Eugen Mudnić

Split, 2014.

ARHITEKTURA OSOBNIH RAČUNALA

SKRIPTA - DODATAK

Sadržaj

Intel CORE arhitektura ................................................................................................ 4 1

1.1 Intel Core - Poboljšani Pentium 3-M bazirani ................................................... 4 1.2 Intel Core Duo ....................................................................................................... 5 1.3 64 – bitna Core2 mikroarhitektura ...................................................................... 7

1.3.1 Core 2 Duo ................................................................................................ 8 1.3.2 Core 2 Quad .............................................................................................. 9 1.3.3 Core 2 Extreme ......................................................................................... 9 1.3.4 Core 2 Solo .............................................................................................. 10

1.4 “Nehalem“ mikroarhitektura .............................................................................. 10 1.5 Sandy Bridge mikroarhitektura ......................................................................... 12 1.6 Pogled u budućnost............................................................................................ 13

SSD (Solid state drive) diskovi ................................................................................. 16 2

2.1 Povijest ................................................................................................................. 16 2.2 Moderni SSD diskovi .......................................................................................... 16 2.3 Arhitektura ........................................................................................................... 17

2.3.1 NAND Flash ............................................................................................. 18 2.3.2 Lanac ćelija i čitanje ............................................................................... 20 2.3.3 Brisanje i programiranje ......................................................................... 21 2.3.4 Razlika SLC i MLC ................................................................................. 22

2.4 Nedostaci NAND Flash memorije .................................................................... 23 2.4.1 Wear Leveling ......................................................................................... 24 2.4.2 Garbage Collection ................................................................................. 24 2.4.3 Bad Block Managment ........................................................................... 24 2.4.4 ECC .......................................................................................................... 24 2.4.5 Procesor i međuspremnik ...................................................................... 25

2.5 Hardversko sučelje ............................................................................................. 25 2.6 Performanse ........................................................................................................ 25

2.6.1 Izdržljivost ................................................................................................ 25 2.7 Usporedba HDD i SSD ...................................................................................... 27

GPGPU – General purpose parallel programming on GPU ................................ 30 3

3.1 CUDA model paralelnih niti ............................................................................... 30 3.2 GPU sklopovlje ................................................................................................... 31

Bežična komunikacija PC računala ......................................................................... 33 4

4.1 Bežična mreža / Wireless .................................................................................. 33 4.1.1 Podjela mreža prema dometu uređaja i brzini prijenosa podataka . 33 4.1.2 Standardi Wireless mreža ..................................................................... 34 4.1.3 Sigurnost bežičnih mreža ...................................................................... 36

4.2 BLUETOOTH ...................................................................................................... 37 4.2.1 Razvoj Bluetooth tehnologije ................................................................ 37 4.2.2 Tehničke karakteristike .......................................................................... 38 4.2.3 Upotreba .................................................................................................. 39

4.3 NFC tehnologija .................................................................................................. 40 4.3.1 Usporedba Bluetooth - IEEE 802.11n - NFC .................................... 41

Računalni monitori...................................................................................................... 43 5

5.1 LCD monitori ....................................................................................................... 43 1.1 Zaslon s pasivnom matricom ............................................................................ 44 1.2 Zasloni sa aktivnom matricom .......................................................................... 44 1.3 Prednosti LCD monitora .................................................................................... 45 1.4 Mane LCD monitora ........................................................................................... 45 1.5 Led Tehnologija .................................................................................................. 47

Nedostaci LED tehnologije ............................................................................... 47 1.6 OLED .................................................................................................................... 48

Karakteristike OLED osvjetljenja ..................................................................... 48 1.6.1 Prednosti nedostatci pri upotrebi OLED ............................................. 48

5.2 Ekrani osjetljivi na dodir ..................................................................................... 49 1.7 Općenito ............................................................................................................... 49 1.8 Tehnologija .......................................................................................................... 49

1.8.1 Otporni sustav ......................................................................................... 49 1.8.2 Kapacitivni sustav ................................................................................... 50

1.9 Mane ekrana osjetljivih na dodir ....................................................................... 50

INTEL CORE ARHITEKTURA 1

Intel Core mikroarhitektura je više-jezgrena procesorska mikroarhitektura predstavljena od

strane Intela početkom 2006. godine. Može se smatrati kao zadnja iteracija P6

mikroarhitekture, koja vuče svoju povijest još od Pentiuma Pro predstavljenog 1995.

godine. Visoka potrošnja energije i intenzivnost zagrijavanja Pentium IV – NetBurst

baziranih procesora rezultirala je nemogućnošću efektivnog povećanja radnoga takta i

drugih „uskih grla“ kao što su neučinkoviti vodovi, što je glavni razlog zašto je Intel odustao

od NetBurst mikroarhitekture. Mikroarhitektura Core procesora dizajnirana je od strane

Intelovog Izraelskog tima (IDC) koji su prethodno dizajnirali Pentium M mobilni procesor.

Intel Core mikroarhitektura je dizajnirana od temelja, ali filozofija dizajna je slična Pentium

M mikroarhitekturi. Kada se uspoređuje s prethodnom NetBurst mikroarhitekturom

Pentiuma 4/D CPU-a, Core mikroarhitektura se vratila nižim stopama takta, ali je poboljšala

iskoristivost taktnih ciklusa.

Slika 1.1. Intel CPU Core od NetBurst-a i P6 do Skylake-a

Intel Core je naziv branda koje se koristi za raznovrsne kupce, od srednje-zahtjevnih do

visoko-zahtjevnih kao i za Intel-ove poslovne mikroprocesore. U principu, procesori

prodani kao “Jezgre“ (Core) su snažnije varijante istih procesora koji su na tržištu znani kao

Celeron i Pentium. Slične, identične ili sposobnije, verzije Core procesora su također

prodavane kao Xeon procesori, za servere i radne stanice.

1.1 Intel Core - Poboljšani Pentium 3-M bazirani

Nakon objavljivanja Pentium 4-M i Mobile Pentium 4 procesora, brzo se došlo do zaključka

da novi NetBurst procesori nisu dobro prilagođeni za prijenosna računala. NetBurst

procesori jednostavno nisu bili učinkoviti, ni po taktu, ni po potrošnji uspoređujući s P6

arhitekturom. Pentium 4 procesori za prijenosna računala puno više su se pregrijavali nego

Pentium 3-M procesori, a nisu pokazali značajno poboljšanje performansi. Njegova

neučinkovitost nije utjecala samo na pregrijavanje, već i na vrijeme trajanja baterije.

Shvativši da njihova nova mikroarhitektura nije bila najbolji izbor Intel se vratio korak

nazad. Rezultat je bio hibrid, modernizirani P6 nazvan Pentium M.

U siječnju 2006. godine pušten je u prodaju procesor kodnog naziva Yonah pod

marketinškim nazivom Core. Jednojezgrene i dvojezgrene mobilne verzije Core prodavane

su pod nazivom Core Solo, Core Duo i Pentium Dual-Core. Također je puštena u prodaju i

server verzija poznata kao Xeon LV. Ovi procesori su ponudili djelomično rješenje za neke

od Pentium 3-M nedostataka, dodavanjem P6 mikroarhitekturi:

SSE3 podrška

Jednojezgrene i dvojezgrene tehnologije s 2MB djeljivog keša

Povećanje FSB brzina, FSB radi na 533MHz ili 667MHz

Slika 1.2. Arhitektura Intel Core

1.2 Intel Core Duo

Core Duo brend pušten je u prodaju 6. siječnja 2006. godine s 32-bitnim Yonah

procesorom. To je Intelova prva generacija 65nm procesnih mobilnih mikroprocesora

baziranih na Banias/Dotham – core Pentium M mikroarhitekture.

Intel Core Duo sa snagama manjim od od 25W imao je manju potrošnju od konkurentskog

AMD-a Opteron 260 i 860 HE s 55W. To je bio prvi Intelov procesor koji se koristio u Apple

Macintosh proizvodima (iako je u Apple Developer Transition kit jedinicama koje nisu bile

distribuirane za proizvodnju korišten Pentium 4 procesor).

Intel Core Duo podržavao je Intel VT-x x86 virtualizaciju, osim u najslabijim modelima. Intel

Pentium Dual Core procesori nemaju ovu značajku.

Postojale su dvije varijante i jedna izvedenica Yonah-a, što nije nosio brand naziv “Intel

Core“. Dual core server derivat, kodnog imena Sossaman, objavljen je 14. ožujka 2006.

godine kao Xeon LV. Sossaman se od Yonaha razlikovao samo po svojoj podršci za dual-

core socket konfiguracije (dvo-procesorski – tj. 4-jezgreni – na matičnoj ploči, kao AMD-ov

Quad FX) i implementaciji 32-bitnog memorijskog adresiranja (PAE mod). Jednojezgrena

varijanta, kodnog imena Yonah-1024, objavljena je kao Celeron serija procesora.

Kodno ime Brand ime (lista) L2 Cache Socket TDP

Yonah

Core Duo T2xxx

2 MB Socket M

31 W

Core Duo L2xxx 15 W

Core Duo U2xxx 9 W

Tablica 1.1. Core Duo

Yonah nije imao 64-bitnu izvedbu.

Core Duo sadrži 151 milijun tranzistora, uključujući djeljivi 2MiB cache. Yonah izvršne

jezgre sadrže 12 faza cjevovoda. Maksimalne frekvencije su 2.33-2.50 GHz. Komunikacijom

između L2 cachea i obje izvršne jezgre upravlja sabirnički kontroler putem arbitraže, što

smanjuje cache koherenciju (usklađenost) prometa preko FSB-a, na trošak podizanja core-

to-L2 latenciju (vrijeme čekanja) od 10 clock do 14 clock ciklusa. Povećanjem frekvencije

sata nadoknađuje se utjecaj povećane latencije. Komponente za upravljanje energijom

poboljšale su kontrolu nad zagrijavanjem kao i samostalno dijeljenje energije između dviju

jezgri, što je rezultiralo vrlo učinkovitim upravljanjem snagom.

Core procesori komuniciraju s čipset sustavom preko 667 MT/s front side sabirnice (FSB).

Kada je moguće iskoristiti usporedni višeprocesorski rad, Intel Core Duo pruža puno veću

brzinu u usporedbi sa Single Core čipovima koji su prethodno bili dostupni za prijenosna

računala.

Nedostaci Intel Core aritekture (Yonah) su:

Iste ili čak nešto lošije performanse po vatu u jednostrukim ili ne paralelnim

aplikacijama u odnosu na svog prethodnika

Podržani su samo 32-bitni procesori, dok 64-bitni procesori nisu podržani

Visoke latencije memorije zbog nedostatka on-die memorijskog kontrolera

Ograničenje jedinice s pomičnim zarezom zbog manjeg broja jedinica s pomičnim

zarezom u svakoj procesorskoj jezgri u usporedbi s nekim ranijim izvedbama.

Yonah platforma zahtijeva da sve memorijske transakcije prođu kroz Northbridge čipset,

što uzrokuje povećavanje latencije u odnosu na tadašnju AMD Turion platformu. Međutim,

testovi su pokazali da je primjena Intel Core L2-cachea sustava vrlo učinkovita u

prevladavanju latencije glavne memorije.

Sosseman procesorima za poslužitelje, koji su bazirani na Yonahu, također nedostaje Intel

64-bitna podrška. Za tržište poslužitelja ovaj je imao ozbiljne posljedice, budući da su svi

veliki poslužiteljski operativni sustavi već podržali x86-64, a Microsoft Exchange Server

2007 zahtijeva 64-bitni procesor za rad.

Intel Core Solo koristi isti dvojezgreni kalup kao i Core Duo, ali ima samo jednu aktivnu

jezgru. Ovisno o potražnji, Intel može jednostavno isključiti jednu od jezgri i prodavati Core

Duo pod Core Solo – to zahtjeva manje truda nego pokretanje i održavanje zasebne linije

procesora koji fizički imaju samo jednu jezgru. Intel je koristio istu strategiju prethodno s

486 procesorom u kojoj su se ranije 486SX procesori proizvodili kao 486DX procesori ali s

onemogućenim FPU-om.

1.3 64 – bitna Core2 mikroarhitektura

Nasljednik Core arhitekture je Intel Core2. Ova arhitektura predstavlja ponovno ujedinjenje

Intelovih stolnih i prijenosnih proizvodnih linija procesora. Za razliku od prvih Intel Core

procesora koji su bili ciljano samo za notebook računala (nekolicina procesora koristila za

stolna računala, kao iMac i Mac Mini koji su također koristili Core procesore), procesori

Core2 uz notebook objavili su se i za desktop računala.

Slika 1.3 Intel Core 2 Arhitektura

Za razliku od Intel Corea, Intel Core2 je 64 – bitni procesor. Još jedna razlika između

originalnog Core Duo i novog Core2 Duo je povećanje količine L2 cachea. Novi Core 2 Duo

je utrostručio količinu L2 cachea te je također utrostručio količinu on – board cachea na

6MB. Core2 je uveo i Quad – core izvedbu (dvije jezgre pakirane u multi – čip modulu),

brendiranu kao Core2 Quad. Sva tri čipa su proizvedena kao 65nm litografija, a u 2008, kao

45nm litografija, proizvedena je i podrška za Front Side sabirnicu brzine od 533MHz – 1600

MHz. Osim togadodana je potpora SSE 4.1.

1.3.1 Core 2 Duo

Većina varijanti procesora Core 2 za stolna i prijenosna računala su Core 2 Duo, s dvije

procesorske jezgre na jednom “Merom“, “Conroe“, “Allendale“, “Penryn“ ili “Wolfdale“

čipu. Isti dolaze u širokom rasponu potrošnje energije i performansi, počevši od relativno

sporih ultra-male-snage Uxxxx (10 W) i nisko-potrošnih Lxxxx (17 W) verzija, do Pxxxx (25

W) i Txxxx (35 W) prijenosnih verzija s jačim performansama i Exxxx (65 W) verzija za stolna

računala.

Unutar svake linije veći broj se obično odnosi na bolje performanse što uvelike ovisi o

taktnoj frekvenciji jezgre, taktu front – side sabirnice i količini L2 cachea. Core 2 Duo

procesori obično koriste puni L2 cache od 2, 3, 4, ili 6 MB dostupan u specifičnom

izvođenju operacija čipa, dok se količina cachea smanjila za procesore Celeron ili Pentium

Dual – Core, koji su bili namijenjeni manje zahtjevnim korisnicima. Poput tih procesora,

neki slabiji Core 2 Duo modeli onemogućili su neke mogućnosti, kao Virtualization

Technology.

Kodno ime Brend naziv L2 Cache Socket TDP

Merom

Mobile Core 2 Duo U7xxx 2 MB BGA 479

10 W

Mobile Core 2 Duo L7xxx 4 MB 17 W

Mobile Core 2 Duo T5xxx 2 MB Socket M

Socket P

BGA 479

35 W Mobile Core 2 Duo T7xxx 2 – 4 MB

Conroe i

Allendale

Core 2 Duo E4xxx 2 MB LGA 775 65 W

Core 2 Duo E6xxx 2 – 4 MB

Penryn

Mobile Core 2 Duo SU7xxx 3 MB

BGA 956

10 W Mobile Core 2 Duo SU9xxx

Mobile Core 2 Duo SL9xxx 6 MB

17 W

Mobile Core 2 Duo SP9xxx 25 W

Mobile Core 2 Duo P7xxx 3 MB

Socket P

FCBGA6

25 W Mobile Core 2 Duo P8xxx

Mobile Core 2 Duo P9xxx 6 MB

Mobile Core 2 Duo T6xxx 2 MB

35 W Mobile Core 2 Duo T8xxx 3 MB

Mobile Core 2 Duo T9xxx 6 MB

Mobile Core 2 Duo E8xxx 6 MB Socket P 35 – 55 W

Wolfdale Core 2 Duo E7xxx 3 MB

LGA 775 65 W Core 2 Duo E8xxx 6 MB

Tablica 1.3. Core 2 Duo

1.3.2 Core 2 Quad

Core2 Quad procesori su multi – čip moduli koji se sastoje od dva kalupa slični onima koji

su se koristili za Core Duo procesore formirajući tako quad – core procesor. Na taj način

quad – core procesori imaju dvostruko bolje performanse od dual – core pri istoj taktnoj

frekvenciji u idealnim uvjetima.

Xeon 32xx i 33xx procesori su uglavnom identične verzije kao Core 2 Quad procesori za

stolna računala, te se mogu koristiti naizmjenično.

Kodno ime Brend naziv L2 cache Socket TDP

Kentsfield Core 2 Quad Q6xxx 2x4 MB

LGA 775

95 – 105 W

Yorkfield

Core 2 Quad Q7xxx 2x1 MB 95 W

Core 2 Quad Q8xxx 2x2 MB 65 – 95 W

Core 2 Quad Q9xxx 2x3 – 2x6 MB

Penryn – QC Mobile Core 2 Quad Q9xxx 2x3 – 2x6 MB Socket P 45 W

Tablica 1.4 - Core 2 Quad

1.3.3 Core 2 Extreme

Core 2 Extreme su verzije Core 2 Duo i Core 2 Quad procesora za entuzijaste. Obično su

imali veću taktnu frekvenciju i otključan clock-multiplier što ih je činilo posebno atraktivnim

za 'overclocking'. Core 2 Extreme procesori su pušteni u prodaju po puno većoj cijeni od

regularne verzije, najčešće 999$ i više. Ti procesori su bili vrlo snažni, a imali su od 75 W do

skoro 150 W snage. U 2009. godini bili su dostupni u dual – core ili quad – core

konfiguracijama. Core 2 Extreme proizvod je bio relativno kratkog vijeka jer su koristili

dosta skuplju 45nm litografiju kao proizvodni proces koji se još trebao usavršiti. S

vremenom, svi Core 2 proizvodi će prisvojiti takvu litografiju, ali tek nakon kraja Extremea.

Osim u cijeni, Extreme nadmašuje u performansama i sve 65nm proizvode proizvedene od

strane Intela. Nakon Q1 2008. godine, Core 2 Quad prešao je na 45nm proizvodnju

procesora.

Kodno ime Brend naziv L2 cache Socket TDP

Merom Mobile Core 2 Extreme X7xxx 4 MB Socket P 44 W

Conroe Core 2 Extreme X6xxx 4 MB LGA 775 75 W

Kentsfield Core 2 Extreme QX6xxx 2 x 4 MB LGA 775 130 W

Penryn Mobile Core 2 Extreme X9xxx 6 MB Socket P 44 W

Penryn – QC Mobile Core 2 Extreme QX9xxx 2 x 6 MB Socket P 45 W

Yorkfield Core 2 Extreme QX9xxx 2 x 6 MB LGA 775 / LGA

771 130 – 150 W

Tablica 1.5. Core 2 Extreme

1.3.4 Core 2 Solo

Core 2 Solo je uveden u rujnu 2007. godine kao nasljednik Corea Solo i dostupan je jedino

kao ultra-low-power procesor za prijenosna računala s 5.5 W TDP.

Kodno ime Brend naziv L2 Cache Socket TDP

Merom – L Mobile core 2 solo U2xxx 1 MB FCBGA 5.5 W

Penryn - L Mobile core 2 Solo SU3xxx 3 MB BGA956 5.5 W

1.4 “Nehalem“ mikroarhitektura

S početkom distibucije “Nehalem“ mikroarhitekture u studenom 2008. godine, koja je

nasljednik Core mikroarhitekture, Intel je predstavio novi plan imenovanja svojih budućih

procesora. “Nehalem“ procesori koriste 45nm litografiju. Postoje 3 varijante: Core i3, Core

i5 i Core i7, međutim, imena više ne odgovaraju tehničkim značajkama procesora kao što

su broj jezgri. Umjesto toga, brend je sada podijeljen u procesore niskih (i3), srednjih (i5) i

visokih (i7) performansi, koje odgovaraju razini od 3 – 5 zvjezdica na Intelovoj ljestvici

procesora, za razliku od Celeron (1 zvjezdica) i Pentium (2 zvjezdice) procesora.

Zajedničke značajke svih procesora temeljenih na “Nehalem“ mikroarhitekturi su

integrirani DDR3 memorijski kontroler, QuickPath Interconnect ili PCI Express i Direct

Media Interface na procesoru, koji zamjenjuje zastarjelu quad – pumped Front – Side

sabirnicu korištenu u ranijim Core procesorima. Također svi ovi procesori imaju 256 KB L2

cache po jezgri, plus do 12 MB dijeljivog L3 cachea. “Nehalem“ je zamijenjen sa “Sandy

Bridge“ mikroarhitekturom u siječnju 2011. godine.

Slika 1.4 Intel Nehalem Arhitektura

U usporedbi s “Penryn“, “Nehalem“ je (za istu frekvenciju):

10-25 % brži u jednonitnim aplikacijama

20-100 % više brži u višenitnim aplikacijama

30 % nižu potrošnju

Slika 1.5 Intel CPU “Roadmap” 2007-2010

1.5 Sandy Bridge mikroarhitektura

“Sandy Bridge“ je kodno ime za mikroarhitekturu koju je razvio Intel početkom 2005.

godine za centralne procesorske jedinice (CPU) u računalima s ciljem zamijene prethodne

“Nehalem“ mikroarhitekture. Intel je predstavio “Sandy Bridge“ procesor u 2009. godini, te

prvi put pustio u proizvodnju 2011. godine pod Core brendom. Izvorno, implementacija je

ciljala 32 nm proizvodni proces temeljen na planiranom double-gate tranzistorima. Sljedeći

proizvodi, kodnog imena “Ivy Bridge“ koristi 22 nm proces. Smanjenje kalupa “Ivy Bridge“

temeljeno je na 3D tri-gate tranzistorima. Intel je predstavio “Ivy Bridge“ procesore u 2011.

godini.

Nadogradnje na “Nehalem“ su:

32 KB podatkovnog + 32 KB instrukcijskog L2 cachea (3 takta) + 256 KB zajedničkog

L2 cachea (8 taktova) po jezgri

Dijeljivi L3 cache uključuje procesorsku grafiku (LGA 1155)

64 – byte veličina cache linije

Dvostruke load/store operacije po procesorskom ciklusu za svaki memorijski kanal

Prošireno i optimizirano predviđanje grananja (branch prediktor)

Poboljšane performanse za transcedentalnu matematiku i AES kodiranje

256 – bitni/cycle prsten sabirnice između jezgri, grafike i prememporije

Advanced Vector Extensions (AVX) 256 – bitni instrukcijski set s širim vektorima,

novom sintaksom i bogatijom funkcionalnošću

Intel Quick Sync Video, hardverska podrška za video dekodiranje i kodiranje do 8

fizičkih jezgri ili 16 logičkih jezgri kroz Hyper – Threading

Slika 1.6 Sandy Bridge - pregled

Prosječno povećanje performansi, prema IXBT Labs i Semi Accurate, kao i mnogim drugim

stranicama za usporedbu s tržišnim liderima, je oko 11% u usporedbi s “Nehalem“

generacijom, koja uključuje “Bloomfield“, “Clarkdale“ i “Lynnfield“ procesore. Otprilike

dvostruko povećanje performansi integrirane grafičke u usporedbi s “Clarkdale“

procesorom.

1.6 Pogled u budućnost

Razvojni timovi Intela i konkurentskog AMD-a ne miruju i vidi se da postoje zacrtani planovi

za više godina unaprijed. Intel je trenutno predvodnik u razvoju procesora za osobna

računala pa je na njega stavljeno težište u ovom pregledu razvoja procesora za osobna

računala. Na slijedećim slikama je tzv. “roadmap” za Intelove procesore do 2014 godine, te

prikaz čemu se teži u daljnjem razvoju procesora.

Osim toga kako današnji procesori sve više “usisavaju” okolne komponente (sabirnice,

GPU, memorija ,...) sve je teže govoriti o CPU, a počinje se upotrebljavati pojam APU

(Accelerated processing unit) kojim se označava nekadašnji CPU potpomognut dodatnim

jedinicama za obavljanje specifičnih zadataka (najčešće GPU). Slijedeći bitni korak u

razvoju bit će integracija CPU i kompletne radne memorije ?

Slika 1.7 Intel “Roadmap” 2013-2014

Slika 1.8 Intel ciljevi za 2013

SSD (SOLID STATE DRIVE) DISKOVI 2

2.1 Povijest

U 1970–ima i 1980–ima SSD–ovi su implementirani u poluvodičku memoriju za prva IBM–

ova superračunala (Amdhal i Cray). Međutim zbog pretjerano visoke cijene SSD–ova

izrađenih po narudžbi naišli su na rijetku primjenu. U kasnim 1970–ima PROIZVEDENI SU

silicijum nitrid EAROM–ovi. Upotreba je pokazala da čuvanje podataka do 10 godina nije

ostvarivo. Zbog toga se 1980–ih napušta i prebacuje na CMOS RAM s napajanjem. Tvrtka

Dataram je 1976. godine napravila SSD nazvan BULK CORE koji se spajao na mini računala

tvrtke Modular Computer System i imitirao tvrde diskove od DEC–a ili Data Generala. Svako

kućište je sadržavalo 8 * 256k * 18 CMOS RAM modula i imalo kapacitet od 2 MB.

2.2 Moderni SSD diskovi

Prvi moderni SSD–ovi razvijaju se 1978. godine. Prvi takav je razvila tvrtka Storage Tek.

Texas Memory Systems predstavio je 16kb RAM bazirane SSD–ove dizajnirane da ubrzaju

prikupljanje seizmičkih podataka naftne industrije. Treba napomenuti da se razvijanje

modernih SSD–ova potaklo baš zbog njihove izdržljivosti i brzine koje su potrebne za vojnu i

naftnu industriju. Intel 1980. uvodi novu tehnologiju, neishlapljujuću bubble memoriju,

koja koristi tanki sloj magnetskog materijala koji drže mala magnetska područja (svako

sprema 1 bit), a 1983. je predstavljeno računalo Sharp PC-5000 koji koristit tu tehnologiju.

Santa Clara Systems predstavlja Bat Ram tijekom 1980–ih, niz od 1MB DIP RAM čipova i

upravljača koji je imitirao tvrdi disk.

Slika 2.1 Jedan od prvih modernih SSD diskova

RAM diskovi su bili popularni boot medij 1980–ih, kada su tvrdi diskovi bili skupi, a floppy

diskovi bili spori. Par sistema, kao Amiga, Apple II gs i Macintosh Portable su podržavali

takvo bootanje. Sistem se mogao dići u nekoliko sekundi.

Godine 1995. tvrtka M-System's predstavlja SSD–ove bazirane na flash memoriji. Od tada

počinje naglo razvoj SSD–ova. SSD–ovi postaju zamjena za spore tvrde diskove u vojnoj,

zrakoplovnoj i ostaloj industriji. Osim brizne, jedna od glavnih značajki je ta što SSD može

postići izuzetan MTBF. Krajem 20.stoljeća i početkom 21.stoljeća., proizvode se do tada

SSD–ovi s najvećim kapacitetom (bazirani na flash memoriji). Prvog proizvodi BiTMICRO

kapaciteta 18 GB, ali on se na pušta u prodaju. Zatim Adtron proizvodi 14 GB SSD (S35PC)

koji se pušta u prodaju i cijena mu je bila 42 000 $ (3000 $/GB).

Slika 2.2 SSD početkom 21.stoljeća

U 2002.–oj se pojavljuje prvi NAS (Network attached storage) flash SSD. U 2005. Događa se

procvat SSD tehnologija, uvode se SATA i USB sučelja, te se počinju proizvoditi SSD–ovi i do

192 GB kapaciteta. U 2009. SSD sustiže HDD po pitanju kapaciteta. Tvrtka OCZ demonstrira

1TB SSD koristeći PCI Express x8 sučelje, dostiže brzinu pisanja 654 MB/s i čitanja 712

MB/s. Iste godine tvrtka Micron Technology najavljuje prvi SSD koristeći 600 MB/s SATA

sučelje.[2]

Slika 2.3. izgled modernih SSD diskova

2.3 Arhitektura

Za razliku od RAM SSD-ova gdje su podaci očuvani pomoću baterije koja je dolazila

sa njima, kod flash SSD-ova podaci su očuvani neishlapljujućim svojstvom flash memorije.

SSD se sastoji od glavnog sučelja, RAM-a, procesora, hardver-flash sučelja,

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/cc/Mtron_SSD.jpg

međuspremnika, ECC-a te NAND flash čipa.

Slika 2.4 arhitekture SSD diska

2.3.1 NAND Flash

Ime NAND dolazi od „Not And“, a zapravo je naziv za negirana I vrata. MOSFET tranzistor je

poluvodič koji se koristi kao električna sklopka koja služi kao vrata. U shemi možemo vidjeti

metal i oksidnu rešetku, važne elemente u shvaćanju MOSFET tranzistora.

Slika 2.5 MOSFET tranzistor

Drugi važan element je kanal. Kanal je područje ispod rešetke, on omogućava protok struje

od izvora do odvoda. Tranzistor su zapravo vrata koja mogu biti otvorena ili zatvorena i kad

su otvorena struja teče kroz kanal. Drugi važan pojam kod tranzistora je okidni

(engl.treshold) napon (Vt). Okidni napon je definiran kao napon rešetke koji omogućava tok

elektrona.[3]

Slika 2.6 Okidni napon

Znači kada je napon u tranzistoru ispod okidnog napona, tranzistor je zatvoren, a kad je

iznad okidnog napona tranzistor je otvoren. Elektroni kreću preko izoliranog područja

koristeći efekt tuneliranja.

Slika 2.7 Zatvoreni tranzistor(lijevo) i otvoreni tranzistor(desno)

Kod flash memorije vrata su izvedena na poseban način To su tzv. lebdeća vrata sa

svojstvom da spremaju električni naboj duže vrijeme čak i bez napajanja. Korištenjem

lebdećih vrata postiže se i više napona okidanja. Naboj koji se akumulira u lebdećim

vratima zasjenjuje djelovanje napona na kontrolnim vratima. Što je više naboja u lebdećim

vratima potreban je viši napon na kontrolnim vratima da bi tranzistor proveo. SLC čipovi

koriste jedan napon okidanja, dok MLC čipovi koriste više različitih napona.

Slika 2.8 Tranzistor sa lebdećim vratima

Kontrolna vrata

2.3.2 Lanac ćelija i čitanje

Prije nego što se pojasni točna struktura NAND flash memorije i čitanje potrebno je

pojasniti čitanje samo jedne ćelije. Namjena operacije čitanja je razlikovati programiranu

od izbrisane ćelije. Razmotrit će se dvije situacije. Prva situacija je prazna ćelija (nema

naboja u lebdećim vratima), a druga situacija je puna ćelija (ima naboja u lebdećim

vratima). Prazna ćelija se može otvoriti niskim naponom. Primjenom 3V na upravljačka

vrata kanal je otvoren i struja protječe. Primjenom 3V na upravljačka vrata pune ćelije

vidjet će se da je kanal zatvoren i da kroz njega ne protječe struja.

Slika 2.9 Lanac tranzistora

NAND flash ima unutarnju serijsku organizaciju. Niz pojedinačnih flash memorija spojeno je

u lanac. Da bi se pročitala vrijednost jedne ćelije sve ćelije do nje u tom lancu trebaju biti

uključene. Povrh toga, jedna ćelija ne može biti pročitana sama, uvijek se čita cijela stranica

u stranični registar. Uobičajeni NAND flash koristi lanac od 32 tranzistora sa lebdećim

vratima spojenih na liniju izvora i liniju bita preko „tranzistora odabira“ na svakome kraju.

Za pristup čitanja „tranzistori odabira“ na linijama bita i izvora su zatvoreni. Senzor struje

na liniji bita detektira protok struje. Razina upravljačkog napona koji je primijenjen na liniju

riječi pri kojem tranzistor sa lebdećim vratima počinje provoditi struju se koristi za

određivanje vrijednosti bita spremljene u ćeliji. Trebamo imati na umu da se su ćelije

spojene u seriju i da se izmjeri napon provođenja jedne ćelije, sve ćelije moraju provoditi

struju (moraju biti „uključene“).

U praksi, ovo je napravljeno tako da se primjeni dovoljno visoki napon na sve „linije riječi“

spojene na upravljačka vrata od 32 ćelije spojene u lanac osim na onu koja se čita.

Prednapon se uzme npr +5V, koji je dovoljno visok da uključi 31 tranzistor s lebdećim

vratima u lancu tako da se podatak može pouzdano pročitati iz jedne ćelije primjenjujući

napon ispod 0.5V na upravljačka vrata. Ako su lebdeća vrata prazna (bit = 1), primjena

niskog upravljačkog napona (0.5V) bi rezultirala vođenjem tranzistora i struja bi tekla na

liniju bita (BL).

Slika 2.10 Lanac sa jednom linijom riječi

U registrima stranica (koji su mali „cache“) 1-ce i 0-e su spremljene kao vrijednosti bita.

Pošto je na liniju riječi spojeno minimalno 512 linija bita svaki tranzistor će vratiti signal

„uključeno“ ili „isključeno“.

U slučaju SLC-a na liniju riječi se može postaviti napon nešto veći od napona za koju bi

ćelije bez naboja trebale provesti.Tada će svelinije bita s praznom ćelijom vratiti 1, a ostale

0.

Kod MLC-a se napon na liniji riječi stepenasto povećava te u predmemoriji straničnog

registra formira strujni profil. Iz njega se rekostruira najčešće dvo-bitna vrijednost (dakle

jedna ćelija sprema 00,01,10 ili 11).

2.3.3 Brisanje i programiranje

Stvaran mehanizam programiranja bilo koje ćelije je primijeniti visoki napon

na upravljačka vrata(napon od 20V), tj. primijeniti napon od 20V na liniju riječi kod lanca

ćelija. Taj napon povlači elektrone iz podloge kroz oksidni tunel u lebdeća vrata. Ovaj

proces se naziva kvantno mehaničko tuneliranje. Obrtanje procesa zahtijeva primjenjivanje

na podlogu da bi se odstranili elektroni sa lebdećih vrata. Ne postoji direktan način da se

napon brisanja primjeni samo na jednu ćeliju, na jedna vrata, zato se obrnuto tuneliranje

može primijeniti samo na cijeli blok.

Brisanje je slično programiranju, glavna razlika je da se umjesto odabira „linije izvora“,

odabere „linija napona brisanja“ i umjesto odabira linije bita,tranzistor odabira je zatvoren.

Sve linije riječi su prednapete na 5V i dopuštaju struji brisanja da teče kroz cijeli lanac

tranzistora, kroz sve ćelije bloka. Zato se NAND flash ćelija može samo programirati

prebacivanjem 1 u 0 (ako se i jedan bit 0 mora vratiti u 1,cijeli blok se mora izbrisati).

Primjer:

Ako su 4 ćelije programirane na vrijednost:

0010 1100 2C[hex] i želimo tu vrijednost prebaciti u 21[hex]

0010 0001 21[hex]

Iako samo jedan bit(označen crveno) treba prebaciti iz „0“ u „1“,da se to napravi treba

izbrisati cijeli blok,brišući cijeli blok sve vrijednosti bita se resetiraju u 1111 1111(FF[hex]).

U slučaju MLC-a situacija je još kompleksnija.

2.3.4 Razlika SLC i MLC

SLC (single-level cell – jedna ćelija po razini) i MLC (multi-level cell – više ćelija

po razini) čipovi su slični po dizajnu. MLC čip košta manje i dozvoljava veću gustoću

zapreme. SLC čipovi su brži i pouzdaniji, čak i pri temperaturama većim od temperaturnog

raspona kod MLC čipova.

Slika 2.11 SLC i MLC čip

Recimo da kupac ima ponuđena ova dva čipa iznad, jedan košta 150 kuna, a drugi 50 kuna,

zašto bi uzeo prvi čip (skuplji) kada može uzeti ovaj drugi,3 puta jeftiniji. Odgovor na ovo

pitanje leži ispod površine. Ovi čipovi nisu isti, lijevi čip je SLC čip, a desni je MLC. Da bi se

izabrala odgovarajuća memorija za aplikaciju važno je analizirati za što će se ona koristiti.

Na primjer, tvornica koja proizvodi prenosive bar-kod čitače će u svoj proizvod vrlo

vjerojatno stavljati SLC čip zbog njegove izdržljivosti i brzine, dok će tvornica koja proizvodi

MP3 uređaje u svoje uređaje vrlo vjerojatno stavljati MLC čip zbog cijene te kapaciteta.

MLC se koristi u svakodnevnim primjenama koje ne zahtijevaju dugotrajnu pouzdanost,

kao USB uređaji,MP3 svirači, flash kartice, komercijalni SSD diskovi, itd.

2.4 Nedostaci NAND Flash memorije

Na žalost NAND flash memorija ima i svojih nedostataka. Najveći nedostatak je da

svaka flash memorija ima svoj vijek trajanja, ograničene cikluse pisanja/čitanja, oni ovise o

tome da li je čip SLC ili MLC.

Wear- Ćelija kroz ciklus trpi velika električna polja koja su potrebna da natjeraju elektrone

da prođu kroz oksidni sloj. Tijekom vremena to uzrokuje degradaciju oksidnog sloja,

uzrokujući pucanje atomskih veza u oksidnom sloju te između lebdećih vrata i podloge.

Rezultat toga je da elektroni ostaju zatočeni u popucalim vezama. Posljedica je sporije

brisanje, dok pisanje postaje brže. Nakon nekog vremena u sloju će biti toliko elektrona da

se ćelija više neće moći izbrisati. Kada se to dogodi, ćelija se također više neće moći

programirati i nastupa „smrt“ ćelije. Da se izbjegne nešto ovako koristimo Wear Leveling

(koji ćemo opisati kasnije).

Još jedan problem je takozvani SILC (engl.Stress-Induced Leakage Current)-gubitak naboja

lebdećih vrata kroz oksidni sloj u podlogu. Svaki gubitak naboja može uzrokovati pogrešku

bita. SILC može biti uzrokovan ciklusima susjednih blokova ili čak čitanjem susjednih

blokova.

Još jedna od pogreški je ometanje čitanja. Ometanje čitanja se događa kad se jedna ćelija

(linija riječi) čita puno puta, bez ikakvog procesa brisanja između. Sve ćelije koje pripadaju

nizu u kojem se nalazi ćelija koju moramo pročitati se moraju uključiti. Tijekom

primjenjivanja prednapona, koji uključuje sve te ćelije, može doći do efekta SILC u nekim

ćelijama koje radi toga mogu dobiti naboj. Ta ćelija onda pati od promjene napona praga,

što može dovesti do pogreške u čitanju.

Upravljački sklop

Zadaća upravljačkog sklopa je dvostruka:

Da pruži najprikladnije sučelje i protokol prema domaćinu i flash memoriji;

Da efikasno postupa podacima, maksimizira brzinu prijenosa, integritet podataka i zadržava

podatke

Da se izvedu takvi zadaci, dizajniran je uređaj za tu namjenu, ugrađujući standardni

procesor (uobičajeno 8/16 bitni) zajedno sa potrebnim hardverom da rukuje sa vremenski

kritičnim zadacima. Memorijski upravljač se može podijeliti u više dijelova, koji su

implementirani ili u hardveru ili kao programi izvedeni u sklopovskoj opremi

(engl.firmware). Zbog jednostavnijeg objašnjavanja neke dijelove upravljačkog sklopa se

odvojilo od glavnih zadaća upravljačkog sklopa koje će se ovdje pojasniti.

Dio koji će se pojasniti kod upravljačkog sklopa je takozvani Flash File System(FFS), to je

datotečni sustav koji omogućava primjenu SSD-ova kao magnetskih diskova. FFS je

implementiran u programu izvedenom u sklopovskoj opremi (engl.firmware) i rukuje svim

pristupima podataka na/sa glavnog računala sa minimalnom granularnošću od 512 bytea.

Ovaj blok je najvažniji tijekom prijenosa podataka Glavne funkcije su Wear Leveling,

Garbage Collection i Bad Block Managment. Za sve ove funkcionalnosti koriste se tablice za

mapiranje sektora i stranica iz logičkih u fizičke. Sa korisnikova stajališta podaci su pisani i

prebrisani unutar zadanog logičkog sektora: zbog ograničenosti flasha, prebrisati na istoj

stranici nije moguće, zbog toga se nova stranica mora alocirati u fizičkom bloku i prethodna

je označena kao nevažeća. Vidljivo je da će nakon nekog vremena, trenutni fizički blok

postati pun i za to se drugi (međuspremnik) pridjeljuje istom logičkom bloku. Potrebne

tranzicijske tablice su uvijek spremljene u samom uređaju i tako smanjuju kapacitet

uređaja.

2.4.1 Wear Leveling

Podaci spremljeni unutar iste memorijske lokacije se ne mijenjaju istom

frekvencijom. Neki podaci se često mijenjaju i ažuriraju, a neki ostaju uvijek isti jako dugo

vremena(čak i cijeli vijek uređaja). Vidljivo je da su blokovi koji se često ažuriraju izloženi

velikom broju ciklusa pisanja/brisanja, dok blokovi koji sadrže podatke koji se ne ažuriraju

toliko često ili vrlo rijetko su manje izloženi tome. Da se smetnje ublaže, važno je starenje

svake stranice/bloka smanjiti i raspodijeliti što bolje, broj svakog čitanja/brisanja na svaki

blok mora se promatrati. Treba uzeti u obzir maksimalni broj pisanja/brisanja na blok: u

slučaju SLC-a to je 100 000, a u slučaju MLC-a to je 10 000. Wear Leveling se oslanja na

koncept logičko fizičke translacije. Svaki put kad korisnička aplikacija zahtjeva ažuriranje na

isti sektor, upravljač dinamički preslikava sektor na drugi sektor,čuvajući put do slike u

posebnoj tablici ili kao pokazivač.

2.4.2 Garbage Collection

Wear Leveling se oslanja na dostupnost slobodnih sektora koji mogu biti

popunjeni: kada broj dostupnih sektora padne ispod zadane razine, sektori se zbiju i iste

kopije se brišu. To obavlja Garbage Collection modul, koji bira blokove koji sadrže loše

blokove, kopira posljednju valjanu kopiju u slobodni sektor i briše takav blok. Da smanji

utjecaj na performanse sustava,ovaj proces se može izvoditi u pozadini.

2.4.3 Bad Block Managment

Koliko god su Wear Leveling algoritmi pametni, unutarnja ograničenja NAND

Flash-a je predstavljena prisustvom takozvanih Bad Blocks (loših blokova). To su blokovi

koji sadrže jednu ili više lokacija čija pouzdanost nije garantirana. Bad Block Managment

modul stvara i održava popis loših blokova: taj popis je napravljen tijekom proizvodnje

memorije i sadrži listu loših blokova već prisutnih tijekom tvorničkog testiranja memorije.

Tokom životnog vijeka uređaja ovaj popis se ažurira kad god se blok pokvari, postane loš.

2.4.4 ECC

Ovaj zadatak obavlja posebni dio hardvera unutar upravljačkog sklopa.

Smetnje čitanja i prebrisavanje postaju važni faktori u rukovanju sa podacima kod SSD-a.

Problem kod čitanja je što će svako čitanje prouzrokovati laganu promjenu u nivou napona

programiranja u svim ćelijama istoga bloka. U tom slučaju će ECC algoritmi uz praćenje

učestalosti pogreške bita (engl.BER) ukazivati na potencijalno pogoršanje integriteta

podataka u danom bloku i signalizirati upravljaču da oporavi postojeće podatke prije nego

što se dostigne točka „smrti“ ćelije. Moderni upravljači to rješavaju koristeći BER u svim

pristupima podacima kao indikator pogoršanja integriteta podataka. Ako se BER poveća

iznad predefinirane vrijednosti, upravljač će znati da se određeni dio podataka pogoršava

čitanjem i poduzet će potrebne protumjere kopirajući podatke na drugu lokaciju nakon

provjere integriteta i popravke vidljivih grešaka korištenjem ECC algoritama. Kod pogreške

prebrisavanja dolazi do zarobljenih bita, to se može očitati kao loša ćelija, a može biti

jednostavna MOS pogreška (dubinska istrošenost) koja se riješi sljedećim pisanjem

podataka. Da upravljač ovo ne bi prepoznao kao Bad Block i stavio u tablicu loših blokova

služi ECC, koji prepoznaje i ignorira ovakvu grešku.

2.4.5 Procesor i međuspremnik

SSD dolazi sa najmanje 32 bitnim procesorom koji izvršava važne procese

ugrađenih programa sa namjenom da upravlja svim aktivnostima SSD-a. Međuspremnik

dohvaća podatke koji dolaze sa računala tijekom operacije čitanja ili pisanja. Procesor

koristi hardver-flash sučelje koje se ponaša kao DMA da ubrza prijenos između flash

memorije i međuspremnika.

2.5 Hardversko sučelje

SSD nasljeđuje sučelja od tvrdog diska tako da je lako zamijeniti tvrdi disk sa

SSD-om. Da se ne ulazi u detalje pobrojati će se najčešća sučelja.

Parallel ATA (PATA) – dostiže brzinu od 133 MBps i zahtjeva puno pinova.

SATA (serial ATA) – dizajniran da zamijeni ATA standard,koristi brzi serijski kabel koji

dostiže briznu do 1.5 Gbps (oko 150 MBps).

Koriste se još PCI Express (Peripheral Component Interconnect Express) te SCISI (Small

Computer System Interface).

2.6 Performanse

2.6.1 Izdržljivost

Izdržljivost SSD-a se može opisati na hardverskoj i softverskoj razini. Najvažnija razina je

softverska razina.There are no sources in the current document.„Izdržljivost SSD-a se

definira kao maksimalna količina podataka koja se može zapisati na uređaj prije njegova

kvara.“[6] Na ovoj razini upravljač ima najveću zadaću i sve ovisi koliko su mu dobri

algoritmi Wear Levelinga, Bad Block Managment te ECC. Ovisno o tim algoritmima može se

izračunati izdržljivost SSD-a pomoću sljedeće formule:

𝑖𝑧𝑑𝑟ž𝑙𝑗𝑖𝑣𝑜𝑠𝑡 =𝑁𝐴𝑁𝐷 𝑟𝑒𝑙𝑖𝑎𝑏𝑖𝑙𝑖𝑡𝑦∗𝐾𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑡𝑒𝑡 𝑢𝑟𝑒đ𝑎𝑗𝑎∗𝐸𝑓𝑖𝑘𝑎𝑠𝑛𝑜𝑠𝑡 𝑊𝑒𝑎𝑟 𝐿𝑒𝑣𝑒𝑙𝑖𝑛𝑔𝑎

𝑊𝑟𝑖𝑡𝑒 𝐴𝑚𝑝𝑙𝑖𝑓𝑖𝑐𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛 𝐹𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟

NAND Reliability – ukupan broj ciklusa programiranja/brisanja koji se može izvesti na

svakom bloku bez da se prijeđe granica tolerancije od pogreške.

Kapacitet uređaja – kapacitet potreban za prebacivanje rasporeda podataka na disku

Efikasnost Wear Levelinga – parametar koji pokazuje koliko je efikasan Wear Leveling

algoritam u raspoređivanju operacija programiranja/brisanja po cijelom NAND flashu

Write Amplification Factor – omjer između podataka koje je programirao Upravljač i

podataka koji je korisnik zapisao

Brzina - IOPS (Input/Output Operations Per Second) je broj ulazno/izlaznih operacija u

sekundi (čitanja/pisanja). Uobičajeno mjerilo performansi uređaja za pohranu podataka

kao tvrdi disk i SSD. Računanje IOPS-a se obavlja mjerenjem sekvencijalnih i nasumičnih

operacija. Sekvencijalne operacije pristupaju susjednim lokacijama na uređaju i povezane

su sa prenošenjem većih podataka, na primjer, 128 KB. Nasumične operacije pristupaju

lokacijama na uređaju slučajnim odabirom i povezane su sa prenošenjem manjih podataka,

na primjer, 4 KB.

Slika 2.12 Sekvencijalni i nasumični pristup lokacijama

Najvažnije mjere kod IOPS-a su:

Ukupni broj IOPS-a–ukupni broj U/I operacija u sekundi

Broj IOPS-a kod nasumičnog čitanja–prosječna vrijednost operacija nasumičnog čitanja U/I

operacija u sekundi

Broj IOPS-a kod nasumičnog pisanja–prosječna vrijednost operacija nasumičnog pisanja U/I

operacija u sekundi

Broj IOPS-a kod sekvencijalnog čitanja–prosječna vrijednost operacija sekvencijalnog

čitanja U/I operacija u sekundi

Broj IOPS-a kod sekvencijalnog pisanja–prosječna vrijednost operacija sekvencijalnog

pisanja U/I operacija u sekundi

Kod SSD-a nasumični broj IOPS-a ovisi o Upravljaču koji taj SSD koristi, a kod HDD-a taj broj

ovisi o vremenu pozicioniranja. Dok sekvencijalni broj IOPS-a ovisi o maksimalnom

bandwith-u koji uređaj može podnijeti. Možda je većina korisnika naviknulo na mjere MB/s

koje se viđaju i ne samo kod tvrdih diskova nego i u mrežama, itd. I često pitanje na koje se

može naići je: „Je li bolje koristiti mjeru IOPS ili MB/s“?. Odgovor na to pitanje je

jednostavan, IOPS. Zato što MB/s se inače odnosi na sekvencijalni pristup i na prenošenje

većih količina podataka, a IOPS-i se odnose na nasumični pristup i prenošenje manje

količine podataka, što je u računalima češće nego prenošenje većih količina podataka.

Stoga je preporuka kupcu, ako se odlučuje oko kupnje i bitna mu je brzina, uzeti SSD sa što

većim brojem IOPS-a.

2.7 Usporedba HDD i SSD

SSD se rješava magnetskih ploča, glave, svih mehaničkih komponenata i zamjenjuje ih sa

puno jednostavnijom komponentom, čipom. Dok tvrdim diskovima treba par sekundi dok

zavrti ploče i pripremi disk za čitanje ili pisanje podataka, SSD je automatski spreman za te

operacije. SSD je otporan na udarce ili bilo kakav oblik udara ili vibracija. Što se tiče

potrošnje energije, SSD troši jako malo energije, pogotovo kad čita podatke. Začuđujuće,ali

tvrdi disk troši samo mali dio „života“ baterije, tako da SSD produžuje „život“ baterije za 5-

10 min, a to nekome i u nekim situacijama može biti jako vrijedno. [7]

Slika 2.13 SSD iznutra

Što se tiče brzina, SSD na tom području daleko nadmašuje tvrdi disk. Brzina sekvencijalnog

čitanja kod tvrdog diska jedva dostiže i 100 MB/s dok kod SSD-a dostiže i do 250MB/s. Što

se tiče brzine zapisivanja podataka, kod boljih tvrdih diskova ona dostiže i do 118 MB/s, a u

prosjeku između 50 i 70 MB/s, a kod SSD-ova se ta brzina penje i do 200 MB/s. Što se tiče

MTBF-a kod tvrdih diskova je on oko 1 500 000 sati (171 godina), a kod SSD-ova preko 2

000 000 sati (228 godina).

Kada se pogledaju ove dvije tehnologije, vidi se da je SSD tehnički nadmoćniji u mnogim

područjima. Najveći problem je to što su puno skuplji i sa puno manje kapaciteta. Cijene

SSD diskova su u zadnjih par godina drastično pale i još su u konstantnom padu. Mnogi

stručnjaci predviđaju svijetlu budućnost što se tiče dostizanja cijena tvrdih diskova,ali

naravno da to neće biti moguće bar još koju godinu. Tržište tvrdih diskova zadobilo je

dobar udarac u zadnjem kvartalu 2011. godine, kada je poplava pogodila Tajland u kojem

se nalaze tvornice najvećih proizvođača tvrdih diskova na svijetu. Cijene su se povećale u

prvom tjednu i do 25%, a na kraju 2012. taj postotak je dosezao čak i do 180% za neke

tvrde diskove. To je bila dobra prilika da se SSD diskovi probiju i počnu svoj proboj i pravu

borbu protiv tvrdih diskova. Jer zbog nestašice tvrdih diskova na svjetskom tržištu mnogi

proizvođači se odlučuju baš za SSD diskove, a i proboj tehnologije kao ultrabook računala

im idu u prilog.

Slika 2.14 Usporedba cijena po GB zadnjih 5 godina[8]

Iz grafa se jasno vidi drastični pad cijena SSD diskova, koji je svoj najveći pad imao sa 2008.

na 2009. godinu. Najveći razlog tome je što se 2009.godine naglo povećava broj tvrtki koje

počinju proizvoditi SSD diskove. U zadnjem kvartalu 2011. godine je jasno vidljivo naglo

povećanje cijena tvrdih diskova te lagani pad cijena SSD diskova zbog spomenutog. Zadnja,

2012. godina se temelji na predviđanjima stručnjaka. Koji previđaju da će se tržište tvrdih

diskova teže oporavljati i da se neće oporaviti na kapacitet proizvodnje koji su imali prije

poplava te da će se s time cijene još lagano povećavati.[8] Isto tako za SSD diskove

predviđaju da će postupno postajati sve jeftiniji te da će se cijena po GB SSD diska spustiti

ispod jednog dolara, čemu će uzrok biti ne samo navedene poplave na Tajlandu nego i

navodno smanjenje tehnologije u proizvodnji.

Pri konačnom odabiru ipak odlučuje u koju će se svrhu koristiti računalo. Tvrdi disk bi

trebao biti prvi izbor ako se nema dovoljno novaca, uštedjet će se novac i možda se mogu

pojačati performanse kupujući brži procesor. Ako je pak brzina bitna i želi se postići brže

vrijeme dizanja sustava, brža obradu podataka i brži rad, onda je SSD pravi izbor. No može

se uraditi i jedno od najboljih rješenja. Uzeti SSD disk ispod 1000 kn, od nekih 80 GB i neka

on bude primarni disk na koji će se instalirati operacijski sustav i najbitnije aplikacije, a tvrdi

disk se spoji kao dodatni disk na kojem će se držati ostali podaci. To rješenje su neki

proizvođači stavili u jedan disk i danas postoje takozvani hibridni diskovi koji rade na

2007 2008 2009 2010 2011 12mj.2011 2012

HDD 0.79 0.53 0.22 0.16 0.08 0.2 0.25

SSD 12.5 1.95 1.19 1.12 1.07 0.6

0.04

0.2

1

5

25

Cij

ena

u d

ola

rim

a($

)

Cijene po GB

upravo opisanom principu. Operacijski sustav i najbitnije aplikacije se stavljaju na SSD, a

sve ostalo ide na HDD.

Slika 2.15 Hibridni disk iznutra

GPGPU – GENERAL PURPOSE PARALLEL PROGRAMMING 3ON GPU

Pojam GPGPU (General purpose parallel programming on GPU) označava paralelno

programiranje za opću namjenu na GPU.

Grafičke procesne jedinice (GPU) za suvremena osobna računala su prvotno bili hardverski

blokovi koji su obavljali limitirani skup operacija, a postepeno se dodavala programibilnost.

S vremenom su se iz jedinica specijaliziranih samo za obradu grafike razvile u programibilne

jedinice za obradu različitih, ali prvenstveno paralelnih tipova zadataka. Danas se različiti

zadaci koji se odlikuju paralelizmom mogu daleko efikasnije obavljati na GPU nego li na

CPU.

Rani pokušaji programiranja koristili su pojmove vezane za grafiku poput buffers i shaders.

Nekoliko projekata pokušalo je razviti pojednostaviti razvoj aplikacija i krajem 2006 NVIDIA

je predstavila CUDA arhitekturu i alate koji su pojednostavnili programiranje za GPU. CUDA

je vrlo dobro usklađena s NVIDIA arhitekturom.

3.1 CUDA model paralelnih niti

Ovdje će biti opisan model paralelizma koji se koristi u CUDA arhitekturi za GPGPU. Model

je potrebno razumjeti kako bi se mogle napisati aplikacije koje će efikasno koristiti

ponuđenu arhitekturu.

Slijedeće slike pokazuju NVIDIA GPU Tesla i Fermi arhitekturu.

Slika 3.1 Tesla Fermi Blok dijagram

Slika 3.2 NVIDIA Fermi Blok dijagram

3.2 GPU sklopovlje

GPU jedinica povezana je na host računalo kroz utor visoke propusnosti i to obično kroz

PCI-Express. GPU posjeduje svoju vlastitu memoriju, do nekoliko GB u današnjim

konfiguracijama. Podaci između RAM memorije hosta i GPU memorije se transferiraju

putem programibilnog DMA pristupa koji može funkcionirati konkurentno na obe jedinice.

U nekim slučajevima uz određene restrikcije GPU može direktno priostupati memoriji

hosta.

Kako je GPU prvenstveno namijenjen za paralelno računanje s visokom propusnošću

podataka, nije mu potreban višestupanjski sustav priručne (cache) memorije kao na CPU.

Umjesto toga GPU ima vrlo veliku propusnost čitanja iz vlastite memorije korištenjem vrlo

široke staze za podatke. Na NVIDIA GPU ta je staza širine 512-bitova, dozvoljavajući da se

16 uzastopnih 32-bitnih riječi povuku iz memorije u jednom ciklusu.. To istovremeno znači i

značajnu degradaciju performansi ako se memoriji pristupa s preskakanjem tj. s nekim

korakom.

NVIDIA GPU posjeduje određeni broj stream multiprocesora (SM), od kojih svaki izvršava

zadatka paralelno s drugim multiprocesorima. Na Tesla arhitekturi svaki multiprocesor

posjeduje grupu od 8 stream procesora (SP). U Fermi arhitekturi svaki SM ima 2 grupe x16

SP. Stream multiprocesor se može označiti kao jezgra (core).

Najnapredniji Tesla akceleratori imaju 30 SM, što znači ukupno 240 SP. Najnapredniji Fermi

akceleratori imaju 16 SP što znači 16*(2*16)=512 SP. Svaki SP može izvršavati jednu nit, ali

svi SP unutar grupe mogu izvršavati istu instrukciju u isto vrijeme – SIMT (Single

Instruction, Multiple Thread – jedna instrukcija, višestruke niti).

Situacija s izvršavanjem je još malo zamršenija. Kod se u stvari izvršava ugrupama od 32 niti

– warp. Na Tesla arhitekturi 8 SP jedne grupe se tako pogone da izvršavaju jednu

instrukciju za 32 niti u četiri takta.

Svaki Tesla SP posjeduje vlastitu jedinicu za cjelobrojne i operacije u pokretnom zarezu

jednostruke preciznosti.

Svaki Tesla SM posjeduje specijalnu funkcionalnu jednicu za transcendentalne i operacije u

pokretnom zarezu dvostruke preciznosti (1/8 od ukupne snage cijelog SM)

Fermi SM pumpa u svaku grupu od 16 SP po dva warpa (ukupno 4) i rezultat je da se

izvršavanje proteže u dva ciklusa (cjelobrojne i operacije pokretnog zareza jednostruke

preciznosti).

Za razliku od Tesla arhitekture Fermi arhitektura ima mogućnost da kombinira dvije grupe

(2x16SP) u nešto što izgleda kao 1x16SP, ali sa sposobnošću izvršavanja operacija

pokretnog zareza u dvostukoj preciznost. To uznači da Fermi arhitektura može izvoditi te

operacije na 1/2 snage (!) koju inače ima za cjelobrojne i operacije jednostruke preciznosti.

Svaki SM posjeduje i malu softverski upravljanju priručnu memoriju koja se dijeli između

SP. Ta se memorija naziva shared memory. To je memorija niske latencije, visoke

propusnosti kojoj se može direktno pristupati i koja radi na brzinama registara.

Na Tesla arhitekturi ta memorija je veličine 16KB. Na fermi arhitekturi radi se o 64KB koji se

mogu iskonfigurirati kao 16KB hardverske + 48KB softverske priručne memorije ili 16KB

softverske + 48KB hardverske.

Kada niti u warpu zahtijevaju pristup memoriji uređaja, ta instrukcija može potrajati i

nekoliko stotina ciklusa zbog velike latencije memorije. CPU arhitekture tu dodaju

hardversku priručnu memoriju u više stupnjeva, a Fermi arhitektura ima nešto hardverske

priručne memorije. Međutim GPU su dizajnirani za obradu podataka koji idu u tokovima

(streams) i GPU može tolerirati latenciju na način da koristi visoki stupanj višenitnosti. Tesla

podržava do 32 aktivna warpa na svakom multiprocesoru, a Fermi do 48. Čim neki warp

zastane zbog pristupa memoriji, multiprocesor selektira za izvršavanje drugi warp. Na taj

način SP ostaju produktivni, ali to znači i da za tu produktivnost treba osigurati i visoki

stupanj paralelnosti obrade.

BEŽIČNA KOMUNIKACIJA PC RAČUNALA 4

4.1 Bežična mreža / Wireless

Prva eksperimentalna WLAN mreža realizirana je sedamdesetih godina prošlog stoljeća na

sveučilištu na Havajima (ALOHA mreža). Intenzivno istraživanje i razvoj WLAN mreža

započinje početkom devedesetih godina, što je rezultiralo donošenjem niza IEEE 802.11

standardna koji se razlikuju u pogledu dometa, brzine rada i korištenog frekvencijskog

područja. WLAN mreže koriste frekvencije signala iz ISM (Industrial-Scientific-Medical

application of radio). Radiofrekvencijska tehnologija (RF-Radio Frequency) je

najzastupljenija tehnologija u WLAN mrežama. To je širokopojasna radiofrekvencijska

tehnika (Spread Spectrum) temeljena na prijenosu radio valova. Razlikujemo dvije

tehnologije širokog spektra:

-FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum), sustav skakanja frekvencija

-DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum), sustav direktnog raspršenja.

Prvobitni 802.11 standard je usvojen 1997. godine i konstantno se od tada unapređivao

standardima i dodatnim specifikacijama. Godine 2007. usvojen je standard koji je sva ta

unapređenja svrstao u jednu specifikaciju, IEEE 802.11 i isti je poznat pod nazivom IEEE

802.11 ili još kao WLAN (engl. Wireless Local Area Networks). Bez obzira na to, razvoj

bežičnih računalnih mreža je nastavljen, a 2009. godine usvojen je i standard IEEE 802.11n,

koji omogućava višestruko veće brzine prijenosa podataka. Sloj upravljanja pristupom

prijenosnom mediju (MAC) za WLAN mreže određen je standardnom 802.11. Karakteristike

prijenosnog medija ne omogućavaju detekciju kolizije kao kod ožičenih lokalnih mreža.

4.1.1 Podjela mreža prema dometu uređaja i brzini prijenosa podataka

Slika 4.1. Prikazuje nekoliko tehnologija koje su prilagođene dometom ili brzinom prijenosa

raznim primjenama. Prema dosegu one pokrivaju veća ili manja područja pa ih tako i

dijelimo.

PAN(Personal Area Network)- To je bežična mreža predviđena za upotrebu u neposrednoj

okolini osobi koja radi sa umreženim uređajem. To mogu biti mobilni uređaji, slušalice,

prijenosni računar i druga oprema koju korisnik nosi sa sobom. Domet te mreže je nekoliko

metara. Najznačajniji predstavnik je bežični sistem Bluetooth u kojem aktivno može

sudjelovati do 8 uređaja. Bluetooth radi prilagođene ethernet protokole. Slijedeća

generacija PAN uređaja će isto koristiti prilagođeni ethernet protokol. To je norma IEEE

802.15.3.Kod istog dometa od svega nekoliko metara imati će brzinu prijenosa podataka do

1Gb u sekundi(Gbps).

Slika 4.1. Podjela bežičnih mreža prema dometu uređaja i brzini prijenosa podataka

LAN(Local Area Network)- Jedna od najčešće susretanih mreža je LAN. To je računarska

mreža koja pokriva malo zemljino područje (dom,ured...) ili nekoliko bliskih zgrada. LAN se

obično temelji na Ethernet protokolu kod žičanih veza ili WLAN-u kod bežičnih veza.

Ethernet i WLAN su norme primijenjene na fizičkoj „podatkovnoj vezi“. Protokol prijenosa

je obično TCP/IP. Glavne karakteristike LAN-a su:

Veća brzina prijenosa podataka nego kod WAN-a(npr.Interneta)

Male udaljenosti

Obično se rade posebni prijenosni vodovi (kablovi) smao za LAN

Dolazeća norma 802.11n će biti brža od postojećih a/g ili b inačica. Domet uređaja

ostaje isti i iznosi približno 100 metara.

4.1.2 Standardi Wireless mreža

Bežične mreže su definirane standardom 802.11 koji je donio IEEE (Institute of Electrical

and Electronics Engineers) godine 1999. Standard definira najniža dva sloja OSI modela-

fizički (PHY) i podatkovni (MAC) sloj. On je samo dio veće obitelji standarda koji

definiraju lokalne (LAN) i gradske mreže (MAN).

80

2.1

0 S

EC

UR

ITY

80

2 O

VE

RV

IEW

& A

RC

HIT

EC

TU

RE

80

2.1

MA

NA

GM

EN

T

802.2 LOGICAL LINK CONTROL

802.1 BRIDGING

802.3

MEDIUM

ACCESS

802.3

PHYSICAL

802.4

MEDIUM

ACCESS

802.4

PHYSICAL

802.5

MEDIUM

ACCESS

802.5

PHYSICAL

802.6

MEDIUM

ACCESS

802.6

PHYSICAL

802.9

MEDIUM

ACCESS

802.9

PHYSICAL

802.11

MEDIUM

ACCESS

802.11

PHYSICAL

802.12

MEDIUM

ACCESS

802.12

PHYSICAL

DATA

LINK

LAYER

PHYSICAL

LAYER

Slika 4.2. Obitelj 802 standarda

Standardi 802.11a, 802.11b i 802.11g se razlikuju po fizičkom sloju (frekvencijama

rada).Podatkovni sloj je jednak kod sva tri standarda i sastoji se od MAC (Medium Access

Control) podsloja i LLC (Logical Link Control) podsloja. Sloj kontrole pristupa mediju (MAC)

se malo razlikuje od takvog sloja u 802.3 standardu koji definira ''žične'' lokalne mreže, gdje

se koristi CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access/ Collision Detection) protokol, po tome

što se koristi CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance) protokol.

Razlog tome leži u prirodi medija kojim se vrši komunikacija koji ne omogućava da i

pošiljatelj i primatelj istovremeno odašilju i primaju podatke. CSMA/CA je dio obitelji

ALOHA protokola. Stanica koja želi poslati podatke prvo osluškuje medij i ukoliko je zauzet

tj. netko već šalje podatke stanica poštuje to i povlači se. No ukoliko je medij slobodan

određeno vrijeme(prema standardu naziva se DIFS - Distributed Inter Frame Space) tada

stanica smije započeti odašiljati svoje podatke. Prijemna stanica će za svaki primljeni

podatak, nakon što provjeri integritet primljenog paketa, poslati paket(ACK paket) kojim

potvrđuje primitak valjanog paketa podataka. Kada odašiljač primi ACK paket znači da nije

došlo do kolizije. Ukoliko odašiljač ne primi ACK paket znači da je došlo do kolizije, ili je

paket oštećen stigao na odredište, pa je potrebno ponovno poslati paket.

IEEE 802.11a standard definira rad na frekvenciji 5 GHz (ISM) s OFDM (Orthogonal

Frequency Division Multiplexing) multipleksiranjem kanala. Standard omogućava brzine od

6,9,12,18,24,36,48 i 54 Mbit/s. Iako mreže rađene po ovome standardu omogućavaju

najveće brzine, imaju jednu ogromnu manu, domet je ograničen na približno 15 m što je

neprikladno za većinu korisnika, te zbog toga nisu toliko popularne.

IEEE 802.11b je standard u kojem fizički sloj radi na frekvenciji od 2.4 GHz (također ISM),

koristi DSSS modulacijsku tehniku i omogućava maksimalnu propusnost od 11 Mbit/s.

Standard je napravljen kako bi se dobio brži prijenos DSSS tehnikom na 2.4 GHz.

IEEE 802.11e je standard koji definira skupinu QoS (Quality of Service) poboljšanja za

WLAN aplikacije kroz promjenu MAC sloja. Standard je značajan za aplikacije koje su

osjetljive na kašnjenje, kao što je VoWIP (Voice over Wireless IP).

IEEE 802.11f osigurava bežičnu komunikaciju korisnika prilikom kretanja između dviju

pristupnih točaka različitih proizvođača kako ne bi došlo do gubitka paketa. Dakle, 802.11f

standard treba garantirati interoperabilnost između pristupnih točaka različitih

proizvođača kroz IAPP protokol.

IEEE 802.11g standard omogućava maksimalnu propusnost od 54 Mbit/s (kao 802.11a) na

frekvenciji od 2.4 GHz (kao 802.11b). Ovaj standard kompatibilan je s 802.11a i 802.11b

standardima. Podatkovni sloj je isti kao kod 802.11a i 802.11b standarda.

IEEE 802.11h rješava probleme interferencije signala opreme koja radi na 5 GHz

frekvencijskom području, budući da na istom području rade i europski radarski te satelitski

sustavi. Dinamička selekcija kanala (DCS- Dynamic Channel Selection) bi trebala omogućiti

detekciju takvih transmisija te prebacivanje na alternativni kanal. Reduciranje prijenosne

snage u cilju smanjenja interferencije s drugim korisnicima bi trebao omogućiti protokol

TPC (Transmit Power Control Protocol).

IEEE 802.11i standard trebao bi sa sobom donijeti rješenje za problem postojećih bežičnih

mreža, a to je sigurnost. Postojeći WEP protokol trebale bi zamijeniti dvije enkripcijske

metode. Temporal Key Integrity Protocol (TKIP) je prijelazno rješenje koje ipak nije

neranjivo, dok se od druge sheme bazirane na AES standardu (Advanced Encryption

Standard) očekuje puno više. Nažalost, između ostalog i zamjenu postojeće opreme.

IEEE 802.11n unapređuje brzinu protoka podataka u odnosu na prijašnje standarde

802.11b i 802.11g sa brzine od 54 Mbit/s do maksimalne brzine od 600 Mbit/s na fizičkom

sloju. Maksimalna brzina od 600 Mbit/s postiže se uz upotrebu do najviše četiri prostorna

toka sa kanalom širokim 40 MHz. Maksimalna propusna moć može se postići u mrežama

koje koriste samo 802.11n uređaje (bez prisutnih 802.11b/g uređaja) na frekvenciji od 5

GHz. Frekvencijski opseg od 5 GHz ima mnogo bolji kapacitet jer nudi mnoštvo radiokanala

koji se ne preklapaju te je u tome opsegu mnogo manje interferencije.

Standard IEEE 802.11n dopunjuje postojeće standarde dodavanjem podrške za MIMO

(Multiple Input – Multiple Output) i Channel-bonding/40 MHz na fizičkom sloju i

sakupljanja okvira podataka na MAC sloju. MIMO koristi više antena za odašiljan i primanje

signala kako bi se poboljšale performanse sistema. To je tehnologija koja koristi više antena

da bi prenijela mnogo više informacija nego što je moguće sa jednom antenom. Ona se

oslanja na višesmjerne signale koji pristužu preko više putanja. Višesmjerni signali su signali

koji se odbijaju i do prijamne antene stižu nekoliko trenutaka nakon glavnog signala. Oni

nose dodatne informacije te od toga potječe i poboljšanje propusnog opsega 802.11n

standarda.

4.1.3 Sigurnost bežičnih mreža

Danas postoji mnogo tehnologija pomoću kojih se možemo zaštititi od mrežnih

upada u sustav. Ipak, niti jedna danas dostupna metoda nije apsolutno sigurna, no stalnim

naporima stručnjaka u IT industriji tehnologija napreduje i sigurnost se polagano povećava.

U cijelom ovom procesu vrlo je važno i pravilno educirati korisnike jer niti jedna

tehnologija danas dostupna nije u stanju predvidjeti sve naredbe koje su korisnici

spremni izdati, a kojima mogu prouzročiti izuzetno veliku štetu, posebno ako se radi o

http://www.vidipedija.com/~vidipedi/index.php?title=OSI_model&action=edithttp://www.vidipedija.com/~vidipedi/index.php?title=OSI_model&action=edithttp://www.vidipedija.com/~vidipedi/index.php?title=Kanal&action=edithttp://www.vidipedija.com/~vidipedi/index.php?title=Frekvencija&action=edithttp://www.vidipedija.com/~vidipedi/index.php?title=Interferencija&action=edithttp://www.vidipedija.com/~vidipedi/index.php?title=MAC&action=edit

mrežama velikih korporacija. Svaki uređaj spojen na mrežu posjeduje fizičku adresu

zapisanu u njegovom ROM-u, a koja se sastoji od 12 heksadecimalnih znakova od kojih prva

četiri označavaju ime proizvođača, dok ostatak predstavlja model i serijski broj uređaja.

Većina danas dostupnih pristupnih točaka sadrži algoritam zaštite putem filtriranja MAC

adresa koji administrator tako podesi da samo računala sa određenom MAC adresom mu

mogu pristupiti. Isključivanjem funkcije DHCP servera na router-u, te ručnim podešenjem

IP adresa opasnost od upada se može dodatno smanjiti. Smanjenjem vrijednosti subnet-a

na najmanju moguću vrijednost možemo dodatno povećati sigurnost jer je broj mogućih IP

adresa manji, a sve ostale su zabranjene putem vatrozida (firewall). SSID (Service Set

Identifier) se može još nazvati i "mrežno ime" jer služi za identifikaciju mreža. Ime se sastoji

od niza do 32 znaka koji su osjetljivi na velika i mala slova. Sva bežična oprema koja

želi međusobno komunicirati mora imati isto mrežno ime, tj. SSID. Isključivanje slanja

mrežnog imena na sve uređaje je iznimno slaba zaštita bežičnih sustava i ne osigurava

ni približno dovoljnu sigurnost.

WEP enkripcija (Wired Equivalent Privacy)

WEP za funkcioniranje koristi različite veličine ključeva, standardnih duljina 64, 128 i 256

bita. Što je ključ duži to ga je teže probiti, no i samim je računalima potrebno više vremena

kako bi dekodirali podatke koji se prenose. Tajni ključ je poznat samo mobilnim stanicama i

pristupnoj točki na koju se spajaju. Uz pomoću tajnog ključa paketi se kriptiraju prije slanja,

a dodatno se vrši provjera integriteta kako bi paket na odredište stigao nepromijenjen.

Praksa je, nažalost, pokazala da WEP ipak ne nudi očekivanu razinu sigurnosti bežičnih

lokalnih mreža, a velika količina danas dostupnog softvera omogućuje da i manje iskusni

korisnici otkriju ključ po kojem se podaci kriptiraju i u vrlo kratkom vremenu dođu do

tuđih podataka.

WPA (eng. WiFi Protected Access)

Podaci su kriptirani RC4 sustavom sa 128-bitnim ključem i 48-bitnim inicijalizacijskim

vektorom. Prednost nad WEP standardnom je ukorištenju TKIP protokola (eng. Temporal

Key Integrity Protocol), koji dinamički mijenja ključeve za vrijeme korištenja sustava.

Kombinacijom dugačkog inicijalizacijskog vektora i TKIP protokola sustav se može lagano

obraniti od napada kakvi se koriste za otkrivanje ključa primjenom WEP protokola. Kako je

RC4 sustav kriptiranja podataka relativno star, a njegovo probijanje ne predstavlja veliki

napor hakerima, razvijen je WPA 2 protokol koji koristi napredni sustav kriptiranja zvan

AES-CCMP.

4.2 BLUETOOTH

4.2.1 Razvoj Bluetooth tehnologije

Razvoj bluetooth tehnologije započela je tvrtka Ericsson 1994.godine istraživanjima koja su

imala za cilj realizirati troškovno i tehnološki učinkovito radio sučelje, male potrošnje za

mobilne uređaje namijenjene radu na malim udaljenostima. Godine 1998. Formirana je

posebna grupa SIG (Special Interest Group) za razvoj i standardizaciju Bluetooth sučelja.

Specifikacija ove tehnologije objavljena je 1999.godine. U ožujku 2002.godine IEEE radna

grupa za standardizaciju osobnih mreža PAN (Personal Area Network) usvojila je Bluetooth

bežični standard. Bluetooth bežična tehnologija omogućava povezivanje prijenosnih i

stolnih računala, računalne opreme, mobilnih telefona, kamera i drugih digitalnih uređaja

upotrebom bežičnih veza na relativno malim udaljenostima. Komuniciranje između uređaja

i njihovo bežično povezivanje se obavlja putem Bluetooth pristupnih točaka s mrežom za

prijenos govora ili s Internet mrežom velikim brzinama. To pretpostavlja da se Bluetooth

radio i kontroler osobnog pojasa mogu ugraditi u uređaj (kamera,slušalica,mobilni telefon)

ili spojiti putem univerzalne serijske sabirnice (Universal Serial Bus-USB) i serijskog

priključka ili preko PC kartice s računalom ili bilo kojim drugim korisničkim uređajem.

Osnovne karakteristike su: bežična tehnologija, lagana uspostava komunikacije, prijenos

podataka i cijena.

Slika 4.3. Povezivanje uredaja Bluetooth vezama

4.2.2 Tehničke karakteristike

Bluetooth tehnologija koristi tehniku proširenog spektra kao način suzbijanja šuma i

interferencija. Ta se tehnika koristi u mobilnim komunikacijama, a najpoznatija tehnologija

proizašla iz tehnologije proširenog spektra je CDMA IS-95 (mobilne komunikacije). Ovdje

se, kao i u mobilnim komunikacijama, kombinira još i frekvencijsko skakanje (frequency

hopping), kao način izbjegavanja interferencije. Frekvencija se mijenja nakon svakog

odaslanog paketa informacija. Promjena frekvencija odvija se po pseudoslučajnom

obrascu. Bluetooth uređaji rade u frekvencijskom pojasu od 2,4 GHz do 2,4835 GHz, tj. u

tzv. Industrijsko-znanstveno medicinskom ISM (Industrial-Scientific Medicine) pojasu. Kako

je ISM pojas svakome otvoren, radio sistemi koji rade u ovom frekvencijskom pojasu

moraju biti tako projektirani da se mogu uspješno nositi s problemima interferencije i

promjene jakosti signala. Ovi problemi riješeni su upotrebom tehnologije frekvencijsko

preskakivanja s raspršenim spektrom FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum).

Frekvencijsko područje 2,4-2,4835 GHz podjeljeno je u 79 odvojenih kanala i tokom

komunikacije radio primopredajnici preskaču s kanala na kanal na pseudo slučajni način.

To rezultira nominalnom frekvencijom od 1600 preskoka u sekundi.

Tri klase snage su podržane standardom. U praksi su gotovo svi bluetooth uređaji razvijeni

da podržavaju jednu od ovih klasa od kojih većina podržava klasu najmanje snage (kratkog

dosega).

4.2.3 Upotreba

Bluetooth standard i komunikacijski protokol je primarno dizajniran za uporabu na

uređajima niske cijene i male potrošnje energije kako bi im omogućio međusobnu

komunikaciju. Uređaji se dijele u tri klase prema potrošnji energije i najvećoj udaljenosti na

način prikazan u tablici 1.

Klasa Najveća

energija/mW(dBm)

Približna

udaljenost/m

Primjer

1 100 (20) ≈ 100 Bluetooth USB,Modem i

sl.

2 2,5 (4) ≈ 22 Bluetooth

USB,tastatura,miš i sl.

3 1 (0)

≈ 6 Bluetooth

adapter,slušalice i sl.

Tablica 4.1.

Najčešće se koristi za sljedeće namjene:

bežična komunikacija između mobilnih uređaja i slušalica,

bežična mreža između osobnih računala u uvjetima kada je dostupna mala širina

pojasa,

bežična komunikacija s ulaznim i izlaznim uređajima osobnih računala (miš,

tipkovnica,printer),

prijenos datoteka i podataka između uređaja OBEX (eng. OBject EXchange)

protokolom,

zamjena za tradicionalne žičane komunikacije u ispitnoj opremi, GPS uređajima,

medicinskoj opremi, BarCode skenerima i sl.,

programi koje ne zahtijevaju veliku širinu prijenosnog pojasa te nisu ovisni o

kabelskim vezama,

bežični most između industrijskih Ethernet mreža,

bežični nadzor igraćih konzola i

pristup Internetu na osobnom računalu uporabom mobilnog uređaja kao modema.

4.3 NFC tehnologija

Near field communication (NFC) uređaji u osnovi dijele tehnologiju s bez-kontaktnim RFID

oznakama i bez-kontaktnim karticama, ali donose i mnogo novih ključnih funkcija. NFC je

standardizirana bežična tehnologija, kratkog dometa koja je napravljena za intuitivnu,

jednostavnu i sigurnu komunikaciju između dva elektronička uređaja. NFC tehnologije

primjenjuju se kod bez-kontaktnih transakcija kao što su plaćanja računa i karte za prijevoz,

a također se koristi za jednostavan i brz prijenos podataka kod elektroničkih posjetnica i

pristupu online digitalnim sadržajima.

Zahvaljujući NFC tehnologiji imati ćemo mogućnost interakcije s našom okolinom i

informacijama u njoj. NFC tehnologija omogućuje mobilnim uređajima „čitanje"

informacije spremljenih u „NFC oznake" (tagove). NFC oznake mogu biti postavljene na

svakodnevne predmete kao što su posteri, časopisi, autobusne stanice, znakovi na cesti,

medicinske oznake, certifikati, razna pakiranja proizvoda.

NFC standardno podržava različite brzine prijenosa podataka, kako bi se osigurala

kompatibilnost između postojeće infrastrukture.

NFC radi na frekvenciji 13.56 Mhz uz protok podataka od omanjih 424 kbps. Ovo svakako

nije velik broj, ali količina informacija koja se šalje NFC tehnologijom je iznimno mala (svega

oko par kb).

Rad se zasniva na principu magnetske indukcije koja se stvara među dvije antene uređaja.

Između te dvije antene se stvara prethodno spomenuto inducirano polje kroz koje se mogu

slati električni impulsi, odnosno podaci. Dva su tipa čipa, prijamnik i predajnik. Prijamnik je

pasivni, dakle ne treba napajanje, dok ga predajnik mora imati.

NFC prijamnici zbog toga mogu biti izvedeni kao naljepnice ili tanki sloj plastike što ga čini

iznimno fleksibilnim za ugradnju u razne uređaje.

Prijamnici su read-only tip čipova u koje su uprogramirane informacije prilikom njihove

proizvodnje. Te informacije mogu biti razne cijene, popusti, podaci o određenim

događajima i slično. Prijemnici mogu biti isprogramirani sa statičnim sadržajem, ili koristiti

dodatni sklop koji može biti spojen na Internet preko kojeg je moguće i dinamički upravljati

podacima u čipu. Također i predajnici mogu raditi u prijamnom modu, zbog toga je i

omogućena komunikacija npr. između dva pametna telefona. Veliku prednost koju NFC ima

nad sličnim tehnologijama (npr. Bluetoothom) je u tome što ne zahtjeva uparivanje

uređaja. Zbog toga je puno bolje iskoristi ga u mjestima gdje postoji puno uređaja jer ne

može doći do miješanja signala, a i samim time što nema potrebe za uspostavom konekcije

rad s NFC uređajima je puno brža.

Sigurnost ove tehnologije se u principu zasniva na jednostavnoj činjenici – NFC uređaji

jedino mogu raditi na vrlo maloj udaljenosti, pa bi eventualno presretanje signala od strane

hakera bilo i više nego očito.

4.3.1 Usporedba Bluetooth - IEEE 802.11n - NFC

Bluetooth pokriva kratke udaljenosti i ima malu brzinu prijenosa. Također, je mana i to što

je protokol dosta kompliciran. Koristi se za bežični prijenos podataka i zvuka između

stacionarnih i pokretnih uređaja. Koristi se za blisko pozicionirane uređaje. Prednost je

relativno mala cijena i mala potrošnja. Za razliku od WI-FI nema enkripcije i domet je vrlo

mali, a koristi se visokofrekventni signal u rasponu od 2.4 GHz do 2.48 GHz, uz propusnost

od približno 1-2 Mbps. Većina današnjih modernih računala, mobitela, mp3 player-a i

sličnih uređaja imaju mogućnost komunikacije pomoću Bluetooth-a.

IEEE 802.11n ima veliku brzinu prijenosa i pokriva veću udaljenost od Bluetootha. Mana mu

je visoka potrošnja energije i puno veća cijena od Bluetootha. Imaju domet od 70-250m ,

rade na frekvencijskom području od 2,4 GHz ili 5 GHz.

NFC tehnologija ima najmanju brzinu prijenosa podataka. Prosječna udaljenost između

uređaja mu je 5 cm, a potrošnja energije jako niska. NFC ima najnižu cijenu od ove tri

tehnologije. Koristi se umjesto kreditnih kartica, te za razne vrste plačanja računa pomoću

mobilnog uređaja.

IEEE 802.11n Bluetooth NFC

Brzina prijenosa

248 Mbps

1-2 Mbps

106 Kbps, 212 Kbps,

424 Kbps

Prosječni domet

u zatvorenom

prostoru

70m

10 m

5 cm

Prosječni domet

u otvorenom

prostoru

250 m

100 m za snagu od 20

dBm

5 cm

Potrošnja

energije

Visoka

Niska

Niska

Snaga

100 mW

2.5 mW

100 mW

Frekvencijsko

područje

2,4 GHz ili 5 GHz

2,4 GHz

13,56 MHz

Primjena

Notebook,desktop

computers,serveri,TV,

pametni mobiteli

Mobitel,miš,tipkovnica

Kreditne kartice,

plaćanje računa

uporabom

mobitela...

Cijena

Puno veća od

Bluetootha

Bluetooth čipovi

RAČUNALNI MONITORI 5

Kod računala opće namijene uobičajeni izlazni uređaj je monitor. Upotrebljava se kao

izlazna jedinica. Optički zaslon pretvara digitalne podatke, koje prima iz centralne jedinice,

u vidljive uobičajene znakove ili crteže. Izlaz podataka preko optičkog zaslona brži je i

jeftiniji od izlaza na papirne nositelje. Iz tog razloga monitor koristimo u slučajevima kad je

potrebno da se podaci brzo dobiju radi donošenja odluke tj. kad valja uspostaviti

neposrednu komunikaciju između čovjeka i računala. Razvojem tehnologije monitori su

postajali sve manji obujmom i razvijali su sve veće performanse, koje se odnose na veće

rezolucije, brže osvježavanje slike, više boja te bolji kontrast. Dugo su vladali CRT (cathode

ray tube) monitori, ali su skoro u potpunosti potisnuti razvojem novih tehnologija posebno

LCD monitora.

5.1 LCD monitori

Po načelu miješanja boja rade LCD (Liquid Crystal Display) i Plazma monitori. LCD za nadzor

boje koriste upravljanje propuštanja pozadinskog svjetla s filterima za svaku osnovnu boju

u svakom elementu slike. Potrošnja ovih monitora vrlo je mala. Plazma monitor koristi

načelo bombardiranja elemenata zaslona s ultraljubičastim zračenjem iz ioniziranog

''mjehura'' plina. Svakoj boji elementa slike pripada jedan mjehur, postavljen vrlo blizu

staklenom zaslonu tako da u odnosu na CRT otpada otklon snopa elektrona, velika debljina

monitora i veliki radni naponi. Kako se u oba slučaja radi o matrici trioda koje se nadziru

elektroničkim sklopovima zaduženim za nadzor vertikalne i horizontalne pozicije triode

koja mora ''zasvijetliti'' pojam otklanjanja mlaza ne postoji. Kompletan raster može se

postaviti na zaslon ''odjednom''. Uz frekvenciju osvježavanja slike kod ove vrste monitora

definira se i vrijeme odaziva; vrijeme potrebno da se stanje prikaza triode promijeni s

''crnog'' na ''bijelo'' i obratno. Prihvatljiva vrijednost je oko 12ms što odgovara frekvenciji

osvježavanja od 75Hz.

LCD monitor se sastoji od dva polarizirajuća filtera čije su linije pod pravim kutom. Između

filtera su molekule kristala koje imaju osobinu da se zakreću ako postoji potencijal između

filtera. Filteri propuštaju samo zrake svjetlosti koje su paralelne s njegovim linijama. Izvor

svjetlosti nalazi se iza prvog filtera, plinska ''cijev'' koja daje nepolarizirano svijetlo. Kroz

prvi filter prolaze samo zrake koje su ''paralelne'' s rešetkom filtera i sve propuštene zrake

su iste polarizacije. Tekući sloj kristala između filtera ima tako postavljene molekule da bez

prisustva razlike potencijala između ploča filtera dolazi do zakreta polarizacije zraka svjetla

za 90° i zrake svjetla nesmetano prolaze kroz drugi filter. Uz prisustvo razlike potencijala

između ploča filtera preslože se molekule kristala tako da nema zakreta zraka svjetlosti za

90° te zrake svjetla ne mogu proći kroz drugi polarizirajući filter. Promjenom veličine

upravljačkog napona, mijenja se kut zakreta molekula te se u ovisnosti o iznosu

upravljačkog napona mijenja količina svjetlosti koja može proći kroz drugi filter. Na ovaj

način kontrolira se razina osvijetljenosti slike na ekranu. LCD je uvijek izrađen tako da bude

prilagođen radu u određenoj razlučivosti sukladnoj primijenjenom broju tekućih kristala, na

primjer 15" LCD zaslon bit će prilagođen razlučivosti od 1024x768 piksela, i to je nazivna -

radna rezolucija LCD monitora; jedna trioda - jedan piksel.

1.1 Zaslon s pasivnom matricom

Prvi tip LCD-a visoke gustoće koji je imao komercijalnu upotrebu bio je onaj zasnovan na

tehnologiji pasivne matrice. Naziv je dobila prema jednostavnoj konstrukciji koja je

omogućavala uključivanje i isključivanje pojedinih ćelija tekućeg kristala. Ćelije su stisnute

između dva niza elektroda (koje se nalaze u gornjem i u donjem sloju), koje su bile

smještene pod pravim kutom.

Aktiviranjem elektroda u određenom redu i stupcu moguće je propustiti struju kroz točno

određenu ćeliju. Pasivne matrice stvaraju sliku tako što aktiviraju red po red elektroda, a

zatim, kad se nalaze u odabranom redu, odabiru i stupac, tako da se aktiviraju (postanu

neprozirni) samo određeni pikseli u tom retku. Dizajn je jednostavan i ne podiže puno

troškove proizvodnje zaslona. Ako želimo ponovno aktivirati piksel u nekom retku, moramo

proći sve retke i čekati dok ponovno ne naiđemo na taj redak. Na taj način bi većinu

vremena piksel bio proziran i dobili bi jako slabi kontrast. Da bi s