Intel-ови процесори, почнувајќи од процесорот со ознака 8080. Други производители на процесори за IBM компатибилни

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Softwarehttp://www.foxitsoftware.com For evaluation only.

Page 49: informatika-2011-prv-kolokvium

49

персонални компјутери се компаниите AMD и Cyrix. Перформансите на овие процесори се блиски до перформансите на Intel-овите процесори, а нивната цена е пониска. Постојат и Macintosh персонални компјутери кои не се IBM компатибилни. Тие користат Motorola процесори.

Микропроцесорот ја врши целата процесирачка работа кај микрокомпјутерите (иако дел од процесирањето на одреден вид на податоци вршат и други процесори како што е процесорот на графичката картичка, процесор за обработка на звук итн.), но сепак за брзината на процесирање на податоците влијание имаат повеќе компоненти како:

- количината на оперативната RAM меморија; - количината на КЕШ (Cache) меморијата; - Бројот и широчината на регистрите на процесорот; - Широчината на магистралата и - Брзината на системскиот часовник. RAM меморијата е оперативна меморија и сите податоци со кои

треба да работи процесорот се бараат од оваа меморија. Ако тие не се наоѓаат во работната меморија, тогаш се преземаат од секундарната меморија (тврдиот диск) и се пренесуваат во RAM меморијата. Ако количината на RAM меморијата е поголема, поголема количина на податоци ќе може да се сместат во RAM меморијата, а процесорот ќе може побрзо да ги прими потребните податоци за обработка.

KEШ меморијата е уште побрза од RAM меморијата и таа се користи како бафер (меѓуспремник) на податоци помеѓу RAM меморијата и процесорот. Истата логика важи и за КЕШ меморијата. Колку е таа поголема по капацитет, толку повеќе податоци може да се сместат во неа и ако тие податоци му се потребни на процесорот тој директно ги презема од оваа меморија без да мора да пристапува до RAM меморијата. Ако тие не се во КЕШ меморијата, податоците ќе бидат побарани од RАМ меморијата, а ако не се и во RАМ меморијата тие се земаат од секундарната меморија. Постојат две нивоа на КЕШ меморија L1-Cache и L2-Cache којa по капацитет е поголемa од L1-Cache меморијата но е нешто побавнa од неa.

Процесорот директно оперира само со оние податоци кои се наоѓаат во регистрите на процесорот. Колку е поголема широчината на регистрите, толку повеќе битови истовремено ќе може да бидат обработени.

Сите податоци кои се пренесуваат кон и од процесорот кон другите уреди се пренесуваат преку магистралата (bus). Ако магистралата е поширока, тогаш во еден циклус ќе бидат пренесени поголем број на битови и обратно, ако магистралата е потесна (со помал број на линии – низ една линија се пренесува еден бит) потребни се повеќе циклуси на работа на компјутерот за да се пренесе одредена количина на податоци.

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Softwarehttp://www.foxitsoftware.com For evaluation only.

Page 50: informatika-2011-prv-kolokvium

50

Во претходната табела се прикажани широчините на магистралите кои се користат за работа на одредени процесори. Од табелата може да се заклучи дека широчина на магистарлата може да биде n∙(широчина на регистрите) каде n може да биде 0.5,1 или 2.

Системскиот часовник го одредува тактот на работа на сите уреди во компјутерот. Колку што е пократок интервалот помеѓу два такта на часовникот, толку за пократко време ќе се извршуваат инструкциите. Брзината на работа на системскиот часовник се мери во херци Hz, каде 1Hz=1/s.

3.3.2. Зголемување на процесорската моќ

Постојат различни видови на процесори: процесори за општи и посебни цели. За да се зголеми моќта на процесирање кај компјутерските системи, се користат посебни видови на процесори во комбинација со процесорите за општа намена , со чија помош може да се креира мултипроцесорски систем. RISC процесорите (Reduced Instruction Set Computing) се базираат на брзо користење на намален сет на инструкции, што значи дека некои инструкции се исфрлаат од процесорот. RISC процесорите можат во еден циклус да извршат повеќе инструкции, со што значително се добива во брзина на извршување на иструкциите, но ограниченото множество на инструкции обично бара нивно поврзување со CISC (Complex Instruction Set Computing) процесори, базирани на комплексно множество на инструкции.

Мултипроцесорските системи се креираат на основа на идеите за паралелно процесирање и се состојат од два или повеќе процесори со слични карактеристики кои истовремено извршуваат една или повеќе програми при што се користат заедничните ресурси на компјутерот како меморија и В/И единици.

Често е потребно да се извршат алгоритми кај кои се потребни интензивни нумерички пресметки за да се реши одреден проблем. И со моќта на денешните компјутери, некои задачи бараат огромна процесорска моќ, каква што нема еден процесор. Такви проблеми има во астрономија, математика, физика, инженерство итн.

Кај компјутерските системи базирани на еден процесор, инструкциите се извршуваат секвенцијално (една по една). За да се зголеми процесорската моќ која секогаш е потребна, може да се креира мрежа од повеќе мали и ефтини компјутери кои формираат компјутерски систем наречен кластер. Ваквото поврзување на компјутери датира уште од 80-те години на минатиот век. Компанијата DEC во 1980 година го има креирано првиот компјутер базиран на кластерско поврзување. Поради

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Softwarehttp://www.foxitsoftware.com For evaluation only.

Page 51: informatika-2011-prv-kolokvium

51

предностите кои ги нуди овој концепт (ниски цени на компонентите, едноставно и ефтино одржување и постоечка мрежна инфраструктура) има пораст во бројот на користени компјутерски кластери. Кластер компјутерите ја делат меморијата и процесорската моќ и кластерското поврзување уште се нарекува и дистрибуирано компјутерско работење.

Ваков кластер компјутерски систем за прв пат во македонија е креиран во декември 2010 година на Универзитетот за информатички технологии во Охрид.

Порти Портите се приклучоци кои се приклучени на матичната плоча од

персоналниот компјутер и се користат за поврзување на компјутерот со надворешни уреди. Постојат повеќе порти кои се разликуваат според начинот на поврзување на уредите, брзината која ја нудат за пренос на податоци, нивната намена итн.

Сериски порт Серискиот порт е интегрален дел од персоналните компјутери

повеќе од 20 години. Иако голем број на нови уреди не го користат серискиот порт, сé уште има уреди кои се наменети за поврзување со компјутер преку сериски порт како некои дигитални камери, рачни компјутери и други периферни уреди. Најчесто персоналните компјутери имаат две сериски порти.

Слика 3.12. Изглед на сериски порт на компјутерот Зборот сериски за овој порт, доаѓа од фактот, што преку овој порт

податоците се испраќаат бит по бит во серија. Предноста на овој порт е што му е потребна една линија за испраќање на податоците. Недостаток е што неговата брзина е мала во однос на брзината на пренос на другите порти и на него може да се приклучат само бавни уреди.

Сериските порти уште се нарекуваат и комуникациски порти (COM ports) и тие се двонасочни. Приклучокот за сериски порт може да биде со 9 (како на сликата 3.12.) или 25 пина.

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Softwarehttp://www.foxitsoftware.com For evaluation only.

Page 52: informatika-2011-prv-kolokvium

52

Паралелен порт Паралелниот порт иницијално е наменет за поврзување на

компјутерот со печатар.

Слика 3. 13. Изглед на паралелен порт на компјутерот Покрај печатари на паралелниот порт може да се приклучат и:

Скенер;

Надворешно CD;

Надворешен тврд диск;

Мрежен адаптер;

Бекап единица (магнетна лента). Паралелниот порт е направен од страна на компанијата IBM за

поврзување на компјутерот со печатар. Кога во IBM го дизајнирале персоналниот компјутер, нивната идеја била тој да може да работи со печатарите на компанијата Centronics која во тоа време била најголем производител на печатари.

Паралелниот порт е конектор со 25 пина, со ознака DB-25. При работа на компјутерот со печатар преку паралелниот порт, тој истовремено може да испрати 8 бита. Стандардниот паралелен порт може да испрати 50-100 килобајти на податоци во една секунда.

USB (universal Serial Bus) порти Денешните компјутери имаат еден или повеќе приклучоци за USB

конектори. На нив може да се приклучат најразлични уреди брзо и едноставно. Новите оперативни системи (Windows 2000, Windows XP, Windows 7) нудат поддршка за работа со уреди поврзани преку USB порт. Уредите кои користат USB порт за приклучување на компјутерот многу поедноставно се поврзуваат за разлика од уредите кои се поврзуваат на сериски, паралелен порт или преку посебни картички приклучени директно на магистралата од компјутерот.

Слика 3.14. USB A приклучок (се приклучува во компјутер)

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Softwarehttp://www.foxitsoftware.com For evaluation only.

Page 53: informatika-2011-prv-kolokvium

53

USB портот се јавува како потреба за разрешување на одредени

проблеми кои се јавуваа при потребата за поврзување на уреди на компјутерите.

Печатарите се поврзуваа на паралелен порт, а повеќето компјутери имаа еден паралелен порт што значи поврзување само на еден печатар на компјутерот. Уреди, кои бараат поголема брзина за пренос на податоци (како екстерни хард дискови), имаат потреба од поголема брзина на пренос на податоци. Тие уреди не можеа да ја постигнат потребната брзина на пренос со користење на паралелниот порт.

На серискиот порт се поврзуваат уреди за пренос на податоци со помала брзина како: модеми, дигитални камери, рачни компјутери итн. Најголем број од персоналните компјутери имаат две сериски порти и тие нудат мала брзина на пренос на податоците што во најголем број од случаи не задоволува.

Уредите кои бараат поголема брзина за пренос на податоци имаат свои сопствени картички за поврзување на магистралата од компјутерот. Потребно е компјутерот да се отвори физички, да се инсталира картичката во соодветниот експанзионен слот на компјутерот, а за оперативниот систем да се инсталира посебен системски софтвер (driver) кој ќе овозможи комуникација со ново-инсталираниот уред и негова непречена работа. За изведување на целата операција е потребно знаење и време за инсталација на новиот уред.

Воведувањето на USB портот како нов стандард ги решава претходно наведените проблеми. USB е стандардизиран, лесен начин за поврзување на еден брз или повеќе бавни (до 127) уреди на компјутерот. Денес на овој порт може да се приклучат повеќе различни уреди како:

Печатари;

Скенери;

Глувчиња;

Дигитални камери;

Модеми;

Телефони и видео телефони;

Уреди за пренос на податоци (Zip, Flash drives);

Поврзување на други компјутери итн. Приклучувањето на уред преку USB портот е едноставно. USB А

приклучокот се приклучува во компјутерот. Ако оперативниот систем го препознае уредот може веднаш да се користи. Ако е потребно да се инсталира софтвер (driver) за уредот, тоа се прави првиот пат при

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Softwarehttp://www.foxitsoftware.com For evaluation only.

Page 54: informatika-2011-prv-kolokvium

54

инсталирање на уредот. При натамошно користење, со самото приклучување на уредот, компјутерот знае кој софтвер да го користи за комуникација со уредот. Уредите поврзани на USB порт може кога било да се приклучуваат и исклучуваат од компјутерот.

Уредите кои се поврзуваат на USB портот, имаат USB B приклучок за поврзување.

Денешните компјутери имаат 2-4 USB порти на кои може да се поврзат уреди. Ако има потреба од поврзување на повеќе USB уреди истовремено на компјутерот може да се поврзи тнр USB Hub кој овозможува поврзување на дополнителни уреди преку USB приклучок.

Слика 3.15. USB B приклучок (се приклучува во уредот) Постојат четири стандарди за USB порти:

USB 1.0 со брзина на пренос од 1,5Mb/s;

USB 1.1 со брзина на пренос од 12Mb/s;

USB 2.0 со брзина на пренос од 480Mb/s.

USB 3.0 со брзина на пренос од 5Gb/s.

Слика 3.16. USB Hub Со стандардот USB 3.0 на компјутерот може да се поврзат повеќе

брзи уреди (два до три) и сите тие да работат симултано без нарушување на нивните перформанси.

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Softwarehttp://www.foxitsoftware.com For evaluation only.

Page 55: informatika-2011-prv-kolokvium

55

FireWire порти

FireWire портите овозможуваат најбрз пренос на податоци во однос на сите останати видови на стандарди за поврзување на периферни уреди. Се користи за поврзување на брзи мултимедиски периферни уреди како тврди дискови, печатари, видео камери и друго.

Овој стандард на почетокот е применет кај Macintosh персоналните компјутери, но денес се користи и кај IBM компатибилните компјутери. Првата верзија на овој стандард овозможувал пренос на податоци со брзина од 400Мb во секунда, а последниот FireWire стандард кој ја носи ознаката 1394b нуди брзина од 800Mb во секунда.

Слика 3.17. FireWire приклучоци FireWire стандардот е креиран како универзален, наменет за

работа на различни платформи. Нуди брз пренос на податоци преку сериска магистрала. Тој е креиран од организацијата IEEE. Првата верзија на овој стандард со ознака IEEE 1394 е направена во 1995 година. Во 2000-та година следуваaт стандардите IEEE 1394a и IEEE 1394b.

Слика 3.18. FireWire порти Најголемите производители на мултимедиски уреди го користат

овој стандард и FireWire технологијата. Овој стандард овозможува лесно поврзување на брзи дигитални уреди со персонален компјутер. Исто како

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Softwarehttp://www.foxitsoftware.com For evaluation only.

Page 56: informatika-2011-prv-kolokvium

56

и за USB стандардот, приклучените уреди на овој порт автоматски се препознаваат од оперативниот систем и може веднаш да се користат можностите кои ги нудат.

Во декември 2007 година, е издаден нов стандард од 1394 со ознаки Ѕ1600 и Ѕ3200. Овие стандарди нудат брзини од 1.6Gbit/s и 3.2Gbit/s. Toa e стандард конкуренција на USB 3.0 стандардот.

Во март 2009 година започнат е проектот IEEE 1394d кој треба да користи оптичко поврзување и брзина на пренос на податоци од 6.4Gbit/s.

3.3.2. Уреди за внесување на податоци – влезни уреди

Кај персоналните компјутери влезните уреди се делат на стандардни (ознака stdio-standard input output) и на дополнителни или алтернативни. Во стандардни влезни уреди спаѓаат:

Тастатурата;

Глувчето и

Варијанти на глувчиња. Тастатура Тастатурата е стандарден влезен уред кај персоналните

компјутери. Со самата појава на компјутерите, таа била составен дел на персоналните компјутери.

7 Слика 3.19. Тастатура

7 Игор Неделковски, Информатика, Интерактивен учебник, Битола, 2001

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Softwarehttp://www.foxitsoftware.com For evaluation only.

Page 57: informatika-2011-prv-kolokvium

57

Денешните тастатури се состојат од 101 или 102 копчиња

распределени во 5 групи и тоа:

Група на алфанумерички знаци (таа е најголемата група) и се користи за внесување на букви и бројки;

Група на нумерички копчиња која се користи за внесување на нумерички знаци и внесување на основните математички операции;

Копчиња за навигација (курсорски копчиња и дополни-телни копчиња за навигација);

Функциски копчиња за директно активирање на некои апликации или команди;

Модифицирачки копчиња за промена на состојбата на одредени копчиња.

Глувче Глувчето е уште еден стандарден уред за внесување на податоци.

Се користи кај оперативни системи со графичка корисничка околина како што е Windows оперативниот систем на Microsoft.

Слика 3.20. Првото компјутерско глувче, пронајдок на Doug Elgebart од

1964 година. Глувчето може да се користи за повеќе операции како: активирање

команди и апликации, отворање документи, цртање, преместување фајлови итн.

Со глувчето може да се направат шест акции и тоа:

Движење на курсорот од глувчето на мониторот;

Селекција на објекти (со притискање на левото копче од глувчето);

Активирање на апликации и команди (со двојно притискање на левото копче кога курсорот од глувчето се наоѓа над иконата од апликацијата);

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Softwarehttp://www.foxitsoftware.com For evaluation only.

Page 58: informatika-2011-prv-kolokvium

58

Пренесување на избран објект (со притискање на левото копче од глувчето и повлекување на глувчето);

Алтернативна акција (со притискање на десното копче од глувчето). Се користи за добивање на дополнителни опции за даден објект или паѓачко мени.

Скролирање (движење низ документ) со користење на тркалцето за скрол.

Според начинот на работа глувчето може да биде механичко или оптичко. Механичките глувчиња имаат кугла на долната страна од глувчето. Со движење на куглата во одредена насока таа задвижува вретена кои ја пренесуваат таа информација до компјутерот кој го движи курсорот од глувчето во соодветна насока.

Оптичките глувчиња наместо кугла имаат диода која емитира светлина и фотоосетлив сензор кој ја набљудува површината над која се движи глувчето. Во однос на тоа во која насока се движи глувчето, таква информација испраќа до компјутерот за движење на курсорот. Ако се користи оптичко глувче, важно е подлогата да биде соодветна за работа на глувчето. Овој тип на глувчиња не работат на униформна подлога и на стакло.

Варијанти на глувче Trackball: Начинот на работа на trackball-от е сличен како и

работата на глувчето, со таа разлика што куглата кај овој уред се наоѓа на горната страна. Таа се движи со прстите или дланката.

Слика 3.21. Разни видови на trackball Trackball-от се користи на места каде што е ограничен работниот

простор затоа што нема потреба од движење на trackball-от како што е тоа случај кај глувчето.

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Softwarehttp://www.foxitsoftware.com For evaluation only.

Page 59: informatika-2011-prv-kolokvium

59

Trackpad (Touchpad): Тоа е уред осетлив на допир. При движење со прстот преку trackpad-oт тој испраќа сигнали кон компјутерот за движење на курсорот во соодветната насока. Со trackpad-oт има и две копчиња кои ја имаат улогата на лево и десно копче од глувчето. Тој претежно се користи кај преносливите Laptop компјутери.

Слика 3.22. Trackpad Алтернативни уреди за внесување на податоци Со стандардните влезни уреди може да се внесат алфанумерички

знаци, команди, може да се црта и да се користат сите пет акции кои може да се извршат со глувчето. Меѓутоа, кога е потребно да се внесат податоци од друг тип како: слики, видео секвенца, звук, говор, потребни се други уреди за внесување на податоци. Генерално алтернативните уреди за внесување на податоци може да се класифицираат во следните три групи:

- уреди управувани со рака, - оптички уреди за прием на слика и - аудиовизуелни уреди за пренос на слика и звук. Уредите управувани со рака се користат за внесување на команди

слично како и глувчето. Во оваа група на уреди спаѓаат: TouchScreen мониторите, електронските табли и електронските моливи и контролерите за играње (joystick и game pad).

Слика 3.23. Баркод на производ

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Softwarehttp://www.foxitsoftware.com For evaluation only.

Page 60: informatika-2011-prv-kolokvium

60

Оптичките уреди се користат за внесување на слики.. Во оваа група

на уреди спаѓаат баркод читачите и скенерите. Со користење на специјален софтвер наречен OCR (Optical Character Recognition), сликите преземени со скенер може да се обработат, а текстот кој се наоѓа на сликата да се препознае и да се добие во електронска форма за натамошно уредување со некој текст процесор. Баркод читачите ја прифаќаат сликата од баркодовите на производите, ги препознаваат линиите и според нивната комбинација ги одредуваат шифрите на производите.

Во групата на аудиовизуелни уреди спаѓаат микрофоните, дигиталните фотоапарати и дигиталните видеокамери.

3.3.3. Излезни уреди

Исто како и влезните уреди и излезните се делат на стандардни и дополнителни влезни уреди. Се користат за прикажување на работната површина од оперативниот систем, активираните апликации како и прикажување на внесените податоци и добиените резултати. Постојат повеќе различни излезни уреди кои може да се поделат според начинот на работа и медиумот кој го користат за прикажување на резултатите. Во продолжение се дадени стандардните и некои дополнителни излезни уреди.

Монитори Мониторите се стандардна излезна единица. Според технологијата

на изработка тие може да бидат:

Со катодна цевка (Cathode Ray Tube – CRT);

Со течни кристали (liquid crystal display-LCD);

Со LED диоди (light-emiting diode) и

Со гас плазма. Најпопуларни и најчесто користени монитори до сега беа

мониторите со катодна цевка. Поради помалите димензии, и помалата потрошувачка на енергија, LCD мониторите сè повеќе се застапени во секојдневната употреба кај персоналните компјутери.

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Softwarehttp://www.foxitsoftware.com For evaluation only.

Page 61: informatika-2011-prv-kolokvium

61

Слика 3.24. LCD монитор

При избор на монитор, потребно е да се внимава на неговите

карактеристики. Најзначајни се следните:

Технологијата на изработка;

Начинот на комуникација на компјутерот со мониторот што може да се забележи од приклучоците VGA – аналоген или DVI – дигитален;

Димензии на дијагоналата на мониторот (видлива површина на мониторот);

Резолуција на мониторот (број на хоризонтални број на вертикални точки на мониторот;

Растојание помеѓу точките на мониторот

Фреквенцијата на освежување;

Бројот на бои што може да ги прикаже

Потрошувачката на енергија. Во текстот што следува ќе бидат објаснети накратко сите овие

карактеристики на мониторите. Развојот на мониторите има долг пат од нивното појавување во

1970-тите години. За персоналните монитори се важни стандардите направени од IBM кои се прикажани во следната табела 3.3:

Резолуцијата и бројот на бои кои ќе ги прикажува мониторот не зависат само од перформансите на мониторот. Потребно е на компјутерот да е инсталирана соодветна графичка картичка која исто така ја поддржува саканата резолуција и број на бои.

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Softwarehttp://www.foxitsoftware.com For evaluation only.

Page 62: informatika-2011-prv-kolokvium

62

Табела 3.3. Стандарди за резолуција на мониторите

Назив Резолуција Година на изработка

Број на бои

CGA - Color Graphics Adapter

320x200 1981 4

EGA – Enhanced Graphics Adapter

640x350 1984 16

VGA – Video Graphics Array

640x480 1987 256

XGA – Extended Graphics Array

800x600 или 1024x768

1990 16.8 мил. 65536

UXGA – Ultra Extended Graphics Array

До 1600x1200 16.8 мил.

HD – 1080 1920х1080 16.8 мил.

Аналогна и дигитална комуникација помеѓу компјутерот и мониторот Податоците помеѓу компјутерот (графичката картичка) и

мониторот приклучен на компјутерот може да се пренесуваат аналогно или дигитално. Ако податоците се пренесуваат аналогно, тогаш приклучокот преку кој тие се поврзани е VGA приклучок. Овој тип на приклучок не може да се искористи за пренесување на податоците во дигитална форма и затоа е направен нов стандард за поврзување на компјутерот со дигитален монитор кој се нарекува Digital Video Interface – DVI.

Компјутерот работи само со дигитални податоци (во бинарен облик). Ако е потребно да се обработат некои податоци или сигнали кои се во аналогна форма, тогаш тие мора да се дигитализираат за да може да се обработат на компјутер. Податоците кои ги испраќа компјутерот кон мониторот се исто така дигитални, но се претвораат во аналогни за да може мониторот да ги прими, во случај тие да се поврзани со VGA конекција. При оваа конверзија често доаѓа до деградација на сигналот и појава на шум. Тоа не е случај кај дигиталната технологија на поврзување. Податоците во дигитален облик се испраќаат кон мониторот кој работи потполно дигитално. Тоа е една од причините за воведување на дигиталната технологија – доверлив пренос на податоците.

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Softwarehttp://www.foxitsoftware.com For evaluation only.

Page 63: informatika-2011-prv-kolokvium

63

Видлива површина на мониторот Видливата површина на мониторот се одредува според два

параметри: односот на хоризонталната димензија на екранот во однос на вертикалната (aspect ratio) и големината на екранот. Најголем дел од компјутерските монитори имаат однос на хоризонталната димензија /вертикалната димензија 4:3. Друг стандард за изработка на димензии на мониторите според односот на хоризонталната и вертикалната димензија на екранот од мониторот е 16:9. Со ваков однос на димензиите работат проекторите за проектирање на филмови. Со употребата на DVD стандардот сè повеќе популарност добиваат мониторите со 16:9 димензии.

Големината на екранот се одредува според големината на дијагоналата од едниот агол на мониторот до спротивниот агол. Најчесто користени големини на дијагоналата на мониторите се 15, 17, 19 и 21 инч.

Резолуција на екранот и растојание помеѓу точките Резолуцијата на мониторот (resolution) е бројот на точки по

хоризонтала бројот на точки по вертикала од видливата површина на

мониторот. Резолуцијата 640480 значи дека по хоризонтала на видливата површина од мониторот има 640 точки, а по вертикала 480.

Растојанието помеѓу точките на мониторот (dot pitch) e важно за квалитетот на прикажување на сликата на мониторот, односно за острината на сликата. Подобро е помало растојание помеѓу точките на мониторот. Колку се поблиску точките помеѓу себе, толку поголема резолуција може да се постигне со помали димензии на екранот.

Слика 3.25. Приказ на распоредот на

фосфорните точки на мониторот

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Softwarehttp://www.foxitsoftware.com For evaluation only.

Page 64: informatika-2011-prv-kolokvium

64

Вертикална фреквенција на освежување Вертикалната фреквенција на освежување го означува бројот на

исцртување на сликата на екранот за време од една секунда. Ако мониторот е поставен на вертикална фреквенција на освежување од 72 херци, тоа значи дека во една секунда сликата на екранот се исцртува 72 пати. Колку е поголема фреквенцијата на освежување, толку е подобра сликата на екранот. Ако фреквенцијата на освежување е помала (60 херци), тогаш може да се осети треперење на сликата. Таа може да се избира софтверски како што е прикажано на слика 3.26.

Слика 3.26. Избор на вертикалната фреквенција на освежување

Број на бои Бројот на бои (color depth) кои можат да се прикажат на екранот

зависи од изборот на стандардот за резолуција и број на бои. Така, ако се

избере XGA стандардот во резолуција од 800600 точки, на екранот може да се избере палета за прикажување од 16,8 милиони бои. За прикажување на 16,8 милиони бои на екран потребна е 24-битна палета (bit depth) бидејќи 224=16.777.216.

Во табела 3.4. е прикажан бројот на битови потребен за добивање на одреден број на бои според стандардите за прикажување на резолуција и бои.

Сите монитори кои може да се најдат на пазарот денес поддржуваат максимален број на бои 16,8 милиони. Човековoто око не може да препознае повеќе од 16 милиони бои.

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Softwarehttp://www.foxitsoftware.com For evaluation only.

Page 65: informatika-2011-prv-kolokvium

65

Табела 3.4. Битови/број на бои

Bit-Depth Број на бои

1 2 (monochrome)

2 4 (CGA)

4 16 (EGA)

8 256 (VGA)

16 65,536

(High Color, XGA)

24 16,777,216

(True Color, SVGA)

32 16,777,216

(True Color + Alpha Channel)

Печатари Печатарите спаѓаат во групата на стандардни излезни уреди.

Постојат различни видови на печатари кои може да се користат со персоналните компјутери. Некои од нив се објаснети во продолжение.

Ink Jet печатари Овој тип на печатари се појавуваат во втората половина на 80-тите

години од минатиот век. Нивната популарност и перформанси во текот на годините растат, а нивната цена драстично е намалена.

Слика 3.27. Ink Jet печатар на производителот Hewlett Packard

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Softwarehttp://www.foxitsoftware.com For evaluation only.

Page 66: informatika-2011-prv-kolokvium

66

Ink Jet печатарите работат на принцип на исфрлање на мастило преку млазници директно на хартијата. Отпечатокот на овој тип на печатари ги има следните карактеристики:

Големината на точките на хартијата што се прават со исфрлање на мастилото се со големина од 50-60 микрони што е помалку отколку димензиите на човечкото влакно (70-100 микрони);

Точките се поставуваат многу прецизно со резолуција до 1440х720 точки на инч (dots per inch - dpi);

Бојата на точките може да се комбинира со различни бои на мастилото со што се постигнува фотографски квалитет на испечатените слики.

Во продолжение ќе бидат опишани деловите на Ink Jet печатарите

и принципот на нивната работа. Овие печатари користат магацини со различни бои на мастило наречени кертриџи (cartridges). Ink Jet печатарите слично како и мониторите користат две можни комбинации на основни бои за печатење. Едната е RGB (три основни бои R-red (црвена), G-green (зелена) и B-blue (сина)), а втората е CMYK (C-cyan (светло сина), М-magenta (виолетова), Y-yellow (жолта) и К-black (црна)).

Начин на работа на Ink Jet печатарот Овие печатари се составени од следните делови: Глава за печатење. Основниот дел на главата за печатење се

млазниците преку кои се исфрла мастилото на хартијата.

Слика 3.28. Глава на Ink Jet печатар

Кертриџи за мастило: Во зависност од производителот и моделот на печатарот кертриџите може да бидат со RGB или CMYK комбинација на бои и црната боја може да биде заедно со останатите или посебно доколку се користи CMYK

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Softwarehttp://www.foxitsoftware.com For evaluation only.

Page 67: informatika-2011-prv-kolokvium

67

комбинацијата. Некои глави на Ink Jet печатари одат заедно со кертриџите со мастило.

Мотор на главата за печатење. Моторот на главата за печатење се користи за нејзино поместување заедно со кертриџите со мастило лево и десно преку хартијата. Некои печатари имаат уште еден мотор на главата за паркирање на главата, за печатење кога не се користи печатарот. Паркирањето се користи за главата да не се поместува со движење на печатарот кога тој не работи.

Слика 3.29. Мотор на главата за печатење

Ремен – ременот се користи како преносен механизам за движење на главата со помош на моторот.

Стабилизатор – Стабилизаторот на главата за печатење се користи за прецизно наведување на главата за печатењето да биде прецизно и контролирано.

Слика 3.30. Ремен и стабилизатор на главата за печатење

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Softwarehttp://www.foxitsoftware.com For evaluation only.

Page 68: informatika-2011-prv-kolokvium

68

Движење на хартијата

Магацин за хартија – секој Ink Jet печатар има магацин за хартија. Кај некои печатари магацинот може да биде поделен на дел за хартија за печатење и дел за испечатени листови.

Цилиндри – Ја преземаат хартијата од магацинот и ја пренесуваат кон главата за печатење кога таа е подготвена за печатење. Цилиндрите се поврзани со мотор кој ги придвижува.

Интерфејс – Овие печатари користат паралелен или USB порт за поврзување на печатарот со компјутер.

Слика 3.31. Цилиндри за преземање и транспорт на хартијата Ласерски печатари Основниот принцип на работа на ласерските печатари е користење

на статичкиот електрицитет кој се користи за привлекување на честичките од тонер на местата кои треба да бидат испечатени. Основната компонента кај овој печатар е фоторецептор кој во суштина е метален цилиндар. Тој е направен од фотоспроводлив материјал кој се разелектризира со помош на светлосни фотони.

Иницијално, цилиндарот се електризира со позитивен електрицитет со помош на жичка низ која тече струја. Со движење на цилиндерот на него се насочува ласерска светлина на соодветни места и таа врши електризирање на површината со обратен електрицитет онаму каде што паднал ласерскиот зрак. Во суштина, ласерскиот зрак ги црта буквите и сликите што треба да бидат испечатени.

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Softwarehttp://www.foxitsoftware.com For evaluation only.

Page 69: informatika-2011-prv-kolokvium

69

Слика 3.32. Изглед на ласерски печатар

Слика 3.33. Компоненти на ласерски печатар

Откако е направено електризирањето и разелектризирањето на

одредени делови од цилиндарот, на него се поставува позитивно наелектризиран тонер. Бидејќи цилиндарот е позитивно наелектризиран, тонерот ќе биде нанесен само на местата кои се негативно наелектризирани (местата што биле означени со ласерската светлина). Цилиндарот ротира и тонерот го пренесува на хартијата која се движи над него. Таа е негативно наелектризирана за да го привлече тонерот. Потоа, хартијата поминува низ загреани цилиндри кои го печат тонерот на хартијата, поврзувајќи го со нејзината структура. На крај, хартијата поминува под светилка за разелектризирање. Истото се случува и со фоторецепторот кој повторно се електризира за понатамошно печатење.

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Softwarehttp://www.foxitsoftware.com For evaluation only.

Page 70: informatika-2011-prv-kolokvium

70

Други видови на печатари Матрични: користат глава со иглички кои удираат на лента на која

има мастило. Лентата се наоѓа помеѓу хартијата и главата на печатарот. Со ударот на игличките тие оставаат отпечаток од мастилото на хартијата. Со помош на игличките може да печатат текст или слики со послаб квалитет. Матричните печатари може да имаат глава со 9 или 24 иглички. Се користат таму каде што има потреба од печатење на многу податоци со послаб квалитет и за помала цена.

Печатари со карактери: Тие работат на принципот на машините за чукање. Имаат глава со полиња каде се втиснати буквите, главата може да ротира и да удира на лентата со мастило, при што остава отпечаток на хартијата. Може да се користат само за печатење на текст и тоа само со оние букви кои ги имаат на главата. Ретко се користат.

Термални печатари: Работат со нагорување на хартијата на одредени места со што оставаат точки. Може да имаат мали димензии, а на специјална хартија даваат одлични резултати. Се користат таму каде што има потреба од мали димензии на печатарот.

3.3.4. Влезно- излезни уреди – секундарна меморија

Секундарната меморија се користи за трајно сместување на податоците. За оваа меморија е карактеристично тоа што за разлика од оперативната (работната) меморија податоците остануваат запишани и после исклучување на компјутерот. Друга карактеристика на овој вид на меморија е тоа што таа има голем капацитет. На секундарната меморија се снимени оперативниот систем, сите апликации со кои работи корисникот на компјутерот каде што е инсталирана секундарната меморија и податоците со кои работи корисникот. Податоците кај оваа меморија може да се внесуваат, бришат, променуваат, копираат и преместуваат. Според начинот на работа, уредите кои се користат како секундарна меморија се делат на магнетни и оптички. Како магнетни уреди се користат: тврдиот диск, дискетните единици, магнетната лента, преносни дискови.

Тврди дискови Историјата на тврдите дискови датира од 50-тите години на

претходниот век. На почетокот тие биле со големина од 20 инчи во дијаметар со капацитет од само неколку мегабајти меморија. Нивното оригинално име било „фиксни дискови“ или „Винчестер дискови“.

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Softwarehttp://www.foxitsoftware.com For evaluation only.