3.5. PC MIKRORAČUNALNI SUSTAV

PC je kratica od 'Personal Computer', naziva koji je firma IBM (International Business Machines) dodijelila svom prvom stolnom računalu koje je služilo korisniku za osobnu uporabu. Prvi operativni sustav koji se je rabio na tom računalu bio je jednokorisnički i jednozadaćni (DOS), dakle računalo namijenjeno za rad jednoj osobi. PC je imao (i još uvijek ima) strogo definirane dimenzije kućišta i raspored i veličinu utora za umetanje dodatnih kartica s raznolikom namjenama, bez obzira na to što se je oblik utora i način prijenosa podataka s vremenom mijenjao. Navedeno je, uz besplatno korištenje njegovih javno dostupnih specifikacija, omogućilo izradu njemu kompatibilnih računala drugih proizvođača (PC compatible), a time pad cijene i izuzetnu raširenost.

Osim utora za mikroprocesor, BIOS-a i utora za dodatne uređaje, na prvim matičnim pločama nije bilo gotovo ničeg drugog, što je omogućilo nezavisnim proizvođačima da izrađuju različito sklopovlje, bilo za široku potrošnju ili vrlo specijalizirane namijene, kao i različitu programsku potporu, bilo da je u pitanju programska potpora opće namijene (kao Lotus 1-2-3) ili programska potpora specijalizirana za jedno područje (kao AutoCAD). Bez obzira što je tijekom svog razvoja PC doživio niz promjena, najveća duljina, širina i visina ugrađene kartice još uvijek je standardna, a količina programske potpore napisana za sve operativne sustave koje je PC koristio ili ih još uvijek koristi je enormna. Upravo navedeno osnovni je čimbenik popularnosti i neprekidnog razvoja PC-a. Dakle, PC ili PC kompatibilno računalo je računalo za osobnu uporabu koje u svojoj koncepciji ima odrednicu standardizacije bitnih osobitosti, od dimenzija pa nadalje. Računalo 'Macintosh' firme Apple, također je osobno računalo, ali proizvođač ne dozvoljava slobodu i kreativnost koju je omogućio proizvođač PC-a, dapače strogo kontroliran i zatvoren proizvod, s vrlo malo mogućnosti za izmjene i dogradnju.

Pojedini sklopovi PC sustava doživljavali su tijekom vremena brojne promjene kao je napredovala tehnologija izrade njegovih komponenti. Ponekad su te promjene u pojedinim dijelovima sustava bile takve prirode da su u osnovi mijenjala način njihovog funkcioniranja. No vrlo velika raširenost PC tehnologije i međusobni dogovori proizvođača PC opreme omogućavali su vrlo brzo implementiranje promjena (par mjeseci) koje bi potom predstavljale novi standard u izradi PC računala te se stoga mogu istovremeno pronaći vrlo raznolike izvedbe PC komponenti i organizacija PC računala.

Unatoč brzom i učinkovitom prodoru PC računala na tržištu suština rada PC računala nije se bitno promijenila, te spoznaje s njegovim funkcionalnim cjelinama opisane u narednim stranicama vrijede kako za već postojeće sustave tako i za buduće generacije PC-a.

Slika* 3.5.1 Uobičajeni izgled PC sustava. ( + / - )

Sustav PC računala (Personal Computer) u trenutno najraširenijoj verziji podržava tzv. AT (Advanced Technology) arhitekturu zasnovanu na IBM PC platformi s Intel-ovim mikroprocesorima serije 80x86 i njihovim matematičkim podsustavom serije 80x87. Prva PC računala imala su Intelov procesor 8086, koji je s vremenom usavršavan pa su razvijeni procesori 80286 i pripadni mu matematički koprocesor 80287 (FPU - Floating Point Unit), 80386 i pripadni mu matematički koprocesor 80387, te 80486 s ugrađenim matematičkim koprocesorom, te potom slijede PENTIUM procesori s oznakama MMX, PRO, II, III i 4, naravno s ukomponiranim matematičkim koprocesorom. No razvijeni su i moćniji modeli kao XEON, Pentium®HT, Pentium®D, te njihove slabije i jeftinije varijante pod nazivom CELERON. Core™2, druga, treća, četvrta i peta generacija Core™ mikroprocesora (Core™i3 do Core™i7), te pripadni im poslužiteljski mikroprocesori serije XEON novije su inačice mikroprocesora ovog proizvođača. Prema izvornom procesoru svi su unazad kompatibilni, te se svi spadaju u x86 porodicu.

Pentium 4 predstavlja prvu ozbiljniju reviziju x86 arhitekture. Pokazalo se da x86 kompatibilnost onemogućuje povećanje efikasnosti arhitekture procesora, te se uvode rješenja kao NetBurst, potom HT (Hyper-Threading), te u najnovije vrijeme višejezgreni procesori (Dual Core, Quad Core) kako bi se povećao učinak u brzini izvršavanja instrukcija, odnosno omogućilo istovremeno izvršavanje više njih kroz više grana. Za očekivati je da će se daljnji tehnološki razvoj mikroprocesora odvijati prema više jezgrenom konceptu uz integrirane grafičke mogućnosti.

Mnoge firme pokušavale su konkurirati Intelu svojim proizvodima. Najuspješnija je firma AMD (Advance Micro Devices) koja je u stopu je pratila Intelove proizvode, odnosno klonirala svaki Intelov korak u procesu izrade procesora do serije 80486. Procesor K5 bio je njihov prvi nezavisno napravljeni x86 kompatibilan procesor. Značajni odmak je procesor K6 koji podržava Intelovu tehnologiju MMX, uključujući pedesetak novih instrukcija projektiranih da pojačaju i ubrzaju programsku potporu za multimediju. No pravi 'rat' izazvao je izlazak AMD Athlon (razvijan pod imenom K7). Athlon ne izvršava neposredno x86 instrukcije već ih rastavlja na manje operacije čije se izvršavanje može uspješnije paralelno odvijati. Zbog toga je i učinkovitiji. Athlon je prvi x86 procesor s dosljedno primijenjenim tehnikama u izvršavanju FP instrukcija a koje nisu osmišljene u Intelu.

3.5.1. Organizacija i struktura

Dakle, kod PC računala sve se zbiva po načelima x86 arhitekture, a blok shemu jednog od prvotnih računala zasnovanih na toj arhitekturi pokazuje naredna slika. Osnova računala je matična ploča (osnovna ploča, ploča sustava), najveća je od svih tiskanih ploča u računalu, koja objedinjava cjelokupni rad računala. Izvedena je kao višeslojna tiskana ploča u četiri ili više slojeva na kojima su provodnici za povezivanje elemenata ugrađenih na ploču.

Sadrži nekoliko funkcionalnih cjelina i to:

             1. Procesor i prateći elementi
                (generator takta, koprocesor ...)
             2. ROM u kojem je BIOS
             3. RAM - radna memorija s R/W svojstvom
                (čitanje/upisivanje)
             4. U/I ulazni/izlazni sklopovi i kanali
                (I/O - Input/Output)
             5. Upravljači sustava

Procesor i njegovi popratni elementi brinu su kako obraditi podatke u vrše upravljanje i nadzor nad rukovanjem s podacima, ROM je zadužen da definira početne i osnovne parametre sustava, RAM je memorijski prostor aktualne uporabe, a U / I sklopovi (kartice) brinu se o dogradnji sustava glede prikaza na monitoru, pohrane na trajne memorijske sustave, modemsku i mrežnu komunikaciju, usmjeravanje prema pisaču i slično. U / I kanali (port) su dio sustava za povezivanje s uređajima preko kojih se odvija promet podataka između uređaja te mikroprocesora i memorije, svaki ima svoju pristupnu adresu po kojoj se prepoznaje (kao ime) a koje su upisane u nekoliko prvih kB memorijske mape.

Shemu veza između uređaja PC sustava prikazuje slika 3.5.2.

Slika 3.5.2 Blok shema matične ploče PC računala.

Integrirani sklopovi sustava, U / I komunikacije kroz sustav i DMA tvore tzv. 'ChipSet' - skup čipova, danas gotovo cijeli integriran u jedno zajedničko kućište. Poznati proizvođači ChipSet-a za PC računalo su INTEL, NVIDIA, AMD, OPTI, VIA i SIS. Na slici se ne vidi diskovni sustav, jer on u suštini spada u dogradnju preko U / I priključaka ili preko ugrađenih specifičnih sučelja, kao SATA, ukomponiranih na matičnoj ploči zajedno s pripadnim upravljačkim sklopovima, u sastavu chipset-a ili zasebno. Sastavni dio modernih matičnih ploča sve češće je glazbeni i mrežni podsustav te ponekad i grafički podsustav, te sklopovi i sučelja za USB i IEEE 1394 komunikaciju. No navedena proširenja samo su dopuna prikazane blok sheme. Tijekom tehnološkoj razvoja način signalizacije i komunikacije između pojedinih komponenti prikazanih na blok shemi neprestano se je mijenjao, ali to funkcionalnost koju prikazana shema tumači ne mijenja.

Radni takt je nešto što proizvođači vrlo rado prikazuju na sve moguće načine. Od generatora takta (brojilo) množenjem i dijeljenjem radne frekvencije dobije se radna frekvencija jezgre procesora, njegove međumemorije, radne memorije, sabirnica i ostalih uređaja. Stoga se glede usklađivanja rada pojedinih sklopova koriste u tu svrhu dizajnirani upravljači u sastavu chipset-a ili van njega. Grafički sustavi razvili su se u gotovo samostalnu disciplinu, a oni opet imaju svoje specifične parametre koji se prikazuju na vrlo različite načine. Stoga sve navedeno treba samostalno raščlaniti, što je tema narednih poglavlja.