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,
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
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 <30
KN
5 KN
Tablica 4.2.
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 se to izbjeglo koriste se LC
elementi sa povećanom perzistencijom, koji ostaju uključeni još neko vrijeme nakon što
isključimo struju. Na taj način je poboljšan kontrast, ali je istovremeno usporen prikaz, pa
takvi ekrani nisu pogodni za prikaz pokretnih multimedijalnih sadržaja.
Daljnje poboljšanje tehnologije zaslona sa pasivnom matricom su tzv. ''dual scan'' zasloni,
kod kojih je ekran vertikalno podijeljen na dva dijela koji se nezavisno osvježavaju. Na taj
način dobiveno je dodatno povećanje kontrasta i brzine prikaza, uz zanemarivo
povećavanje broja tranzistora za upravljanje.
1.2 Zasloni sa aktivnom matricom
Ovi zasloni rade na sličnom principu kao i oni sa pasivnom matricom. Glavna razlika je u
tome što je svakom LC elementu dodan jedan dodatni tranzistor koji drži taj element
neprozirnim kada je to potrebno. S obzirom da se sada svaki element može držati po volji
dugo neprozirnim, više nije potrebno upotrebljavati LC elemente sa viskom perzistencijom.
Na ovaj način je dobiven vrlo veliki kontrast, a pritom nije žrtvovana brzina prikaza.
Nedostatak ove tehnologije je veća potrošnja energije i puno skuplja izrada zbog vrlo
velikog broja tranzistora. Dodatni tranzistori su izvedeni u tehnologiji tankog filma, pa se
samim time ovi zasloni nazivaju još i TFT zasloni.
Slika 5.1 Pojednostavljeni prikaz zaslona s pasivnom i s aktivnom matricom
1.3 Prednosti LCD monitora
Jedna od najočiglednijih prednosti LCD monitora, prije svega u odnosu na monitore
sa katodnom cijevi, odnosi se na ergonomiju. Druga velika prednost odnosi se na
potrošnju. Dok LCD monitori troše 25-40W, monitori sa katodnom cijevi troše i do 160W
što je 4-8 puta više. Iz ovoga proizlazi velika i izuzetno značajna prednost LCD monitora, a
to je količina zračenja. LCD monitori emitiraju zanemarivo malu količinu zračenja, za razliku
od CRT monitora koji emitiraju zavidnu količinu zračenja koja raste razmjerno veličini
monitora. Slično tome LCD nema nikakvih problema sa magnetskom interferencijom koja
se može javiti kao posljedica magnetskog izvora blizu monitora (zvučnika na primjer).
Nasuprot tome, CRT ima problema i treba paziti da se ne nalaze u blizini nekog izvora
magnetskog polja pošto može doći do ozbiljnih deformacija slike.
Prednosti prilikom samog rada na LCD monitoru tiču se načina na koji ovi monitori
formiraju sliku. Poznato je da se slika na obje vrste monitora formira od velikog
broja piksela kao najmanje jedinice, dovoljno sitne da je praktično nevidljiva
ljudskom oku. LCD monitori su idealni za prikaz iz dva razloga. Prvo, svaki piksel na
LCD monitoru ima svoje mjesto i idealnog je kvadratnog oblika. Samim tim je slika
savršeno geometrijski definirana. Znamo koliko je teško postići savršenu geometriju
na monitorima sa katodnom cijevi, čak i na najskupljim modelima. Tekst na LCD
monitorima izgleda savršeno precizno i čisto, a sam ekran savršeno ravan. Kada to
spojimo sa malim zračenjem ovih monitora dolazimo do toga da je pravo olakšanje
za oči rad na njima poslije. Također, mnogi modeli LCD monitora podržavaju i rad u
takozvanom ''portret'' režimu pri kome je moguće ekran zarotirati za 90 stupnjeva.
Naravno, fokus je uvijek savršen, a problemi sa konvergencijom koji se često
javljaju kod CRT monitora, kod LCD monitora ne postoje.
1.4 Mane LCD monitora
Boje
Teško je u LCD tehnologiji postići svih 256 nijansi osvijetljenosti jednog piksela (odnosno
podpiksela) što je neophodno za vjeran prikaz 24-bitnih boja. Može se manifestirati
problem prilikom prelijevanja više boja iz jedne u drugu i to je stvar na koju valja obratiti
pažnju prilikom kupnje.
Kontrast
Kontrast se kod LCD monitora izražava u odnosu osvjetljenja najsvjetlije točke prema
najtamnijoj točki. Što je veći taj odnos to je veći i broj nijansi koje je moguće prikazati
između pa je samim tim i bolji kontrast
Odziv
Brzina odziva kod LCD monitora se izražava u milisekundama (ms) i odnosi se na zbroj
takozvanih vremena pada i rastućeg vremena. To je vrijeme koje je potrebno jednom
pikselu na monitoru da prijeđe iz potpuno bijele u potpuno crnu boju i nazad. Ovdje je
izuzetno značajno da je to vrijeme što kraće inače se prilikom brze promjene sadržaja
ekrana javljaju određena zamućenja kao posljedica toga što pikseli ne mogu dovoljno brzo
da dostignu željenu promjenu stanja (odnosno boje). Brzina kojom se tekući kristali
pobuđuju i smiruju zavisi od puno faktora kao što je temperatura okoline, i naravno
kvaliteta kristala, matrice provodnika i tranzistora. Ovaj efekt se može primijetiti kod
starijih modela monitora koji su imali odaziv od 40 ms pa naviše, a najviše je problema
stvarao prilikom gledanja multimedijalnih sadržaja, filmova ili prilikom igranja igrica
Kut gledanja
Kao što znamo glavni nosilac svih informacija koje vidimo na monitoru je svjetlost koja stiže
od pozadinskog osvjetljenja. Glavna osobina svjetlosti je da se kreće pravocrtno od svog
izvora. Obzirom da je LCD ekran u stvari svojevrstan blokator svjetla i da polarizirajući filter
ustvari usmjerava svjetlost u pravcu pod pravim kutom naprijed u odnosu na površinu
ekrana, javlja se problem kuta gledanja. Ovdje je riječ o tome da ako pogledamo u LCD
ekran iz nekog drugog kuta, osim pod pravim kutom, primjećujemo da se kvaliteta slike i
boja na ekranu mijenja. Kut gledanja proizvođači izražavaju u stupnjevima i odnosi se na
granicu vertikalnog i horizontalnog kuta gledanja poslije kojeg slika na ekranu postaje
neprihvatljiva. Često se primjedbe na kvalitetu kontrasta i boja kod LCD-e ekrana zapravo
mogu pripisati ograničenom kutu gledanja koji je također odgovoran i za ''srebrnkastu''
sliku kod nekih modela. Ovaj problem se djelomično rješava upotrebom posebnog filma na
površini ekrana koji ima ulogu da ''razbija'' polariziranu svjetlost u svim pravcima. Postoje i
nove tehnologije poput MVA (Multi-domain Vertical Alignment) koje se bore s ovim
nedostatkom. U svakom slučaju, na novijim modelima monitora ovaj problem nije toliko
izražen kao ranije.
Greške u pikselima
Uslijed izuzetne složenosti proizvodnog procesa LCD-e monitora i velikog broja tranzistora
na matrici TFT monitora, lako se može dogoditi da jedan od tranzistora koji treba da
kontrolira neki od podpiksela ne funkcionira kako treba. U osnovi, postoje dvije vrste
grešaka u pikselima:
1. ''Upaljen'' piksel – piksel koji uvijek ima neku od tri boje, crvenu, zelenu i (ili) plavu i
najlakše se zapaža na skroz crnim pozadinama.
2. ''Mrtav'' (dead) piksel – piksel koji se pojavljuje kao crn na skroz bijeloj pozadini.
Ovaj prvi slučaj je daleko češći i obično se javlja ako neki od tranzistora pregori
ostavljajući tako piksel u vječito ''uključenom'' stanju. Nažalost, nije moguće
popraviti tranzistor jednom kada je ekran sastavljen i izašao sa proizvodne trake.
Moguće je djelovanjem lasera direktno na tranzistor pretvoriti piksel u mrtav
umjesto u stalno uključen. Ovim se dobije crn piksel koji se vidi na svijetlim
podlogama umjesto svijetlog piksela koji se vidi na tamnijim podlogama.
1.5 Led Tehnologija
LED je dioda koja emitira svjetlost. A dioda je poluvodički uređaj koji omogućava električni
protok samo u jednom smjeru. LED diode su poluvodiči izrađeni na poseban način, tako da
im je primarna funkcija da emitiraju svjetlost određene valne dužine.
Zbog relativno male potrošnje, LED se na tržištu tijekom 1990-ih usmjerava prema
tržištu ekrana, automobilske i prometne signalizacije. Veoma važno otkriće slijedi u
1993. od Shuji Nakamura, koji radi za Nichia. To je bio plavi LED, sa kojim je
završio polazni raspon primarnih boja LED-a, ali je bio i prvi korak koji je na kraju
doveo do proizvodnje bijele LED diode kakvu znamo danas. Na prijelazu stoljeća
LED tržište je bilo odvedeno do nove razine s izumom u Luxeonu. Luxeon je
ponudio 10 puta jaču izlaznu svjetlost nego postojeće diode. LED se razvija
nevjerojatnom brzinom sa novijim, boljim, jačim, manjim proizvodima koji se nude
na tržištu široke potrošnje. U siječnju 2004., 1Watt dioda davala je izlaznu količinu
svjetlosti od 18 Lumena, a u siječnju 2006., 1Watt dioda davala je izlaznu količinu
svjetlosti od 50 lumena. To je napredak u dramatičnom povećanju izlazne svjetlosti i
zato je LED tehnologija brzo promijenila lice industrije osvjetljenja.
Za razliku od konvencionalnih izvora svjetlosti LED ne podliježe iznenadnim
pregorijevanjem ili "neradom". Umjesto toga LED postupno degradira jačinu
svjetlosti tokom radnog vijeka. Može se predvidjeti da oslabi intenzitet svjetlosti u
prosjeku na 70% od početnog intenziteta nakon 50.000 sati rada. U primjeni gdje
izvor svjetla radi 12 sata dnevno, to bi značilo da nakon 11godina intenzitet svjetla
pada na 0% od početnog. Kako LED elementi traju najmanje 10 puta duže od
konvencionalnih izvora svjetlosti, nema potrebe da se često zamjenjuju, što dovodi
do smanjenja ili uklanjanja tekućih održavanja i periodične troškove zamjene
žarulja. Standardna žarulja obično ima radni vijek oko 1000 radnih sati. Isto tako
jedna fluorescentna lampa ima oko 9000 sati radnog vijeka.
LED ne zahtjeva filtere za izradu obojene svjetlosti, dok se prije, raznim filterima,
dobivala zasićena boja. Jarke crvene, zelene, plave i ostale boje mogu biti proizvodi
u mono - kromatskom obliku izravno od same LED-ice. Kada se koriste filteri, oni
blokiraju neželjene dijelove bijele svjetlosti, a propuštaju dijelove svjetlosti koji nisu
ispravne boje, dakle, izgube energiju.
Ove jake primarne boje također se mogu koristiti za kreiranje RGB boje u mix
sustavima gdje se postižu veoma široki spektri boja.
Nedostaci LED tehnologije
LED je trenutno skuplji od konvencionalnih tehnologija rasvjete. Međutim, zbog napretka u
tehnologiji gdje je potrošnja mala a trajnost velika, LED je u konačnici jeftiniji od
tradicionalnih izvora svjetlosti. Postavljanje LED-a u ambijent visoke temperature može
dovesti do pregrijavanja LED proizvoda i na kraju do kvara. Adekvatan hladnjak je
nužan za održavanje dugovječnosti LED-a.
1.6 OLED
OLED (organska dioda koja emitira svjetlost) tehnologija obećava da će dodati novu
dimenziju osvjetljenju. OLED emitira svjetlo kroz proces pod nazivom organsko elektro
osvjetljenje kad se struja primijeni na foliju ili lagane organske spojeve. Tvrtka Mitsubishi
Chemical Corporation (MCC) je razvila potrebne materijale i proizvodne procese za
proizvodnju OLED panela s podesivom bojom (RGB). OLED se sastoji od organskih tankih
folija koje se nalaze između dvije elektrode, anode i katode, a sve je stavljeno na supstrat.
Tijekom rada, nositelji (rupe i elektroni) se injektiraju s elektrode primijenjenim naponom.
Rekombiniranje nosača u organskoj foliji stvara emisiju.
Karakteristike OLED osvjetljenja
OLED osvjetljenja karakterizira:
- Velika površinska emisija
- Potpuno podesive boje
- Prigušivost
- Jako tanka struktura
- Nježno svjetlo (izvor svjetlosti se može vidjeti direktno)
- Niska potrošnja energije i manje emisije topline
- Brzi odgovor na uključivanje / isključivanje napajanja
- Bez opasnih materijala
- Jednostavna struktura i rad uređaja
Slika : način rada OLED
Sa aspekta osvjetljenja, veoma je bitno ostvariti mehanizam dobivanja bijele svjetlosti.
Najčešće primjenjivan proces podrazumijeva kombinaciju primjena organskih emitirajućih
materijala, koji emitiraju crvenu, zelenu i plavu svjetlost.
1.6.1 Prednosti nedostatci pri upotrebi OLED
Činjenica je da su organski materijali koji se primjenjuju kod OLED znatno jeftiniji od
poluvodičkih LED komponenti i da nisu toksični, kao i evidentan ubrzani razvoj i
usavršavanje OLED tehnologije u proteklih 5 godina (OLLA projekti). OLED tehnologija se
uvelike komercijalno primjenjuje kod ekrana za mobilne telefone, digitalnih kamera, TV
uređaja i monitora. U tehnici osvjetljenja komercijalna primjena je tek u začetku, jer je
svjetlosna iskoristivost a pogotovo pogonska trajnost još uvijek daleko ispod nivoa LED, ali
s obzirom na brzinu usavršavanja OLED tehnologije izvora svjetlosti predviđa se i masovna
komercijalna primjena u tehnici osvjetljenja.
5.2 Ekrani osjetljivi na dodir
1.7 Općenito
Ekrani osjetljivi na dodir, su kao što im i samo ime govori, uređaji koji reagiraju na dodir. To
su ekrani pomoću kojih se dodirom može upravljati raznim drugim uređajima, a najčešće
računalima. Na ekranu je prikazan izbornik funkcija koje ekran može "pokrenuti" na
računalu. Samo je po sebi jasno da ovakvi uređaji imaju veliku primjenjivost, tj. primjenjivi
su u raznim područjima ljudske djelatnosti. Ekrani koji reagiraju na dodir ukidaju potrebu
korištenja posebnog uređaja za unos podataka u sustavima u kojima se koriste. Oni
objedinjuju funkcionalnost ulaznih u izlaznih uređaja, služe za prikaz izlaznih podataka, tj.
rezultata, a istovremeno omogućuju unos podataka i manipulaciju njima. U današnjici
postoje različite tehnološke implementacije ekrana koji reagiraju na dodir, a osnovne i
najčešće korištene su:
otpornički ekrani osjetljivi na dodir,
kapacitivni ekrani osjetljivi na dodir i
slika 5.2 Ekran osjetljiv na dodir
1.8 Tehnologija
1.8.1 Otporni sustav
Početni sustav rabi četverožičanu tehnologiju. Ova tehnologija je generalno cijenom
najprihvatljivija, jasnoća ekrana je među nižima od ostalih tehnologija, stoga se
preporučuje u kućnoj upotrebi, školama, kancelarijama kao i manje zahtjevnim prodajnim
mjestima. Transparentni ekran ima 4 žice koje izlaze iz njega za povezivanje. Sastoji se od 2
otporna sloja, postavljena paralelno jedan iznad drugog sa zračnim procijepom kao vrstom
izolacije između. Kada korisnik dodirne ekran, dva otporna sloja se dodirnu na tom mjestu i
razdjelnik napona se aktivira i uspostavlja konekcija. Za izračunavanje koordinati mjesta
gdje je korisnik dotakao ekran aktiviraju se 4 žice koje predstavljaju X i Y koordinate (X+, X-,
Y+, Y-) i daju funkciju ova 2 napona (duž X i Y koordinate) u zavisnosti od otpornosti koja će
varirati kako se točka dodira mijenja po ekranu. Sada se ova 2 analogna napona
prosljeđuju konvertoru za digitalizaciju nakon čega se vrši mapiranje ekrana i ta informacija
prosljeđuje operativnom sistemu.
slika 5.3 Četvero žičana otporna tehnologija
Otporni sustav ima puno nedostataka. Kod zaslona koji nisu ravni i četvrtasti ili kod vrlo
tankih površina, otporni sustav je mehanički kompleksan i teško se implementira.
Obavljanje akcija prstom nije idealno zbog potrebe za fizičkim pritiskom, teško je postaviti
senzor da radi dobro istovremeno s prstom i sa olovkom. Senzor ne razlikuje prst od olovke
što ponekad zna biti problem, zatim ne mogu detektirati blizinu prsta bez dodirivanja
zaslona. Gornji sloj je pomičan a samim tim i podložan mehaničkim oštećenjima, a otporni
slojevi upotrebom se troše i time se rad degradira, a senzor je potrebno ponovno
kalibrirati. Konačno, kod aplikacija, otporni senzori degradiraju kvalitetu slike. Slojevi
smanjuju propusnost svjetla pa prikaz boja nije idealan.
1.8.2 Kapacitivni sustav
Tehnologija kapacitivnog sustava pruža dobru kombinaciju izdržljivosti i jasnoće slike. Taj
tip tehnologije preporučuje se za korištenje kod aplikacija koje zahtijevaju dodir golim
prstom, naime ne može raditi s običnom mehaničkom olovkom ili prstom kad nosimo
rukavice. U kapacitivnom sustavu, sloj koji sadrži naboj stavlja se na staklenu ploču zaslona.
Kad korisnik dodirne zaslon prstom, mali dio naboja u sloju na zaslonu prijeđe na korisnika
tako da se naboj u kapacitivnom sloju smanjuje. Smanjenje se mjeri u strujnim krugovima
koji se nalaze u svakom kutu zaslona. Računalo izračunava iz razlike naboja svakog kuta
točnu lokaciju dodira zaslona te prenosi tu informaciju pogonskoj. Napon se primijeni na
četiri kuta zaslona duž X i Y osi. Kad se zaslon ne koristi, elektrode ravnomjerno rasporede
napon, praveći homogeno polje. Kada je zaslon dotaknut prstom, u polju se primijeti
neravnomjernost uslijed prelaska malo naboja na prst i tada se X i Y koordinate dodira šalju
od upravljačkog uređaja pogonskoj i zatim sustavu. Zbog staklene plohe i okvira koji se
postavlja na zaslon, kapacitivni zaslon je izdržljiv i otporan na prljavštine, prašinu, masnoću,
vodu.
1.9 Mane ekrana osjetljivih na dodir
Ekrani koji reagiraju na dodir nisu savršeni, imaju i oni mana, ali te mane se uvijek na neki
način mogu zaobići, npr. korištenjem neke druge tehnologije ekrana koji reagiraju na dodir.
Nabrojat ćemo neke od mana.
Veličina točke dodira
Prsti imaju određenu veličinu, tako da elementi na zaslonu moraju imati minimalnu
veličinu da bi se osiguralo da se uređaj može upotrebljavati bez puno problema.
Redoslijednim unos
Unos na zaslonu je redoslijedan, jedan prst se koristi pri korištenju zaslona. To usporava
unos i samu interakciju pri usporedbi s tipkovnicom gdje koristimo nekoliko prstiju gotovo
istovremeno.
Napredak
Ukucavanje puno slova ili brojeva je naporno i vrlo umarajući, tako da takvi zasloni nemaju
primjenu u radnom prostoru gdje se unosi veća količina teksta ili brojeva.
Povratna informacija
Ne postoji ništa analogno pomicanju miša kod klasičnih računala, gdje korisnik može
pomjeriti pokazivač miša iznad nekog elementa zaslona i dobiti povratnu informaciju o tom
elementu. Korisnici zaslona koji reagiraju na dodir mogu izravno pritisnuti određeni
element i eventualno povući prst ako su pritisnuli pogrešni element na zaslonu.
Povlačenje
Povlačenje (engl. Drag & drop) nije jako upotrebljivo kod zaslona koji se upotrebljava
prstom, već se više preferira pokazivačka interakcija. Međutim, kako tehnologija sve više
napreduje, tako se radi i na prevladavanju gore navedenih problema, a jedan od načina je i
engl. multi-touch.
