hard ver

Hardver

61

4. HARDVER

4.1. TEHNOLOKE GENERACIJE RAUNALA

4.1.1. Povijesni pregled razvoja hardvera

Iako su se ideje o izradi digitalnih raunala javile prije par stoljea, trebalo je proi dosta vremena da tehnologija omogui ostvarenje velikih zamisli. Iskuane su razliite tehnologije dok se na kraju nisu stvorile mogunosti izrade digitalnih elektronikih raunala.

Prva digitalna raunala konstruirana su u Europi prije II. svjetskog rata. To su bila prva elektromehanika, odnosno relejna, programski upravljana digitalna raunala. Releji su male elektrine sklopke kojima se moe upravljati elektrinim signalom. Program za upravljanje raunalom bio je upisan na buenu papirnu vrpcu. Njemaki inenjer Konrad Zuse izradio je tri modela raunala, od kojih je model Z3 bio u upotrebi od 1941. godine. Rat ga je omeo u daljnjem radu, a prvenstvo u razvoju digitalnih raunala prelazi u SAD.

Otprilike u isto vrijeme u SAD-u i na istoj relejnoj tehnologiji, inenjer i znanstvenik Howard Aicken konstruira digitalno raunalo na Harvardskom sveuilitu u suradnji s vodeim proizvoaem uredskih strojeva, tvrtkom IBM. Poznati su modeli MARK 1 i MARK 2, a bili su koriteni u znanstvene svrhe.

Era elektronikih digitalnih raunala zapoinje pojavom elektronskih cijevi, a na temelju ideja oca suvremenih raunala, matematiara Johna von Neumana. 1946. godine konstruirano je prvo elektroniko digitalno raunalo pod nazivom ENIAC. To je bilo prvo elektroniko raunalo upravljano programom, koje je dalo snaan impuls razvitku raunalne tehnologije, otvarajui put novim znanstvenim otkriima na polju mikroelektronike.

Od 1951. godine, pojavom raunala UNIVAC 1, zapoinje primjena raunala na podruju komercijalne obrade podataka.

Od tada, pa do danas, raunalna tehnologija je imala vie faza koje su odreene osobinama osnovnih elektronikih elemenata na temelju kojih su se gradila raunala. Te se faze obino predstavljaju kao tehnoloke generacije digitalnih elektronikih raunala.

Danas se moe uvjetno govoriti o sedam tehnolokih generacija raunala. Kronoloki razvitak raunalne tehnologije, odnosno njenih generacija s tipinim predstavnicima elektronikih elemenata, prikazan je na slici 4.01.

Poslovna informatika

62

Slika 4.01. Prikaz tehnolokih generacija elektronikih raunala

Prva generacija raunala graena je od elektronskih cijevi, elektronikih elemenata koji su imali svojstvo prekidaa, odnosno koji su imali dva stabilna stanja kojima se moglo upravljati elektronskim putem. Elektronske cijevi povezivane su u sloenije elektronike sklopove kojima su se realizirale osnovne logike funkcije, kao temelj naina rada digitalnih elektronikih raunala. Svojstava elektronskih cijevi, kao temeljnih elemenata izgradnje, su se neposredno prenosila na svojstva raunala pa su ona bila velika, spora, nepouzdana i troila su velike koliine energije. Na primjer, ENIAC je bio teak oko 30 tona, sadravao je 17000 elektronskih cijevi koje su troile 174 kW na sat. Za hlaenje raunala bila je potrebna ista koliina energije, raunalo je efektivno radilo 45% raspoloivog vremena. U jednoj sekundi raunalo je moglo obaviti 333 operacije.

Druga generacija raunala, odnosno njihovi procesori, graeni su od tranzistora kao temeljnih elektronikih elemenata, a radna memorija je bila graena od magnetskih jezgrica. Tranzistor je kao elektroniki element imao isto svojstvo sklopke kao i elektronska cijev, ali i niz prednosti. Bio je manji, bri, pouzdaniji i troio je znatno manje elektrine energije. Pojava tranzistora donijela je pravu revoluciju u gradnji hardvera. Opet se svojstva temeljnog elementa prenose na raunalo kao cjelinu, pa ono postaje manje, bre, pouzdanije itd.

1950. 1960. 1970. 1980. 1990. 2000.

Elektronskacijev

Tranzistor

Integrirani krugovi

SSI

LSI

VLSI

Nanotehnologija

Neuronske mree

Godine

Tehnolokegeneracije1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

ldBrzina

raunala

20

10

1 Mikroprocesori Nanoprocesori

Osobna raunala

Hardver

63

Trea generacija raunala koristi se tehnologijom integriranih krugova. Iako je ideja integriranih krugova vrlo jednostavna, odigrala je povijesnu ulogu u razvoju mikroelektronike. Premda je tranzistor kao poluvodiki elektroniki element otklonio niz problema koje su imale elektronske cijevi, ostao je i dalje problem njihova vanjskog povezivanja u sloenije sklopove. Ideja integriranih krugova nosi povezivanje elektronikih elemenata istom tehnologijom i na istoj poluvodikoj ploici od koje se ti elementi izrauju, ime se znatno smanjuje broj elemenata od kojih se gradi raunalo. Time se ubrzano nastavilo poboljanje svih performansi raunala, ujedno poveavajui njegove mogunosti obrade podataka.

etvrta generacija raunala obiljeena je primjenom nove generacije integriranih krugova, koji se od prethodnih razlikuju po gustoi pakiranja, odnosno broju tranzistora koji se nalaze na jednom ipu. Preko integriranih krugova malog (SSI) i srednjeg (MSI) stupnja integracije stiglo se do integriranih krugova visokog stupnja integracije koji se oznaavaju kao LSI (Large Scale Integration). Na tom stupnju integracije postalo je mogue na jednom jedinom ipu izgraditi tako kompleksan elektroniki sklop kao to je procesor, odnosno zbog svojih dimenzija nazvan mikroprocesor. Trend poboljanja performansi raunala se i dalje ubrzano nastavlja.

Sa takvim sloenim elektronikim elementima postalo je mogue napraviti raunalo koje je dovoljno malo da se moe postaviti na radni stol, dovoljno jeftino da se moe staviti na raspolaganje samo jednom ovjeku i dovoljno mono da moe obavljati korisne poslove obrade podataka. etvrta generacija raunala obiljeena je pojavom osobnih raunala, ili openitije pojavom mikroraunala, koja e postupno preuzeti dominantnu ulogu u primjeni raunala.

Peta generacija donosi neke novine u grai mikroprocesora i arhitekturi raunala. Pri veim zahtjevima za performansama, primjenjuje se paralelna arhitektura i RISC procesori. Time je otvorena mogunost primjene raunala u podrujima koja su prije bila nezamisliva zbog nedovoljnih performansi raunala. Uz mogunost izgradnje velikih raunalnih sustava na bazi mikroprocesorske tehnologije, otvaraju se mogunosti u podruju razvoja umjetne inteligencije.

esta generacija zasniva se na arhitekturi umjetnih neuronskih mrea i predstavlja odstupanje od klasine arhitekture digitalnih elektronikih raunala. Koncepcija umjetnih neuronskih mrea tei oponaanju rada ljudskog mozga, primjenjujui masovnu paralelnu obradu sa stotinama tisua procesora, ili bolje reeno transformaciju podataka, bez potrebe klasinog programiranja, ne oslanjajui se na algoritme i s mogunou samouenja. Umjetne neuronske mree su postale glavni alat umjetne inteligencije koja je ranije bila uglavnom ograniena na sekvencijalnu obradu i samo odreene reprezentacije znanja.


64

4.1.2. Raunalne tehnologije budunosti

Sedma generacija raunala je skora budunost. Teko je rei u kom e smjeru krenuti razvoj raunala, ali se moe pretpostaviti da se primakao kraj poluvodike tehnologije. Da li e budua raunala biti optika, holografska, organska ili u sferi nanotehnologije pokazat e vrijeme.

Tehnologija izrade integriranih krugova razvijala se u smjeru postavljanja sve veeg broja elektronskih sklopova na pojedini ip, to znai sve manje razmake izmeu pojedinih elemenata na ipu. Suvremeni mikroprocesori imaju preko 10 milijuna tranzistorskih funkcija, uz stalno poveanje brzine rada u podruju GHz. Na oba ova primjera se moe uoiti eksponencijalna funkcija po kojoj se vrijeme udvostruenja kapaciteta memorijskog ipa i brzine rada mikroprocesora procjenjuje na 18 mjeseci, a neke procjene kazuju da se to udvostruenje dogaa ve svakih 12 mjeseci, to je prikazano na slici 4.02.

Slika 4.02. Porast performansi osobnih raunala

Posljednji tehnoloki iskorak u gradnji ipova je zamjena aluminija bakrom. Bakar ima bolju elektrinu vodljivost od aluminija, to ujedno znai i manju disipaciju topline koja predstavlja veliki problem zbog potrebe prisilnog hlaenja ipova. Problemi koji proizlaze iz prevelikog pribliavanja komponenti, zbog stvaranja raznih neeljenih fizikalnih efekata, dovest e u odreenom momentu do nune promjene tehnologije izrade integriranih krugova. Postoje ve ideje i pokusi u tom smislu.

Nanotehnologija rabi metode i alate koji omoguuju rad s dimenzijama manjim od 100 nanometara. Ako se zna da u razmak od jednog nanometra stane samo oko 10 prosjeno velikih atoma, postaje jasno o kakvom se tehnolokom izazovu radi. Njene metode omoguavaju slaganje molekula iz atoma ili iz pojedinih skupina atoma bez ikakvih neistoa, u neku kristalnu ili drugu

GHz

2000. 2001. 2002. Godina

0.5

1

2

Brzinamikroprocesora

MB

2000. 2001. 2002. Godina

64

128

256Kapacitet

memorijskogipa

Hardver

65

strukturu. Teko je i naslutiti sve ono to obeava razvoj nanotehnologije, ne samo u mikroelektronici nego i u mnogim drugim podrujima ljudskog djelovanja. Preciznost kakva se ve postie pri analizama u biologiji, omoguila je svjetski znanstveni projekt odreivanja kompletnog genetskog koda ovjeka, za to se koriste najmonija raunala, velikih memorijskih kapaciteta i brzina rada.

Nanotehnologija u slubi informatike tehnologije zasluuje osobitu pozornost. Postoje dva pristupa ovom problemu.

q Prvi pristup predstavlja kontinuitet u razvoju proizvodnje mikroprocesora. Iz godine u godinu postiu se sve manje i manje dimenzije elemenata ipa, te je gotovo dosegnuta granica od 0.10 mikrona, to je 100 nanometara, te moemo govoriti o prvim nanoprocesorima, a to znai da neki ip dananjih dimenzija ima preko 100 milijuna tranzistora.

q Drugi pristup je izvorni i tei spoznati kako proizvesti prvog nano-robota, koji ima dimenzije velike molekule, ali koji je u stanju da svojim programom proizvodi sebi sline nano-robote, ali isto tako da gradi neke druge vieatomne strukture. Krajnji cilj je prvo proizvesti specijalizirane graditelje vieatomnih struktura, a kasnije i univerzalne graditelje toga tipa. U mikroelektronici cilj nanotehnologije je jasan, ali treba svladavati mnoge tehnoloke probleme. Ovaj pristup je po osnovnom principu jasan i predvien je jo od konstruktora i teoretiara proizvodnje prvih digitalnih raunala. Postoje mnogi teoretski pristupi kako da se postigne dovoljno vrsta konstrukcija uz to manje dimenzije i kako da se u nju unese program po kojem e raditi. Takve je probleme priroda rjeavala milijunima godina emu svjedoi raznolikost biljnih i ivotinjskih vrsta na Zemlji. Univerzalni graditelj nano-robot mogao bi postati i sam stvaralac novih ivih vrsta za koje se prije mora projektirati kompletni genetski kod, odnosno treba ih programirati.

Kompleksnost nekih ivih i umjetnih sustava koji se sami repliciraju mjeri se bitovima. Kompleksnost prvog predloenog univerzalnog graditelja bila bi oko 500.000 bita, a najjednostavniji ivi mikroorganizam ima genomsku kompleksnost od 1.600.000 bita. Ljudska DNK koja ima kompleksnost od oko 6.400.000.000 bita, dok neki svemirski projekti samoproizvodnje doseu kompleksnost veu od 100.000.000.000 bita. Ove velike brojke ukazuju na probleme koji stoje pred tom granom nanotehnologije.

Optika raunala u kombinaciji sa organskim umjesto poluvodikim ipovima su blia budunost. U uvjetima svemirskih laboratorija ostvaruju se prvi konkretni rezultati. Ovaj tip raunala bit e mnogo bri od sadanjih jer e raditi brzinom svjetlosti i nee imati probleme zagrijavanja. Svjetlosni impulsi e se kretati vodovima od organskih molekula. S obzirom na prednosti optikih kabela u telekomunikacijama, za vjerovati je u uspjeh ove tehnologije.


66

4.2. DIGITALNA ELEKTRONIKA RAUNA

4.2.1. Klasifikacija raunala

Razmatranje razvoja digitalnih elektronikih raunala kroz tehnoloke generacije je dobro da bi se razumio njihov brzi tehnoloki razvoj, koji je osim izuzetno brzog unaprjeenja performansi hardvera donio i diversifikaciju tipova raunala po njihovoj arhitekturi, veliini, prenosivosti i namjeni. U tom kontekstu klasifikacija digitalnih raunala dananje generacije je sama za sebe vrlo bogata. Na slici 4.03. prikazana je naelna i pojednostavljena klasifikacija dananjih raunala, te se odmah mora rei da ne obuhvaa sve kriterije njihove podjele, ve samo one najpopularnije.

Sama osobna raunala se mogu dodatno podijeliti u dvije osnovne skupine: Mac i PC kompatibilna raunala. Kako na tritu dominiraju PC kompatibilna raunala prema IBM-ovom industrijskom standardu i porodici Intel mikroprocesora, pojmovi PC i osobno raunalo esto se poistovjeuju, pogotovo u naoj sredini. Nadalje, serveri mogu biti graeni na osnovi paralelne arhitekture s RISC procesorima, ali mogu biti i kvalitetnija osobna raunala PC kompatibilna s CISC procesorima, ali za ovu razinu klasifikacije to nije posebno bitno.

Slika 4.03. Klasifikacija digitalnih raunala

Na prvoj razini raunala moemo podijeliti u tri osnovne kategorije, prvenstveno prema njihovoj arhitekturi i tehnologiji centralne jedinice, a to su:

Digitalna raunala

MikroprocesorkaraunalaSuper raunala

Osobna raunala Serveri

Velika raunalaMainframe

Prijenosnaraunala Stolna raunala

Lap top Notebook Tablet PC Depna raunala

Hardver

67

q Super raunala su najvea i najmonija raunala koja su prvenstveno namijenjena najsloenijim znanstvenim istraivanjima, kao to je istraivanja strukture gena i slino.

q Velika ili mainframe raunala slijede klasinu arhitekturu digitalnih raunala i slue za podrku velikim i sloenim informacijskim ili rezervacijskim sustavima koji su nastali u ranijim razdobljima, ali se ne mogu jednostavno odbaciti i zamijeniti novima.

q Mikroprocesorska raunala temelje se na mikroprocesoru, odnosno procesoru koji je smjeten na jednom ipu. Uz to je njihova ukupna arhitektura donekle izmijenjena u odnosu na klasinu arhitekturu velikih raunala. Njih je uvjetno mogue podijeliti u dvije skupine i to na:

Servere koji su namijenjeni pruanju razliitih vrsta usluga svojim klijentima, prvenstveno namijenjeni serverima baza podataka i web serverima, na koje se korisnici ne prikljuuju ve im samo alju zahtjeve i ekaju izvrenje usluge, odnosno odgovor. Zbog specifine uloge koju imaju od njih se zahtjeva posebna pouzdanost i praktino funkcioniranje bez prekida.

Osobna raunala namijenjena radu pojedinanih korisnika, za zadovoljavanje njihovih razliitih potreba, bilo da rade kao samostalna raunala, bilo da su umreena u lokalne mree ili se pojavljuju kao klijenti u klijent/server konceptu obrade podataka. Razvoj mikroelektronike kontinuirano omoguava smanjenje dimenzija elektronikih komponenti i vei stupanj integracije. To omoguava izradu osobnih raunala pogodnih za prijenos, to je uz nove oblike stolnih osobnih raunala, dovelo do pojave tri klase prijenosnih raunala, a gledano kronoloki to su:

o Lap top, prijenosna osobna raunala koja su dobila ime po tome to ih korisnik moe drati na koljenima dok sjedi u avionu ili automobilu i nesmetano raditi. Tehnologija ekrana tekuih kristala (LCD) omoguila je da cijelo raunalo bude integrirano u jedinstveno kuite. Daljnji razvoj i minijaturizacija komponenti raunala smanjila je njihovu teinu i dimenzije na dimenzije knjige, pa se ova klasa raunala poinje nazivati notebook.

o Depna raunala (Pocket PC) su malih dimenzija tako da stanu na dlan pa se nazivaju i dlanovnici, a za izbor funkcija te unos podataka i komandi preko ekrana koriste olovku ili neto slino.

o Tablet PC je najnoviji koncept osobnog raunala, temeljen na najsuvremenijim hardverskim i softverskim tehnologijama, kao to su digitalna tinta, prepoznavanje rukopisa, glasa i slino. O njemu e biti vie rijei u nastavku.


68

4.2.2. Arhitektura velikih raunala

Arhitektura velikih raunala slijedi klasini koncept arhitekture digitalnih raunala. Raunalo nije jedinstven, monolitan ureaj, ve se sastoji od centralne jedinice i etiri grupe razliitih perifernih ureaja. Na slici 4.04. prikazan je koncept arhitekture ovih raunala.

Slika 4.04. Arhitektura velikih digitalnih raunala

Centralna jedinica

Centralna jedinica je raunalo u uem smislu rijei. No, ni sama centralna jedinica nije monolitan ureaj ve se unutar nje razlikuje nekoliko osnovnih i dodatnih komponenti, a to su:

q Procesor koji se sastoji od dva osnovna dijela, te nekih dodatnih:

Upravljaka jedinica koja upravlja i angaira sve druge ureaje ovisno o zadatku koji treba obaviti, odnosno o tipu instrukcije koju treba izvriti.

Udaljeniterminali

Terminali

Ulaznejedinice

Upravljakajedinica

Aritmetikologikajedinica

Radna memorija

Adapteri - kanali

Procesor

Izlaznejedinice

Vanjske memorijePodaci i instrukcije Upravljaki signali

Registri Cash

Hardver

69

Ukoliko se radi o matematiko logikim instrukcijama, angairat e aritmetiko logiku jedinicu, a ako se radi o ulazno izlaznim instrukcijama, neku od perifernih jedinica.

Aritmetiko logika jedinica, kako i samo ime govori, izvrava aritmetiko logike operacije, odnosno raunanje i usporeivanje.

Registri i meumemorija ili cash su memorije na razini procesora koje mu omoguavaju bri i efikasniji rad.

q Radna memorija koja slui za privremeno pohranjivanje podataka i programa koji u odreenom trenutku uestvuju u procesu obrade podataka.

q Kanali koji su specijalizirani za razmjenu podataka izmeu centralne i perifernih jedinica s ciljem da rasterete glavni procesor.

Kapacitet radne memorije i njena brzina pristupa, te brzina procesora su glavne karakteristike centralne jedinice. Kapacitet memorije se odreuje brojem bajtova, odnosno brojem znakova koje u jednom trenutku moe pohraniti, a brzina pristupa je vrijeme potrebno za itanje i pisanje sadraja iz nje i u nju. Brzina procesora se iskazuje brojem instrukcija koje raunalo moe izvriti u jednoj sekundi. Za obje veliine danas se koriste vrijednosti s prefiksom giga ili ak tera.

Periferne jedinice

Kako je vidljivo s prethodne slike, periferne se jedinice mogu podijeliti u etiri grupe ureaja kako slijedi:

q Ulazne jedinice koje slue za unos podataka iz okoline sustava, bilo neposrednom ili preteno posrednom komunikacijom s korisnikom.

q Izlazne jedinice koje slue za izdavanje rezultata obrade podataka u okolinu sustava, odnosno korisnicima, preteito posrednom komunikacijom preko razliitih nositelja podataka.

q Vanjske memorije koje slue za trajno pohranjivanje podataka i programa. One omoguavaju njihovo brzo aktiviranje prema potrebama procesa obrade podataka.

q Terminali su ulazno/izlazni ureaji s pomou kojih korisnik komunicira s procesom obrade podataka koji se odvija u centralnoj jedinici. Kako su dio arhitekture sustava daljinske obrade podataka, obino se smatraju udaljenim od centralne jedinice to za same ureaje nije bitno jer mogu biti i lokalni. Ono to je bitno je radi li terminal iskljuivo pod kontrolom centralne jedinice ili ima i vlastiti procesor, memoriju i druge komponente tipine za samo digitalno raunalo. Po tome se razlikuju neinteligentni i inteligentni terminali. Neinteligentni terminali slue iskljuivo za unos i prikazivanje


70

podataka i rezultata. Inteligentni terminali imaju vlastiti procesor i memorije pa mogu autonomno izvoditi obradu podataka, a samo po potrebi pristupaju centralnoj jedinici. Iako je kroz ranija razdoblja postojalo mnogo razliitih vrsta terminala, danas se pod tim pojmom podrazumijeva iskljuivi interaktivni terminal, koji omoguava uspostavu dijaloga korisnika s raunalom.

Hijerarhija memorija

Iz injenice da se u arhitekturi digitalnih raunala koristi vie vrsta memorije, koje se bitno razlikuju po svojim karakteristikama, od veliine, brzine i na koncu cijene, slijedi zakljuak da za to mora postojati adekvatno objanjenje. Na slici 4.05. prikazan je hijerarhijski odnos razliitih vrsta memorije.

Slika 4.05. Hijerarhija memorija raunalnog sustava

Memorije su poredane hijerarhijski, tako da su na dnu piramide vanjske memorije koje imaju najvei kapacitet u raunalnom sustavu. Prema vrhu piramide se niu memorije sve manjih kapaciteta, dok je na vrhu registar kao najmanja memorija od samo nekoliko bajtova. Strelica s desne strane pokazuje smjer porasta kapaciteta pojedinih memorija. S lijeve strane druge dvije strelice pokazuju kako brzina memorije i cijena po jednom memoriranom bitu rastu prema vrhu ove piramide. to su memorije bre to su i skuplje, a najskuplje su one koje rade na brzinama kao i procesor.

Smisao arhitekture raunala je odrediti pravi odnos razliitih vrsta memorije, da bi se s jedne strane osigurale optimalne performanse cijelog sustava, a s druge strane to postiglo uz minimalnu cijenu.

Vanjske memorije

Radna memorija

Meumemorija

Registri

Brz

ina

Cije

na p

o bi

tu

Kap

acite

t

Hardver

71

4.3. CENTRALNA JEDINICA OSOBNOG RAUNALA

4.3.1. Arhitektura centralne jedinice

Konfiguracija osobnog raunala u naelu odgovara uobiajenoj konfiguraciji ostalih digitalnih raunala, ali se realizacija pojedinih komponenti bitno razlikuje. Osim centralne jedinice tu su ulazne i izlazne jedinice, te vanjske memorije. Dio njih je samostojei, a dio je ugraen u zajedniko kuite.

Kuite je kutija u koju je smjetena centralna jedinica, a moe biti razliitih izvedbi ovisno o tipu i namjeni osobnog raunala. Osim mehanike konstrukcije za ugradnju dijelova centralne jedinice, uloga kuita je i u osiguravanju napajanja elektrinom energijom potrebnom za rad raunala. Raunala ne koriste izravno elektrinu struju iz elektrine mree, ve je posebni ureaji pretvaraju u istosmjernu struju stabilnog napona ija visina je zadana tehnologijom mikroelektronikih elemenata. Novije tehnologije koriste sve manje napone te tako djelomino rjeavaju problem zagrijavanja raunala, ali ih je i dalje u pravilu potrebno dodatno hladiti, to je jo jedna uloga kuita. Osim centralne jedinice kuite udomljuje i niz perifernih jedinica, ime se znatno pojednostavljuje ukupna konfiguracija osobnog raunala.

Hardverska arhitektura centralne jedinice osobnog raunala, s osnovnim komponentama prikazana je na slici 4.06.

Slika 4.06. Hardverska arhitektura centralne jedinice osobnog raunala

Mikroprocesor

ROM RAMAdapteri

ipset Sabirnica Integriranikontroleri

Meumemorija

Matina ploa

Centralna jedinicaosobnog raunala


72

Centralna jedinica osobnog raunala se sastoji od etiri osnovne komponente, a to su:

q Matina ploa (Matherboard). q Procesor. q Memorije. q Adapteri i kontroleri.

4.3.2. Matina ploa

Matina ploa ili osnovna ploa je osnova arhitekture centralne jedinice osobnog raunala. Na nju se ugrauju ili prikljuuju svi ostali dijelovi centralne jedinice. Na njoj je procesor, memorija, ke memorija, integrirani kontroleri te utori za adaptere.

Matine ploe mogu biti standardne i nestandardne. Standardne ploe proizvodi mnogo proizvoaa i u osnovi su sve meusobno vrlo sline. No i za njih postoje razliiti standardi, a danas je najei PCI (Peripheral Componetnts Interconnect). Standardne ploe na sebi obino imaju samo ono najnunije. Sve ostalo se dodaje kao zasebni moduli u obliku kartica koje se umeu u utore.

Nestandardne ploe proizvodi manji broj proizvoaa, a karakteristine su po raznim nestandardnim rjeenjima, koja ploi daju bolje performanse, te veu pouzdanost.

Matinu plou karakteriziraju slijedee komponente:

q Sabirnica. Uloga sabirnice je meusobno povezivanje svih ostalih komponenti koje se ugrauju ili prikljuuju na matinu plou u cilju razmjene podataka i instrukcija meu njima. Arhitektura sabirnice odreuje nain na koji je procesor prikljuen na memoriju, te na koji su nain adapteri perifernih ureaja prikljueni na sustav. Odabir arhitekture sabirnice vrlo je vaan jer sam dizajn sustava i arhitektura sabirnice moraju do maksimuma iskoristiti mogunosti procesora i perifernih ureaja. Ovisno o tome to prenose razlikuju se tri sabirnice i to adresna, podatkovna i kontrolna, a iz naziva je jasno to koja prenosi.

q ipset je set ipova koji ine logiku matine ploe. Set ipova bi trebalo znaiti da ih ima vie. Nekada je i bilo tako, pa su neka osobna raunala imala i preko 200 razliitih ipova. Broj ipova se stalno smanjivao tako da je danas sve integrirano na jednom jedinom ipu koji upravlja radom svih ostalih elemenata matine ploe, pa je s njim ujedno odreena arhitektura same matine ploe.

q Integrirani kontroleri. Na matinoj ploi se u pravilu nalazi integrirani kontroler tipkovnice, jer je standardan i neophodan svakom raunalu. Brzim razvojem integriranih krugova postalo je mogue kontrolere i drugih

Hardver

73

sloenijih ureaja realizirati samo s jednim ipom, pa se na neke matine ploe za manje zahtjevna osobna raunala integriraju kontroleri ekrana, modema i slino.

4.3.3. Mikroprocesor

Veina mikroprocesora za osobna raunala pripada istoj porodici Intelovih procesora. Svi su oni meusobno kompatibilni prema dolje, to znai da procesori novije generacije mogu izvravati naredbe starijih procesora.

Vrijeme pojave nove generacije procesora stalno se skrauje. U utrci za trite s novim procesorima sudjeluju i drugi proizvoai osim Intel-a, prije svega AMD, ali su svi ti procesori kompatibilni s Intel-ovim procesorima. Osim tih osnovnih verzija procesora, proizvode se i razne specijalne verzije.

Osnovni parametri koji odreuju performanse mikroprocesora, a onda i cijelog raunala su:

q Duina rijei. q irina sabirnice. q Brzina procesora.

Duina rijei odnosi se na broj bitova koji mogu biti zajedno obraeni u jednom ciklusu. Tako se razlikuju 8-bitni, 16-bitni, danas najei 32-bitni, te 64-bitni procesori. Dvostruko vea duina rijei znai dvostruko veu brzinu obrade uz istu brzinu procesora.

irina sabirnice odnosi se na broj bitova koji mogu biti preneseni u jednom ciklusu izmeu procesora, memorije i drugih ureaja unutar raunala. irina sabirnice treba biti usklaena s duinom rijei procesora, ime se osiguravaju optimalne performanse sustava. U protivnom, manja irina sabirnice moe bitno usporiti rad sustava.

Brzina procesora je odreena uestalou taktova koje prima od posebnog digitalnog sata. Brzina procesora se mjeri jednim ciklusom u kojem procesor pie i ita podatke iz RAM-a. Brzina procesora iskazuje se u megahercima (MHz), to je milijun taktova u sekundi.

4.3.4. Memorije

U centralnoj jedinici osobnog raunala nalaze se tri vrste memorije, a to su:

q ROM je memorijska komponenta centralne jedinice koja se tijekom koritenja raunala moe samo itati. Njen sadraj je upisan u fazi proizvodnje raunala, te ostaje trajno zapisan. Tehnoloke izvedbe kao to je EPROM omoguavaju naknadnu izmjenu memorijskog sadraja, ali


74

posebnim postupkom. U ROM-u su upisane programske rutine koje su neophodne za podrku osnovnim hardverskim funkcijama raunala. Uobiajeni naziv za taj programski sustav je BIOS (Basic Input Output System) u kojem je izmeu ostalog program koji procesor pone izvravati odmah nakon ukljuenja, a koji uitava operativni sustav s diska, te obavlja druge potrebne inicijalizacije hardverskih komponenti raunala.

q RAM je radna memorija osobnog raunala u koju se privremeno pohranjuju programi i podaci koji u tom vremenu aktivno sudjeluju u procesu obrade podataka. Kada odreeni proces zavri, ti programi i podaci se briu iz RAM-a i na njihovo mjesto se mogu upisati drugi.

q Meumemorija ili ke memorija (cash) slui da osigura optimalnu iskoristivost procesora, na nain da je ona nekoliko puta bra od RAM-a, te omoguuje da procesor koristi memoriju bez ekanja. Relativno mala koliina te brze memorije pridruuje se procesoru, a poseban kontroler brine da se predviena naredna podruja iz RAM-a kopiraju u blokovima u meumemoriju, paralelno s radom procesora.

4.3.5. Adapteri i kontroleri

Adapteri i kontroleri su u biti mala, specijalizirana mikroraunala, koja imaju svoje procesore i memorije, namijenjena specifinim poslovima upravljanja razliitim perifernim ureajima unutar ukupne konfiguracije osobnog raunala. Zbog iroke palete perifernih ureaja osobnog raunala pojedine grupe tih ureaja, a esto i pojedini ureaji unutar grupe ovisno o proizvoaima, imaju posebne kontrolere koji se realiziraju kao zasebni moduli, a obino se nazivaju karticama.

Disk kontroler

Disk kontroler slui za upravljanje magnetskim diskom i njegov prikljuak na sabirnicu. Postoji vie standarda disk kontrolera koji se razlikuju po performansama, ali i cijeni. Kod izvedbi s memorijskim spremnikom dio se podataka dri u memoriji kontrolera, tako da su raspoloivi bez itanja s diska.

Grafika kartica

Grafika kartica slui za generiranje video signala koji e stvoriti sliku na ekranu osobnog raunala. Osnovne komponente grafike kartice su:

q Grafiki procesor. q Memorija. q Digitalno analogni konverter.

Hardver

75

Grafiki procesor zaduen je za komunikaciju s glavnim procesorom i izvravanje dobivenih zadataka, te za manipulaciju videomemorijom, digitalno-analognim konverterom i paletom unaprijed definiranih grafikih formi.

Memorija je obino podijeljena na dva dijela. Jedan dio se koristi za pohranu slike i esto se naziva videomemorija, a drugi, mnogo manji, za rad grafikog procesora.

Digitalno analogni konverter (DAC) slui da trenutno stanje u videomemoriji, koje je digitalno, pretvori u analogni signal koji e stvoriti sliku na ekranu raunala koji je analogni ureaj.

Kada program treba neto nacrtati na ekranu, procesor e odgovarajue registre u grafikom procesoru napuniti potrebnim vrijednostima. Grafiki e procesor obraditi dobivene podatke i na osnovu toga u videomemoriju upisati digitalni oblik ekranskog prikaza, a DAC e ga pretvoriti u analogni signal.

Grafike kartice mogu se prema mogunostima grafikog procesora podijeliti u nekoliko grupa, od obinih kartica, akceleratora i 3D akceleratora. Svaka od njih na sebe preuzme vei ili manji dio posla oko ekranskog prikaza.

Zvune kartice

Za podrku multimedijalnim sadrajima i igrama koristi se zvuna kartica koja moe obavljati sljedee funkcije obrade zvuka:

Snimanje i digitalizacija audio signala. Reproduciranje digitalnih zapisa. Generiranje svih vrsta tonova i zvunih efekata.

Mrene kartice

Mrena kartica slui za prikljuak raunala na lokalnu mreu. Razlikuju se prema tehnologiji i standardu lokalne mree.

Portovi

q Serijski port slui za komuniciranje sa perifernim jedinicama koje zahtijevaju serijsku vezu, kao to su mi, modem ili neke vrste pisaa.

q Paralelni port je neizostavni dio svakoga osobnog raunala s obzirom da se radi o relativno jednostavnom i jeftinom sklopu. Obino se koristi za prikljuak pisaa.

q Port za igru (game port), slui za prikljuivanje igrae palice (joystick).

q USB je najnoviji standard serijskog porta za prikljuak razliitih ureaja.


76

4.4. PERIFERNE JEDINICE OSOBNOG RAUNALA

4.4.1. Ulazne jedinice

Tipkovnica

Tipkovnica, tipkalo ili tastatura najmanje se promijenila od svih komponenti raunala i pri tome je ostala potpuno kompatibilna tako da se i stara tipkovnica moe bez problema prikljuiti na dananje osobno raunalo. Tipkovnice se prikljuuju na centralnu jedinicu preko posebnog porta, za koji postoje dva razliita standarda koji se razlikuju samo po fizikim karakteristikama, te ih je mogue uskladiti jednostavnim prilagodnikom.

Moe se rei da je tipkovnica zapravo samostalno raunalo. U tipkovnici se nalazi mikroprocesor, mala koliina ROM i RAM memorije te sklop za komunikaciju, a sve to obino u jednom jedinom ipu. S centralnom jedinicom komunicira preko prikljuka pomou kojega dobiva i potrebno napajanje.

Mikroprocesor u tipkovnici neprestano nadzire tipkovnicu, te ovisno o pritisnutoj tipki alje signal kontroleru tipkovnice na matinoj ploi. Taj kontroler je zapravo drugi mikroprocesor koji nadalje komunicira s glavnim mikroprocesorom aljui mu informacije o pritisnutim tipkama.

Na tipkovnici se osim standardnih alfanumerikih tipki jo nalaze kontrolne, funkcijske, te ponekad i specijalne tipke. Kontrolne tipke mijenjaju osnovno znaenje pojedinih tipki, dok se funkcijskim tipkama programski pridaju odreena znaenja. Specijalne tipke su zapravo unaprijed definirane funkcijske tipke za izdavanje odreenih naloga raunalu. Osim klasinog oblika tastatura moe biti i posebnog ergonomskog oblika, integrirana u kuite prijenosnog raunala ili ak tretirana samo kao mogua opcija digitalnoj olovci i govornoj komunikaciji.

Mi

Raunala s operativnim sustavima s grafikim korisnikim sueljem u pravilu koriste mi kao ulazni ureaj za upravljanje pokazivaem ili kursorom. Za ovu funkciju se koriste i neka druga tehnika rjeenja, posebno na prijenosnim raunalima. Pozicioniranje kursora na ekranu omoguava izbor objekata suelja i time navigaciju korisnika kroz programe. Mi se jo koristi za crtanje, pomicanje grafikih objekata i slino. To je analogni ureaj te je kao takav vrlo prihvatljiv ovjeku. Opremljen je i tipkama kojima se poveava njegova funkcionalnost. Postoje mehanike i optike, iane i beine varijante mia, koje se razlikuju prvenstveno u ergonominosti i praktinosti.

Hardver

77

Skener

Skener je ureaj koji digitalizira sve grafike forme otisnute na papiru ili na nekom slinom mediju, te omoguava da se pohrane u raunalu kao datoteka prikladna formata. Mediji koji se najee koriste pri skeniranju se mogu podijeliti u dvije skupine:

Refleksni - papiri svih vrsta, plastine podloge i slino.

Transparentni filmovi, dijapozitivi i slino.

Osnovni princip rada skenera je relativno jednostavan. Predloak se izlae bijeloj svijetlosti koja sadri sve valne duljine, odnosno boje, a glava skenera, bogato opremljena siunim fotoosjetljivim elementima registrira kojim se intenzitetom svjetlost od pojedine toke odbija, odnosno kroz nju prolazi, ovisno o modu rada. Za tri osnovne boje koriste se zasebni elementi ime se registriraju i boje predloka. Dobiveni podaci se pretvaraju u numerike vrijednosti i predstavljaju digitalni zapis analogne grafike forme. Osim neophodnog programa za upravljanje skenerom (driver) potreban je i odgovarajui softver za obradu digitaliziranih podataka.

4.4.2. Izlazne jedinice

Ekran

Primarni izlazni ureaj osobnog raunala je ekran. Prema primijenjenoj tehnologiji razlikuju se dva osnovna tipa ekrana, a to su:

q CRT (Cathode Ray Tube) ekran izgraen na tehnologiji katodne cijevi. Koristi se uglavnom kod stolnih raunala. Odgovarajuim kabelom je prikljuen na raunalo, odnosno grafiki port na centralnoj jedinici.

q LCD (Liquid Crystal Display) je ekran izgraen na tehnologiji tekuih kristala. To je ravni ekran koji se primarno primjenjuje kod prijenosnih raunala zbog malih dimenzija, ali se sve vie koristi i uz stolna raunala.

esto se koristi i naziv monitor zbog slinosti s TV monitorom koji slui za lokalnu provjeru TV signala bez koritenja TV prijemnika. U odnosu na TV prijemnike, ekran raunala ima veu rezoluciju i veu uestalost obnavljanja prikaza jer je namijenjen gledanju s mnogo manje udaljenosti. Rezolucija je odreena brojem toaka, odnosno piksela, od kojih se formira prikaz. Vea rezolucija znai jasniju i openito kvalitetniju sliku. Vea uestalost obnavljanja prikaza ini ga manje treperavim te manje zamornim za oi korisnika. Veliina ekrana se iskazuje veliinom njegove dijagonale u inima. Danas su uobiajene veliine su 15 za LCD i 17 za CRT ekrane.


78

Pisa

Pisai, printeri, ispisivala, tiskala i slino su jedne od najstarijih izlaznih jedinica raunala koje su i danas nezamjenjive. Dio izlaznih podataka jo uvijek je esto neophodno prenijeti na papir. Ono to se u meuvremenu bitno promijenilo je tehnologija i tehnika tiskala. Dananje trite obiluje raznovrsnim modelima, razliitih tehnologija tiskanja, brzine, specifine namjene i naravno cijene. Tri osnovna tipa tiskala dominiraju dananjim tritem ovih ureaja, a to su:

q Matrina ili iglina tiskala.

q Laserska tiskala.

q Ink-jet ili kapljina tiskala.

Postoje i druge tehnologije, ali imaju relativno ogranienu primjenu i trite, kao to su termalna ili sublimacijska tiskala.

Izbor tiskala ovisi prvenstveno o konkretnoj primjeni, jer svaka vrsta ima odreene prednosti u pojedinim specifinim situacijama.

Ploteri su po svojoj funkciji veoma slini tiskalima, a uglavnom slue za crtanje inenjerskih nacrta kreiranih na raunalu. Moe se rei da su ih potpuno istisnuli ink-jet pisai koji nisu ogranieni formatom papira.

4.4.3. Vanjske memorije

Magnetski disk

Magnetski ili tvrdi disk (hard disk) je ureaj koji koristi magnetski medij za pohranu podataka., a princip njegove grae je prikazan je na slici 4.07.

Slika 4.07. Graa magnetskog diska

Hardver

79

Disk se sastoji od nekoliko krunih aluminijskih ploa, presvuenih materijalom koji se lako magnetizira, montiranih na istoj osovini, koje se okreu velikom brzinom. Druga bitna komponenta su glave za pisanje i itanje po povrini ovih ploa, a montirane su na nosau koji se naziva ealj, koji se moe pomicati od sredita prema rubovima ploa. Za svaku povrinu ploa postoji posebna glava za pisanje i itanje po elektromagnetskim principima. Zbog velike brzine rotacije ploa stvara se zrani sloj ili zrani jastuk na kome lebde glave za pisanje i itanje, a koji ujedno spreava njihov mehaniki kontakt s ploama to bi unitilo disk.

Disk je vanjska memorija s neposrednim pristupom podacima, to zahtijeva odgovarajuu logiku organizaciju samog ureaja. Svaka ploa ima dvije strane, a na svakoj strani je odreeni broj zatvorenih krunih staza. Te staze nemaju fizike karakteristike ili oznake, ve se radi samo o podrujima u koja se mogu upisivati podaci. Ako se promatraju sve staze, po svim povrinama ploa, koje su jednako udaljene od sredita, moe se zamisliti tvorevina koja odgovara cilindru te se upravo zato i naziva cilindrom magnetskog diska. Svaka povrina je dodatno podijeljena na krune isjeke koji tvore sektore na pojedinim stazama. U svaki se sektor moe upisati isti broj bajtova. Svaki cilindar, staza i sektor imaju oznaku koja tvori adresu na disku. Pomicanjem elja, rotacijom ploa, te poznavanjem adrese, glave mogu brzo pristupiti bilo kojem sektoru, te zapisati ili proitati podatke.

Magnetska disketa

Magnetska disketa (floppy disk) je logiki ekvivalentna magnetskom disku, ali je tehniki posve drugaije izvedena. Sastoji se samo od jedne plastine ploe u zatitnom kuitu. Disketa je izmjenjiv medij, te mora postojati poseban ureaj, disketni pogon, koji je ugraen u kuite raunala i koji omoguava njeno koritenje. Zbog svojih karakteristika koriste se samo za razmjenu manjih datoteka i izradu sigurnosnih kopija.

CD-ROM, CD R/W, DVD

CD-ROM (Compact Disc Read Only Memory) je medij pogodan za distribuciju velikih koliina digitalnih sadraja, od softverskih paketa do multimedijskih baza podataka. Ova tehnologija je jeftina i lako se proizvodi, ali je rije o mediju koji se moe samo itati laserskom zrakom. Princip rada je identian obinom audio CD-u. Ploa od poliranog aluminija zatiena je prozirnom plastikom, a digitalni zapis u vidu minijaturnih udubljenja na ploi se nie u neprekinutoj spirali, to je prirodno za zapis analognih veliina.

Novija tehnologija omoguila je jednokratno pisanje na CD-R/W i na osobnim raunalima, a DVD standard zapisa s naprednijom tehnologijom je donio znatno vee kapacitete osnovnog CD medija.


80

4.4.4. Tablet PC

Iako se ne radi o perifernim ureajima osobnog raunala, ve o posebnom tipu prijenosnog PC kompatibilnog raunala, opis Tablet PC-a ukljuen je u ovo poglavlje upravo zbog osobitosti nekih njegovih perifernih ureaja, koji s potpuno novim tehnologijama osiguravaju specifine naine njegova koritenja. Ujedno je ovo raunalo lieno nekih klasinih elemenata kao to su serijski portovi, klasini utori za tipkovnicu i slino.

Tablet PC je svestrano i u potpunosti funkcionalno prijenosno raunalo koje uz minimalnu masu i veliku autonomnost rada sadri sve tradicionalne funkcije osobnog raunala. Ime Tablet PC dobro opisuje ovu vrstu raunala, jer koristi ekran kao ploicu za pisanje, to je jedno od starih znaenje engleske rijei tablet. LC ekran (LCD) zauzima gotovo cijelu povrinu raunala, neosjetljiv je na dodir, odnosno osjetljiv je samo na posebnu digitalnu olovku koja slui za pisanje. Neosjetljivost ekrana na sluajne dodire za vrijeme rada omoguava ugodnije koritenje raunala. Specifinost ovog ekrana je da se slobodno rotira i transformira iz normalnog ekrana u aktivni digitalizator.

Budui da je digitalna olovka, uz glasovno upravljanje, primarni nain unosa podataka u raunalo, za sam nastanak koncepcije Tablet PC-a bilo je nuno unaprjeenje nekih postojeih, kao i razvoj novih tehnologija. Tehnologije koje su omoguile nastanak ove vrste raunala su:

q Prepoznavanje rukopisa i govora su kao tehnologije postigle upotrebljivu razinu. To se odnosi ne samo na engleski jezik, ve i na druge svjetske jezike.

q Ink parsing tehnologija koja se odnosi na analizu digitalne tinte, te razlikovanje teksta od crtea ili skica.

q Ink smoothing tehnologija koja slui za uljepavanje izgleda zapisa digitalnom tintom.

q Integracija digitalne tinte u operativni sustav to ukljuuje ink clipboard formate, serijalizaciju tinte i saimanje kod pohranjivanja na disk.

Minimalna masa, velika autonomnost rada, unos podataka digitalnom olovkom te mogunost glasovnog upravljanja ine ovu vrstu prijenosnog raunala vrlo privlanom raznim vrstama korisnika, pogotovo onima kojima izuzetna mobilnost ovog ureaja i nain unosa podatka moe biti presudna u uspjenom obavljanju posla.

Raunala ove vrste bez obzira na proizvoaa koriste isti operativni sustav koji je posebna inaica Windows XP, kome je dodana podrka za ekran osjetljiv na unos podataka digitalnom olovkom i glasovno upravljanje. S obzirom da je ova podrka dodana na sistemskoj razini, to znai da je mogue bez izmjena koristiti sve uobiajene Windows aplikacije.

hard ver

Documents