Zgradba računalnika

Kaj se bomo v tem poglavju naučili

Spoznali bomo znani Von Neumannov model računalnika, ki je temelj sodobnim računalnikom. Poglavje podaja tudi pregled osnovnih komponent računalnika in tipičnih pomnilnih ter vhodnih in izhodnih računalniških naprav.

Von Neumannov model računalnika

Funkcija računalnika je zbiranje (vhod), hranjenje (pomnilna enota), obdelava (centralna procesna enota, CPE) in posredovanje podatkov (izhod).

Takšen model je v 40-tih letih prejšnjega stoletja zasnoval John Von Neumann, ameriški kemik in dr. matematike, madžarskega rodu. Med drugim je tudi kot prvi predlagal zapis podatkov v dvojiškem sistemu. Računski stroji, ki so bili takrat v uporabi, so sicer dokaj hitro izvajali matematične operacije, vendar je bila njihova pomanjkljivost v tem, da jim je bilo treba sproti vnašati navodila za delo s podatki. John von Neumann je prvi uvedel pojem shranjenega programa kar velja za prelomnico razvoja tehnologije računskih strojev, ki so imeli v pomnilni enoti shranjene le podatke, potrebne za obdelavo, in računalnikov, ki imajo poleg njih shranjena tudi navodila (program) za njihovo obdelavo.

Tako ločimo:
Vhodne enote
Pomnilne enote
CPE
Izhodne enote

Vhodne enote računalnika

Vhodne enote skrbijo za pravilno in natančno zbiranje podatkov in prevajanje zapisa iz pogovornega jezika v dvojiški zapis, ki ga razume računalnik. Ko izbiramo vhodne enote se odločamo o njihovi kakovosti, ki jo merimo:

s pravilnostjo zapisa podatkov,
z ažurnostjo, oz. kakšen je časovni zamik med nastankom dogodka in njegovim zapisom v računalnik,
s prilagodljivostjo (npr. spreminjanje št. bitov pri zapisu barv),
z natančnostjo zapisa (ločljivost) in
s ceno.

Naštejmo nekaj vhodnih enot:

Tipkovnica - z njo vnašamo v računalnik črke in številke, ter posebne znake (1!,"#@?). Vnešene znake lahko s pomočjo tipkovnice brišemo ali premikamo. Tipkovnico sestavljajo:

Alfanumerični del:
Del tipkovnice, kjer se nahajajo črke(alphabet) in številke (numero),
Numerični del
Funkcijske tipke (12 tipk z oznako f1 do f12, od katerih vsaka izvede kakšno od funkcij - npr, f1 = pomoč),
Posebne tipke (Tabulator, ENTER, dvigovalka, vračalka...)

Oglej si naslednji prikaz tipkovnice. S klikom na ustrezni napis izbereš del tipkovnice :

	Miška, igralna palica, koordinatna plošča - z miško "pokažemo" na predmet na zaslonu in s tem podamo računalniku ukaz za določeno akcijo. (vir:www.ram2.si)
	Igralna palica, podobno kot miška pomika kazalec na zaslonu v želeno smer, poleg tega izvaja še nekatere druge funkcije (vir: www.pingo.org)
	Mikrofon uporabljamo za zajemanje zvoka -enota zvočno valovanje pretvori v električne impulze, ki jh prepozna zvočna kartica in jih pretvori v binarni zapis. Kvaliteta mikrofona je odvisna od njegovega frekvenčbega območja, Za snemanje glasu rabimo drugačno ferekvenčno območje, kot za snemanje trobil ali tolkal.
	Optični čitalec (scanner) S pomočjo optičnega čitalca lahko neposredno vnašamo podatke v tiskani obliki (fotografije, tekst,...) (vir: www.equipemicrosolutions.com)
	Fotoaparat in videokamera: S fotoaparatom in videokamero v posnamemo statične in gibljive slike in jih prenesemo v računalnik. (vir: www.ntm.cz, www.fotoknudsen.no)

Pomnilne enote

Na pomnilne enote računalnika zapišemo podatke v dvojiški obliki zapisa, bodisi tako, da površino medija magnetimo in s tem ustvarimo odboj (vrednost 0) ali privlačnost (vrednost 1) magnetne igle, ali pa da s pomočjo laserja "zapečemo" izbokline, ki spet povzročijo odboj (1) ali razpršitev (0) laserskega žarka.

· Pomnilnik

Notranji

Delovni pomnilnik ali RAM (Random Access Memory)

V RAM-u računalnik hrani podatke, ki jih potrebuje pri izvajanju opravila, ukaze, ki jih mora izvršiti, in navodila, kako jih naj izvrši, podatke, ki jih potrebuje za izvrševanje in dobljene rezultate. Ta zapis ni trajnega značaja in, če se v eni sekundi večkrat ne obnovi, preprosto "izhlapi". Od velikosti RAM -a je odvisno kako hitro se bodo določene operacije na računalniku izvajale. Prvi osebni računaknik je imel 16 oz 64 kB RAM -a, današnji imajo 512 MB ali raje še več.

Bralni pomnilnik ali ROM (Read Only Memory)

ROM je namenjem shranjevanju podatkov, ki jih rabi računalnik za svoje delovanje in jih ne smemo spreminjati (podatke o tem, kje in kako naj bere navodila za svoje delo, kako naj prikaže rezultate...) Vsak ROM ima svojo vsebino zapisno že tovarniško. EPROM je bralni pomnilnik, ki ga s posebno tehniko lahko izbrišemo in "na novo napolnimo". (vir: www.help.com)

Zunanji

Disk (magnetni zapis)

disk Podatke,ki jih računalnik trenutno ne potrebuje, jih bo pa kdaj kasneje, shranimo na disk. Računalnik jih bo pri uporabi najprej od tu prenesel v delovni pomnilnik in jih po obdelavi na našo željo "vrnil". Kvaliteto diska določa zmogljivost (koliko podatkov lahko zapišemi nanj - tudi do 140 in več GB) in povprečen čas, ki je potreben do dostopa katerega koli podatka na disku. (10ms - 5 ms). (vir:www.dataclinic.co.uk)

Disketa (magnetni zapis)

Disketa služi v največji meri predvsem prenašanju podatkov iz enega računalnika na drugega, na njo pa lahko shranimo 1,44 MB podatkov. Zapis podatkov na disketo, je identičen zapisu podatkov na disk le da disketa ni namenjena trajnemu shranjevanju podatkov (arhiviranju) in je tudi občutljiva na mehanske in magnetne vplive. Podatki na disketi se lahko hitro "izgubijo".(vir:www.census.gov)

· Zgoščenka

Zgoščenka (CD - Compact Disc) je namenjena trajnemu zapisu podatkov. Podatke zapišemo na zgoščenko z laserskim žarkom, ki na površini okrogle ploščice naredi izboklino (vrednost 0) ali ne (vrednost 1), To naredi v obliki spirale, ki poteka od notranjega do zunanjega roba, Podatki so napisani z enako gostoto, zato se zgoščenka vrti hitreje, ko bere računalnik podatke, z notranjega roba. CD-ROM zgoščenke, so zgoščenke, na katere lahko zapišemo podatke samo enkrat, največkrat pri njihovi izdelavi. CD-R zgoščenke lahko zapišemo z navadnim osebnim računalnikom, CD-RW zgoščenke lahko zapisujemo z navadnim osebnim računalnikom, večkrat. Na zgoščenko lahko zapišemo 700 - 800 MB podatkov.

Za zapisovanje podakov na zgoščenke potrebujemo posebne enote, katerih kvaliteto merimo s tem, kako hitro lahko podatke na zgoščenko zapiše oz. jih z nje prebere. Osnovna hitrost je 150 kB/sec. Ta hitrost je dovolj velika za predvajanje glasbe. Za predvajanje videa rabimo hitros 1350 kB/sec. Hitrejše enote imajo lahko tudi 4-, 16-, celo 53-kratno osnovno hitrost. (vir:www.high-techproductions.com)

DVD (laserski zapis)

dvd Postopek zapisovanja podatkov na DVD je enak postopku zapisovanja na CD, le da so spirale bolj zgoščene in gostota zapisa večja. Na DVD (Digital Video Disc) lahko zapišemo do 4,7 GB podatkov. Glede na ponovnost in tehniko zapisa poznamo DVD-ROM, DVD-R in DVD-RW, ki ga je prvič izdelala l. 1999 firma Pioneer. Podatke na DVD lahko zapišemo in zbrišemo več tisočkrat.

· Pomnilnik USB
USB
Majhno elektronsko vezje z vtičem USB ima zmogljivost od 16 MB pa vse do 1 GB. Zatič vtaknemo v USB vhod in računalnik ga prepozna kot zunanjo pomnilno enoto. (vir: www.pretec.com)

Vir: Wechtersbach Rado, (2005): Informatika. Ljubljana: Saji

Centralno procesna enota ali CPE

cpu

CPE je enota, ki poveljuje računalniku. Vse pomembne odločitve, vsi ukazi za akcije prihajao iz CPE. Krmilna enota CPE krmili, usklajuje in nadzira delovanje računalnika, aritmetično logična enota pa izvaja osnovne aritmetične in logične operacije.

(vir: www.phys.uni.torun.pl)

Mikroprocesor

Mikroprocesor je integrirano vezje, ki vsebuje vse funkcije centralne procesne enote. Je vezje z mnogimi nožicami, preko katerih prihajajo in odhajajo podatki. Z njimi jih povežemo z drugimi enotami. Od zmogljivosti mikroprocesorja je odvisna zmogljivost računalnika. Danes je zmogljivost mikroprocesorja nekaj tisočkrat večja, kot pa so bili prvi mikroprocesorji. Zmogljivost mikroprocesorja merimo s tem, koliko bitov obdeluje hkrati in kakšen je njegov takt (frekvenca izvrševanja ukazov) in kakšen je takt povezave s pomnilnikom. Če so elementi, iz katerih je zgrajen mikroprocesor, večji, potrebujejo za svoje delovanje več električne napetosti in se zato tudi bolj segrevajo.

Matična plošča

matièna plošèa (vir: sl.wikipedia.org)

Na matični plošči so mikroprocesor, ki je najpomembnejši del matične plošče, pomnilnik in predpomnilnik. V predpomnilnik se shranjujejo podatki, ki jih bo mikroprocesor verjetno potreboval. je manjši od pomnilnika, a mnogo hitrejši. Računalniki, ki imajo matične plošče, s slabim predpomnilnikom ali so brez njega so počasnejši. Na matični plošči lahko združujemo tudi po več mikroprocesorjev z namenom hitrejše obdelave podatkov.

Na vsaki matični plošči je še spominski čip (ROM), ki vsebuje osnovne programe za zagon računalnika in delo z vhodno izhodnimi enotami. Na matični plošči imamo še razne priključke za vhodne in izhodne enote (miško, tipkovnico, prikazovalnik....) reže za dodatne kartice in tipko za vklop/izklop računalnika. Reže za dodatne kartice so s CPE povezane z vodilom.

Izhodne Enote

Podatki se v računalniku zapisujejo in obdelujejo v binarni obliki. V takšni obliki je tudi rezultat. Izhodne enote imalo to nalogo, da ta rezultat pretvorijo v uporabniku razumljivo obliko. Najpomembnejša izhodna enota je prikazovalnik.

Prikazovalniki

zaslon Danes vsi uporabljamo barvne prikazovalnike, ki so že pred časom nadomestili stare črno-bele zaslone (oz. televizijske sprejemnike, ki so bili v začetku v uporabi). Izbira dobrega zaslona je odločilnega pomena, saj je to element, v katerega ves čas gledamo, in če ni prav kakovosten imamo lahko prej ali slej težave. Neredko je tudi najdražji med posameznimi komponentami. Klasični prikazovalnik je sestavljen iz katodne cevi, katere zaslon je prevlečen s tanko plastjo fosforja v rdeči(Red), zeleni (Green) in modri (Blue) barvi v tej cevi pa trije topovi izstreljujejo proti zaslonu snop rdeče, zelene in modre barve. Ko snop zadene fosforno plast le-ta zažari v drobni pikici ustrezne barve. Ker se snopi premikajo, je na zaslonu veliko takih pikic, ki se zaradi majhnosti v očesu zlijejo v enotno barvo, odvisno od moči s katero žarijo posamezne pike. Več teh pik združimo v piksel. Število pikslov v vodoravni in navpični smeri nam pove kakšna je slikovna ločljivost zaslona. Običajno se giblje od 800 x 600 pikslov, 1024 x 768, 1280 x 1024, pa tudi 1600 x 1200, kar so že izjemno zahtevni prikazovalniki.

Pomembna lastnost prilazovalnika je tudi frekvenca osveževanja slike, ki nam pove, v kakšnem času se pikice na zaslonu, ki spočetka žarijo močneje, potem pa počasi ugašajo, obnovijo. Če je frekvenca osveževanja prenizka, imamo občutek, da slika na prikazovalniku migeta. Priporočena frekvenca je 85 Hz in več.

Kvaliteta slike na prikazovalniku je odvisna tudi od velikosti njegove diagonale, ki jo merimo v palcih (inčih - 1 inch je 2,45 cm). Danes merijo običajni prikazovalniki 17 palcev, grafiki, oblikovalci in podobni strokovnjaki se odločajo za 19 ali 21 palčne prikazovalnike.

V novejšem času so na tržišču prisotni ravni prikazovalniki, ki ne delujejo več po principu katodne cevi, ampak uporabljajo zaslon iz tekočih kristalov (LCD) ali zasloni plazma. Pri teh prikazovalnikih moramo biti pozorni poleg ostalih lastnosti še na kotno vidljivost (vsaj 160 stopinj), kontrastnost slike (400:1) in odzivni čas (25 ms). Slabost LCD prikazovalnikov je predvsem v tem, da imajo fiksno ločljivost in se kakovost prikazovanja s spremembo le-te slabša. Slabost plazma prilazovalnikov je predvsem njihova še vedno sorazmerno visoka cena in kratka življenska doba.

Tiskalniki

tiskalnik

Pojav tiskalnikov je omogočil prenos storitev, ki so jih prej omogočale samo tiskarne, na pisalno mizo. Kljub možnosti zapisa podatkov na različne medije, še nobenemu ni uspelo izpodriniti klasičnega izpisa na papir. Tiskalnikov je več vrst, odvisno od tehnologije izpisovanja.

Laserski tiskalnik deluje na principu laserskega žarka, ki na boben nariše sliko, ki se naelektri, pritegne nase droben prah in ga pri visoki temperaturi odtisne na papir. Takšni izpisi so precej dragi, sploh če so barvni. Laserske tiskalnike uporabljamo predvsem za črno-bele izpise, ki pa so zelo kvalitetni in trajni.
Brizgalni tiskalnik, je cenejši pri tiskanju v barvah. "Rezervoarček " z barvo ima na drugi strani cevčico, ki skozi šobe izbrizga barvo v obliki kapljice na papir. Od velikosti kapljice, je odvisna ločljivost izpisa.

Zvočnik

zvoènik

V zadnjem času so tudi zvočniki postali del standardne opreme računalnika in jih običajno dobimo že v osnovnem paketu. Aktivni zvočniki imajo v en zvočnik vgrajen ojačevalnik, s katerim lahko nastavljamo glasnost ter visoke in nizke tone in so boljši od pasivnih, ki te možnosti nimajo. Zvočnike ponavadi postavimo v neposredno bližino prikazovalnika, lahko pa ima prikazovalnik tudi že vgrajene. Računalniški zvočniki so majhni in zmorejo nekje do 10W.

Najnovejša tehnologija pa omogoča ozvočevanje s sistemom treh ali šestih zvočnikov »Dolby Soround«, ki omogča prostorsko ojačitev tona. Na ta način dobimo kvaliteten, uravnotežen zvok. (vir: monitor.infomediji.si)

Vir: Wechtersbach Rado, (2005): Informatika. Ljubljana: Saji