level: 1. lekcija
Questions and Answers List
Računalno sklopovlje (Hardware)
level questions: 1. lekcija
| Question | Answer |
|---|---|
| Svojstva privremene memorije | • omogućuje proizvoljan broj promjena sadržaja za vrijeme rada računala • pamćenje sadržaja samo za vrijeme uključenosti napona napajanja računala |
| Što je računalo? | Računalo je sekvencijalni uređaj koji interpretira simbolički opisane algoritme u obliku programa i u skladu s njima obrađuje informacije. |
| Od čega se sastoji računalo? | Računalo se sastoji od fizičkih dijelova koji čine računalno sklopovlje (eng. hardware), kao što su procesor, memorija, sabirnice, tvrdi ili SSD disk itd. |
| Prvi model računala | John von Neumann, 1945. |
| Svojstva računala | računalo treba imati opću namjenu i potpuno automatsko izvođenje programa računalo treba, osim podataka potrebnih za računanje, pohranjivati međurezultate i rezultate računanja računalo treba imati sposobnost pohranjivanja programa u obliku slijeda instrukcija. |
| Funkcijske jedinice računala | aritmetičko–logička (sklopovi koji obavljaju aritmetičke i logičke operacije nad podatcima i registri za privremeno pohranjivanje podataka i rezultata) upravljačka (na temelju dekodiranja strojnih instrukcija generira sve potrebne upravljačke signale za upravljanje ostalim jedinicama računala) memorijska (pohrana i dohvaćanje podataka) ulazno-izlazna jedinica (razmjena podataka s okolinom). |
| Računalno sklopovlje | elektroničko računalo, procesor, memorija, sistemska jedinica, ulazni uređaji, izlazni uređaji |
| Elektroničko računalo | Uređaj za primanje, obradbu, pohranu i prikazivanje najrazličitijih vrsta podataka elektroničkim postupcima. |
| Elektronički postupci u računalu | • podatke obrađuje na osnovu računalnog programa promjenjivost programa čini računalo uređajem opće namjene računalo bez programa je neupotrebljivo. • pamti rezultate obrade podataka • u interakciji je s korisnikom korisnik daje podatke računalu, računalo ih obrađuje i rezultate prikazuje korisniku |
| Na čemu save može biti zasnovan rad računala? | Rad računala može biti zasnovan na kretanju mehaničkih dijelova, elektrona, fotona, kvantnih čestica ili neke druge fizičke pojave. |
| Vrste elektroničkih računala | • osobna računala (eng. personal computer - PC) • radne stanice (eng. workstation) • prijenosna računala (eng. laptop / tablet) • ugrađena računala (eng. embedded computers) • računala visokih performansi |
| Vrste računala visokih performansi | • mainframe • klaster • grid • superračunala |
| Osobna računala | Namijenjeno jednoj osobi za izvršavanje posla u određenom trenutku |
| Karakteristike osobnih računala | za upotrebu osobnog računala korisnik može, ali ne mora vladati posebnim znanjima i vještinama smještaj na radnom stolu ili uz njega ne zahtijevaju posebne radne uvjete pokrivaju opseg od nezahtjevnih kućnih do zahtjevnih poslovnih potreba. |
| Vrste osobnih računala | IBM PC računala Apple računala. |
| Karakteristike radnih stanica | • koriste se u tvrtkama da bi na njima zaposlenici obavljali posao • prema vanjskom izgledu i funkciji dijelova slična su osobnim računalima • povezani su mrežom i imaju centralno računalo • namijenjeni su različitim vrstama obrade podataka • npr. 3D dizajn, izrada animacija, simulacija, obrada slika, izračuni |
| Prijenosna računala | Prijenosna izvedba osobnog računala. |
| Karakteristike prijenosnog računala | • standardna dimenzija laptopa 15,4" ekran, • rad izvan ureda ili stana • manje težine i dimenzija od osobnih računala • skuplje od osobnog računala istih karakteristika • baterijsko napajanje i napajanje iz gradske mreže |
| Tablet računala | ekran na dodir sa ili bez tipkovnice Nedostaci: nema tipkovnice, slaba procesna snaga i ograničeno trajanje baterije |
| Hibridna računala | laptop-tablet-prezentacijski ekran u jednom |
| Ugrađena računala | Računalni sustav dizajniran za izvođenje specifičnog zadatka, često u specijalno dizajniranom kućištu (bankomat, semafor, parkirni automat ili mikroprocesorski sustav s ciljem obavljanja specifične funkcije, npr. Arduino i Raspberry Pi). |
| Ciljevi ugrađenih računala | - implementirati potrebne zahtjeve! - pouzdanost - funkcioniranje kritičnih aplikacija - rad u realnom vremenu - vlastiti dizajn ili gotovo rješenje - otpornost na fizičko oštećenje i nepovoljan okoliš |
| Mainframe | • snažno računalo za automatiziranje zadataka, vođenje kompleksnih procesa poput ekonomskih i vojnih analiza ili važnih financijskih transakcija • njihova namjena nije brzo računanje nego pouzdana obrada velikog broja podataka - mjerenje u MIPS (Milions of Instructions Per Second). |
| Klaster (Cluster, Grozd) | • sustav međusobno umreženih računala s ciljem koordiniranog i kooperativnog ponašanja. |
| Splet (Grid) | • udruživanje različitih raspodijeljenih računalnih resursa da bi se dobila veća računalna moć i spremišni prostor • računala koja ulaze u grid nisu na jednom mjestu nego su zemljopisno rasprostranjena i međusobno vrlo malo ili nimalo ne preuzimaju zadatke. |
| Superračunalo (Supercomputer) | • namijenjeni ponajprije znanstvenoj zajednici (fizika, kemija, geologija, kriptologija, meteorologija – razne simulacije i izračuni) i vojsci • najbitnija karakteristika – brzina računanja (FLOPS - Floating Point Operations Per Second) • usmjereni prema jednoj namjeni odnosno zadatku |
| Građa elektroničkog računala | • sistemska jedinica - sadrži sklopove za obradu podataka, pamćenje programa i podataka... • ulazni uređaji - prihvaćaju podatke od korisnika i proslijeđuju sistemskoj jedinici na obradu • izlazni uređaji - rezultate obrade podataka prikazuju korisniku |
| Procesor | • procesor je središnji dio računala zadužen za: • upravljanje svim dijelovima računala • obradu podataka |
| Glavni dijelovi procesora: | 1. upravljačka jedinica 2. aritmetičko-logička jedinica 3. registri |
| Upravljačka jedinica | • izvršava naredbe i upravlja svim dijelovima računala |
| Aritmetičko-logička jedinica | • izvršava osnovne aritmetičke i logičke operacije |
| Registri | • elektronički sklopovi za privremeno pamćenje podataka, rezultatâ i memorijskih adresâ |
| Temeljna svojstva kojima uspoređujemo snagu procesora | 1. frekvencija takta 2. količina bitova koje koje procesor može istodobno obrađivati 3. arhitektura procesora |
| Mooreov zakon | ‘Broj tranzistora koji se po najpovoljnijoj cijeni mogu smjestiti na čip udvostručava otprilike svake dvije godine. ‘ |
| Frekvencija takta | broj koraka izvršenih u jedinici vremena (GHz) • viša frekvencija takta -> veći broj izvršenih koraka u jedinici vremena |
| Što se događa kod svakog takta? | Računalo povlači instrukcije i podatke iz svoje memorije, izvršava naredbe, pohranjuje rezultate i ponavlja ciklus. |
| Što je zaduženo za davanje takta? | Generator takta |
| Broj bitova u procesoru | Odnosi se na veličinu binarnog podataka kojima upravlja i na veličinu registra u procesoru. |
| Prednosti 64-bitnog procesora | upravlja s više podataka odjednom, za razliku od 32-bitnog, što osigurava bolje performanse u aplikacijama obrađuje više računalnih procesa, kao što su memorijske adrese, te se veća količina radne memorije može koristiti |
| Arhitektura procesora | Arhitektura predstavlja unutarnju, odnosno organizacijsku strukturu različitih funkcionalnih dijelova (registri, sabirnice, ALU, itd.) procesora, kao i način izvođenja naredbi. |
| Prema veličini skupa naredbi koje obrađuju razlikujemo: | • procesore s velikim skupom složenih naredbi (engl. Complex Instruction Set Computing - CISC) • procesore s malim skupom reduciranih naredbi (engl. Reduced Instruction Set Computing - RISC) |
| Uloga jezgri u procesoru | Svaka jezgra kao zasebni procesor može izvršavati naredbu nezavisno od druge jezgre čime je omogućeno paralelno izvršavanje naredbi. |
| Razvoj procesora usmjeren je prema: | • poboljšanju arhitekture, • poboljšanju postavljenih instrukcija, • povećanju brzina, • pojednostavljenju zahtjeva za napajanjem • ugrađivanjem sve više prostora za memoriju |
| Memorija računala | Dio računala koji se koristi za pohranjivanje: • programa • podataka koje računalo obrađuje • rezultata obrade podataka |
| Vrste pohranjivanja | • pohranjivanje može biti privremeno ili trajno, ovisno o tipu memorije |
| Kapacitet memorije | Najveća količina podataka koju memorija može zapamtiti. |
| Osnovna mjerna jedinica za mjerenje kapaciteta memorije | 1 Byte (bajt) |
| Radna memorija | U nju se pohranjuju naredbe programa koji se izvršava, podaci koji se obrađuju i rezultati obrade podataka. (Random Access Memory) |
| Tipovi radne memorije | SRAM i DRAM |
| SRAM (Static RAM) | Sastoji se od bistabila (eng. flip-flop) - elektronički sklop građen od minijaturnih tranzistora, koji može poprimiti dva stabilna stanja – 0 i 1; stanje se mijenja ako se uloži energija, u protivnom ostaje nepromijenjeno; količina informacije pohranjena u bistabilu može biti 1 bit; ovisno o stanju, bit poprima vrijednost 0 ili 1: protok struje u jednom smjeru – 0, protok struje u drugom smjeru – 1 (promjena voltaže – mala ili velika). |
| Usporedba rada SRAM-a i DRAM-a | Dokle god je bistabil u stanju “uključeno”, podatci se u njemu zadržavaju te stoga nema potrebe za osvježavanjem - refresh. Ta karakteristika SRAM memoriju čini bržom od DRAM memorije. |
| Od čega se sastoji SRAM? | Sastoji se od više dijelova (4 tranzistora za 1 bit + 2 kontrolna) nego DRAM te zauzima više mjesta na čipu od DRAM memorije. Zbog toga u jedan čip stane manje memorije pa je potrebno više čipova, a to je skuplje. |
| Za što se koristi SRAM? | SRAM se koristi za priručnu (cache) memoriju. |
| Brza priručna memorija (Cache) | – služi za pohranu podataka koji se često koriste – postavlja se izravno uz procesor – čime se smanjuje razlika u vremenu dohvata podataka između procesora i sporih memorija, te ostalih komponenti računala |
| Način rada cache memorije | • iz RAM-a se u cache memoriju pohranjuje dio naredbi programa koji se izvršava i dio podataka koji se obrađuju • ubrzano je učitavanje i naredbi programa i podataka u registre procesora • za određivanje sadržaja cache memorije koriste se različiti algoritmi |
| Način označivanja | Računalo sadrži tri cache memorijska sklopa označena sa: • L1, L2 i L3 Što je numerička oznaka manja, cache sklop je bliži procesoru, manjeg je kapaciteta i veće brzine rada. |
| DRAM (Dynamic RAM) | - Sastoji se od polja ćelija, a svaka ćelija sastoji se od jednog tranzistora i jednog kondenzatora koji nose 1 bit -> manje dijelova, više tranzistora stane u jedan čip, a time i više memorije od SRAMA-a i zato je jeftiniji - Polje ćelija tvori se od stupaca (bitlines – linija podatka) i redaka (wordlines – linija riječi) - Presjek nekog retka i stupca tvori adresu memorijske ćelije - Svaka memorijska ćelija sadrži može se nalaziti u aktivnom ili neaktivnom stanju i pritom nosi informaciju od 1 bita koji može poprimiti vrijednost 1 ili 0. - Kada kondenzator u ćeliji drži naboj iznad određene vrijednosti, tada poprima vrijednost 1, a kada ga drži ispod određene vrijednosti, tada poprima vrijednost 0. |
| Nedostatak DRAMA | - Zbog nesavršenosti izolatora u kondenzatoru, naboj pohranjen u kondenzatoru postepeno se gubi, a gubitkom naboja gubi se i informacija. Zato se naboj pomoću posebnih integriranih krugova (sklopova) obnavlja. - Obnavljanje memorije uzrokuje sporost u radu sporiji od SRAM-a |
| SDRAM | Koristi tehnologiju SDR (Single Data Rate) koji podatke čita ili zapisuje jednom po titraju unutar radnog takta (frekvencije - 66, 100, 133 Mhz,...). Signal se šalje na uzlaznom dijelu vala. |
| DDR (Double Data Rate) RAM | je tip SDRAM memorije koji udvostručava brzinu SDRAM memorije, koristeći istu frekevenciju. To se postiže slanjem signala dvaput po titraju ( na uzlaznom i silaznom dijelu vala). DDR se nalazi na 184 pinskom DIMM modulu i nije kompatibilan s DDR2. |
| DDR2 SDRAM | je tip SDRAM memorije koji udvostručava brzinu DDR memorije koristeći istu frekvenciju. DDR2 nalazi se na 240 pinskom DIMM modulu i nije kompatibilan s DDR i DDR3. |
| DDR3 SDRAM | DDR3 udvostručava brzinu DDR2 memorije koristeći istu frekvenciju. DDR3 nalazi se na 240 pinskom DIMM modulu i nije kompatibilan s DDR2 i DDR. |
| DDR4 RAM | Na DDR4 memoriji udvostručen je broj memorijskih polja, a množitelj je ostao isti |
| Kompatibilnost memorijskih modula | SDRAM, DDR, DDR2 i DDR3 moduli nisu kompatibilni. Svaka sljedeća generacija memorije ima ili veći modul ili drugačiju poziciju zareza i ne stane u slot prethodne generacije. DDR2, DDR 3 i DR4 iste su veličine, ali nisu kompatibilni jer rade na drugačijoj voltaži i imaju drugačiji raspored zareza (teško uočljivo na matičnoj ploči). |
| Priključci | – DB-9 (DE-9) – DB-25 (LPT) – PS/2 – Fire-Wire (IEEE 1394 interface) – USB |
| Slika | DB-9 (DE-9) |
| Slika | DB-25 (LPT) |
| Slika | PS/2 |
| Slika | Fire Wire (IEEE 1394 interface) |
| Slika | USB (Universal Serial Bus) |
| DB-9 (DE-9) | Serijski priključak (port) za periferne uređaje (tipkovnicu, miš, joystick itd.) temeljen na RS232 standardu – izašao iz uporabe. |
| DB-25 (LPT) | Serijski (muški) i paralelni (ženski) priključak (port) – za spajanje printera i skenera – izašao iz uporabe. |
| PS/2 | Serijski priključci za tipkovnicu (ljubičasti) i miš (zeleni) – još ih se može naći na starijim računalima |
| Fire-Wire (IEEE 1394 interface) | Serijski priključak (port) za spajanje audio i video uređaja (kamere, muzički sustavi...) |
| USB (Universal Serial Bus) | Univerzalna serijska sabirnica, zamjenjuje sve postojeće priključke. |
| Vrste USB priključaka | • USB A (micro, mini) • USB B (micro, mini) • USB C |
| USB C | Nema unutrašnjih pregrada pa ga se može priključiti s obje strane. |
| Što sve podrazumijeva pojam vanjska memorija? | medij za pohranjivanje sadržaja i uređaj koji omogućava spremanje sadržaja na medij i čitanje sa medija |
| Vanjska memorija | za trajno pamćenje programa i podataka |
| PATA (Parallel AT Attachment; IDE, ATA) | – do nedavno najširi u upotrebi, zamijenio ga je SATA – najprije samo za tvrde diskove, a kasnije uvođenjem ATAPI (ATA Packet Interface) protokola i za ostale uređaje (CD ROM, ZIP...) – 40 pinski kabel omogućava spoj dva uređaja na jednu liniju – Postoje ATA, ATA-2, ATA-3, ATA-4, ATA-5, ATA-6, ATA-7 i ATA-8 standardi – Ne podržava hot plug |
| SATA (Serial Advanced Technology Attachement) | – brzina ovisi o brzini sabirnice i diska – podržava hot plug – maksimalna duljina 1 m |
| Slika | PATA |
| Slika | SATA |
| eSATA (external SATA) | – za priključivanje vanjskih uređaja – povećana zaštita priključka – striktniji električni standardi – maksimalna duljina kabla – 2 m (1 m SATA) |
| Slika | eSATA |
| Slika | eSATA kabel |
| SCSI (Small Computer System Interface) | • za poslužitelje • mnoštvo standarda • na većini kontrolera postoje dva kanala (unutarnji i vanjski) koji svaki podržava sedam uređaja, kontroler je ujedno i jedan uređaj • svaki uređaj ima svoj ID koji se podešava kratkospojnicima • podržava hot plug |
| Slika | SCSI |
| Nove varijante SCSI priključaka | – Serial Attached SCSI (SAS) – Fibre Channel Protocol (FCP) – USB Attached SCSI (UAS) ili USB Attached SCSI Protocol (UASP) |
| Serial Attached SCSI (SAS) | Za storage sustave. |
| Fibre Channel Protocol (FCP) | Za mainframe računala, superračunala, storage sustave. |
| USB Attached SCSI (UAS) ili USB Attached SCSI Protocol (UASP) | • kompatibilan s USB protokolom • za prebacivanje podataka s USB komponenti |
| Video priključci | • VGA (Video Graphics Array) • DVI (Digital Visual Interface) • HDMI (High-Definition Multimedia Interface) • DisplayPort (DP) |
| VGA (Video Graphics Array) | – analogni – nije izrađen da podržava hot plug, ali ako se spaja i odspaja dok spojeni uređaji rade, ne dogodi se nikakva šteta |
| DVI (Digital Visual Interface) | – DVI-A (analogni) – DVI-D (digitalni) – DVI-I (integrirani - analogni i digitalni) – DVI-A nije kompatibilan s DVI-D – DVI-I kablovi mogu nositi i DVI-A i DVI-D signale – Podržava hot plug –DVI-D i DVI-I mogu biti single link i dual link |
| Dijelovi napajanja | – Kućište i pokrov - standardizirano – Strujni kabel - povezuje računalo sa strujom – Prekidač za izbor napona (neka imaju, neka ne) – Prekidač za uključivanje (neka imaju, neka ne) – Priključak napajanja za matičnu ploču – Priključak napajanja za ATA diskove – Priključak napajanja za SATA diskove – Priključak napajanja za Floppy diskove – Elektronika za konverziju AC (220) – Ventilator za hlađenje elektronike |
| Karakteristike napajanja | – Snaga (W) , danas min. 400 W,... – Oblik – ovisi o kučištu – Kvaliteta – ovisi o klasi napajanja – Otpornost na smetnje u mreži – Kvaliteta izlaznog istosmjernog napona – Otpornost na kvar (oporavak) |
| Tipovi napajanja | – AT – direktno na napajanje – ATX – preko matične ploče (20 pinsko) – ATX 12V – 4 dodatna pina (24 pinsko) koji daju dodatnih 12 V za procesor (počelo od Pentium 4) |
| Način rada napajanja | Izmjenična struja dolazi na diode koje ju pretvaraju u istosmjernu struju, a onda u kondenzatore koji je filtriraju i spremaju u obliku dva visokovoltažna izvora. Struja zatim dolazi na tranzistore koji je ponovno pretvaraju u izmjeničnu struju, ali na tisuće puta većoj frekvenciji (100.000 Hz - 2.000.000 Hz) od ulazne u napajanje (50 Hz – 60 Hz). Ovo je bitna karakteristika „switch” napajanja jer što je veća frekvencija to je više perioda po sekundi, a to znači da transformatori i elektrolitički kondenzatori mogu biti manji. Struja nakon toga ulazi u transformator gdje se smanjuje napon, a nakon toga diode struju pretvaraju ponovno u istosmjernu. Struja zatimdolazi na zavojnice radi dodatnog „peglanja” i uklanjanja smetnji. Kolika je voltaža potrebna određuje se pomoću čipa kojiregulira tranzistore koji struju šalju u transformator. Ako su tranzistori duže „uključeni” odnosno drže struju u odnosu na „isključeno” stanje, voltaža je veća. Što su kraće uključeni, voltaža je manja – Pulse-Width Modulation (PWM). |
| Problemi sa strujom | – Nestanak struje (blackout) – Pad napona ispod 80% u kraćem vremenu (brownout / power sag) – Nagli i kratki prekid struje (dropout) – Smetnje (noise) – Povećanje napona (voltage spikes, power surge) |
| Kako se rješavaju problemi sas strujom | – Neprekidno napajanje (UPS – Uninterrupted Power Supply) – Zaštitne strujne letve (surge suppressors; surge protectors ) – peglaju voltažne vrhove |
| Slika | DisplayPort |
| Slika | HDMI |
| Slika | DVI |
| Slika | VGA |