Osnovni delovi računara
Procesor
Procesor (mikroprocesor) izvršna je jedinica– prima i izvršava instrukcije pročitane iz odgovarajuće memorije. Kada se kaže sam „procesor", najčešće se misli na centralni procesor (engl. central processing unit, CPU–centralna procesorska jedinica). Centralni procesor je srce svakog računara, iako CPU nije jedini procesor – imaju ga i grafička kartica (GPU), zvučna kartica i mnogi drugi delovi. To je elektronska komponenta napravljena od minijaturnih tranzistora na jednom čipu (poluprovodničkom integralnom sklopu). Samo po sebi, procesor ne čini računar, ali je jedan od najvažnijih delova svakog računara. Prvi procesori su bili mehanički i praktično nisu bili zaseban deo računara, zatim elektromehanički (relejni), pa na bazi elektronskih vakuumskih cevi, i bili su jako veliki. Do značajnog smanjenja dimenzija i poboljšanja performansi došlo je zahvaljujući upotrebi tranzistora (miniprocesori), i u drugoj polovini 20 veka, integralnih kola (mikroprocesori).
Svaki procesor spolja izgleda veoma jednostavno, ali je unutra veoma kompleksan, jer se radi o stotinama miliona tranzistora smeštenih u jednom čipu. Prvi put je tako nešto uspelo 1971 godine, kada je napravljen prvi procesor Intel 4004, koji je, doduše, mogao samo sabirati i oduzimati, ali su naučnici po prvi put uspeli da u jedan čip smeste brojna integrisana kola i tranzistore. To je podstaklo dalji razvoj procesora koji troše mnogo manje električne energije.
Procesor se postavlja u odgovarajuće podnožje na matičnoj ploči, a preko procesora se stavlja hladnjak koji ga hladi (prethodna slika).
Centralni procesor obično sadrži:
- Upravljačku jedinicu (engl. control unit), koja upravlja radom ostalih komponenata-konkretno, operacione jedinice. U ranim danima računarstva, funkcionalnost upravljačke jedinice mahom se razlikovala hardverski (ožičena realizacija), dok se danas obično koristi mikroprogramerska realizacija, gde se rad procesora, uključujući i njegov skup instrukcija, implementira kroz mikroprogram.
- Operacionu jedinicu (engl. execution unut), koja obično sadrži: Aritmetičko-logičku jedinicu (engl. arithmetic logic unut, ALU), koja obavlja aritmetičke i logičke operacije. Registre (engl. registers), koji služe za privremeno skladištenje podataka pri izvršavanju programa (registri opšte namene), i za čuvanje informacija o trenutnom stanju programa koji se izvršava (programski brojač, prihvatni registar instrukcije, programska statusna reč i dr.)
- Podsistem za povezivanje s memorijom i periferijama (unutrašnje i spoljašnje putanje podataka).
Praksa je pokazala da se pri izvršavanju realnih aplikacija, nekim podacima pristupa češće nego drugim. Zbog toga je u cilju povećanja brzine rada sistema uvedena veoma brza memorija malog kapaciteta koja se zove keš memorija (engl. cache memory). U toku izvršavanja programa, najčešće korišćeni podaci upisuju se u keš memoriju, koja predstavlja lokalnu, namensku memoriju centralnog procesora. Današnji računari imaju nekoliko nivoa keš memorije (najčešće tri), koji se razlikuju po kapacitetu i brzini rada. Zahvaljujući tome, brzina prenosa podataka između glavne memorije i centralnog procesora značajno se povećava, to jest smanjuje se razlika u brzini rada centralnog procesora i glavne memorije.
Postoje razne keš memorije: L1 (Level 1) nalazi se na istom čipu kao i procesor (i jednako je brza kao procesor) dok je L2 smeštena odvojeno od procesora (između procesora i RAM memorije) i nešto je sporija (ali i dalje brža od radne memorije). Pošto je prostor na čipu procesora ograničen, ograničena je i količina L1 memorije.
Iako L1 keš radi brzinom procesora, instrukcije koje referenciraju memoriju i dalje su sporije od instrukcija koje rade s registrima. I dalje postoji memorijski ciklus, ali se ne čeka na pribavljanje podataka iz memorije.
Treba napomenuti da količina keš memorije ne povećava količinu memorije koja je na raspolaganju aplikacijama. Što je veća količina keš memorije, sistem brže radi jer je veća verovatnoća da se traženi podatak nalazi u kešu. Kvalitetniji procesori novije generacije imaju i više od jednog procesorskog jezgra, što dodatno poboljšava performanse. Izgled dvojezgarnog AMD procesora prikazan je na slici.
U računarskom sistemu, procesor se montira na procesorsko podnožje smešteno na matičnoj ploči. Matična ploca (engl. motherboard) jeste štampana elektronska ploča (engl. printend circuit board, PCB), preko koje se objedinjuje rad svih komponenata računarskog sistema. Preko magistrala na matičnoj ploči, ostvaruje se komunikacija procesora sa ostalim delovima sistema.
Vrste memorija
A Radna memorija
Memorija sa slučajnim pristupom (engl.radom access memory, RAM) ili radna (opertivna) memorija, označava vrstu memorije koja je direktno adresibilna i čijem se sadržaju može pristupiti proizvoljno, a ne samo redom (sekvencijalno, kao na trakama). Najčešće se koristi u računarima kao primarna ili glavna memorija, mada to nije neophodno.Pod terminom RAM često se podrazumevaju memorije koje gube sadržaj po prestanku napajanja (npr. Nasuprot ROM memorijama), ali to nije neophodno jer skraćenica RAM jedino označava slobodu u redosledu pristupa. Izgled modula RAM memorije prikazan je na slici.
Radna memorija je direktno dostupna procesoru računara preko njegovih glavnih magistrala (adresnih i za podatke), pri čemu nema potrebe za alternativnim ulazno-izlaznim i često značajno sporijim načinima komunikacije.
Radna memorija se koristi za smestaj podataka i instrukcija koje računar u tom trenutku izvršava, to jest, kao radna memorija računara (sem u slučaju kada se njen sadržaj ne može menjati – razne ROM memorije).
Radna memorija ima sledeće osobine:
- Značajno je brža (često hiljadama puta). Danas se bilo kom delu primarne memorije može pristupiti u proseku za svega nekoliko nanosekundi. Nasuprot tome, čvrsti disk, kao najpoznatija sekundarna memorija, mora prvo da mehanički pozicionira glavu za čitanje do cilindra s podacima, što u proseku traje oko 9 ms a u najgorem slučaju i do 20 ms. Zatim mora sačekati da se disk okrene tako da podaci „dođu pod glavu", što u slučaju 10.000 obrtaja u minuti traje u proseku dodatne 3 ms. Na kraju, potrebno je same podatke pročitati trajanje značajno zavisi od gustine podataka) i poslati u primarnu memoriju. Kako čvrsti diskovi ne mogu da rade s blokovima manjim od jednog sektora (obično 512 bajtova), sve njih treba prebaciti u primarnu memoriju pre nego što je moguće upotrebiti bilo koji, što je samo po sebi toliko puta sporije od direktnog pristupa primarnoj memoriji. Zbirno, pristup bilo kom podataka na čvstom disku u proseku traje preko 12 ms.
- Direktno je adresibilna. Primer: procesor može u bilo kom trenutku da zada adresu bilo kog jediničnog podatka kom želi da pristupi i da izvrši operaciju čitanja ili upisivanja. Nasuprot tome, na čvrstim diskovim se uvek radi s najmanje jednim sektorom podataka (obično 512 bajtova) – pri svakom isčitavanju treba pročitati ceo sektor, a pri svakom upisivanju treba ponovno snimiti ceo sektor, nezavisno od količine izmena.
- Gubi sadržaj po prestanku napajanja (sem u slučaju ROM memorija). Primer: Po isključivanju računara, ceo sadržaj radne memorije se gubi. Nasuprot tome, podaci snimljeni na čvrsti disk, CD-R i sl. Ostaju i moguće im je pristupiti po ponovnom uključivanju.
B. Virtuelna memorija
Savremeni operativni sistemi omogućavju da se na čvrstim diskovima simulira RAM memorija u obliku virtuelne memorije. Operativni sistemi koji podržavaju virtuelnu memoriju mogu da simuliraju povećanje radne memorije tako što delove radne memorije koji se trenutno ređe koriste prebacuju u deo sekundarne (tj. na disk), a deo koji je sledeći potreban „vraćaju" iz sekundarne u radnu. Na taj način, fizička radna memorija može biti manja od one koja je realno potrebna pokrenutim programima, ali uz usporavanje računara – što je razlika između potrebne i realne/fizičke radne memorije veća, to će češće biti potrebne pomenute zamene delova, tj. komunikacija s hiljadama puta sporijom sekundarnom memorijom (diskom). Otuda, povećanje radne memorije računara ne utiče samo na količinu podataka i programa koji se mogu obrađivati u isto vreme nego i na povećanje efektivne brzine računara (jer se manje vremena troši na sporu komunikaciju sa sekundarnom memorijom).
C. ROM memorija
ROM (read only Memory) služi samo za čitanje. Zove se još i trajna memorija jer joj se sadržaj ne gubi po nestanku napajanja. ROM pripada grupi postojanih memorija. Osnovne primene ROM memorije su za: mikroprogramiranje, čuvanje sistematskih programa, čuvanje biblioteka potprograma za često koričćenje funkcije i tabele funkcija.
Umesto ROM memorija često se upotrebljavaju slične podvrste, na primer:
- PROM (Programmable Read-Only Memory) – ROM koji se programira (sadržaj se može upisati samo jednom)
- EPROM (Erasable Programmable Read –Only Memory) obrisiv Prom (sadržaj se može upisivati više puta nakon kompletnog brisanja, obično eksternim metodama kao što je osvetljavanje EPROM integralnog kola ultraljubičastom svetlošću).
- EEPROM (Elektronically Erasable Programmable Read –Only Memory)- elektronski obrisiv PROM (kao EPROM ali se sadržaj može jednostavno obrisati elektronskim putem)
Fleš memorija
Fleš memorija je dobila naziv po brzini kojom može da se reprogramira. Po ceni i funkcionalnosti, fleš memorija se nalazi između EPROM i EEPROM memorija. U fleš memoriji, podaci se ne brišu na nivou bajta, već na nivou bloka. Cela fleš memorija se može obrisati za nekoliko sekundi. Karakteristika fleš memorije je velika gustina memorijskih lokacija.
Čvrsti disk
Čvrsti disk (engl.hard disk) vrsta je sekundarne (spoljašnje) memorije. Podaci se snimaju magnetnim putem, u koncentričnim
krugovima (cilindrima) na površini čvrstih okruglih ploča (diskova).
Postoje sledeće vrste čvrstih diskova:
- Unutrašnji (interni) disk.
- Spoljašnji (eksterni) disk.
Spoljašnji diskovi su velikog kapaciteta ( i to do nekoliko TB). Interni čvsti diskovi su manjih dimenzija i kapaciteta (do 1,5 TB). Postoje magnetni interni diskovi (najčečći, 99% korisnika) i fleš interni čvrsti diskovi, koji se odlikuju velikom brzinom upisivanja/čitanja podataka, ali su znatno skuplji. Fleš memorija se prvenstveno koristi za male kapacitete, memorijske kartice i USB fleš diskove.
Postoji veoma mnogo načina povezivnja čvrstog diska i računara (tačnije, matične ploče), a najčešći su: ATA ( ATA33,ATA100, ATA133), udma, idea, sata, sata2. Od pomenutih, trenutno je najbrži SATA2 koji se odlikuje velikom brzinom prenosa podataka. Standard povezivanja za eksterne čvrste diskove je USB, Fire Wire i e-SATA.
Diskovi su osetljivi na štetne uticaje iz okoline. Da bi se ta opasnost svela na minimum, diskovi su u hermetičkim zatvorenim kućištima, a proizvode se u strogo sterilnim uslovima.
Primer unutrašnjeg čvrstog diska od 3,5 inča prikazan je na slici.
Čvrsti disk je neizbežna komponenta savremenih računara. Služi za memorisanje svih vrsta podataka koje korisnik želi da sačuva na svom računaru, a preneo ih je s mreže ili generalisao na sopstvenom računaru. Podaci zabeleženi i sačuvani na čvrstom disku mogu i da se obrišu. Na njemu se pre svega nalazi instalirani operativni sistem računara. Pored toga, na savremene diskove može da se upiše (a zatim i odrađuje) velika količina podataka.
Upisivanje i isčitavanje upisanih podataka zasnovano je na elektronskom manipulisanju promenama namagnetisanja na tankim okruglim pločama koje se nalaze unutar čvrstog diska. Savremeni diskovi su veličine manje džepne knjige, a u njima se, poređane jedna do druge, nalaze aluminijumske ploče prekrivene velikim brojem sitnih magnetnih čestica. Iznad i ispod svake ploče nalazi se glava njenog magnetnog pisača koji može da služi i kao čitač. Čitač, odnosno pisač, podseća na ručku gramafona, ali za razliku od nje lebdi iznad ploča diska na rastojanju koje je 5.000 puta manje od debljine prosečne ljudske dlake. S tako malog rastojanja (manjeg od dva stota dela mikrona) čita se stanje magnetnih čestica na odgovarajućoj ploči, ili se čestice magnetišu odnosno razmagnetišu pomoću električnih struja koje protiču kroz glavu pisača/čitača. Unutrašnjost (glava) čvrstog diska prikazana je na slici.Često se javlja potreba za prenošenjem velikih količina informacija s jednog računara na drugi. Za to može poslužiti spoljašnji čvrsti disk, koji može biti:
Čvrst disk s fiokom. Fioka ima dva dela. Jedan deo se ugraĎuje u kućište, a drugi, prenosni, ugraĎuje se na disk. Deo fioke ugraĎen u kućište spaja se IDE/ATA/SATA kablom na priključak na matičnoj ploči. Prenosni deo se moţe umetnuti u bilo koji računar opremljen istovetnom fiokom. Primer prikazan na slici ima svoj ventilator i merač temperature diska.
Prenosni disk. Spoljašnji disk je potpuno prenosiv. Ima vlastito kućište. Spaja se na USB ili e-SATA priključak, i napaja se preko strujnog adaptera, kao 3,5 inčni disk na slici. Mnogi modeli 2,5 – inčnih diskova napajaju se preko USB kabla koji sluţi i za prenos podataka.
Mrežni disk. Mreţni 3,5-inčni čvrsti disk prikazan na slici, ima gigabitni mreţni interfejs (LAN priključak) za brz prenos podataka u kancelariji, ali i USB2.0 priključak za komfornu upotrebu u ulozi prenosnog diska. Mora da ima strujni priključak, pošto se napaja preko strujnog adaptera 12V/2A. Kpacitet se kreće od 500 GB do 2 TB.Ulazno/izlazni priključci
Ulazno/izlazni priključci su elementi preko kojih se povezuju ulazno/izlazni (periferni) uređaji s računarom.
USB priključci
Najčešće korišćen priključak ove vrste je USB (Universal Serial Bus). Prva specifikacija ovog standarda, pod nazivom USB 1,0, predstavljena je davne 1996. godine. Brzina prenosa podataka preko priključka USB 1.0 iznosila je skromnih 12 Mb/s (megabita u sekundi).
Drug specifikacija ovog standarda, pod nazivom USB 2.0, predstavljena je 2000. godine s višestruko većom brzinom prenosa podataka od 480 Mb/s (40 puta brţa od USB 1.0).
Na pomolu je nov standard, USB 3.0, s još bržim prenosom podataka (5 Gb/s). Ipak, USB 2.0 je još uvek najzastupljeniji standard na tržištu.
Postoje različite vrste USB 2.0 priključaka kojima se periferni uređaji priključuju na računar (pratite slike sleva udesno):
Muški mikro USB 2.0 (najčešće se koristi za vezu s digitalnim fotoaparatima).Muški mini USB 2.0 tip B (koristi se za vezu sa spoljašnjim čvrstim diskovima).
Muški USB 2.0 tip B ( koristi se za vezu sa štampačima)
Ženski USB 2.0 tip A (koristi se najčešće na podužnim USB Kablovima)
Muški USB 2.0 tip A (standardni za vezu sa računarima).
USB 2.0 je postao standard za priključivanje većine perifernih ulazno/izlaznih uređaja, kao što su štampač, skener, Web kamera, miš, tastatura, multimedijalni plejeri, mobilni telefoni, digitalni fotoaparati itd.
Stoga današnji stoni računari ne mogu da se zamisle bez najmanje četiri USB 2.0 priključka na samoj matičnoj ploči (zadnja strana kućišta) i dva izdvojena priključka na prednjoj strani kućišta (prikazani na sledećoj slici). Takođe, noviji modeli prenosnih računara imaju i do šest USB 2.0 priključaka.
Serijski priključak
Serijski priključak se ranije često koristio za povezivanje raznih uređaja s računarima. U prošlosti je najčešće koričćen za povezivanje računarskih miševa, računarskih terminala i ranih štampača ali o drugih uređaja koji danas uglavnom koriste USB priključak. Serijski priključak koristi RS-232 standard za komunikaciju, pa se ponekad naziva i RS -232 priključak.
Moţe se koristiti i za upravljanje uređajima i komunikaciju s raznim mikrokontrolerskim razvojnim sistemima. Ranije je korišćen i za prenos datoteka između računara preko posebnog serijskog kabla.
Pridev serijski potiče od činjenice da priključak šalje bitove podataka jedan po jedan, za razliku od paralelnog priključka, koji bitove šalje paralelno, po osam odjednom. Paralelnim sistemom prenosa podaci se prenose brže, ali je potrebno više žica u kablu. S druge strane, dozvoljena dužina kabla za serijsku komunikaciju mnogostruko je veća od dužine paralelnog kabla, posebno pri manjim brzinama rada.
Na primer PC računarima, serijski priključak ima oznaku COM1, COM2, COM3 ili COM4. To je na računaru 9-iglični D – priključak muškog tipa, a ponekad i 25 – iglični rijski priključak na računaru, a slika desno prikazuje serijski priključak (ženski) na uređaju koji se priključuje na računar.
Paralelni priključak
Paralelni priključak se ranije uglavnom koristio za povezivanje štampača s računarima, pa se često naziva i priključak za štampač (engl. printer port). Međutim, može se koristiti i za upravljanje uređajima, promenom naponskog nivoa pojedinačnih iglica. Ranije je služio i za prenos datoteka između računara preko posebnog Laplink kabla.
Na PC računarima, paralelni priključak ima oznaku LPT1 ili LPT2. To je na računaru 25 iglični priključak ženskog tipa, a na štampaču 36-iglični Centroniks D-priključak muškog tipa.
Na slici levo prikazan je paralelni priključak na računaru, a na slici desno paralelni (Centroniks) priključak na štampaču.
FireWire priključak
FireWire priključak (poznat još kao i.Link (Sony) ili IEEE1394) namenjen je za velike brzine prenosa podataka. FireWire se često smatra naslednikom SCSI interfejsa. FireWire priključak može podneti do 63 uređaja prikopčana na jedan FireWire priključak preko raznih razvodnika.
Najčešće se koristi na digitalnim video-kamerama, a standard je aktuelan još od 1995 godine, kada ga je Apple Computers konačno završio i pustio na tržište. Svaki savremeni Macintosh računar ima ugrađene FireWire priključke jer su oni standardno namenjeni za profesionalce u oblasti i audio i video tehnike, kojima je omiljena platforma za rad upravo Macintosh. Standard FireWire 400 podržava prenos podataka brzinom 100, 200 ili 400 Mb/s, što znači da je teorijski USB 2.0 brži (480 MB/s) mada u praksi nije.
Aple je 2003 godine predstavio FireWire 800, s brzinom do 786,432 Mb/s. Podržava automatsku detekciju hardvera (engl.plug & play) i zamenu u toku rada (engl. hot swapping), a dužina jednog kabla 14 ograničena je na 4,5 metara. Pomoću produžetaka se može spojiti 16 kablova, što daje maksimalnu dužinu od 72 metra.
Na slici gore desno prikazana su dva 6-iglična FireWire priključka na računaru.
Na slici gore levo prikazan je 6-iglični priključak (utikač) na kablu uređaja koji se priključuje na računar, a na slici desno je 4 iglični priključak (utikač) na kablu uređaja. Za raliku od 6-igličnih verzija, 4-iglični utikač nema naponski priključak.