oi 2 hw - vukavlado/dl/oi_2_hw_v1.pdfoi 2 hw v1.0 27.5.2009 2 veleučilište u karlovcu osnove...
TRANSCRIPT
OI 2 HW v1.0 27.5.2009
1
Veleučilište u Karlovcu
2. Hardware
Veleučilište u Karlovcu
Osnove informatike
Sadržaj
• klasifikacija
• dijelovi
▪ centralna jedinica
▪ memorije
▪ sekudarne memorije
▪ ulaz/izlaz
OI 2 HW v1.0 27.5.2009
2
Veleučilište u Karlovcu
Osnove informatike
Pojmovi
• U tehničkom pogledu uređaj koji izvršava
aritmetičke operacije, koji može usporediti,
pohraniti i pretraživati činjenice naziva se
računalo
• Kada je računalo povezano s ostalim
elementima tako da osiguravaju uspješniji rad u
određenom okruženju tada se govori o
računalnom sustavu
Veleučilište u Karlovcu
Osnove informatike
Pojmovi
• Sustava sklopovske opreme (engl. hardware).
Hardware u doslovnom prijevodu znači 'tvrda roba',
'gvožđurija', 'željezna roba', dok u terminološkom
pogledu označava sve mehaničke, magnetske,
električne i elektroničke komponente i uređaje digitalnog
računalnog sustava
• Sustav programske podrške (engl. software). Software
u doslovnom prijevodu znači 'meka roba', dok u
terminološkom pogledu predstavlja sve programe
kojima je digitalni računalni sustav opskrbljen
OI 2 HW v1.0 27.5.2009
3
Veleučilište u Karlovcu
Osnove informatike
Klasifikacija
digitalna računala
mikroprocesorska
Računala
Serveri
osobna računala
prijenosna računala
Laptop/Notebook
Tablet PC
Džepna računala
(Handheld)
Netbook
stolna računalasuperračunala
mainframe
Veleučilište u Karlovcu
Osnove informatike
Klasifikacija
• prva razina
▪ Super računala su najveća i najmoćnija računala
▪ Velika ili mainframe računala služe za podršku
velikim i složenim informacijskim ili rezervacijskim
sustavima
▪ Mikroprocesorska računala temelje se na
mikroprocesoru, odnosno procesoru koji je smješten
na jednom čipu
OI 2 HW v1.0 27.5.2009
4
Veleučilište u Karlovcu
Osnove informatike
Klasifikacija
• dvije skupine mikroprocesorskih računala
▪ Serveri namijenjeni pružanju različitih vrsta usluga
svojim klijentima – serveri baza podataka i web
serveri
▪ Osobna računala namijenjena radu pojedinačnih
korisnika:
• Lap Top / Notebook
• Džepna računala
• Tablet PC
• Netbook
Veleučilište u Karlovcu
Osnove informatike
• ne postoje velike razlike u opsima pojedih
dijelova računala
▪ između PC računala, prijenosnika, poslužitelja i
radnih stanica
• osnovni dijelovi:
▪ sistemska jedinica
▪ ulazno/izlazni uređaji
▪ sekundarna memorija
Osnovni dijelovi računala
OI 2 HW v1.0 27.5.2009
5
Veleučilište u Karlovcu
Osnove informatike
CPU
• CPU (engl. Central Processing Unit) – centralni
procesor
PRIBAVI(fetch)
IZVRŠI(execute)
Dijagram prijelaza
Veleučilište u Karlovcu
Osnove informatike
CPU
• dijelovi procesora
▪ ALU (aritmetičko-logička jedinica)
▪ interni registri
▪ programski registri
• signal vremenskog vođenja (takt, engl. clock)
▪ ograničenja tehnološka
• koliko brzo mogu reagirati pojedini sklopovi
• brzina svjetlosti
▪ ili organizacijska
• odziv memorije, U/I podsustava ...
▪ današnja brzina 3,6 GHz (uz hlađenje i 6 GHz)
OI 2 HW v1.0 27.5.2009
6
Veleučilište u Karlovcu
Osnove informatike
CPU
• Sastoji se od
▪ upravljačke jedinice koja upravlja i angažira sve
druge uređaje
▪ aritmetičko logičke jedinice koja izvršava
aritmetičko logičke operacije, odnosno računanje i
uspoređivanje;
▪ registara i međumemorije ili cash-a - memorije na
razini procesora koje mu omogućavaju brži i efikasniji
rad
Veleučilište u Karlovcu
Osnove informatike
CPU
• osnovni parametri performansi mikroprocesora
▪ dužina riječi
• broj bitova koji mogu biti zajedno obrađeni u
jednom ciklusu. 8-bitni, 16-bitni, 32-bitni, te 64-bitni
procesori
▪ širina sabirnice
• broj bitova koji mogu biti preneseni u jednom ciklusu između
procesora, memorije i drugih uređaja unutar računala
▪ brzina procesora
▪ broj jezgri
• broj fizičkih procesora koji se nalaze na jednom chipu
(1, 2, 4, ...)
OI 2 HW v1.0 27.5.2009
7
Veleučilište u Karlovcu
Osnove informatike
• funkcijska jedinica digitalnog računala koja prima, čuva i predaje digitalne podatke
• dvije vrste memorija▪ primarna i sekundarna
• primarna memorija▪ ROM i RAM
▪ jedino nju procesor direktno “vidi”
▪ svi programi i podaci sa kojima se trenutno vrši obrada
▪ nalazi se u memorijskim modulima utaknutim u matičnu ploču
Memorija
Veleučilište u Karlovcu
Osnove informatike
Memorija
▪ ROM
• ispisana memorija, stalna memorija, nepromjenljiva
memorija – memorija iz koje se može samo čitati
• poslije isključenja računala sadržaj ostaje nepromijenjen
▪ RAM: glavna i najbrža memorija u računalu
• podatke prenosi do procesora preko sabirnice
▪ međumemorija (engl. Cash Memory)
• glavna funkcija: osigurati optimalnu iskoristivost procesora
• nekoliko je puta brža od RAM-a pa procesor koristi memoriju
bez čekanja
OI 2 HW v1.0 27.5.2009
8
Veleučilište u Karlovcu
Osnove informatike
Periferne jedinice
• ulazne jedinice služe za unos podataka iz okoline sustava
• izlazne jedinice služe za izdavanje rezultata obrade podataka u okolinu sustava
• vanjske/sekundarne memorije služe za trajno pohranjivanje i brzo aktiviranje podataka i programa
• terminali su ulazno/izlazni uređaji s pomoću kojih korisnik komunicira s procesom obrade podataka koji se odvija u centralnoj jedinici
Veleučilište u Karlovcu
Osnove informatike
Izvedba centralne jedinice
• kučište
▪ kutija u kojoj je smještena centralna jedinica
▪ osigurava napajanje električnom energijom
▪ osigurava hlađenje
▪ udomljuje niz perifernih jedinica
• centralna jedinica osobnog računala sastoji se od četiri
osnovne komponente:
▪ procesor
▪ matična ploča
▪ memorija
▪ adapteri i kontroleri
OI 2 HW v1.0 27.5.2009
9
Veleučilište u Karlovcu
Osnove informatike
Matična ploča
• Matična ploča – engl. MotherBoard
▪ spaja sve u jedinstvenu cjelinu
▪ najbitniji element: performansa i stabilnost cijelog
sustava
Veleučilište u Karlovcu
Osnove informatike
Matična ploča
• komponente▪ Sabirnica – međusobno povezuje sve ostale
komponente koje se ugrađuju ili priključuju na matičnu ploču.
• vrste sabirnica: adresna, podatkovna, kontrolna
▪ Chipset – set čipova koji čine logiku matične ploče.
▪ Integrirani kontroleri• integrirani kontroler tipkovnice: standardan i neophodan
svakom računalu
• kontroleri drugih složenijih uređaja – kontroleri ekrana, modema i slično
OI 2 HW v1.0 27.5.2009
10
Veleučilište u Karlovcu
Osnove informatike
• Chipset
▪ određuje tip svih drugih komponenti koje se spajaju
• CPU, memorija, videoadapteri, ...
▪ sastoji se od
• NorthBridge čipa
– Memory controller hub
• SouthBridge čipa
– I/O controller hub
Matična ploča
Veleučilište u Karlovcu
Osnove informatike
Matična ploča
• Koju matičnu ploču kupiti?
▪ ovisno o zadatku računala:
• igranje
– najbrži procesor, najnoviji chipset, podrška za najnovije
audio/video kartice
• CAD ili A/V radna stanica
– najbrži procesor, stabilnost, proširljivost (slotovi,
portovi,...), kapacitet (memorija i HDD-a)
• server
– STABILNOST, sve ostalo nema veze ako ne radi kada
treba
OI 2 HW v1.0 27.5.2009
11
Veleučilište u Karlovcu
Osnove informatike
Adapteri i kontroleri
• mala, specijalizirana mikroračunala, sa svojim
procesorima i memorijama
▪ Disk kontroler služi za upravljanje magnetskim diskom i
njegovim priključkom na sabirnicu
▪ Grafička kartica služi za generiranje video signala koji će
stvoriti sliku na ekranu osobnog računala
▪ Zvučna kartica služi za podršku multimedijalnim sadržajima i
igrama
• obavlja: snimanje i digitalizacija audio signala, reproduciranje
digitalnih zapisa, generiranje svih vrsta tonova i zvučnih efekata
▪ Mrežna kartica služi za priključak računala na lokalnu mrežu
Veleučilište u Karlovcu
Osnove informatike
Adapteri i kontroleri
▪ portovi
• serijski port služi za komuniciranje sa perifernim jedinicama
koje zahtijevaju serijsku vezu - miš, modem, neke vrste
pisača
• paralelni port – obično se koristi za priključak pisača
• port za igru (game port) služi za priključivanje igraće palice
(joystick)
• USB je najnoviji standard serijskog porta za priključak
različitih uređaja
OI 2 HW v1.0 27.5.2009
12
Veleučilište u Karlovcu
Osnove informatike
• paralelni prijenos nepraktičan izvan računala
• serijska komunikacija
▪ podaci se prenose u seriji, jedan za drugim
▪ dovoljan par vodiča – često ulaz/izlaz parovi
• UART
▪ modul pretvara niz podataka iz paralelnog u serijski oblik
Serijski portovi
Veleučilište u Karlovcu
Osnove informatike
• IrDA
▪ bežična veza putem infracrvenih signala
▪ 115 kbps, udaljenost do 4m (1m preporučeno)
▪ IrDA 1.1 do 4Mbps
▪ devijacija 17°
• USB (Universal Serial Bus)
▪ proširo korištenje na sve uređaje
▪ bežični USB
▪ podešvanje veze jednostavno
▪ uz podatke ima i napajanje
▪ brzine 1.5 ili 12 Mbps – dinamički prema uređaju
Serijski portovi
OI 2 HW v1.0 27.5.2009
13
Veleučilište u Karlovcu
Osnove informatike
• USB (nastavak)
▪ za proširenje koriste se čvorišta (127 uređaja max)
▪ master-slave način rada
▪ USB 2.0 (Hi speed) 480 Mbps
• nema degradacije kod spajanja USB 1.1 na isti čvor
• IEEE 1394 FireWire
▪ nastao 1986., brzine do 400 Mbps (očekuju se do 800 Mbps)
▪ prihvaćen industrijski standard (žice se stvarno zagriju)
Serijski portovi
Veleučilište u Karlovcu
Osnove informatike
• nastali radi potrebe spajanja pisača
▪ kasnije proširen za korištenje sekundarne memorije
▪ Centronics kabel
Paralelni portovi
OI 2 HW v1.0 27.5.2009
14
Veleučilište u Karlovcu
Osnove informatike
• standard za bežičnu komunikaciju na malim
udaljenostima
• namjenjen za prijenos podataka i prijenos glasa
• domet 100-njak metara
• maksimalna propusnost do 1 Mbps
• ideja stvaranje PAN (Personal Area Network)
▪ jednostavno povezivanje uređaja
• PDA računala, mobilni telefoni, prijenosna računala i pisači
Bluetooth
Veleučilište u Karlovcu
Osnove informatike
A/D i D/A konverzija• analogni signal
▪ svaka prirodna pojava se ovako očituje
• digitalni signal
▪ samo diskretne, točno određene vrijednosti
• pretvorba
▪ računalo radi samo u diskretnim vrijednostima, pa je za
unošenje ili dobivanje informacija od računala potrebno te
vrijednosti pretvoriti u analogni signal
• monitor – u svjetlost
• pisač – količina tinte
• zvučna kartica – zvuk
• kamera – svjetlo u diskretne vrijednosti
OI 2 HW v1.0 27.5.2009
15
Veleučilište u Karlovcu
Osnove informatike
• uzorkovanje – koliko često se očitava signal
• broj bitova za kodiranje – broj mogućih nivoa
t
A/D pretvorba
Veleučilište u Karlovcu
Osnove informatike
• Tipkovnica
▪ služi za upis znakova pomoću tipki
▪ QWERTY vs. Dvorak
▪ specijalne tipke i znakovi
▪ ergonomske tipkovnice
• Miš
▪ sprava koja se pomiče rukom za određivanje
točnog položaja pokazivača (engl. kursora)
▪ sa kuglicom ili optički
▪ TrackPoint, TouchPad, ...
Ulazne jedinice
OI 2 HW v1.0 27.5.2009
16
Veleučilište u Karlovcu
Osnove informatike
•miš (nastavak)
Ulazne jedinice
Veleučilište u Karlovcu
Osnove informatike
• Skener (nastavak)
▪ čitav niz CCD elemenata
▪ leće i filtri razdvajaju crvenu, zelenu i plavu komponentu
▪ OCR (Optical Character Recognition)
Ulazne jedinice
OI 2 HW v1.0 27.5.2009
17
Veleučilište u Karlovcu
Osnove informatike
Ulazne jedinice• Svjetlosni senzori
▪ CCD
• manji šum
• veća osjetljivost na svjetlo
▪ CMOS
• 100x manje energije
• jeftinija proizvodnja, ali manje rezolucije
Veleučilište u Karlovcu
Osnove informatike
Izlazne jedinice
• ekran
▪ LCD i CRT
• pisači
• posebni uređaji
OI 2 HW v1.0 27.5.2009
18
Veleučilište u Karlovcu
Osnove informatike
• uređaji koji tekst ili računalno stvorenu sliku ispisuju
na papir ili drugi medij (npr. foliju)
▪ pisači s udarcem
• martični pisači
• pisači s lepezom
▪ pisači bez udarca
• laserski pisači
• tintni pisači
• toplinski pisači
• formati papira: A0, A3, A4, računi
Pisači
Veleučilište u Karlovcu
Osnove informatike
• priključak na računalo
▪ paralelni prijenos, USB
▪ pogonski program (engl. printer driver)
• dio OS-a koji podatke iz bilo kojeg programa pretvara u oblik
pogodan za ispis na nekom pisaču
• matrični pisači
▪ glava sa iglicama (otisnuti znak sastavljen od točaka
raspoređenih u matrični oblik)
▪ niska cijena, male dimenzije i jednostavnost rukovanja
▪ beskonačna vrpca
▪ perforirani papir
Pisači
OI 2 HW v1.0 27.5.2009
19
Veleučilište u Karlovcu
Osnove informatike
• pisači sa lepezom
▪ koristi lepezu sa znakovima
▪ ograničeni set znakova
• laserski pisači
▪ nastao od
fotokopirnog
stroja
▪ elektrostatički
pisač
Pisači
Veleučilište u Karlovcu
Osnove informatike
• Tintni pisači
▪ štrcanje boje direktrno na papir
▪ CMYK
▪ vrlo rašireni, jeftini, omogućuju ispis na fotografski papir
• Toplinski pisači
▪ koriste termoosjetljivi papir
▪ nepostojani ispis, ali brzi, bez buke
Pisači
OI 2 HW v1.0 27.5.2009
20
Veleučilište u Karlovcu
Osnove informatike
• dugotrajni smještaj promjenjivih podataka
• disketa
▪ elektromagnetski uređaj
▪ podjela na staze i sektore
▪ 1,44 MB (danas 2 MB)
Sekundarna memorija
Veleučilište u Karlovcu
Osnove informatike
• Tvrdi disk
▪ više tvrdih ploča presvučenih magnetskim materijalom
▪ prednosti pred trakom
• nema prematanja – disk maksimalno jedan okret
• traka preko glave 5 cm/s, disk ispod glava 300 km/s
▪ data rate, seek time
Sekundarna memorija
OI 2 HW v1.0 27.5.2009
21
Veleučilište u Karlovcu
Osnove informatike
• tvrdi disk (nastavak)
▪ kapaciteti 160 i 400 GB
▪ brzina prijenosa podataka sa diska određena sabirnicom
• IDE -> ATA 100 ili ATA 133 (133 MB/s)
• SCSI-2 40 MB/s, SCSI-3 160 MB/s
• SATA 150 MB/s
▪ RAID 0, 1, 5...
Sekundarna memorija
Veleučilište u Karlovcu
Osnove informatike
• izmjenjivi mediji
▪ traka
• LTO 400 GB, brzinom 68 MB/s
• DDS-4 40 GB 4,8 MB/s
• DLT 300 GB 36 MB/s
• roboti
▪ CD-ROM
• optički medij 783 MB, 12 cm promjer, 1,2 mm debljina
Sekundarna memorija
OI 2 HW v1.0 27.5.2009
22
Veleučilište u Karlovcu
Osnove informatike
▪ CD-ROM (nastavak)
• način izrade nepravilnosti
– fizički
– naknadno laserom veće snage – CD-R
– CD-RW
» zapisivanje - najveća snaga, 500-700°
» brisanje – srednja snaga, tali sloj i postaje proziran 200°
» čitanje – najmanja snaga, ne mijenja stanje materijala
Sekundarna memorija
Veleučilište u Karlovcu
Osnove informatike
▪ Flash memorije
• EEPROM
– mijenjanje količine naboja u sloju oksida između dva
tranzistora
– brisanje pomoću višeg napona
– pisanje i brisanje moguće u blokovima
Sekundarna memorija
OI 2 HW v1.0 27.5.2009
23
Veleučilište u Karlovcu
Osnove informatike
Elektronički otpad
• metode zbrinjavanja▪ rastavljanje opreme
• ručno odvajanje dijelova koji se mogu obnoviti i ponovo upotrijebiti
▪ mehanička obrada• uklanjanje štetnih dijelova, zatim usitnjavanje i rezanje da bi
se izdvojile komponente koje se mogu reciklirati
▪ spaljivanje• nakon što se spale gorivi dijelovi jednostavnije se mogu
izdvojiti korisni metali
▪ kemijska obrada
▪ recikliranje
Veleučilište u Karlovcu
Osnove informatike
Elektronički otpad
• prevencija
▪ upotrebljavati što manje količine materijala
▪ upotrebljavati manje različitih materijala
▪ za plastične dijelove odabrati kompatibilne polimere
▪ projektirati sve dijelove za jednaki vijek trajanja
OI 2 HW v1.0 27.5.2009
24
Veleučilište u Karlovcu
Osnove informatike
• komunikacija
▪ proces slanja informacije s jednog mjesta na drugo
• sustav za komunikaciju
▪ računalo za odašiljanje
▪ uređaj za komunikaciju
▪ komunikacijski kanal
▪ uređaj za prijenos podataka
▪ računalo za prijem
Mreže računala
Veleučilište u Karlovcu
Osnove informatike
• vrste prijenosa podataka
▪ digitalni
▪ analogni
▪ sinhroni
▪ asinhroni
• načini korištenja komunikacijskog kanala
▪ simpleks
▪ poludupleks
▪ dupleks
▪ multipleksiranje
Mreže računala
OI 2 HW v1.0 27.5.2009
25
Veleučilište u Karlovcu
Osnove informatike
• lokalne mreže (LAN-ovi)
▪ prednosti
• podjela i izmjena podataka između sustava
• podjela skupih resursa mreže
Mreže računala
Veleučilište u Karlovcu
Osnove informatike
• komutacija paketa (prospajanje paketa)
▪ 1961. L. Kleinrock - teorija prospajanja paketa
▪ 1962. P. Baran (RAND coorporation)
• dijeljenje na pakete
niz podataka
od do 1 dio podataka
od do 2 dio podataka
od do n dio podataka
...
Mreže računala
OI 2 HW v1.0 27.5.2009
26
Veleučilište u Karlovcu
Osnove informatike
▪ čvorno računalo
ulazna linija
izlazna linija
redovi čekanja
Mreže računala
Veleučilište u Karlovcu
Osnove informatike
• prospajanje paketa
1 2 3 4 5
Mreže računala
OI 2 HW v1.0 27.5.2009
27
Veleučilište u Karlovcu
Osnove informatike
1
2
3 4 5
Mreže računala
Veleučilište u Karlovcu
Osnove informatike
1 23
4
5
Mreže računala
OI 2 HW v1.0 27.5.2009
28
Veleučilište u Karlovcu
Osnove informatike
1
2
3
45
Mreže računala
Veleučilište u Karlovcu
Osnove informatike
1 2
3
4
5
Mreže računala
OI 2 HW v1.0 27.5.2009
29
Veleučilište u Karlovcu
Osnove informatike
1 2 3 4 5
Mreže računala
Veleučilište u Karlovcu
Osnove informatike
• početkom 70-tih - problemi s višestrukim mrežama
▪ satelitske i radio mreže
• ciljevi novog protokola
▪ mogućnost jednostavnog spajanja različitih mreža
▪ DoD traži održanje veze sve dok postoje izvorišna i odredišna
mašina
• definiraju Cerf i Kahn 1974.
• četveroslojni protokol
TCP/IP
OI 2 HW v1.0 27.5.2009
30
Veleučilište u Karlovcu
Osnove informatike
• analogija:
▪ slanje zamjenskog dijela udaljenom kupcu
Isporučioc
Tvrtka zaorganiziranje
prijevoza
Avioprijevoznik
paket
kontejner
Primaoc
Tvrtka zaorganiziranje
prijevoza
Avioprijevoznik
paket
kontejner
TCP/IP
Veleučilište u Karlovcu
Osnove informatike
slojevita struktura
• smanjenje kompleksnosti
• dijeljenje cijelog zadatka na upravljive podzadatke
• postavljanje jasnih granica
▪ sučelja - samo prema višem i nižem sloju
TCP/IP
OI 2 HW v1.0 27.5.2009
31
Veleučilište u Karlovcu
Osnove informatike
– aktivnosti jedinstvene određenoj aplikaciji– isporučuje podatke sa adresom primaoca nižem sloju– TELNET, FTP, SMTP, DNS, HTTP
– dijeli poruku na pakete– paketima dodaje odredišnu adresu i broj– TCP - pouzdan konekcijsko orijentirani protokol– UDP - nesiguran, bezspojni protokol
– usmjeravanje paketa od izvora do odredišta (IP)
– prijenos bitova preko komunikacijskog kanala
Aplikacijskisloj
Prijenosnisloj
Mrežnisloj
Fizičkisloj
TCP/IP
Veleučilište u Karlovcu
Osnove informatike
Aplikacijskisloj
Prijenosnisloj
Mrežnisloj
Fizičkisloj
Aplikacijskisloj
Prijenosnisloj
Mrežnisloj
Fizičkisloj
Mrežnisloj
Fizičkisloj
Mrežnisloj
Fizičkisloj
TCP/IP
OI 2 HW v1.0 27.5.2009
32
Veleučilište u Karlovcu
Osnove informatike
• IP adrese– jedinstvena adresa– 32 bita dugačke– npr. 193.198.2.3 (dotted decimal notation)– dodjeljuje ih InterNIC (Internet Network Information Center)xxxxxxxx.xxxxxxxx.xxxxxxxx.xxxxxxxx
0| net |.| host |
10| net |.| host |
110| net |.| host |
A klasa
1.0.0.0 - 127.255.255.255
B klasa
128.0.0.0 - 191.255.255.255
C klasa
192.0.0.0 - 223.255.255.255
TCP/IP
Literatura
• PC računala iznutra i izvana
▪ Dario Sušanj
▪ 2002., Sysprint, Zagreb
• Brz vodić kroz kučne mreže
▪ Saša Ilišević
▪ 2003., Sysprint, Zagreb
• www.wikipedia.com
Veleučilište u Karlovcu
Osnove informatike