3.3. SKLOPOVLJE RAČUNALA

 Natrag  DRS  Dalje


Pojednostavnjena struktura računala prikazana je na slici 3.3.1 temelj je svim današnjim računalima, i zasniva se na još davno osmišljenoj arhitekturi koju je predstavio poznati matematičar VON NEUMANN.

 Neumann - model DRS
Slika* 3.3.1 Struktura računala prema von Neumannovom modelu. ( + / - )

DIGITALNO RAČUNALO povezuje sve navedene uređaje u funkcionalnu cjelinu i upravlja njihovim radom preko svoje upravljačke jedinice (UJ). Upravljačka jedinica odabire pojedine uređaje na osnovu instrukcija zadanih preko tipkovnice, U / I kanala ili programa u radnoj memoriji, a dobija ih od aritmetičkog i logičkog ustroja (ALU). ALU posredstvom upravljačke jedinice upravlja PROCESIMA, a na osnovu instrukcija dobivenih od programske potpore ili nekog drugog ulaznog uređaja.

ALU i UJ zajedno tvore CENTRALNI PROCESORSKI USTROJ - CPU. Kod moćnijih računalnih sustava načinjen je od mnoštva elektroničkih komponenti, najviše od integriranih sklopova. Kod kućnih računala CPU je u pravilu izrađena kao jedan integrirani sklop nazvan MIKROPROCESOR. Za brže izvršavanje matematičkih operacija dodaje mu se MATEMATIČKI KOPROCESOR - (Floating Point Unit - FPU) kao zasebna komponenta ili se pak objedinjuje sa CPU u jedinstveni integrirani krug.

ULAZ omogućava učitavanje podataka ili programske potpore u računalo. Bilo kakav podatak mora se pretvoriti u odgovarajući slijed impulsa koje računalo može prepoznati. Znači, nužni su odgovarajući pretvornici, kao tipkovnica, A/D pretvornici (analogno/digitalni), senzori, optički analizatori predmeta, slika ili teksta i slično, koji će prema računalu uputiti njemu razumljive poruke.

Ulazni uređaji u industrijskim pogonima obično su nekakvi senzori koji računalu šalju podatke o zbivanjima npr. na tekućoj traci, ili nekom drugom radnom procesu. To je već primjena DRS u robotici, koja je u privrednim djelatnostima sve prisutnija, pogotovo u djelatnostima opasnim po čovjeka.

Tipkovnica je nezamjenjiv ulazni uređaj i u sastavu je gotovo svakog općeg računalnog sustava današnjice. Predstavlja elektromehanički ulazni pretvornik. IZLAZ omogućava pretvaranje rezultata obrade u npr. električni signal (D/A pretvornik), skup razumljivih znakova prikazan na zaslonu monitora ili ispisan na papiru, ili govornu poruku.

Najčešći IZLAZNI uređaj računala opće namijene je monitor, bez kojeg je rad s današnjim računalom opće namjene gotovo je nemoguć. U samim začetcima dizajna digitalnih računala, kada je prevladavao samo ispis teksta, monitoru su se davale instrukcije kojim slijedom znakove (grafeme) treba ispisati, a kako će izgledati pojedini znakovi brinuli su sklopovi monitora.

No, zbog zahtjeva glede prikaza grafike, ovakav jednostavan pristup nije zadovoljavao, te je u računalo ukomponirana GRAFIČKA KARTICA sa zadaćom da monitoru isporuči sliku koju mora prikazati. U tu svrhu unutar digitalnog računala ukomponirani su posebni priključci u vidu UTORA s kontaktima (SLOT) u koje bi se umetnula navedena grafička kartica. Standardizacijom oblika utora i rasporeda pripadnih mu kontakata omogućeno je da se u njega umetne bilo kakav elektronički sklop dizajniran tako da se njegovi elementi nalaze na kartici koja ima kontaktne izvode prilagođene za utiskivanje kartice u utor. Dakle, međusobno povezani kontaktni utori (slot-ovi), elektroničkim sklopovima povezani sa CPU, omogućavaju da se poveća funkcionalnost digitalnog računala dodatnim uređajima. Današnji dizajn računala podrazumijeva da se i radna memorija izrađuje kao kartica koja se umeće u za nju predviđene kontaktne utore.

Po vrsti monitori se dijele na:

    - monokromatske (crno-bijeli)
    - kromatske (boja)

Ostale vrste spadaju u povijest.


Prema kvaliteti slike najznačajniji su:

    - VGA monitore
      (finoća slike ispod 800×600 elementa slike)
    - SVGA monitore
      (finoća slike od 800×600 elementa slike naviše)

Grafička kartica ima svoj vlastiti grafički procesorski ustroj - GPU (Graphics Processing Unit) koji se brine da monitoru isporuči potrebite elemente za stvaranje slike. Element slike, dakle najmanji djelić slike kojemu se može kontrolirati svjetloća i boja, naziva se PIXSEL. No monitor može biti i ulazna jedinica. Ako se preko ekrana postavi mreža senzora osjetljivih na dodir, uz pomoć usklađene slike na monitoru s programskom potporom za nadzor senzora, usmjeravanje rada računala može se izvesti i preko monitora. No to su već ne spada u opća načela, ali dosta 'mobitela' rabi upravo to načelo korištenja uređaja.

Uz navedeni izlazni uređaj, u svakodnevno radu korisnik se vrlo često služi pisačem ili rjeđe crtačem, uređajima koji omogućavaju prikaz rezultata rada u pisanoj formi na papiru. Izlazni uređaj, danas gotovo standardni dio osobnog računala, je GLAZBENA KARTICA, koja se kao i grafička kartica umeće u utor. Njeni elektronički sklopovi pretvaraju digitalne zapise u analogni električni signal, koji se preko audio-sustava pretvara u akustički signal zvani glazba (najčešće). Dakle u sebi sadrži D/A pretvornik, ali i A/D pretvornik glede konverzije signala i spremanja zapisa prihvaćenih od mikrofona ili nekog drugog izvora analognog signala. Drugi izvor analognog signal može biti neki mjerni uređaj. Ako se adekvatnom programskom potporom obradi konvertirani analogni signal i rezultati proslijede nekom uređaju, eto UPRAVLJANJA.

U / I KANAL je ustroj preko kojeg je moguća komunikacija s računalom u ulaznom i izlaznom smjeru u binarnom kodu, serijskom ili paralelnom vezom. Svakom uređaju dodjeljuje se njegov U / I kanal, a to je u suštini dio radne memorije koji služi kao 'transporter' podataka između računala i uređaja. U / I kanal povezan je s uređajima preko fizičkih priključaka na kućištu računala ili s utorima u koje se mogu umetnuti potrebite elektroničke tiskane kartice. Serijska veza je uzastopni prijenos bit-ova jedan po jedan u slijedu i zahtijeva minimalno dvožični vod. Paralelna veza je istovremeni prijenos grupe bit-ova (najčešće 8) kad se svaki pojedini bit grupe prenosi zasebnim vodom (višežilni vod). Odmah se može zaključiti da je komunikacija paralelnom vezom brža od serijske ali je tehnički zahtjevnija. Unatoč navedenom, danas se sve više koristi vrlo brza serijska komunikacija, kojoj osobitost jednostavnosti i velike brzine prijenosa podataka daje prednost u odnosu na paralelnu komunikaciju. Veliku brzinu i jednostavnost serijske komunikacije (USB, FireWire ...) omogućili su moderni elektronički sklopovi. Na načelima brze serijske komunikacije dizajnira se sve više uređaja koje računalo može koristiti.

Kako nije moguć prijenos bit-ova u izvornom obliku preko PTT vodova (telefonske veze) za udaljene komunikacije koristi se poseban sklop koji impulse računala pretvara u oblik pogodan za prijenos PTT vodom i obratno, a naziva se MODEM (MODulation - DEModulation = pretvaranje impulsa u analogne signale za telefonski govorni prijenos i obratno). U bliskom okruženju, poslovna zgrada na primjer, mnogo brža komunikacija postiže se preko jednog zajedničkog koaksijalnog ili optičkog kabela, a razmjena podataka kontrolira se posebnim programima pripravljenim za tu svrhu i posebnim karticama koje se umeću u računalo. Tada je riječ o lokalnoj MREŽI računala. Slična konfiguracija na međugradskim i međudržavnim razinama (INTERNET), s računalom povezanim za mrežni poslužitelj preko mrežnih vodova ili modema, nova su dimenzija komunikacije među ljudima koja je sve značajnija i raširenija. Danas se MODEM kao komunikaciski uređaj zamjenjen ADSL uređajima, koji preko svojih podkanala šalju odredištu digitalne signale, bez procesa modulacije, te se ostvarije višestruko brži prijenos. No, navedeno zahtijeva posebne uređaje i učinkovito je na kraće udaljenosti.

Pomagalo glede bržeg izbora željenog na temelju odabira sa slike na ekranu naziva se MIŠ (MOUSE), nezamjenjiv uređaj današnjeg osobnog računala. Sadrži dvije do tri tipke na kućištu, a u podnožju je gumena kuglica koja se okreće pomicanjem miša. Rotacija kuglice se preko dva valjčića prenosi u unutrašnji mehanizam miša u kojem senzori pretvaraju okrete u električne impulse koji se šalju računalu kao podaci pokreta. Temeljem primljenih podataka pomiče se POKAZIVAČ miša na monitoru te kad se pokazivač poklopi sa željenim objektom na slici, pritiskom na jednu od tipki miša odrađuje se akcija koja objektu pripada. Tijekom rada na valjčiće se nahvata prljavština te ih povremeno treba čistiti. Novija generacija 'miševa' ne koristi opisani opto-mehanički mehanizam već minijaturnu kameru u podnožju kućišta miša, koja registrira promjene šara podloge i na osnovu toga određuje se smijer pokretanja miša. Jednolične i svijetle podloge (staklo na primjer) nisu pogodne za rad s optičkim mišem. Pandan mišu je kugla - TRACKBALL, filozofija korištenja 'izvrnutog miša', okretanjem kugle nadzire se kretanje pokazivača na ekranu monitora. Tehnologija koju koriste prijenosna računala zasniva se na podlozi osjetljivoj na dodir, a sve su više u uporabi računala kod kojih se upravljanje ostvaruje zaslonom osjetljivim na dodir (TOUCHSCREEN).

Glede razbibrige igrača palica (joystick) omogućava kontrolu odvijanja programske potpore - IGARA, a glazbena kartica vodi brigu o tome da upotpuni glazbom, govorom i zvučnim efektima okoliš u kojem se igra odvija. Igre nisu bezazlena programska potpora. Sam naziv asocira na nešto jednostavno, ali u osnovi to su najzahtjevniji programski proizvodi glede potrebnih resursa računala. Razlog tome je vrlo jednostavan, treba generirati upravljivu pokretnu sliku u realnom (stvarnom) vremenu. Složenije od toga su animirani 'crtani' filmovi ili simulacije raznih vrsta, od prikaza hoda prapovijesnih životinja do simulirane vožnje svemirskog broda.

TRAJNA (SEKUNDARNA) MEMORIJA ima zadaću da trajno sačuva podatke potrebite za rad računala i korisnika. Danas su memorijski mediji na načelima bušenih traka i kartica i slični samo blijedo sjećanje starijeg naraštaja. Moguće ih je još sresti kod starijih teleprinterskih uređaja, te stoga nadalje neće biti prikazani. Stoga se kao globalna podjela trajnih memorijskih medija prema načinu čuvanja podataka može prihvatiti prema slijedećem:

            a.) Magnetski memorijski sustavi
            b.) Optički memorijski sustavi
            c.) Magnetno-optički memorijski sustavi
            d.) Poluvodički memorijski sustavi

Magnetski mediji za pohranu izrađuju se kao uređaji s trakom i rotirajući diskovni uređaji. Načelo rada zasniva im se na izmjeni smjera magnetiziranja elementarnih magnetskih čestica (domena) u ovisnosti o binarnoj znamenki "0" ili "1".

Uređaji s trakom vrlo su slični velikim kolutnim magnetofonima i kasetofonima. Uglavnom se koriste kao pričuvni memorijski sustavi za trajnu pohranu (arhivu) ili za slučaj obnove izgubljenih podataka (REPLIKU). Podaci se spremaju u nizu blokova podataka uzduž trake a u kombinaciji s kompresijom podataka ovi uređaji mogu imati vrlo velike kapacitete po jednoj traci. Kako je broj traka ili kaseta praktički neograničen, kapacitet arhive je proizvoljan. Rotirajući mediji se zbog veće brzine rada koriste kao operativne memorije. Načelo rada rotirajućih medija prikazano je na narednoj slici:

 Magnetski disk
Slika 3.3.2 Načelo konstrukcije rotirajućih magnetskih medija.

Pod kontrolom upravljačkih uređaja (controller) upravlja se položajem magnetskih glava nad rotirajućim diskom i mjestima zapisivanja podataka. Podaci se zapisuju kao grupacije na koncentričnim kružnicama (cilindrima) duž površine diska. Realiziraju se kao sustavi s izmjenjivim savitljivim diskovnim medijem (floppy disk - disketa) i nezamjenjivim krutim diskovnim medijem (hard disk - tvrdi disk). Zbog finije i kompaktnije izrade kapacitet tvrdih diskova uvelike premašuje diskete, ali je zato disketa lako izmjenjiv, prenosiv i nadasve jeftin medij. Osim navedenog tvrdi diskovi realiziraju se kao uređaji s jednom ili više diskovnih ploča, što povećava kapacitet diska, ali povećava i cijenu zbog većeg broja magnetskih glava, složenije upravljačke elektronike i drugih faktora.

Od rotirajućih optičkih sustava raširena je uporaba izmjenjivih CD i DVD diskova s mogućnosti samo čitanja (RO - Read Only) ili čitanja i pisanja (RW - Read/Write) koji sadrže vrlo velike količine podataka (preko 500 MB). Rade po načelu očitavanja utiskanih udubina pomoću laserske zrake na mediju koji rotira. Vrlo su popularni glede prodaje programske potpore zbog otežanog kopiranja i predstavljaju vrlo stabilan medij za pohranu podataka. Rašireni su u multimedijskoj ponudi kao sadržaji za igru i glazbu, te informativni katalozi proizvođača opreme i prodavača roba. Na RW diskove može se izvršiti jednokratno ili višekratno upisivanje 'paljenjem' površine medija pomoću laserske zrake, čime se stvara mali mjehur i ostvaruje efekt udubljenja, Daljnja uporaba jednokratnih RW medija je u smislu RO diskova, nema naknadnih promjena sadržaja. Po brzini pristupanja podacima optički uređaji sporiji su od tvrdih diskova. Način označavanja pojedinih vrsta optičkih medija posebna je 'zbrka' za korisnika. Najnoviji uređaji koriste BR medij znatno većeg kapaciteta, ali sličnog načela rada kao opisani.

Posebna kategorija medija za pamćenje su kompilacija optičkih i disketnih rotirajućih magnetskih sustava. Naime, laserskim zrakom upravlja se magnetiziranje izmjenjivog medija. Laserski zrak zagrijava pojedine čestice magnetskog medija nanesenog na površinu diska, koji se okreće u magnetskom polju, te po zagrijavanju ostaju magnetizirane. Kako se magnetiziranje vrši na povećanoj temperaturi u odnosu na disketu i nema mehaničkih dijelova koji bi prianjali uz površinu opto-diskete, uređaji su stabilniji glede trajnosti čuvanja podataka. Za sada nema opće raširenog prihvaćenog standarda za uređaje ove vrste.

Razvoj poluvodičke tehnologije omogućio je izradu trajne memorije od poluvodičkih elemenata. Trenutno su manjih kapaciteta od koncepcije s rotirajućim magnetskim medijem, ali imaju nemjerljivu prednost u neosjetljivosti na fizičke vibracije i udare kao i na dimenzije što je osobito pogodno za prijenosna računala. Ova koncepcija polako ali sigurno prodire kao rješenje trajne memorije za svakodnevnu uporabu, dok će magnetske trake i optički mediji još neko vrijeme ostati kao nositelji sigurnosnih kopija podataka. Optičkim medijima najveća primjena je u distribuciji glazbenih i video sadržaja.

Najpoznatiji proizvođači mikroprocesora su američke tvrtke IBM, INTEL, MOTOROLA i AMD i oni u biti diktiraju standarde na svjetskom tržištu računala. Najpoznatiji Intelovi mikroprocesori su serije s brojčanom oznakom 8086, 80286, 80386, 80486, PENTIUM serija proizvoda i CORE serija proizvoda. Gotovo sva PC računala imaju osnovu na Intelovim mikroprocesorima ili njihovim kopijama i prema njima određuje se tip računala. Motorola je pak poznata po mikroprocesorima 68000, 68020, 68040, a u suradnji s IBM-om po mikroprocesoru PowerPC 603. Firma Digital (više ne postoji) razvila je učinkovit procesor ALPHA, na osnovu kojeg su nove izvedenice AMD procesora. Motoroline mikroprocesore najviše je donedavno koristila tvrtka APPLE-MACINTOSH za svoja osobna računala. Naravno, instrukcije za kontrolu rada navedenih grupa mikroprocesora potpuno su različite što programe na PC računalu čini neizvršivim na Macintosh računalu i obratno.

RADNA (PRIMARNA) MEMORIJA omogućava izvršavanje programa ili trenutnu pohranu rezultata njihovog rada. Da bi se program mogao izvršiti on se u radnu memoriju 'prepisuje' iz trajne memorije. To znači kako se mijenjaju zadaće, tako će se mijenjati i učitani programi u radnoj memoriji ili će se mijenjati rezultati rada programa, na primjer povećava se upisani tekst pri kreiranju ove knjige.

Dakle, podatak se može upisati na proizvoljno mjesto (lokaciju) u memoriji i vrijeme upisa ili očitavanja podatka uvijek je isto - konstantno, bez obzira na fizičku lokaciju podatka u memoriji, ili lokacije prethodno pročitanog ili upisanog podatka. RAM (Random Access Memory - memorija sa slučajnim pristupom). Isti podatak ne mora se pri ponovnom upisu u memoriju postaviti na istu lokaciju u radnoj memoriji, već na neko drugo trenutno slobodno mjesto. Ovakav pristup podacima nemaju ostale vrste memorije, tipa magnetne trake, tvrdi diskovi i slični. Kod njih vrijeme da se nešto pročita ovisi o više faktora, kao pozicioniranja glave na odgovarajući cilindar ploče diska, čekanja da se ploča diska prilikom okretanja postavi na odgovarajuće mjesto i tako dalje. Dakle, vrijeme potrebno za čitanje ili pisanje podatka kod ovakvih tipova memorija zavisi o fizičkom smještaju podatka u memoriji, te isto tako zavisi o mjestu prethodno pročitanog ili upisanog podatka, što znači da nije konstantno.

No postoji mali dio memorije koji je nepromjenjivog sadržaja i kojeg koristi mikroprocesor prilikom uključivanja računala da bi ispravno podesio početne parametre. Taj dio naziva se ROM (Read Only Memory), a programčić kojeg sadrži naziva se BOOTSTRAP (šutnuti čizmom). Pored njega u ROM se smješta i nadzorni program za upravljanje sustavom i njegovim periferijama - BIOS (Basic Input / Output System). Noviji ROM-ovi sadrže i kratke programe za konfiguriranje sustava i zaštitu od virusa.

Fizički radna memorija se prepoznaje kao skup integriranih sklopova smještenih na maloj tiskanoj pločici (memorijski modul) s izvodima za ulaganje u utore, nekad kapaciteta 256 kB, 1 MB, 4 MB i 16 MB, a u novije vrijeme 128 MB, 256 MB, 512 MB, 1024 MB i više. Postavlja se u 'banke' s po 2-8 mjesta za umetanje tiskane pločice-modula s memorijskim čipovima. Obično se u računalu nalaze dvije ili više banaka. Da bi računalo ispravno radilo barem jedna banka mora biti popunjena modulima, a poželjno je da pojedine banke imaju sve pripadne im utore popunjene istom vrstom modula.

Memorijski resursi ovise o konstrukciji, namijeni računala i programskoj potpori koja se koristi.

Današnja tehnologija omogućava ugradnju manjih memorijskih resursa (uobičajeno od 32 kB do 1024 kB pa i više) u sam mikroprocesor ili u upravljačku elektroniku tvrdog diska te se na taj način ubrzava izmjena podataka između pojedinih uređaja računalnog sustava. Te memorije obično se nazivaju CACHE (skrovište - brza prihvatna, skrovita, pričuvna memorija van sastava radne memorije). Za cache, ako ne postoji fizički, može se proglasiti i dio radne memorije.

PROŠIRENJA su raznorazni dodaci koji se mogu pridodati računalu glede poboljšanja njegove standardne konfiguracije, a glede izvršavanja specifičnih zadaća. Dakle, sama njihova namjena vrlo je raznolika te će im konstrukcija i programska potpora ovisiti o zadaći. Arhitekta će tako u radu koristiti crtaču ploču - TABLET, ploču s mehanizmom za očitavanje koordinata s nekakvog nacrta, i slanje očitanih podataka preko U / I kanala u računalo. Za korisnika kod kuće, vrlo korisno proširenje je 'skener' - uređaj koji očitava fotografiju ili neki novinski članak i šalje podatke u računalo koje ga preko odgovarajuće programske potpore pretvara ga u digitalnu sliku ili tekst. Kvalitetna programska potpora za prepoznavanje teksta - OCR (Optical Character Recognition), uz to još povezana s lokalnim rječnikom i pravopisom vrlo je skupa, višestruko više od samog uređaja. Naravno, prema navedenom 'skener' spada u grupu ulaznih uređaja vezanih preko U / I kanala. Jedan od sve raširenijih ulaznih uređaja je WEB kamera, koju naravno prati mikrofon. Video komunikacija na daljinu je stvarnost.

Vrlo često proširenja se susreću kao zasebne elektroničke kartice koje se umeću u posebne utore s kontaktima u računalu (slot-ove) i mogu predstavljati modem, dodatnu radnu memoriju, multimedijski dodatak, mrežnu karticu ili nešto drugo specifične namjene.




SAŽETAK:

Najpopularnije računalo opće namjene današnjice je PC. Razvoj tehnologije omogućio je da se po resursima PC može koristiti i za zahtjevnije zadaće od toga, na primjer kao mrežni poslužitelj i više od toga, ovisno o programskoj potpori kojom se koristi. Moderni dizajn mikroprocesora predviđa za manje zahtjevna računala CPU, FPU i GPU objedinjene u istom kućištu i izrađene kao jedinstveni integrirani sklop.

Mikroprocesor, zajedno sa pripadnom mu omanjom elektronikom; utori za umetanje kartice upravljača optičkog, disketnog i disk uređaja; utori za grafičku, mrežnu, glazbenu ili neku drugu namjensku karticu; utori banke podataka; ležište za dodatni koprocesor; ROM s BIOS sadržajem (Basic Input / Output System = osnovni ulazno / izlazni sustav za pokretanje i rad računala); razni priključci i premosnici (jumper) za rekonfiguraciju elektroničkih sklopova i ostalo smještaju se na oveću tiskanu ploču nazvanu MATIČNA PLOČA (MAINBOARD = glavna ploča, ponekad i naziv MATHERBOARD = ploča majka). Novija generacija matičnih ploča omogućava automatsko prepoznavanje ugrađenih uređaja ili umetnutih kartica i podešavanje njihovih parametara, PnP tehnologija (Plug aNd Play = umetni i radi), tako da premosnika gotovo i nema.

Matična ploča smješta se u kućište zajedno sa disketnim uređajem i tvrdim diskovima, CD / DVD uređajima i drugim mogućim uređajima, izvorom napajanja (ispravljač) i ventilacijskim uređajem, te priključcima na poleđini kućišta. Izvedbe kućišta vrlo su raznolike, od malih kompaktnih za uredska računala (veličine deblje knjige ili leksikona) do čvrstih i vrlo dobro ventiliranih kućišta za poslužitelje teških i do 50 kg (na koje se korisnik može bez straha popeti da dohvati nešto s ormara).

Komunikacija korisnika i računala najčešće se odvija preko ulaznog uređaja - tipkovnice, izlaznog uređaj - monitora, i uz ispomoć npr. nenadmašnog 'miša' ili optičkog BAR-CODE čitača za unos šifri artikala i pisača za izdavanje računa ili pisanih dokumenata, ili pak preko nekog specijaliziranog uređaja kao što je monitor s mrežom senzora osjetljivih na dodir.

Kad je sve navedeno ispravno povezano iznutra i izvana sa za to predviđenim kablovima dobije se osobni računalni sustav - PC.

 Natrag
 Tražila
 Dalje

 Početak
 KAZALO  Informatička abeceda
 
Citiranje ove stranice:
Radić, Drago. " Informatička abeceda " Split-Hrvatska.
{Datum pristupa}. <https://informatika.buzdo.com/>.
Copyright © by Drago Radić. Sva prava pridržana. | Odgovornost