Darko Grundler
Kako radi računalo
Varaždin, rujan 2004.
Edicija: Naslov knjige: Autor:
PC škola Kako radi računalo Dr. sc. Darko Grundler
Naklada:
PRO-MIL d.o.o. za nakladu, informatiku i edukaciju Varaždin, R. Boškovića 20, 42000 Varaždin, tel: 042 / 203 981, 233 971, fax: 042 / 203 991, www.pro-mil.hr
Urednik: Nenad Milijaš Grafička priprema: Ivica Kruhoberec, Mea Media d.o.o. Ilustracije: Zrinka Ostović Fotografije: PRO-MIL d.o.o. Lektura: Ružica Gregurić, dipl. učitelj hrv. jezika Korektura: PRO-MIL d.o.o. Naslovnica: Nenad Milijaš Recenzenti:
Prof. dr. sc. Mirko Čubrilo Prof. dr. sc. Ratimir Kvaternik
Tisak:
Tiskara Varteks, Varaždin
ISBN 953-7156-06-0 Copyright © PRO-MIL d.o.o. za nakladu, informatiku i edukaciju, Varaždin
Sva prava pridržana. Nije dopuštenno javno upotrebljavati ili reproducirati ni jedan dio knjige u bilo kojem obliku bez prethodne pismene dozvole autora i nakladnika. Sve o čemu smo pisali u ovoj knjizi, uspješno je primijenjeno na računalima, stoga ne snosimo nikakvu odgovornost za eventualnu štetu koja bi se mogla povezati s uputama iz knjige. Pojmovi za koje se zna da su zaštitni znakovi napisani su početnim velikim slovom. Nakladnik ne može provjeriti točnost niti želi utjecati na vjerodostojnost zaštitnih znakova. Računala i uređaje za potrebe snimanja ustupili: MELCOMP d.o.o. i PRO-MIL d.o.o.
Predgovor Pisac knjige iz područja računalstva sreće se s nekoliko poteškoća o kojima pisci ostalih tekstova uglavnom ne moraju razmišljati. Prva je dvojba kome zapravo namijeniti knjigu. Zbog složenosti i obima informacija u burnom i promjenljivom području računalstva nije moguće napisati tekst koji bi bio jednako podoban za sve. Ako je tekst namijenjen nestručnjacima, onda moraju biti izostavljene mnoge tehničke pojedinosti. Ako je pak namijenjen stručnjacima, onda treba izostaviti objašnjenja temeljnih načela rada. Pa kome je onda zapravo namijenjena ova knjiga? Autorovo iskustvo na temelju prethodnih sličnih izdanja je da tu knjigu čitaju uglavnom svi oni koji doista žele naučiti nešto o načelu rada računalstva, a ne samo o površnim značajkama trenutne tehnologije. Među njima značajno mjesto zauzimaju nastavnici srednjih škola i studenti fakulteta. Sljedeća velika grupa mogućih čitatelja su oni koji po prvi put kupuju računalo i žele saznati nešto o različitim dijelovima računala čiji su vlasnici upravo postali. Treća su skupina oni koji žele imati neku vrstu priručnika u kojem su na jednom mjestu sustavno i cjelovito obrađeni svi značajniji dijelovi računala i priključnih uređaja. I, naravno, potencijalni čitatelji su svi oni koje zanima područje računalstva iz bilo kojeg razloga. Tim i takvim čitateljima podređen je stil pisanja i obim knjige. Sljedeća je poteškoća aktualnost teksta. Naime, promjene u području računalstva tako su brze da se može bez velikog pretjerivanja reći da dio napisanog zastarijeva već u trenutku kad se knjiga pojavi na tržištu. Posebno to vrijedi za tehničke značajke računala i računalnih uređaja. Zato je težište ove knjige na načelima djelovanja računala i računalne tehnologije, a ne na trenutnom tehnološkom stanju i pojedinim rješenjima koja se mogu naći na tržištu. Naravno da nije moguće sasvim izbjeći opis trenutnog stanja, ali uz poznavanje načela može se razumjeti u kojem se smjeru mijenja tehnologija i što je za očekivati. Nije jednostavno niti izabrati što od mnoštva podataka navesti u knjizi. Računalo i računalni uređaji su složene naprave koje imaju mnogo značajki i o svakoj od tih značajki moglo bi se mnogo toga napisati. Zato
PRO-MIL
III
valja izdvojiti bitne značajke i njih opisati na takav način da se razumije što one znače i u kojem su smislu važne za korisnika. Razumljivost teksta zbog ograničenog obima i očekivanog širokog kruga čitalaca može se povećati određenim pojednostavljenjima i usporedbama. To nužno vodi određenoj netočnosti i zato se u ovoj knjizi nastojalo to učiniti tako da to nije naškodilo temeljnom načelu i da ne zavede čitatelja na pogrešni misaoni put. U knjizi nisu opisani postupci spajanja i sastavljanja računala, dakle ova knjiga ne pripada u skupinu tekstova "sam svoj majstor". Ima više razloga za to. Prvi je da bi time obim knjige znatno narastao i tako bi knjiga već na prvi pogled postala odbojna i preskupa. Drugi je da su mnoge od takvih uputa zbog brze promjene tehnologije kratkog vijeka pa ubrzo postaju zastarjele i beskorisne. Treći je razlog što je danas na Internetu moguće pronaći podrobne i aktualne tekstove te vrste pa će se poduzetniji korisnici snaći na taj način. Mnogo je lakše pronaći takve tekstove nego sustavno i cjelovito obrađena načela rada i objašnjenja djelovanja računala čime se bavi ova knjiga. Sve su to razlozi koji su naveli autora da izostavi konkretna uputstva za sastavljanje računala. U knjizi su opisana osobna računala i sve ono što je vezano uz njih. Pod osobnim računalima autor smatra računala koja imaju dvije važne značajke: cijena im je takva da ih može kupiti pojedinac prosječnih prihoda i u načelu ih rabi samo jedna osoba. Danas su takva računala u stanju obavljati različite i složene zadaće pa ih ne možemo, kao nekad, smatrati samo zgodnim igračkama. Mnogi su u novije doba odlučili kupiti računalo zbog Interneta i svega što on pruža pa je pristup Internetu postao važna funkcija osobnog računala. Za osobna računala uvriježio se i naziv PC (čita se pi si). Taj naziv potječe od prvog osobnog računala koje je proizvela tvrtka IBM 1981. godine, a imalo je trgovački naziv IBM PC. PC je kratica od engl. personal computer što u prijevodu znači osobno računalo. Utjecaj IBM PC računala na daljnji razvoj bio je velik pa se može reći da je većina današnjih računala zapravo usavršena inačica IBM PC računala. Može se opravdano postaviti pitanje smislenosti ovakve knjige u doba sveprisutnog Interneta. Sve što je opisano u ovoj knjizi može se uz malo truda naći na Internetu i to vjerojatno bolje i podrobnije opisano nego što je to ovdje. Toga je autor potpuno svjestan. Ono što se, međutim, ne može lako naći na Internetu su sve te informacije objedinjene, svedene na otprilike podjednaki obim i razinu i, naravno, napisane na hrvatskom jeziku. Uz to, na Internetu je uvijek prisutno pitanje vjerodostojnosti pronađenih podataka pa se i to može smatrati jednim od razloga nastanka ove knjige.
IV
Važno je pitanje i računalno nazivlje. Tu se još uvijek uvelike vode rasprave za i protiv. Već i oko samog naziva "računalstvo" ili "računarstvo"
PRO-MIL
stvari nisu sasvim jasne, a da ne spominjemo mnoštvo ostalih naziva koji su redovno izvorno engleski. Kako je riječ o mladom području, jezik ponekad ne stiže pratiti razvoj tehnologije pa se neprestano javljaju novi pojmovi za koje ne postoje odgovarajući hrvatski nazivi. Tu postoje tri glavna stava. Prvi je da ništa ne treba prevoditi već da je sasvim dovoljno i primjereno rabiti izvorne, engleske, nazive "jer i tako nitko neće govoriti te vaše izmišljotine". To je naravno stav onih koji ne razumiju važnost vlastitog identiteta niti razumiju da je i tehničko nazivlje dio opće kulture nekog naroda. Da je po njihovom, danas ne bismo imali riječi kao što su: kolodvor, kišobran ili središte. Te su riječi uvedene u hrvatski jezik jednako tako kao tipkovnica. Druga je krajnost stav da treba prevoditi baš sve nazive i da treba ustrajati na njihovoj uporabi. Tu naravno nema prigovora svijesti o kulturnoj važnosti, ali ima prigovora o nerealnim očekivanjima. Kako se mnogo puta u povijesti pokazalo, vrlo je teško ako ne i nemoguće pod svaku cijenu nametnuti nazivlje koje ljudi iz raznih razloga ne žele prihvatiti. Tako unatoč svim naporima ljudi govore i vjerojatno će uvijek govoriti: telefon, monitor, skener itd. Treći je stav onaj koji zagovara i autor ove knjige – ravnoteža, umjerenost. Autor smatra da je zadaća pisca knjiga na hrvatskom jeziku promicati, pa ako je potrebno, i uvoditi hrvatsko nazivlje. Ako se, međutim, pokaže da ni nakon dužeg napora novi ili predloženi naziv nije ušao u jezik i nitko ga ne rabi, nema smisla tvrdoglavo inzistirati na njemu. Jedan od važnih preduvjeta novouvedenog hrvatskog naziva jest dopadljivost i kratkoća. Tako su primjerice u hrvatski jezik ušli nazivi: miš, tipkovnica i sučelje, ali nisu npr.: predočnik, suosnik i očvrsje. No autor se želi ovdje nedvojbeno izjasniti. Kad god je to moguće, autor će sustavno rabiti hrvatsko nazivlje, a zbog onih koji tek počinju usvajati područje računalstva na hrvatskom jeziku u zagradi će napisati istoznačnice i izvorno nazivlje. I na kraju, ali nikako najmanje važno - čitanje svake knjige, pa i ove, trebalo bi čitatelju pružiti određeno zadovoljstvo. Autor to smatra važnom značajkom svake knjige i imao je to na umu pišući ovu knjigu. Koliko je uspio ostaje vama prosuditi. Autor U Kutini 13. srpnja 2004.
PRO-MIL
Kazalo Vrste računala...........................................................................I-1 1.1. Stolna računala........................................................................ I-3 1.2. Prijenosna računala (engl. notebook)..................................... I-6 1.3. Ručna računala (engl. PDA).................................................I-11 1.4. Mobilni telefoni s ugrađenim računalom...........................I-15 Obrada podataka..................................................................... II-1 2.1. Temeljni pojmovi.................................................................. II-3 2.2. Kodovi i kodne norme.......................................................... II-5 ASCII kod .......................................................................................... II-6 Unicode i ISO/IEC 10646................................................................. II-8 Hrvatski znakovi i kodne norme .................................................II-10 2.3. Tajnost podataka................................................................. II-13 2.4. Arhiviranje i sažimanje...................................................... II-18 2.5. Otkrivanje i ispravljanje pogrešaka nastalih pri prijenosu podataka...................................................................................... II-24 TEMELJNA GRAĐA RAČUNALA................................................III-1 3.1. Središnja jedinica za obradu (engl. CPU) ......................... III-4 Procesor (mikroprocesor)...............................................................III-4 3.2. Memorija.............................................................................III-11 RAM................................................................................................. III-11 SRAM............................................................................................... III-12 DRAM.............................................................................................. III-14 Flash memorija............................................................................... III-17 Memorijski ključić (engl. USB memory key)............................ III-18 PC Card (PCMCIA)...................................................................... III-18 Flash kartice.................................................................................... III-19 ROM................................................................................................. III-20 Brza priručna memorija (engl. cache)........................................ III-21 Brza priručna memorija diska (engl. disk cache)..................... III-22 3.3. Ulazno-izlazni sklopovi . ..................................................III-24 Paralelna vrata (engl. paralel port)............................................. III-24 Serijska vrata (engl. serial port).................................................. III-27 Priključak za igre (engl. game port)............................................ III-31 IrDA (engl. infrared port)............................................................. III-32 Bluetooth......................................................................................... III-33
PRO-MIL
VII
3.4. Sabirnice.............................................................................III-36 Unutarnje sabirnice....................................................................... III-36 PCI sabirnica.................................................................................. III-37 ISA sabirnica................................................................................... III-39 AGP sabrinica................................................................................. III-40 Vanjske sabirnice............................................................................ III-42 USB sabirnica................................................................................. III-42 IEEE 1394 sabirnica....................................................................... III-44 SCSI sabirnica................................................................................. III-45 3.5. Ostali dijelovi računala.....................................................III-48 Matična ploča................................................................................. III-48 Jedinica za napajanje (engl. power supply)................................ III-50 Neprekidno napajanje (engl. UPS)............................................. III-51 Ventilator......................................................................................... III-52 Kućište računala............................................................................. III-54
VIII
Ulazni uređaji........................................................................... IV-1 4.1. Tipkovnica............................................................................ IV-3 Raspored znakova na tipkovnici....................................................IV-7 4.2. Pokazni uređaji.................................................................. IV-10 Miš.................................................................................................... IV-10 Osjetilna ploha (engl. touchpad, trackpad).............................. IV-15 Pomična kuglica (engl. trackball)............................................... IV-16 Minijaturna palica (engl. pointing stick, mini joystick)........... IV-17 Palica (engl. joystick)..................................................................... IV-17 Osjetilni zaslon (engl. touch screen)........................................... IV-19 4.3. Uređaji za unos slike.......................................................... IV-22 Grafička ploča (engl. graphic tablet, digitizing tablet)........... IV-22 Skener............................................................................................... IV-26 Razlučivost skenera....................................................................... IV-27 Dubina boja skenera...................................................................... IV-29 Dinamički raspon skenera........................................................... IV-30 Sijalica.............................................................................................. IV-30 CCD pretvornik (engl. charge coupled device)......................... IV-31 Kalibracija boja............................................................................... IV-31 Formati zapisa................................................................................ IV-32 Spajanje skenera s računalom..................................................... IV-32 Stolni skener................................................................................... IV-34 Skener za filmove i dijapozitive................................................... IV-36 Ručni skener................................................................................... IV-36 Rotacijski skener............................................................................ IV-37 3D skener......................................................................................... IV-38 Čitalo crtičnog kôda (engl. bar code scanner).......................... IV-40 Digitalni fotoaparat....................................................................... IV-43 Razlučivost digitalnog fotoaparata............................................. IV-44 Memorija digitalnog fotoaparata................................................ IV-46 Baterije digitalnog fotoaparata.................................................... IV-47
PRO-MIL
Tražilo digitalnog fotoaparata..................................................... IV-47 Zoom................................................................................................ IV-48 Spajanje digitalnog fotoaparata s računalom........................... IV-48 Format zapisa digitalnog fotoaparata........................................ IV-48 Prednosti i nedostaci digitalnog fotoaparata........................... IV-48 Digitalna video kamera................................................................. IV-49 Razlučivost digitalnih video kamera.......................................... IV-50 Memorija digitalnih video kamera............................................. IV-50 Baterije digitalnih video kamera................................................. IV-50 Spajanje digitalne video kamere s računalom.......................... IV-50 4.4. A/D pretvornik................................................................... IV-52 4.5. Uređaji za raspoznavanje govora...................................... IV-55 Izlazni uređaji............................................................................V-1 5.1. Monitor...................................................................................V-3 Veličina monitora.............................................................................. V-4 Razlučivost monitora........................................................................ V-4 Boja prikaza monitora...................................................................... V-6 Kazalo................................................................................................... V-6 Spajanje monitora s računalom...................................................... V-7 Štedni načini rada monitora............................................................ V-8 Monitor s katodnom cijevi.............................................................. V-9 Utjecaj monitora s katodnom cijevi na uređaje i ljude.............V-14 Monitor s tekućim kristalom (LCD monitor)............................V-15 Monitor s plinskom plazmom.......................................................V-20 OLED pokazivala.............................................................................V-23 Projektor............................................................................................V-25 5.2. Grafička kartica....................................................................V-28 5.3. Pisač.......................................................................................V-30 Format pisača i vrsta papira...........................................................V-30 Brzina pisača.....................................................................................V-31 Skup znakova i oblik slova.............................................................V-32 Memorija pisača...............................................................................V-32 Upravljanje pisačem .......................................................................V-33 Spajanje pisača s računalom .........................................................V-34 Višebojni pisači................................................................................V-34 Pisač s mlazom tinte........................................................................V-36 Laserski pisač....................................................................................V-40 Matrični pisač...................................................................................V-46 Ostale vrste pisača...........................................................................V-50 5.4. Višenamjenski uređaji – pisač/skener/faks/kopirni uređaj V-54 5.5. Crtalo.....................................................................................V-56 Crtalo s nepomičnim papirom......................................................V-57 Crtalo s pomičnim papirom..........................................................V-58 Ostale vrste crtala............................................................................V-60 5.6. Zvučna kartica......................................................................V-61 5.7. D/A kartice...........................................................................V-66
PRO-MIL
IX
Uređaji za pohranu podataka i programa............ VI-1 6.1. Magnetski disk..................................................................... VI-3 Disketa............................................................................................... VI-5 Formatiranje diskete...................................................................... VI-10 Tvrdi disk......................................................................................... VI-11 Formatiranje tvrdog diska............................................................ VI-16 Povezivanje tvrdog diska s računalom....................................... VI-18 ATA................................................................................................... VI-18 SATA................................................................................................ VI-19 RAID................................................................................................ VI-21 6.2. Magnetska vrpca................................................................ VI-25 Magnetska vrpca s uzdužnim zapisom..................................... VI-26 Magnetska vrpca s dijagonalnim zapisom................................ VI-27 6.3. Magnetska kartica.............................................................. VI-30 6.4. Optički disk........................................................................ VI-31 CD-ROM......................................................................................... VI-35 CD-R................................................................................................ VI-38 CD-RW............................................................................................ VI-40 Kapacitet CD optičkih diskova................................................... VI-42 Brzina CD optičkih diskova......................................................... VI-43 Pričuvna memorija pogonskih mehanizama optičkih diskova VI-45 Norme CD optičkih diskova........................................................ VI-45 DVD.................................................................................................. VI-45 Kapacitet DVD optičkih diskova................................................ VI-48 DVD Video...................................................................................... VI-48 DVD Audio..................................................................................... VI-49 DVD-ROM...................................................................................... VI-49 DVD-R............................................................................................. VI-49 DVD+R............................................................................................ VI-50 DVD-RW......................................................................................... VI-50 DVD+RW........................................................................................ VI-50 DVD-RAM...................................................................................... VI-51 Brzina DVD optičkih diskova...................................................... VI-52 Norme DVD optičkih diskova..................................................... VI-52 Kombinirani DVD/CD pogonski mehanizmi.......................... VI-54 MO disk........................................................................................... VI-55
Povezivanje računala........................................................VII-1 7.1 Prijenos digitalnih podataka..............................................VII-3 Brzina prijenosa podataka............................................................VII-4 7.2 Modem..................................................................................VII-5 7.3 ISDN....................................................................................VII-11 7.4 DSL i ADSL.........................................................................VII-13 7.5 Zakupljeni vodovi..............................................................VII-14 7.6. Mreža..................................................................................VII-15 Topologija mreže..........................................................................VII-16 Mrežni protokol............................................................................VII-18
PRO-MIL
Mrežna arhitektura.......................................................................VII-22 Fizički mediji za prijenos podataka...........................................VII-24 Paketna mreža...............................................................................VII-26 Fizička i prividna veza..................................................................VII-26 Lokalna mreža (LAN)..................................................................VII-27 Rasprostranjena mreža (WAN).................................................VII-28 Mrežni uređaji...............................................................................VII-29 Bežične mreže (WLAN)..............................................................VII-35
XI
PRO-MIL
Uvod Knjiga koju upravo čitate opisuje temeljna načela rada osobnih računala i uređaja usko vezanih uz osobna računala. Težište knjige je na objašnjenju načela djelovanja i razumijevanja međusobnog međudjelovanja računala, njegovih sastavnih dijelova i priključnih uređaja. Na mnogo mjesta ukratko su navedeni i povijesni podaci da bi čitatelj imao cjelovitu sliku o razvoju pojedine tehnologije. U tekstu se rabi hrvatsko nazivlja kad god je to moguće, a izvorno nazivlje navedeno je u zagradi uz hrvatski naziv. Knjiga je podijeljena u osam poglavlja, a na kraju knjige je pojmovnik (indeks). Popratne slike ilustriraju važne pojmove i olakšavaju razumijevanje teksta. U prvom su poglavlju ukratko opisane vrste računala i njihove glavne značajke. Računala su svrstana prema najčešćoj podjeli s gledišta korisnika i prema ponudi trgovaca. Kako su svi pojmovi podrobno objašnjeni u daljnjim poglavljima, u prvom su poglavlju sasvim kratko nabrojene osnovne karakteristike pojedine skupine računala. Osnovni pojmovi koje treba znati da bi se mogao pratiti ostatak teksta opisani su u drugom poglavlju. U te se pojmove ubrajaju: kodovi i kodne norme, sažimanje i tajnost podataka, otkrivanje i ispravljanje pogrešaka i dr. Ti se pojmovi pojavljuju u svim ostalim poglavljima pa ih je bilo potrebno objasniti. Treće poglavlje obrađuje temeljnu građu računala. Može se reći da je u tom poglavlju obrađeno sve ono što se nalazi unutar kućišta osobnog računala. Opisana je središnja jedinica za obradu (CPU, procesor), različite vrste memorija, ulazno izlaznih sklopovi, sabirnice i dr. Opisane su i ostali sklopovi bitni za rad računala: matična ploča, jedinica za napajanje, kućište i dr.
PRO-MIL
XIII
U četvrtom su poglavlju opisani ulazni uređaji koji služe unosu podataka u računalo. Među ostalim opisani su: tipkovnica, miš, skener, digitalni fotoaparat i dr. Opisano je načelo rada i područje primjene te prednosti i nedostaci pojedine skupine uređaja. Izlazni uređaji koji služe prikazu podataka ili predaji podataka drugim uređajima opisani su u petom poglavlju. Tu se ubrajaju: monitor, pisač, crtalo i dr. Opisane su i različite tehnologije koje se rabe u pojedinim uređajima kako bi ih se moglo lakše usporediti i ocijeniti njihova primjenljivost. Šesto poglavlje posvećeno je uređajima za trajnu pohranu podataka u koje se ubrajaju magnetski mediji (diskovi, vrpce i kartice) i optički mediji (CD, DVD). Opisana su načela rada i značajke s gledišta brzine pohrane, cijene pohrane, praktičnosti uporabe i sl. Razmjena podataka među računalima je važno područje opisano u sedmom poglavlju. Opisani su pojmovi vezani za razmjenu podataka (serijski i paralelni prijenos, sinkroni i asinkroni prijenos, brzina prijenosa podataka i dr.). Opisane su različite mogućnosti povezivanja računala na manje i veće udaljenosti te prednosti i nedostaci pojedinog načina povezivanja. Opisane su lokalne i rasprostranjene mreže i posebno objašnjeni temeljni pojmovi koji su vezani uz njih, npr.: topologija mreže, fizička i prividna veza, mediji za povezivanje računala u mreži, djelotvornost mreže i dr.
XIV
PRO-MIL
Vrste računala
3
Stolna računala
6
Prijenosna računala
11
15
Ručna računala
Mobilni telefoni s ugrađenim računalom
VRSTE RAČUNALA
1. Vrste računala U ovom je tekstu riječ o osobnim računalima pa je s tog gledišta određen i izbor računala i tehnologija o kojoj će se pisati. U predgovoru je opisano što će se u okviru ovog teksta smatrati osobnim računalima. Osobna računala mogu se svrstati u skupine prema različitim svojstvima: računalnoj snazi, cijeni, primjeni, temeljnoj građi, prenosivosti itd. S gledišta prosječnog kupca najzanimljivija je podjela koja na neki način objedinjuje namjenu, cijenu i veličinu. Shodno tome opisat ćemo ovdje četiri skupine računala: stolna računala, prijenosna računala, ručna računala i mobilne telefone s ugrađenim računalom.
Slika 1.1. Stolno računalo s monitorom s katodnom cijevi
1.1. Stolna računala Stolna računala (engl. desktop, PC) predviđena su za smještaj na jednom mjestu i nije predviđeno njihovo često prenošenje. Većina teksta ove knjige posvećena je upravo stolnim računalima, pa će ovdje samo ukratko biti spomenute glavne značajke. Dimenzije stolnih računala trebaju biti takve da se bez poteškoća mogu smjestiti na ili uz radni stol, uključujući i sve priključne uređaje. Iako se volumenom kućišta stolna računala mogu razlikovati u omjeru 1:3 može se reći da je kućište prosječnog stolnog računala približnih dimenzija 350 mm x 180 mm x 400 mm. Izvor energije stolnog računala je gradska mreža. Posredstvom jedinice za napajanje napon gradske mreže pretvara se u istosmjerne napone 1.1
PRO-MIL
I-3
VRSTE RAČUNALA razina potrebnih sklopovlju računala. Za primjenu kod koje gubitak napona u gradskoj mreži može izazvati neželjene posljedice računalu se može dodati jedinica za neprekidno napajanje (UPS). Ugrađene komponente stolnih računala uvelike ovise o proizvođaču, modelu, cijeni i izboru kupca. Stolna računala građena su tako da je mnoge komponente moguće naknadno ugraditi ili zamijeniti. Uobičajeno je da korisnik pri kupnji navede koje sve komponente želi ugrađene u svoje računalo i da mu trgovac sukladno željama sastavi računalo. Neki korisnici sami sastavljaju računalo od kupljenih dijelova. Ugrađeni procesor bitno određuje značajke i računalnu snagu računala. U većini modela računala moguće je zamijeniti ugrađeni procesor drugim modelom. U osobna računala u većini se slučajeva ugrađuju procesori tvrtki AMD ili Intel.
Slika 1.2. Stolno računalo s LCD monitorom Monitor stolnih računala je monitor s katodnom cijevi ili LCD s aktivnom matricom (engl. thin film transistor, TFT). Veličina ovisi o namjeni, ali najčešći su monitori veličine 15 i 17 palaca. Razlučivost monitora je tipično: 800x600, 1.024x768 i 1.280x1.024. Za poslove koji uključuju izradu crteža pomoću računala rabe se monitori većih dimenzija i veće razlučivosti. Tipkovnica stolnih računala sastoji se obično od stotinjak tipki. Postoji mnogo modela s različitim značajkama, npr.: ergonomske tipkovnice, Dvorak tipkovnice, tipkovnice prilagođene Internetu itd.
I-4
Pokazna naprava prijenosnog računala u većini je slučajeva miš, a samo iznimno pomična kuglica ili palica za igru. Miš je obvezni ulazni uređaj stolnih računala.
PRO-MIL
1.1
VRSTE RAČUNALA Dodatnih sklopova za proširenja (kartica) za ugradnju u stolno računalo ima mnogo i najrazličitije su namjene. Zbog toga kod kupovine računala korisniku ostaje određena sloboda naknadnog poboljšanja računala ugradnjom dodatnih sklopova. Ugradnja je jednostavna i u većini slučajeva može je obaviti i korisnik bez posebnog znanja iz područja računalstva. Grafička kartica, modem i mrežna kartica mogu biti ugrađeni ili se mogu naknadno dodati. Mnoga osobna računala imaju ih ugrađene na matičnoj ploči. Po potrebi korisnik može isključiti ugrađene sklopove i dodatno ugraditi kartice s boljim ili njemu potrebnim svojstvima. Često se računala povezuju u mrežu i na Internet pa je sve više računala s ugrađenom mrežnom karticom i modemom. Mnoga računala imaju ugrađen i jeftini grafički sustav za prikaz slike na monitoru. Zbog cijene kvalitetniji grafički sustavi se malokad ugrađuju na matičnu ploču, već ih treba dodati naknadno (grafičke kartice).
Slika 1.3. Priključnice stolnog računala Priključnice stolnog računala (USB, mrežna priključnica, serijska i paralelna vrata, priključak za miš, tipkovnicu, zvučnike, itd.) su ugrađene na matičnu ploču i sastavni su dio svakog stolnog računala. Vrsta i broj priključnica ovisi o proizvođaču i modelu pa prije kupnje treba provjeriti odgovaraju li priključnice potrebama. Mogućnost bežične komunikacije stolna računala uglavnom nemaju ugrađenu, već se mora naknadno ugraditi dodavanjem odgovarajućih kartica. Trošak popravka stolnog računala ovisi o vrsti kvara, ali se u načelu popravak isplati. Stolna su računala sastavljena tako da je relativno lako zamijeniti neispravni dio jer je većina dijelova spojena međusobno priključnicama. Popravak se svodi za zamjenu neispravne kartice, matične ploče, jedinice za napajanje, procesora i samo iznimno neke druge komponente. Zalemljene komponente se u načelu ne mijenjaju već se mijenja kompletan sklop na kojem se neispravni dio nalazi (cijela kartica ili cijela matična ploča). Cijena stolnih računala je u velikom rasponu (1:10) i ovisi o značajkama među kojima su npr.: procesor, memorija, frekvencija takta, ugrađeni sklopovi i dr. Namjena stolnih računala vrlo je raznolika: od učenja i igre preko uredskog poslovanja do zahtjevnih znanstvenih proračuna. 1.1
PRO-MIL
I-5
VRSTE RAČUNALA 1.2. Prijenosna računala (engl. notebook) Prijenosna računala su građena tako da ih je relativno lako prenositi i rabiti na različitim mjestima, uključujući i mjesta gdje nema priključka gradske električne mreže niti telefonskog priključka. Mogu se sklopiti tako da su veličine malo veće knjige. Prijenosna računala moraju imati većinu značajki stolnih računala, uključujući različite dodatke: DVD, disketnu jedinicu, miš, modem i dr., a uz to zadovoljiti i posebne uvjete. Male dimenzije i što manja težina su važne značajke prijenosnih računala, posebice za korisnike koji često putuju. Postoje tri glavne skupine prijenosnih računala glede dimenzija (poredana od većeg prema manjem): engl. laptop (2 kg do 4 kg), notebook (2 kg do 4 kg) i subnotebook (1 kg do 2 kg). U zagradama je navedena približna masa računala iz pojedine skupine. Granice nisu jasno izražene pa je stvar promidžbe u koju će skupinu proizvođač svrstati svoje računalo. Ponekad se rabi i opći naziv engl. portable za sve vrste prijenosnih računala. Većina suvremenih prijenosnih računala svrstava se u skupinu engl. notebook (engl. notebook = hrv. bilježnica). Ovisno o modelu i ugrađenim komponentama težina prijenosnih računala je u rasponu od približno 1 kp do 3 kp. Tome još treba dodati težinu vanjskog adaptera za napajanje koji teži približno 0,5 kp. Prijenosna računala najlakše je nositi u za to napravljenim torbicama u koje stanu i razni dodaci uz računalo, primjerice adapter za napajanje, kabeli i dr.
Slika 1.4. Prijenosno računalo
I-6
Mogućnost rada bez vanjskog izvora energije je bitna odlika prijenosnog računala. Svako prijenosno računalo ima ugrađen akumulator i može raditi neko vrijeme bez vanjskog izvora napajanja. Koliko će to biti, uvelike ovisi o proizvođaču i ugrađenom akumulatoru. Što je akumulator većeg kapaciteta, to je duže vrijeme rada, ali i veća težina i
PRO-MIL
1.2
VRSTE RAČUNALA cijena računala. Zato se kao kompromisno rješenje najčešće bira akumulator koji može napajati računalo u rasponu od 2 do 5 sati. Kapacitet baterija mjeri se u mAh i kod većine prijenosnih računala je u rasponu od 3.000 mAh do 5.000 mAh. Suvremena računala rabe LiIon (engl. lithium ion battery) akumulatore, dok su starija rabila NiMH (engl. nickel-metal hydride cells) ili još ranije NiCd (engl. nickel-cadmium) akumulatore. Akumulator ima ograničen broj punjenja i pražnjenja (približno 500), a tijekom vremena opada mu kapacitet pa ga je potrebno zamijeniti nakon 2 do 5 godina uporabe. To jedna od velikih mana prijenosnih računala.
Slika 1.5. Akumulator prijenosnog računala NiCd akumulatori imaju nedostatak poznat pod nazivom memorijski učinak, a očituje se u smanjenju kapaciteta akumulatora pri nepropisnom punjenju. Ako se taj akumulator puni nakon što je tek djelomice ispražnjen on "pamti“ stanje ispražnjenosti i ubuduće nije moguće rabiti puni nazivni kapacitet akumulatora. Zbog toga pri opetovanom ponavljanju punjena NiCd akumulatora koji nije sasvim ispražnjen njegov kapacitet može značajno opasti. Kod novijih vrsta akumulatora, npr. NiMH i LiIon nema memorijskog učinka, no unatoč toga treba se pridržavati uputstva o pravilnom punjenu akumulatora i rabiti prikladne punjače. Ugrađene komponente su kod prijenosnog računala mnogo važnije nego kod stolnog jer ih je kod prijenosnog računala nepraktično i skupo naknadno dodavati. Zato mnoga prijenosna računala imaju već tvornički ugrađen: tvrdi disk, CD ili DVD pogonski mehanizam, disketnu jedinicu, zvučnike i dr. Kod većine prijenosnih računala predviđeno je dodavanje samo RAM memorije dodavanjem SODIMM memorijske kartice (engl. small outline dual inline memory module). S donje strane računala postoji poklopčić koji treba otvoriti i zatim u priključnicu utaknuti SODIMM karticu. Ugrađeni procesor može biti isti kao u stolnih računala ili posebna vrsta građena za prijenosna računala. Uglavnom se ugrađuju AMD, Pen1.2
PRO-MIL
1.2 - I-7
VRSTE RAČUNALA tium i Centrino procesori. Centrino procesori tvrtke Intel su posebna vrsta procesora konstruirana za prijenosna računala. Osim smanjenja potrošnje energije i manjeg zagrijavanja Centirno procesori objedinjuju niz tehnologija važnih za prijenosna računala: podršku za bežične veze i USB, prilagodbu radnog takta opterećenju procesora (čime se štedi energija) i mnoge druge značajke bitne za prijenosna računala. Monitor prijenosnih računala je LCD veličine 14 ili 15 palaca. Kako je monitor sastavni dio računala, ne može se mijenjati pa pri kupnji to treba imati na umu. Razlučivost monitora je u istom rasponu kao i razlučivost monitora stolnih računala, tipično: 1.024x768 i 1.280x1.024. Treba znati da je LCD monitore, za razliku od monitora s katodnom cijevi, najbolje rabiti na nazivnoj razlučivosti. Iako se mogu podesiti i za prikaz razlučivosti različitih od nazivne, slika neće biti tako dobra (tamni rubovi, "gruba" slika, sjene i sl.) kao na nazivnoj razlučivosti. Kod svih se prijenosnih računala može priključiti i vanjski monitor. Tipkovnica prijenosnog računala je manja od tipkovnice stolnog računala, zbog čega ima i manje tipki koje onda imaju više funkcija. Obično se dodatne funkcije aktiviraju istodobnim pritiskom tipke Fn i tipke koja ima višestruke funkcije. Uz to, tipke su redovito manje nego kod tipkovnica stolnih računala pa je s njima teže tipkati. Kod nekih je prijenosnih računala moguće dodatno priključiti tipkovnicu stolnog računala.
Slika 1.6. Pokazna naprava prijenosnog računala Pokazna naprava prijenosnog računala ugrađena je u tipkovnicu jer se pretpostavlja da će korisnik morati raditi na mjestima gdje nema mjesta za miša (npr. u vlaku). Te su pokazne naprave različite konstrukcije: pomične kuglice, plohe osjetljive na dodir i sl. Svako prijenosno računalo ima i mogućnost priključenja uobičajenog miša (obično posredstvom USB sabirnice).
I-8
Dodatni sklopovi za proširenja (kartice) moraju biti posebno građeni da bi se mogli ugraditi u prijenosno računalo, a mnogi modeli uopće nemaju mogućnost dodavanja takvih sklopova. Većina prijenosnih
PRO-MIL
1.2
VRSTE RAČUNALA računala ima jedan ili dva PC Card (PCMCIA) utora u koje se mogu priključiti PC Card dodaci (memorija, modem, mrežna kartica i dr.). To je važno jer, osim tog utora, često ne postoji druga mogućnost dodavanja sklopova za proširenje. Modem i mrežna kartica ugrađeni su u većinu suvremenih prijenosnih računala. Iako se kod starijih modela mogu dodati izvana, treba svakako kupiti računalo s ugrađenim navedenim komponentama. Mogućnost spajanje na Internet i u mrežu je važno svojstvo prijenosnih računala pa su i navedeni dodaci bitni. Slika 1.7. Priključnice prijenosnog računala Priključnice prijenosnog računala (USB, mrežna priključnica, serijska i paralelna vrata, priključak za miš, tipkovnicu, zvučnike, itd.) omogućuju priključak različitih uređaja. Što je tih priključnica više, to bolje jer kod prijenosnog računala ne postoji mogućnost naknadnog dodavanja sklopovlja. Pri tome treba upozoriti da mnoga suvremena prijenosna računala više nemaju priključnicu serijskih vrata. Mogućnost bežične komunikacije je vrlo poželjna značajka. Korisnik prijenosnog računala želi biti što pokretniji pa je povezivanje s drugim računalima i vanjskim uređajima bez žica dobrodošlo. Obično prijenosna računala imaju mogućnost sljedećih načina bežičnog komuniciranja: IrDA, Bluetooth i WLAN (engl. wireless LAN). Dok je IrDA ugrađena tvornički u većinu prijenosnih računala, Bluetooth i WLAN ugrađuje se samo u neke (skuplje) modele. Pri kupnji novog prijenosnog računala poželjno je izabrati model koji ima sve tri navedene mogućnosti. Pri tome se IrDA i Bluetooth rabe za povezivanje uređaja u neposrednoj blizini, npr. ručnog računala i pisača, a WLAN za bežično umrežavanje i na nešto veću daljinu (stotinjak metara). Trošak popravka prijenosnog računala je bitno veći od troška popravka stolnog računala. Zbog načina građe, kod koga je većina komponenti zalemljena na matičnu ploču, cijena popravka prijenosnog računala izvan jamstvenog roka najčešće je takva da se popravak ne isplati. Cijena računala bitno određuje i namjenu računala. Suvremena prijenosna računala su približno dvostruko do trostruko skuplja od stolnih računala približno istih značajki. Time je uvelike određeno i područje njihove primjene. Trenutno se glede namjene prijenosna računala mogu podijeliti u tri skupine. U prvu skupinu pripadaju poslovna prijenosna računala koja se rabe na putovanju. Uz njih, korisnik u uredu 1.2
PRO-MIL
I-9
VRSTE RAČUNALA uvijek rabi i stolno računalo pa prijenosno računalo može biti nešto skromnijih značajki. U drugu skupinu pripadaju prijenosna računala koja u potpunosti zamjenjuju stolna računala. To je jedino računalo koje korisnik ima pa mora imati sve značajke stolnog računala. U treću skupinu pripadaju vrlo skupa, lagana i mala prijenosna računala, koja se ponekad nazivaju i ultralaka. Redovito sadrže manje ugrađenih uređaja od prethodne dvije skupine (npr. nemaju pogonski mehanizam optičkih diskova). Zbog malih dimenzija vrlo su pogodna za česta putovanja pa ih rabe poslovni korisnici koji si ih mogu priuštiti (statusni simbol).
I-10
PRO-MIL
1.2
VRSTE RAČUNALA 1.3. Ručna računala (engl. PDA) Ručna računala (dlanovnici, engl. handheld, palmtop, personal digital assistant, PDA) su računala veličine kalkulatora. Zamjena su za papirnate bilježnice i rokovnike u suvremenom informatičkom dobu. Osim svoje temeljne namjene vođenja osobnih podataka i bilježaka, danas ručna računala raspolažu mnogim funkcijama svojstvenim stolnim računalima: snimanje i reprodukcija zvuka, prikaz pokretnih i nepokretnih slika, bežično komuniciranje i povezivanje u mrežu i dr. Može se reći da danas ručna računala mogu ono što su stolna mogla prije desetak godina. Za razliku od prijenosnih računala, ručna računala nisu nikad zamjena za stolna računala, već imaju posebnu i od njih različitu namjenu. Ručna su računala takvih dimenzija da ih korisnik može cijelo vrijeme imati uz sebe. Zbog ograničenih dimenzija, pa time i memorije, u načelu su predviđena za unos i čitanje kratkih zabilješki ili dokumenata. Ugrađeni procesor je bitno manje računalne snage od onih ugrađenih u stolna ili prijenosna računala pa su ručna računala i bitno sporija od njih.
Slika 1.8. Ručno računalo Male dimenzije i što manja težina bitne su kod ručnih računala. Važno je da ih korisnik može nositi u džepu ili torbici i da su lagani. Donja granica dimenzija određena je upotrebljivošću, tj. dovoljno velikim pokazivalom i mogućnošću jednostavnog unosa podataka. Gornja granica je određena praktičnošću i dopadljivošću uređaja. Većina ručnih računala je približnih dimenzija 100 mm x 70 mm x 10 mm. U svakom slučaju, ručno računalo mora ugodno stati u dlan. Mogućnost rada bez vanjskog izvora energije je kod ručnih računala obvezna. Za razliku od prijenosnog računala, ručna računala praktično uvijek rade bez vanjskog izvora energije jer se drže u dlanu pa bilo 1.3
PRO-MIL
I-11
VRSTE RAČUNALA kakav kabel ometa korisnika. Zbog toga bi bilo poželjno da ugrađeni akumulator ima što veći kapacitet, ali i da bude što manjih dimenzija. Težina i dimenzija ručnih računala je jako važna pa većina ima akumulator kapaciteta približno 500 mAh – 1.500 mAh. Uz takav akumulator ručno računalo može raditi 3 do 5 sati.
Slika 1.9. Ručno računalo s priključkom za razmjenu podataka Razmjena podataka sa stolnim ili prijenosnim računalom je nužna jer je ručno samo jedno od računala kojima se korisnik služi. Podatke koje unosi u ručno računalo u većini slučajeva želi prenijeti u stolno računalo i obrnuto – podatke iz stolnog računala u ručno. Ta se razmjena podataka ili sinkronizacija odvija u trenu kad korisnik spoji svoje ručno računalo sa stolnim. Spojiti se može pomoću kabela i prikladnog podnožja u koje se ručno računalo utakne (engl. cradle) ili bežičnom vezom. Programi za razmjenu podataka napravljeni su tako da se podaci automatski razmijene i sinkroniziraju čim korisnik utakne ručno računalo u podnožje. Operacijski sustav ručnih računala mora zadovoljiti brojne posebne zahtjeve od toga da radi bez tvrdog diska pa do ograničenja pokazivala i rada bez tipkovnice i miša. Jedan od popularnijih operacijskih sustava za ručna računala je inačica Microsoft Windows-a prilagođena ručnim računalima, npr. Microsoft Windows Mobile 2003. Ručna računala tvrtke Palm primjerice rabe operacijski sustav Palm OS. Postoji mnogo programa koji se mogu instalirati na ručna računala a među njima su i osiromašene inačice popularnih programa za stolna računala,npr.: program za obradu teksta (Word), za proračunske tablice (Excel), za prikaz multimedijskih sadržaja (Media Player) i dr. Postoje i mnogi besplatni programi različite namjene koje korisnik može jednostavno instalirati na svoje ručno računalo.
I-12
Ugrađene komponente su kod prijenosnog računala vrlo ograničenih mogućnosti zbog malih dimenzija i malog kapaciteta baterije. Zato ručna računala nikad nemaju ugrađen tvrdi disk ili pogon za optičke diskove. Uređaji koji su ugrađeni, npr. zvučnici, vrlo su skromnih mogućnosti i minijaturnih dimenzija.
PRO-MIL
1.3
VRSTE RAČUNALA Ugrađen procesor je posebne vrste građen za ručna računala. Postoji znatno manje modela procesora nego kod stolnih i prijenosnih računala (npr. Intel XScale, Intel StrongARM, Motorola DragonBall MX1), a i frekvencije takta (200 MHz – 400 MHz) i računalna snaga su im bitno manje. Monitor prijenosnih računala je LCD približnih dimenzija 70 x 50 mm i razlučivosti 160x160, 320x240, 320x480 i slične. Pojavili su se i modeli razlučivosti prikaza 640x480 što odgovara VGA razlučivosti stolnih računala kakva je bila uobičajena prije desetak godina. Kod jeftinijih modela pokazivalo je jednobojno, a kod skupljih u boji. Zbog ograničenja dimenzija ne postoji mogućnost ugrađivanja većeg pokazivala pa nema smisla ni mnogo veća razlučivost. Tipkovnica prijenosnog računala je prividna tipkovnica na zaslonu LCD pokazivala. Zbog dimenzija ručnog računala nema mjesta za ugradnju tipkovnice pa se ona prikazuje na zaslonu monitora. Tipka se pomoću plastičnog dodatka (štapića, engl. stylus) koji liči na malu olovku na zaslonu osjetljivom na dodir (engl. touchscreen). Osim tipkovnicom podaci se mogu unositi i slobodnim upisom jer većina ručnih računala ima mogućnost raspoznavanja rukopisa. Štapić u kombinaciji sa zaslonom osjetljivim na dodir služi i kao pokazna naprava, tj. zamjena za miša stolnih računala.
Slika 1.10. Unos podataka kod ručnog računala pomoću štapića Dodatni sklopovi za proširenja (kartice) mogu se dodavati izvana u za to predviđen utor (priključnicu). Obično je riječ utoru prilagođenom za CompacFlash (CF) ili Secure Digital (SD) memorijske kartice, ali se na njih mogu uključiti i drugi uređaji. Postoji samo jedan utor pa je istodobno moguće dodati samo jedan dodatak, npr. memoriju, modem, GPS uređaj i dr. Svi ti uređaji moraju biti građeni posebno za tu namjenu pa su relativno skupi. Osim navedenog utora za proširenje ručna računala nemaju priključnica, npr. serijsku ili paralelnu. To i nije neki nedostatak s obzirom na namjenu ručnog računala. 1.3
PRO-MIL
I-13
VRSTE RAČUNALA
Slika 1.11. Utor (priključnica) za dodatke ručnom računalu (s napola umetnutom memorijskom karticom) Mogućnost bežične komunikacije je bitna kod ručnih računala pa ona obvezno imaju ugrađenu neku od takvih mogućnosti, najčešće IrDa. Skuplji modeli imaju ugrađene tri mogućnosti: IrDA, Bluetooth i Wireless LAN (WLAN). Posredstvom takvih veza ručno računalo može razmjenjivati podatke s drugim ručnim računalima, sa stolnim i prijenosnim računalima ili se umrežiti u lokalnu mrežu. Bežična se veza uz pomoć vanjskog mobilnog telefona koristi i za spajanje na Internet. Trošak popravka ručnog računala je takav da se, osim u jamstvenom roku, uglavnom ne isplati. Cijena ručnih računala je usporediva sa cijenom stolnih računala. S obzirom na cijenu i primjenu mogu se podijeliti u tri skupine. U prvu skupinu pripadaju najjeftiniji i najjednostavniji modeli. To su tzv. engl. entry level PDA i obično služe korisnicima malih zahtjeva. Ti modeli imaju mikroprocesor koji radi na relativno niskom taktu (200 MHz), jednobojno pokazivalo, manje memorije od skupljih modela, manje ugrađenih dodataka i sl. U drugu skupinu pripada srednja klasa ručnih računala koja su bolje opremljena od prve skupine, npr.: mikroprocesor radi na taktu 400 MHz, pokazivalo je u boji, imaju ugrađeno 64 MB radne memorije, ugrađene mogućnosti bežične komunikacije i dr. To je skupina koja zadovoljava cijenom i značajkama većinu korisnika. U treću skupinu pripadaju ručna računala koja rabe trenutno najnaprednije tehnologije. To su tzv. engl. high end PDA i namijenjena su najzahtjevnijim kupcima. Opremljena su različitim dodacima, uključujući i Wireless LAN, Bluetooth, GPRS i sl. Korisnici malokad mogu iskoristiti sve mogućnosti koje pružaju takva ručna računala, već ih ponekad kupuju i kao statusni simbol.
I-14
Prodaja ručnih računala je u neprestanom porastu što dovoljno govori u njihovoj upotrebljivosti i popularnosti. Za očekivati je daljnji napredak u razvoju ručnih računala i sve veća prisutnost u svakodnevnom životu.
PRO-MIL
1.3
VRSTE RAČUNALA 1.4. Mobilni telefoni s ugrađenim računalom Osnovna namjena mobilnih telefona je glasovna komunikacija na daljinu bez žičane veze telefonskog terminala (aparata) s telekomunikacijskom mrežom. To omogućuje ugodniji rad i veću pokretjivost korisnika telefona. Prvi mobilni telefoni su i bili namijenjeni samo razgovoru i nisu imali nikakve druge mogućnosti. Novija generacija mobilnih telefona zasnovana je na digitalnom prijenosu podataka, pa je omogućila relativno jednostavno povezivanje mobilnih telefona i računala. Jedan od glavnih motiva za to je bila želja mobilnih operatera (tvrtki koje prodaju uslugu mobilne komunikacije) za proširenjem tržišta na nove usluge i na taj način povećanjem prometa i zarade. Kako je proizvodnja i prodaja mobilnih telefona postala velik i profitabilan posao, proizvođači su se počeli nadmetati proizvodeći telefone za koje misle da bi mogli privući kupce više od suparničkih. Jedna od mogućnosti poboljšanja prodaje je i ugradnja različitih dodatnih funkcija u mobilni telefon: ugradnja različitih igara, ugradnja digitalnog fotoaparata, mogućnost reprodukcije glazbe i dr. S gledišta ove knjige najzanimljiviji su mobilni telefoni koji imaju ugrađenu mogućnost obrade podataka nalik ostalim ovdje spomenutim vrstama računala.
Slika 1.12. Mobilni telefon bez računalnih mogućnosti Iako svaki mobilni telefon ima ugrađenu neku vrstu procesora i zapravo je malo računalo koje se brine o prijenosu glasa pretvorenog u digitalni oblik, ovdje nas zanima ona vrsta računala koja je dostupna korisniku. U tom smislu mobilne telefone možemo podijeliti u tri skupine. U prvu skupinu pripadaju mobilni telefoni kojima ugrađeno računalo služi samo za zabavne i multimedijalne sadržaje: igre i reprodukciju glasa i slike. Takva računala su ograničena samo na navedenu namjenu i korisnik ih ne može rabiti ni za što drugo. Zbog potrebe za većim pokazivalom takvi mobilni telefoni često su nešto većih dimenzija s nešto većim pokazivalom u boji. 1.4
PRO-MIL
I-15
VRSTE RAČUNALA
Slika 1.13 Mobilni telefon s multimedijskim mogućnostima
U drugu skupinu pripadaju mobilni telefoni koji imaju ugrađeno računalo za pristup Internetu. To se uglavnom svodi na slanje i primanje elektroničkih poruka preko Interneta (engl. e-mail) i gledanje WWW stranica. I ovdje je korisnik ograničen samo na funkcije koje program izvorno nudi. Kako je pokazivalo mobilnog telefona vrlo ograničenih dimenzija i tipične je približne veličine 30 mm x 20 mm, prikaz slikovnih sadržaja s Interneta vrlo je ograničen. Uz to, prijenos podataka zbog ograničenja tehnologije je relativno spor pa to dodatno ograničava praktičnost. Postoji poseban način prikaza WWW stranica posredstvom mobilnih telefona poznat pod nazivom WAP koji stranice uređuje tako da je prikaz relativno dobro čitljiv na zaslonu mobilnog telefona. U treću skupinu pripadaju mobilni telefoni koji su zapravo ručna računala s dodatkom mobilnog telefona. Takvi mobilni telefoni imaju sve mogućnosti obrade podataka kao i ručna računala pa su im i izgledom vrlo nalik. Obično je jedina vidljiva razlika mala antena na kućištu uređaja. Takvi mobilni telefoni imaju najveće računalne mogućnosti od svih spomenutih, uključujući i mogućnost instaliranja programa po želji korisnika. Najveći su od svih spomenutih vrsta mobilnih telefona, a to im je ujedno i najveći nedostatak. Dok se većina jednostavnijih mobilnih telefona može nositi za pasom ili u džepu bez veće neugodnosti, mobilni telefoni iz ove skupine zbog svojih dimenzija nisu za to pogodni. I glasovni razgovor s takvih je uređaja nepraktičniji nego s malih i praktičnih mobilnih telefona. Glavna prednost je veliko pokazivalo pogodno za rad s Internetom i drugim programima i to što korisnik mora imati samo jedan uređaj umjesto dva (mobilni telefon i ručno računalo).
I-16
Za prosječnog korisnika praktičnije je imati dva odvojena uređaja: mobilni telefon malih dimenzija i ručno računalo, nego oba objedinjena u jednom uređaju. Treba spomenuti da za mnogo modela ručnih računala postoje dodaci koji se mogu naknadno dodati računalu i tako računalu dodati mogućnosti mobilnog telefoniranja. Unatoč tome i dalje se razvijaju mobilni telefoni s ručnim računalom i sve više obogaćuju različitim računalnim funkcijama.
PRO-MIL
1.4
VRSTE RAČUNALA Zbog svojih dimenzija i osnovne namjene mobilni telefoni imaju dodatna ograničenja: dimenzije, kapacitet baterije, veličina pokazivala i dr. Konstruktori mobilnih telefona moraju najprije zadovoljiti temeljnu funkciju mobilnog telefona, a to je glasovna komunikacija. Zbog toga su ograničeni i mogu računalne mogućnosti dodavati samo ukoliko to bitno ne narušava privlačnost mobilnog telefona u estetskom, praktičnom ili cjenovnom pogledu.
Slika 1.14. Mobilni telefon s mogućnošću pristupa Internetu
1.4
I-17
PRO-MIL
OBRADA PODATAKA
Obrada podataka kilobajt megabajt
3
Temeljni pojmovi
5
Kodovi i kodne norme
13
18
24
gigabajt
ASCII Unicode
11110 00000 1001
2.1
Tajnost podataka
Arhiviranje i sažimanje
Otkrivanje i ispravljanje pogrešaka nastalih pri prijenosu podataka II-1
PRO-MIL
OBRADA PODATAKA
2. Obrada podataka Pri spominjanju elektroničkih računala često se koristi pojam obrada podataka (engl. data processing). Pod obradom podataka, u općem smislu, podrazumijeva se izvođenje sustavnih postupaka na podacima, koristeći pri tome skup pravila i postupaka. To su primjerice prikupljanje, pohrana, dobavljanje i obnova podataka. Naziv obrada podataka najčešće se koristi kada se misli na uporabu računala za rješavanje određenog zadatka.
2.1. Temeljni pojmovi Bit je kombinacija engleskih riječi binary digit što u prijevodu znači binarna znamenka. Bit je temeljna jedinica za informaciju koja može poprimiti jednu od dvije moguće vrijednosti: da/ne, istina/laž, 0/1. Kod računala najčešće se pod bitom podrazumijeva jedna binarna znamenka 0 ili 1. To je ujedno i najmanja jedinica koju se može pohraniti u memoriju digitalnih računala. Za bit se kaže da je postavljen (engl. set) ako je njegova vrijednost jednaka 1, te da je poništen (engl. reset, clear) ako je njegova vrijednost jednaka 0. Bajt (engl. byte) je pojam za količinu informacija unutar računala veću od bita, a manju od riječi. Kako suvremena računala rade s podacima duljine 8, 16, 32 i 64 bitova, uvriježilo se značenje da je bajt binarni broj s osam znamenki. Primjerice, bajt je 1011 0100 ili 01101000 ili 00011001, itd. Često su u uporabi veće jedinice: kilobajt (KB), megabajt (MB) i gigabajt (GB) i veće. Te jedinice odgovaraju sljedećim vrijednostima: Tablica 2.1. Binarni višekratnici 1 kilobajt = 1 KB = 1.024 bajta 1 megabajt = 1 MB = 1.024 x 1.024 bajta = 1.048.576 bajta 1 gigabajt = 1 GB = 1.024 x 1.024 x 1.024 bajta = 1.073.741.824 bajta
Vrijednost od 1024 za K izabrana je zbog binarne naravi računala koja obrađuju binarne podatke i jednaka je 210 (broj najbliži dekadskom broju 1.000 koji se može dobiti cjelobrojnim potenciranjem broja 2). Zbog toga je u daljnjem tekstu uvijek pisano veliko slovo K, kako bi se razlikovalo od oznake k koja se koristi kod dekadskog sustava, a znači 1.000. Slog (engl. nibble) binarni je broj s četiri znamenke. Slog je npr. 1011 ili 0100 ili 0110 ili 0111. 2.1
PRO-MIL
II-3
OBRADA PODATAKA Riječ (engl. word) je određena količina bitova koja se u računalu obrađuje kao cjelina, a najčešće je uvjetovana veličinom unutarnjih spremnika računala. Za razliku od do sada opisanih pojmova riječ nema strogo utvrđenu duljinu, već ovisi o računalu na koje se odnosi. Suvremena računala rade s riječima duljine 8, 16, 32 i 64 bitova.
II-4
PRO-MIL
2.1
OBRADA PODATAKA 2.2. Kodovi i kodne norme Razvoj računalne tehnologije doveo je do potrebe razmjene informacija između čovjeka i stroja te stroja i stroja. Zbog toga je uz norme svakodnevne komunikacije među ljudima, primjerice jezika, načina ponašanja i dr. bilo potrebno stvoriti i norme za razmjenu podataka između računala i čovjeka te između različite računalne opreme. Kako bi se izbjegli mogući nesporazumi i zabune, treba definirati temeljne pojmove vezane za kodove i kodne norme. Znak (karakter, engl. character) je nedjeljivi dio teksta. Primjerice slovo a je znak, zarez je znak, znamenka 3 je znak, itd. Pri tom pojam znaka ne označava oblik prikazanog znaka (grafem) niti način njegove predodžbe unutar računala (kodiranje). Primjerice, znak može biti definiran kao: "prvo slovo abecede". Skup znakova (karakter set, engl. character set, character repertoire) je skup svih raspoloživih znakova. Skup znakova ne propisuje kako će se pojedini znak prikazati (grafeme) niti na koji će se način znakovi predočiti za obradu u računalu (kodiranje). Pojednostavljeno rečeno skup znakova je samo popis svih znakova tog skupa. Skup znakova bi primjerice mogao biti definiran kao "sva slova abecede i sve znamenke dekadskih brojeva". Kodiranje (engl. encoding) je sustav pomoću kojeg se znakovi iz skupa znakova predočuju u obliku pogodnom za obradu u računalu. Kod suvremenih računala to znači predodžbu pomoću binarnih brojeva. Sustav kodiranja određuje broj i raspored bita za svaki znak. Sustav kodiranja možemo zamisliti kao tablicu u kojoj je svakom znaku pridružen binarni broj. Grafem (engl. glyph) je vidljivi prikaz znaka. To je, dakle, način na koji se pojedini znak prikazuje korisniku. Grafem prvog slova abecede je "A". U većini slučajeva jednom znaku je pridružen jedan grafem, tj. za pojedini znak je određeno kako se on prikazuje. Postoje, međutim, jezici kod kojih nekoliko znakova određuje jedan grafem, a postoje i znakovi koji uopće nemaju grafema (npr. zvučni signal, engl. bell kod ASCII koda). Kodna točka (engl. code point)je binarni je broj pridružen pojedinom znaku. Npr. ASCII kod ima definirano 128 znakova i svakom je znaku pridružen drugi sedmobitovni broj, što znači da ASCII kod ima 128 kodnih točaka. Kodirani skup znakova (engl. coded character set, CSS) je skup znakova kojem su pridružene kodne točke. Većina normiranih skupova znakova koji se rabe u računalstvu su kodirani skupovi znakova. 2.2
PRO-MIL
II-5
OBRADA PODATAKA Tablica 2.2. Znak, kodiranje, kodna točka, grafem Skup znakova: sva slova hrvatske abecede.
Znak Prvo slovo abecede Drugo slovo abecede
Kodiranje ASCII
Kodna točka 1000001
ASCII
Grafem A
1000010
B
ASCII kod ASCII (kratica od engl. American standard code for information interchange) je najrasprostranjeniji kodirani skup znakova. Svaka kodna točka ASCII kodiranog skupa je 7-bitovni binarni broj što omogućuje kodiranje ukupno 128 različitih znakova (27=128). Prve 32 kodne točke namijenjene su nadzorno-upravljačkim znakovima, primjerice za upravljanje pisačem, monitorom, modemom i komunikacijom općenito. To su znakovi koji se ne ispisuju na pisaču niti prikazuju na zaslonu monitora, dakle nemaju svog grafema. Ostalih 96 kodnih točaka su znakovi s grafemima, tj. takvi koji se mogu ispisati na pisaču i prikazati na zaslonu kao slova, znamenke, interpunkcijski znakovi itd. ASCII kod je namijenjen engleskom jeziku pa nema predviđene znakove svojstvene ostalim jezicima. Primjerice u ASCII skupu znakova ne postoje znakovi za naše palatale č,ć,đ,ž,š. Tablica 2.3. prikazuje ASCII kodirani skup znakova s heksadekadskim zapisom kodnih točaka (zbog jednostavnijeg prikaza). U gornjem su retku LSD, a u lijevom stupcu MSD. MSD je skraćenica od engl. most significant digit (najznačajnija znamenka, krajnja lijeva znamenka), a LSD je skraćenica od engl. least significant digit (najmanje značajna znamenka, krajnja desna znamenka). Primjerice, heksadekadski ekvivalent slova A jest 41, slova m jest 6D, slova w jest 77 itd. Tablica 2.3. 7-bitovni ASCII kod 0 1 2 3 4 5 6 7
II-6
0
1
2
3
4
5
6
7
8
NUL SOH STX ETX EOT ENQ ACK BEL BS
9
SI
*
+
,
-
.
/
J
K
L
$
%
&
'
(
)
@
A
B
C
D
E
F
G
H
I
P ` p
Q a q
R b r
S c s
T d t
5 U e u
6 V f v
7 W g w
8 X h x
F
SO
#
4
E
CR
"
3
D
FF
!
2
C
VT
SP
1
B
LF
DLE DC1 DC2 DC3 DC4 NAK SYN ETB CAN EM 0
A
HT
9 Y i y
SUB ESC FS : Z j z
; [ k {
< \ l |
GS = M ] m }
RS
US
> N ^ n
? O _ o
~ DEL
Skup od 96 kodnih točaka za znakove s grafemima ubrzo je postao nedostatan, pa je uveden prošireni ASCII kod koji koristi 8-bitovne
PRO-MIL
2.2
OBRADA PODATAKA kodne točke. Primjerice u 7-bitovnom ASCII kodu postoji ukupno 26 velikih i 26 malih latiničnih slova što je dovoljno za engleski jezik, ali ne i za mnoge druge jezike. Prvih 128 kodnih točaka proširenog ASCII koda isto je kao i u 7-bitovnom ASCII kodu, dok je preostalih 128 kodnih točaka namijenjeno novim znakovima, ponajprije za kodiranje slova iz različitih europskih jezika. Takva proširena norma poznata je pod imenom prošireni ASCII (engl. extended ASCII). Kako ni u tako proširenoj normi nisu bila zastupljena slova iz svih jezika, u različitim su zemljama donesene lokalne norme koje su se više ili manje razlikovale od prvobitnog normiranog ASCII koda. Osim toga, pojedini su proizvođači u računala ugrađivali vlastite norme pa tako primjerice IBM u svojim osobnim računalima drukčije definira dodatnih 128 kodnih točaka nego tvrtka Apple u računalima Macintosh. To primjerice znači da kodna točka 10001110 može biti znak znak "Ž" prema jednoj inačici proširenog ASCII koda ili neki sasvim drugi znak prema drugoj inačici ASCII koda. Na temelju binarnog broja ne može se unaprijed jednoznačno znati o kojem se znaku radi ako se ne navede inačica norme. Sve u svemu, razvijeno je više od 150 različitih proširenih ASCII kodova. Unatoč svim nedostacima ASCII kod je u širokoj uporabi za razmjenu podataka kod računala i komunikacijske opreme. ASCII ASCII kod počeo se razvijati početkom šezdesetih godina, a prvi ga je put kao normu odobrio ANSI (American National Standards Institute) X3 komitet 1963. godine (http://www.asni.org). Odlukom američkog predsjednika Johnsona 1964. godine ASCII kod postaje prva norma informacijskih sustava u SAD-u. Godine 1977. ASCII kod je postao i službena ANSI norma, a uz neznatne izmjene i ISO norma (ISO 646). Novije inačice ASCII koda su: ISO-14962-1997 i ANSI-X3.4-1986(R1997). Unatoč postojećoj normi ASCII kod nije se proširio sve do početka osamdesetih. Glavni razlog tome jest činjenica da je vodeći proizvođač računala u to doba tvrtka IBM u svojim računalima rabila EBCDIC (kratica od engl. extended binary coded decimal interchange code) kodnu normu. Ta se norma rabila u uspješnom modelu računala IBM System/360 koji se počeo prodavati 1964. godine i zadržao se na tržištu dvadesetak godina. U svom prvom modelu osobnih računala IBM PC koji se pojavio 1981. godine IBM primjenjuje ASCII kodnu normu i od tada se ta norma rasprostranila. Jedan od zaslužnijih ljudi za razvoj i posebice popularizaciju ASCII-a bio je Amerikanac Robert W. Bemer (http://www.bobbemer.com) pa je tako ASCII kod u početku ponekad nazivan i Bemer-Rossovim kodom.
2.2
II-7
PRO-MIL
OBRADA PODATAKA Unicode i ISO/IEC 10646 Unicode je međunarodna norma čiji je krajnji cilj kodirani skup znakova koji ima jedinstvenu kodnu točku za svaki znak svakog postojećeg ljudskog jezika, uključujući i one koji se više ne rabe. Osim toga Unicode sadrži interpunkcijske znakove, matematičke simbole, nadzorno-upravljačke kodove itd. Unicode kodne točke su 16-bitovni binarni brojevi pa je moguće kodirati ukupno 216=65.536 znakova. Bez obzira na to o kojem je jeziku riječ, isti znak je kodiran istim binarnim brojem, primjerice veliko slovo A latinične abecede ima uvijek isti binarni broj. Prve 8.192 kodne točke norme Unicode predviđene su za uobičajene znakove kojima se služi čovječanstvo (brojke, slova), uključujući i stara pisma koja se više ne koriste u svakodnevnom komuniciranju. Zbog sukladnosti početnih 128 kodnih točaka Unicode je sukladno postojećem ASCII kodu. Sljedećih 4.096 kodnih točaka namijenjeno je matematičkim i tehničkim simbolima, jednostavnim grafičkim uzorcima, znakovima interpunkcije i sl. Zatim slijedi 4.096 kodnih točaka za kinesku, japansku i korejsku neideografsku abecedu. Sljedećih približno 27.000 kodnih točaka rezervirano je za kineske han ideografske znakove. 5.632 kodne točke na raspolaganju su korisniku prema potrebi i želji, a 495 kodnih točaka predviđeno je za udružljivost, tj. za pretvorbu nekog drugog koda u Unicode. Mnogo kodnih točaka nije još definirano, već je samo rezervirano za određenu vrstu znakova (do sada je definirano približno 25.000 kodnih točaka). Unicode norma omogućuje raspored znakova u tzv. plohe (engl. plane) i to tako da svaka ploha ima 65.536 kodnih točaka. Prva se ploha naziva nulta ploha (engl. plane 0) ili basic multilingual plane (BMP) i u njoj se nalazi većina znakova koji su do danas normirani. U BMP plohi nalaze se praktično svi znakovi svih živućih jezika današnjice i mnogo posebnih znakova. Unicode se još razvija, a glavni su mu nedostaci: • veličina (u odnosu na ASCII) zbog koje zahtijeva povećanu memoriju i dulje vrijeme obrade, • nesukladnost s postojećim programima i opremom, • nema informacije o jeziku što otežava svrstavanje, • postoje kodne točke koje može korisnik definirati pa mogu nastupiti poteškoće pri prijenosu i razmjeni podataka, • ograničen broj znakova na 65.536, • postoji mnogo sličnih znakova, • neki znakovi su određeni s više kodnih točaka što narušava jednoznačnost dužine koda, • pretvorba iz drugih kodova u Unicode i obrnuto je složena za kineski, japanski i korejski jezik.
II-8
Vjerojatno najveća poteškoća primjene Unicode norme je nesukladnost s postojećim programima. Praktično svi programi u uporabi rade sa znakovima kodnih točaka dužine 8 bitova. Da bi se olakšala pretvorba
PRO-MIL
2.2
OBRADA PODATAKA Unicode kodnih točaka dužine 16 bitova u postojeće sustave, postoje posebne inačice Unicode koda. Jedna od inačica poznata je pod kraticom UTF-8 (od engl. Unicode transformation format), koja svakoj kodnoj točki Unicode pripisuje binarni broj dužine jednog ili više bajta (najviše 6). Prednost takve pretvorbe jest da se, primjerice, svi znakovi normirani ASCII kodom mogu prikazati osmobitovnim brojem te tako računalu izgledati istovjetni ASCII kodu. Isto tako pri prijenosu podataka (npr. elektroničkom poštom) UTF-8 i ASCII su istovjetni za ASCII znakove. Poznatije su još inačice UTF-32, UTF-16, UTF-8 i UTF-7. Izbor inačice ovisi o više čimbenika među kojima su raspoloživa memorija, sukladnost izvornog koda itd. Unicode se rabi primjerice u operacijskim sustavima Microsoft Windows NT, Windows 2000, Windows XP, Linux i BSD za internu predodžbu znakova. Microsoft rabi UTF-16, a Linux i BSD UTF-8 inačicu norme. Unicode je norma nastala u SAD. U Europi je nastala slična norma ISO/ IEC 10646 (vidi povijesni opis u okviru). Točan naziv norme je ISO/IEC 10646 UCS (kratica od engl. universal character set). Postoji 16-bitovna inačica nazvana UCS-2 i 32-bitovna inačica nazvana UCS-4. Norma je još uvijek u razvoju i prvi popularniji program koji je rabi je Java (UCS-2). Unicode i ISO 10646 su isti glede kodiranog skupa znakova (kodnih točaka), ali Unicode norma sadrži mnogo više podataka o primjeni norme. Kodirani skupovi znakova Prvi višejezični kodirani skupovi znakova pojavili su se početkom osamdesetih u proizvodima tvrtki Xerox i IBM. U to je doba većina računala bita 8 ili 16-bitovna pa je to uvjetovalo način kodiranja. Unicode su počeli 1987. godine razvijati Joe Becker i Lee Collins (XEROX PARC) i Mark Davis (Apple). Naziv Unicode smislio je Becker i skraćenica je od engl. unique, universal and uniform character encoding. Godine 1991. u SADu je osnovana neprofitna organizacija Unicode Inc. za razvoj i promicanje Unicode norme, a njezin prvi javni uspjeh je norma pod oznakom Unicode 1.0 (posljednja inačica norme je Unicode 4.0 iz 1993.). Rad na normi koja bi vrijedila za čitav svijet odvijala se isprva na dva paralelna kolosjeka. U SAD-u je to bilo u okviru projekta Unification Code ili Unicode s dva glavna cilja. Prvi je bio izbjeći uporabu Esc znaka i propisati stalnu dužinu kodne točke na 16 bita (dva bajta). Ovo posljednje ograničenje je značilo da je najveći mogući broj znakova koji se mogu prikazati 216=65.536. Istodobno je u Europi u okviru međunarodne organizacije za normiranje (International Organization for Standardization. ISO) razvijana višejezična kodna norma poznata pod nazivom Universal Coded Character Set (UCS) koja bi imala dužinu kodne točke 32 bita i tako omogućila prikaz ukupno 4.294.967.296 različitih znakova. Pretpostavljalo se da je to dovoljno za sve postojeće i moguće buduće potrebe. ISO normu
2.2
PRO-MIL
II-9
OBRADA PODATAKA nisu podržali proizvođači računalne opreme iz SAD-a pa je bila osuđena na propast. Konačno su se napori objedinili i nastala je norma ISO/IEC 10646 Version 2 čija je zadnja inačica ISO/IEC 10646-1: 1993. U nju su uz ostalo uključene i norme: ISO 646 i ISO 8859-1.
Hrvatski znakovi i kodne norme Za korisnike u Hrvatskoj posebno je zanimljivo kako su kodirani hrvatski znakovi. Postoji nekoliko kodnih normi koje se primjenjuju u nas pa je ovdje dan sažet prikaz tih normi s tablicom kodiranja naših znakova. Na nesreću te norme nisu usklađene pa se lako može dogoditi da su jedni znakovi na tipkovnici, drugi na zaslonu, a treći otisnuti na pisaču. Poseban je problem neusklađenost pri prijenosu podataka s jednog računala na drugo, kada nepridržavanje normi može prouzročiti poteškoće. Hrvatska država nije donijela norme glede kodiranih skupova znakova, već je nakon osamostaljenja preuzela JUS norme bivše države. Od tih pak normi jedina koja odgovara međunarodnoj normi jest HRN I.B1.013 (odgovara međunarodnoj normi ISO 8859-2). CROSCII. To je 7-bitovna norma u kojoj su nekim kodnim točkama izvornog ASCII koda pridruženi naši znakovi (točnije slova: Č,Ć,Đ,Š,Ž,č,ć,đ,š,ž). Takvom zamjenom izgubljeni su neki izvorni znakovi, primjerice vitičaste i uglate zagrade. Službeni naziv norme je HRN I.B1.002 i koristi se samo u starijim računalima i starijim inačicama operacijskog sustava MS DOS. Naziv CROSCII nastao je zamjenom slova A (koje dolazi od Amerika) u kratici ASCII slovima CRO (koja dolaze od Croatia). Poznata je i pod nazivom CP 999. Ne preporuča se primjenjivati. IBM CP 852. To je 8-bitovna industrijska norma (prošireni ASCII) čijih je prvih 128 kodnih točaka istih kao i u 7-bitovnom ASCII kodu, a ostalih 128 kodnih točaka je za različite znakove uključujući i hrvatske znakove. Ova se norma uglavnom koristi kod operacijskih sustava MS DOS 3.3 i novijih te kod sustava OS/2. Norma IBM CP 852 poznata je i pod nazivom Latin II (pisano rimskim brojem dva da bi se razlikovala od norme CP 1250 Latin 2).
II-10
Microsoft CP 1250. To je 8-bitovna industrijska norma (prošireni ASCII) čijih je prvih 128 kodnih točaka istih kao i u 7-bitovnom ASCII kodu, a ostalih 128 kodnih točaka je za različite znakove uključujući i hrvatske znakove. Ova se norma uglavnom koristi u operacijskom sustavu MS Windows. Microsoft CP 1250 je norma poznata i pod nazivom Latin 2 (pisano arapskim brojem dva kako bi se razlikovala od IBM CP 852).
PRO-MIL
2.2
OBRADA PODATAKA ISO 8859 je zapravo skup od 15 8-bitovnih normi (prošireni ASCII). Primjerice kod ISO 8859-1 prvih je 128 kodnih točaka istih kao i u 7bitovnom ASCII kodu, a ostalih 128 kodnih točaka je za znakove koji se koriste u zapadnoeuropskim zemljama. Kod ISO 8859-2 prvih je 128 kodnih točaka istih kao i u 7-bitovnom ASCII kodu, a ostalih 128 kodnih točaka je za znakove koji se koriste u istočnoeuropskim zemljama uključujući i Hrvatsku. ISO 8859-2 prihvaćena je kao hrvatska norma HRN I.B1.013. Unicode norma ima definirane točke za hrvatske znakove kako je to prikazano u tablici. Tablica 2.4. Usporedba različitih normi
CROSCII
ć
7D 125
č
7E 126
IBM 852
ISO 8859-2 MS CP-1250 Unicode/ISO/IEC 10646
86 134
E6 230
9F 159
E8 232
Grafem Hex Dec
Hex Dec
Ć
8F 143
Č đ Đ š Š ž Ž
5D 093 5E 094 7C 124 5C 092 7B 123 5B 091 60 096 40 064
AC 172 D0 208 D1 209 E7 231 E6 230 A7 167 A6 166
Hex Dec
Hex Dec
Hex
C6 198
C6
0106 262
C8 200 F0 240 D0 208 B9 185 A9 169 BE 190 AE 174
E6
230
E8
232
C8 F0 D0 9A 8A 9E 8E
198 200 240 208 154 138 158 142
010D 269 010C 268 0111 273 0110 272 0161 353 0160 352 017E 382 017D 381
DŽ
01C4
452
dž
01C6
454
Dž LJ Lj lj NJ Nj nj
01C5 01C7 01C8 01C9 01CA 01CB 01CC
Dec
0107 263
453 455 456 457 458 459 460
Prema Preporukama za kodne norme u Hrvatskoj Hrvatske informatičke zajednice iz 1997 godine preporuča se sljedeća primjena normi. Računala koja nisu spregnuta na lokalne ili javne računalne mreže: CP852 , CP-870, CP-912 ili druge tablice prema ISO 8859-2 , CP-1250. Ne preporuča se primjena tablice CP-999 (CROSCII). 2.2
PRO-MIL
II-11
OBRADA PODATAKA Računala spregnuta na lokalne ili javne računalne mreže: za interni rad - bilo koja preporučena kodna norma; u komunikaciji prema ostalim sustavima ili servisima - preporuča se ISO 8859-2 Javni informacijski sustavi i servisi: javne baze podataka - ISO 8859-2, komunikacija s okolinom - ISO 8859-2 i CP-1250. Novouspostavljani informacijski sustavi: rabiti tehnologije koje podržavaju ISO 10646/Unicode; vanjska komunikacija prema ISO 8859-2; baze podataka - ISO 8859-2, razmjena podataka na uobičajenim medijima i normiranim formatima. Očigledno je da ne postoji jedinstvena preporuka niti jedinstvena norma koja bi se trebala rabiti, pa se i dalje događa šarolikost u primjeni. Kako većina korisnika rabi operacijski sustav Microsoft Windows, unatoč navedenim preporukama najviše se rabi norma CP 1250.
II-12
PRO-MIL
2.2
OBRADA PODATAKA Tablica 2.2. Znak, kodiranje, kodna točka, grafem Skup znakova: sva slova hrvatske abecede.
Znak Prvo slovo abecede Drugo slovo abecede
Kodiranje ASCII
Kodna točka 1000001
ASCII
Grafem A
1000010
B
ASCII kod ASCII (kratica od engl. American standard code for information interchange) je najrasprostranjeniji kodirani skup znakova. Svaka kodna točka ASCII kodiranog skupa je 7-bitovni binarni broj što omogućuje kodiranje ukupno 128 različitih znakova (27=128). Prve 32 kodne točke namijenjene su nadzorno-upravljačkim znakovima, primjerice za upravljanje pisačem, monitorom, modemom i komunikacijom općenito. To su znakovi koji se ne ispisuju na pisaču niti prikazuju na zaslonu monitora, dakle nemaju svog grafema. Ostalih 96 kodnih točaka su znakovi s grafemima, tj. takvi koji se mogu ispisati na pisaču i prikazati na zaslonu kao slova, znamenke, interpunkcijski znakovi itd. ASCII kod je namijenjen engleskom jeziku pa nema predviđene znakove svojstvene ostalim jezicima. Primjerice u ASCII skupu znakova ne postoje znakovi za naše palatale č,ć,đ,ž,š. Tablica 2.3. prikazuje ASCII kodirani skup znakova s heksadekadskim zapisom kodnih točaka (zbog jednostavnijeg prikaza). U gornjem su retku LSD, a u lijevom stupcu MSD. MSD je skraćenica od engl. most significant digit (najznačajnija znamenka, krajnja lijeva znamenka), a LSD je skraćenica od engl. least significant digit (najmanje značajna znamenka, krajnja desna znamenka). Primjerice, heksadekadski ekvivalent slova A jest 41, slova m jest 6D, slova w jest 77 itd. Tablica 2.3. 7-bitovni ASCII kod 0 1 2 3 4 5 6 7
II-6
0
1
2
3
4
5
6
7
8
NUL SOH STX ETX EOT ENQ ACK BEL BS
9
SI
*
+
,
-
.
/
J
K
L
$
%
&
'
(
)
@
A
B
C
D
E
F
G
H
I
P ` p
Q a q
R b r
S c s
T d t
5 U e u
6 V f v
7 W g w
8 X h x
F
SO
#
4
E
CR
"
3
D
FF
!
2
C
VT
SP
1
B
LF
DLE DC1 DC2 DC3 DC4 NAK SYN ETB CAN EM 0
A
HT
9 Y i y
SUB ESC FS : Z j z
; [ k {
< \ l |
GS = M ] m }
RS
US
> N ^ n
? O _ o
~ DEL
Skup od 96 kodnih točaka za znakove s grafemima ubrzo je postao nedostatan, pa je uveden prošireni ASCII kod koji koristi 8-bitovne
PRO-MIL
2.2
OBRADA PODATAKA kodne točke. Primjerice u 7-bitovnom ASCII kodu postoji ukupno 26 velikih i 26 malih latiničnih slova što je dovoljno za engleski jezik, ali ne i za mnoge druge jezike. Prvih 128 kodnih točaka proširenog ASCII koda isto je kao i u 7-bitovnom ASCII kodu, dok je preostalih 128 kodnih točaka namijenjeno novim znakovima, ponajprije za kodiranje slova iz različitih europskih jezika. Takva proširena norma poznata je pod imenom prošireni ASCII (engl. extended ASCII). Kako ni u tako proširenoj normi nisu bila zastupljena slova iz svih jezika, u različitim su zemljama donesene lokalne norme koje su se više ili manje razlikovale od prvobitnog normiranog ASCII koda. Osim toga, pojedini su proizvođači u računala ugrađivali vlastite norme pa tako primjerice IBM u svojim osobnim računalima drukčije definira dodatnih 128 kodnih točaka nego tvrtka Apple u računalima Macintosh. To primjerice znači da kodna točka 10001110 može biti znak znak "Ž" prema jednoj inačici proširenog ASCII koda ili neki sasvim drugi znak prema drugoj inačici ASCII koda. Na temelju binarnog broja ne može se unaprijed jednoznačno znati o kojem se znaku radi ako se ne navede inačica norme. Sve u svemu, razvijeno je više od 150 različitih proširenih ASCII kodova. Unatoč svim nedostacima ASCII kod je u širokoj uporabi za razmjenu podataka kod računala i komunikacijske opreme. ASCII ASCII kod počeo se razvijati početkom šezdesetih godina, a prvi ga je put kao normu odobrio ANSI (American National Standards Institute) X3 komitet 1963. godine (http://www.asni.org). Odlukom američkog predsjednika Johnsona 1964. godine ASCII kod postaje prva norma informacijskih sustava u SAD-u. Godine 1977. ASCII kod je postao i službena ANSI norma, a uz neznatne izmjene i ISO norma (ISO 646). Novije inačice ASCII koda su: ISO-14962-1997 i ANSI-X3.4-1986(R1997). Unatoč postojećoj normi ASCII kod nije se proširio sve do početka osamdesetih. Glavni razlog tome jest činjenica da je vodeći proizvođač računala u to doba tvrtka IBM u svojim računalima rabila EBCDIC (kratica od engl. extended binary coded decimal interchange code) kodnu normu. Ta se norma rabila u uspješnom modelu računala IBM System/360 koji se počeo prodavati 1964. godine i zadržao se na tržištu dvadesetak godina. U svom prvom modelu osobnih računala IBM PC koji se pojavio 1981. godine IBM primjenjuje ASCII kodnu normu i od tada se ta norma rasprostranila. Jedan od zaslužnijih ljudi za razvoj i posebice popularizaciju ASCII-a bio je Amerikanac Robert W. Bemer (http://www.bobbemer.com) pa je tako ASCII kod u početku ponekad nazivan i Bemer-Rossovim kodom.
2.2
II-7
PRO-MIL
OBRADA PODATAKA Unicode i ISO/IEC 10646 Unicode je međunarodna norma čiji je krajnji cilj kodirani skup znakova koji ima jedinstvenu kodnu točku za svaki znak svakog postojećeg ljudskog jezika, uključujući i one koji se više ne rabe. Osim toga Unicode sadrži interpunkcijske znakove, matematičke simbole, nadzorno-upravljačke kodove itd. Unicode kodne točke su 16-bitovni binarni brojevi pa je moguće kodirati ukupno 216=65.536 znakova. Bez obzira na to o kojem je jeziku riječ, isti znak je kodiran istim binarnim brojem, primjerice veliko slovo A latinične abecede ima uvijek isti binarni broj. Prve 8.192 kodne točke norme Unicode predviđene su za uobičajene znakove kojima se služi čovječanstvo (brojke, slova), uključujući i stara pisma koja se više ne koriste u svakodnevnom komuniciranju. Zbog sukladnosti početnih 128 kodnih točaka Unicode je sukladno postojećem ASCII kodu. Sljedećih 4.096 kodnih točaka namijenjeno je matematičkim i tehničkim simbolima, jednostavnim grafičkim uzorcima, znakovima interpunkcije i sl. Zatim slijedi 4.096 kodnih točaka za kinesku, japansku i korejsku neideografsku abecedu. Sljedećih približno 27.000 kodnih točaka rezervirano je za kineske han ideografske znakove. 5.632 kodne točke na raspolaganju su korisniku prema potrebi i želji, a 495 kodnih točaka predviđeno je za udružljivost, tj. za pretvorbu nekog drugog koda u Unicode. Mnogo kodnih točaka nije još definirano, već je samo rezervirano za određenu vrstu znakova (do sada je definirano približno 25.000 kodnih točaka). Unicode norma omogućuje raspored znakova u tzv. plohe (engl. plane) i to tako da svaka ploha ima 65.536 kodnih točaka. Prva se ploha naziva nulta ploha (engl. plane 0) ili basic multilingual plane (BMP) i u njoj se nalazi većina znakova koji su do danas normirani. U BMP plohi nalaze se praktično svi znakovi svih živućih jezika današnjice i mnogo posebnih znakova. Unicode se još razvija, a glavni su mu nedostaci: • veličina (u odnosu na ASCII) zbog koje zahtijeva povećanu memoriju i dulje vrijeme obrade, • nesukladnost s postojećim programima i opremom, • nema informacije o jeziku što otežava svrstavanje, • postoje kodne točke koje može korisnik definirati pa mogu nastupiti poteškoće pri prijenosu i razmjeni podataka, • ograničen broj znakova na 65.536, • postoji mnogo sličnih znakova, • neki znakovi su određeni s više kodnih točaka što narušava jednoznačnost dužine koda, • pretvorba iz drugih kodova u Unicode i obrnuto je složena za kineski, japanski i korejski jezik.
II-8
Vjerojatno najveća poteškoća primjene Unicode norme je nesukladnost s postojećim programima. Praktično svi programi u uporabi rade sa znakovima kodnih točaka dužine 8 bitova. Da bi se olakšala pretvorba
PRO-MIL
2.2
OBRADA PODATAKA Unicode kodnih točaka dužine 16 bitova u postojeće sustave, postoje posebne inačice Unicode koda. Jedna od inačica poznata je pod kraticom UTF-8 (od engl. Unicode transformation format), koja svakoj kodnoj točki Unicode pripisuje binarni broj dužine jednog ili više bajta (najviše 6). Prednost takve pretvorbe jest da se, primjerice, svi znakovi normirani ASCII kodom mogu prikazati osmobitovnim brojem te tako računalu izgledati istovjetni ASCII kodu. Isto tako pri prijenosu podataka (npr. elektroničkom poštom) UTF-8 i ASCII su istovjetni za ASCII znakove. Poznatije su još inačice UTF-32, UTF-16, UTF-8 i UTF-7. Izbor inačice ovisi o više čimbenika među kojima su raspoloživa memorija, sukladnost izvornog koda itd. Unicode se rabi primjerice u operacijskim sustavima Microsoft Windows NT, Windows 2000, Windows XP, Linux i BSD za internu predodžbu znakova. Microsoft rabi UTF-16, a Linux i BSD UTF-8 inačicu norme. Unicode je norma nastala u SAD. U Europi je nastala slična norma ISO/ IEC 10646 (vidi povijesni opis u okviru). Točan naziv norme je ISO/IEC 10646 UCS (kratica od engl. universal character set). Postoji 16-bitovna inačica nazvana UCS-2 i 32-bitovna inačica nazvana UCS-4. Norma je još uvijek u razvoju i prvi popularniji program koji je rabi je Java (UCS-2). Unicode i ISO 10646 su isti glede kodiranog skupa znakova (kodnih točaka), ali Unicode norma sadrži mnogo više podataka o primjeni norme. Kodirani skupovi znakova Prvi višejezični kodirani skupovi znakova pojavili su se početkom osamdesetih u proizvodima tvrtki Xerox i IBM. U to je doba većina računala bita 8 ili 16-bitovna pa je to uvjetovalo način kodiranja. Unicode su počeli 1987. godine razvijati Joe Becker i Lee Collins (XEROX PARC) i Mark Davis (Apple). Naziv Unicode smislio je Becker i skraćenica je od engl. unique, universal and uniform character encoding. Godine 1991. u SADu je osnovana neprofitna organizacija Unicode Inc. za razvoj i promicanje Unicode norme, a njezin prvi javni uspjeh je norma pod oznakom Unicode 1.0 (posljednja inačica norme je Unicode 4.0 iz 1993.). Rad na normi koja bi vrijedila za čitav svijet odvijala se isprva na dva paralelna kolosjeka. U SAD-u je to bilo u okviru projekta Unification Code ili Unicode s dva glavna cilja. Prvi je bio izbjeći uporabu Esc znaka i propisati stalnu dužinu kodne točke na 16 bita (dva bajta). Ovo posljednje ograničenje je značilo da je najveći mogući broj znakova koji se mogu prikazati 216=65.536. Istodobno je u Europi u okviru međunarodne organizacije za normiranje (International Organization for Standardization. ISO) razvijana višejezična kodna norma poznata pod nazivom Universal Coded Character Set (UCS) koja bi imala dužinu kodne točke 32 bita i tako omogućila prikaz ukupno 4.294.967.296 različitih znakova. Pretpostavljalo se da je to dovoljno za sve postojeće i moguće buduće potrebe. ISO normu
2.2
PRO-MIL
II-9
OBRADA PODATAKA nisu podržali proizvođači računalne opreme iz SAD-a pa je bila osuđena na propast. Konačno su se napori objedinili i nastala je norma ISO/IEC 10646 Version 2 čija je zadnja inačica ISO/IEC 10646-1: 1993. U nju su uz ostalo uključene i norme: ISO 646 i ISO 8859-1.
Hrvatski znakovi i kodne norme Za korisnike u Hrvatskoj posebno je zanimljivo kako su kodirani hrvatski znakovi. Postoji nekoliko kodnih normi koje se primjenjuju u nas pa je ovdje dan sažet prikaz tih normi s tablicom kodiranja naših znakova. Na nesreću te norme nisu usklađene pa se lako može dogoditi da su jedni znakovi na tipkovnici, drugi na zaslonu, a treći otisnuti na pisaču. Poseban je problem neusklađenost pri prijenosu podataka s jednog računala na drugo, kada nepridržavanje normi može prouzročiti poteškoće. Hrvatska država nije donijela norme glede kodiranih skupova znakova, već je nakon osamostaljenja preuzela JUS norme bivše države. Od tih pak normi jedina koja odgovara međunarodnoj normi jest HRN I.B1.013 (odgovara međunarodnoj normi ISO 8859-2). CROSCII. To je 7-bitovna norma u kojoj su nekim kodnim točkama izvornog ASCII koda pridruženi naši znakovi (točnije slova: Č,Ć,Đ,Š,Ž,č,ć,đ,š,ž). Takvom zamjenom izgubljeni su neki izvorni znakovi, primjerice vitičaste i uglate zagrade. Službeni naziv norme je HRN I.B1.002 i koristi se samo u starijim računalima i starijim inačicama operacijskog sustava MS DOS. Naziv CROSCII nastao je zamjenom slova A (koje dolazi od Amerika) u kratici ASCII slovima CRO (koja dolaze od Croatia). Poznata je i pod nazivom CP 999. Ne preporuča se primjenjivati. IBM CP 852. To je 8-bitovna industrijska norma (prošireni ASCII) čijih je prvih 128 kodnih točaka istih kao i u 7-bitovnom ASCII kodu, a ostalih 128 kodnih točaka je za različite znakove uključujući i hrvatske znakove. Ova se norma uglavnom koristi kod operacijskih sustava MS DOS 3.3 i novijih te kod sustava OS/2. Norma IBM CP 852 poznata je i pod nazivom Latin II (pisano rimskim brojem dva da bi se razlikovala od norme CP 1250 Latin 2).
II-10
Microsoft CP 1250. To je 8-bitovna industrijska norma (prošireni ASCII) čijih je prvih 128 kodnih točaka istih kao i u 7-bitovnom ASCII kodu, a ostalih 128 kodnih točaka je za različite znakove uključujući i hrvatske znakove. Ova se norma uglavnom koristi u operacijskom sustavu MS Windows. Microsoft CP 1250 je norma poznata i pod nazivom Latin 2 (pisano arapskim brojem dva kako bi se razlikovala od IBM CP 852).
PRO-MIL
2.2
OBRADA PODATAKA ISO 8859 je zapravo skup od 15 8-bitovnih normi (prošireni ASCII). Primjerice kod ISO 8859-1 prvih je 128 kodnih točaka istih kao i u 7bitovnom ASCII kodu, a ostalih 128 kodnih točaka je za znakove koji se koriste u zapadnoeuropskim zemljama. Kod ISO 8859-2 prvih je 128 kodnih točaka istih kao i u 7-bitovnom ASCII kodu, a ostalih 128 kodnih točaka je za znakove koji se koriste u istočnoeuropskim zemljama uključujući i Hrvatsku. ISO 8859-2 prihvaćena je kao hrvatska norma HRN I.B1.013. Unicode norma ima definirane točke za hrvatske znakove kako je to prikazano u tablici. Tablica 2.4. Usporedba različitih normi
CROSCII
ć
7D 125
č
7E 126
IBM 852
ISO 8859-2 MS CP-1250 Unicode/ISO/IEC 10646
86 134
E6 230
9F 159
E8 232
Grafem Hex Dec
Hex Dec
Ć
8F 143
Č đ Đ š Š ž Ž
5D 093 5E 094 7C 124 5C 092 7B 123 5B 091 60 096 40 064
AC 172 D0 208 D1 209 E7 231 E6 230 A7 167 A6 166
Hex Dec
Hex Dec
Hex
C6 198
C6
0106 262
C8 200 F0 240 D0 208 B9 185 A9 169 BE 190 AE 174
E6
230
E8
232
C8 F0 D0 9A 8A 9E 8E
198 200 240 208 154 138 158 142
010D 269 010C 268 0111 273 0110 272 0161 353 0160 352 017E 382 017D 381
DŽ
01C4
452
dž
01C6
454
Dž LJ Lj lj NJ Nj nj
01C5 01C7 01C8 01C9 01CA 01CB 01CC
Dec
0107 263
453 455 456 457 458 459 460
Prema Preporukama za kodne norme u Hrvatskoj Hrvatske informatičke zajednice iz 1997 godine preporuča se sljedeća primjena normi. Računala koja nisu spregnuta na lokalne ili javne računalne mreže: CP852 , CP-870, CP-912 ili druge tablice prema ISO 8859-2 , CP-1250. Ne preporuča se primjena tablice CP-999 (CROSCII). 2.2
PRO-MIL
II-11
OBRADA PODATAKA Računala spregnuta na lokalne ili javne računalne mreže: za interni rad - bilo koja preporučena kodna norma; u komunikaciji prema ostalim sustavima ili servisima - preporuča se ISO 8859-2 Javni informacijski sustavi i servisi: javne baze podataka - ISO 8859-2, komunikacija s okolinom - ISO 8859-2 i CP-1250. Novouspostavljani informacijski sustavi: rabiti tehnologije koje podržavaju ISO 10646/Unicode; vanjska komunikacija prema ISO 8859-2; baze podataka - ISO 8859-2, razmjena podataka na uobičajenim medijima i normiranim formatima. Očigledno je da ne postoji jedinstvena preporuka niti jedinstvena norma koja bi se trebala rabiti, pa se i dalje događa šarolikost u primjeni. Kako većina korisnika rabi operacijski sustav Microsoft Windows, unatoč navedenim preporukama najviše se rabi norma CP 1250.
II-12
PRO-MIL
2.2
OBRADA PODATAKA 2.3. Tajnost podataka Korisnik ponekad želi informacije koje obrađuje na računalu ili prenosi računalnim mrežama sakriti od javnosti. Razlozi mogu biti različiti: od želje za zadržavanjem privatnosti pa do poslovnih i vojnih informacija koji mogu poslužiti konkurentima ili neprijateljima. Zato je ponekad potrebno osigurati tajnost podataka koji se nalaze u računalu ili su pohranjeni na nekom od medija za pohranu podataka. Povezanost računala u lokalne i rasprostranjene mreže otežava održavanje tajnosti i postavlja dodatne zahtjeve glede sigurnosti podataka. Posebno je to postalo važno pojavom Interneta i uporabom elektroničke pošte. Poruka elektroničke pošte putuje putovima na koje korisnik ne može utjecati niti može znati tko sve može imati pristup poruci. Zbog toga su korisnici elektroničke pošte posebno zainteresirani za sustav koji bi osigurao tajnost poruka. Tajnost se može ostvariti na više načina, primjerice: sprječavanjem pristupa nepozvanim osobama do podataka, pohranom podataka pomoću nestandardnih uređaja i šifriranjem podataka. Od svih postupaka zaštite tajnosti najrasprostranjeniji je postupak šifriranja. Područje koje se bavi šifriranjem i dešifriranjem podataka naziva se kriptografija. Postupak šifriranja (engl. encryption) sastoji se od prevođenja izvornih podataka u drugi oblik koji je bez poznatog ključa nerazumljiv. Primjer jednostavnog šifriranja teksta je prevođenje na jezik za koji se pretpostavlja da ga nepoželjne osobe neće znati. Primjerice za vrijeme 2. svjetskog rata Amerikanci su ponekad za radiooperatere koristili Navayo Indijance koji su govorili svojim jezikom koji je malo tko razumio. Neprijatelj je mogao prisluškivati razgovore, ali nije mogao razumjeti njihov sadržaj. Šifrirane podatke moguće je pročitati, pohraniti, prenositi itd., ali je njihov smisao razumljiv samo onom tko zna ključ za prevođenje. Ključ (engl. key) je obično skup znakova (slova, brojke) koje korisnik bira po želji. Ukoliko korisnik zaboravi ključ, ne postoji razumno jeftin način da se podaci vrate u razumljiv oblik, pa to treba imati na umu. Iako u načelu postoji mogućnost otkrivanja sadržaja podataka računalnom obradom podataka i bez poznavanja ključa, u većini slučajeva to je samo teorijska mogućnost. Potrebna računalna snaga i potrebno vrijeme da se otkrije ključ je preveliko za bilo kakvu praktičnu primjenu. Zato se može reći da su suvremeni postupci šifriranja koji se rabe kod osobnih računala toliko pouzdani koliko je pouzdana tajnost ključa. Podatke je moguće vratiti u izvorni oblik, dešifrirati (engl. decryption) ako je poznat ključ. Ključ bi trebali znati samo oni kojima je dozvoljen pristup izvornim podacima. U praksi je međutim ponekad teško sačuvati tajnost ključa. Zlonamjerne osobe mogu se dočepati ključa na razne načine. Primjerice zlonamjerna se osoba preko telefona lažno predstavi i 2.3
PRO-MIL
II-13
OBRADA PODATAKA zatraži ključ od osobe koja zna ključ. Ili se na temelju podataka o vlasniku ključa pokušava otkriti ključ (ime djeteta, datum rođendana, ime kućnog ljubimca i sl.). Poznato je da se zlonamjerne osobe pokušavaju dokopati ključa prisluškivanjem ili pregledavanjem bilješki vlasnika ključa itd. Postupak šifriranja koristio se davno prije pojave elektroničkih računala pa su razrađeni i različiti postupci šifriranja. Ti su postupci prilagođeni uporabi kod računala te se danas u jednostavnijem ili složenijem obliku često koriste. Mnogo korisničkih programa široke namjene ima ugrađenu mogućnost šifriranja (npr. Microsoft Word i Excel).
Slika 2.1. Sustav šifriranja ključem
Jedan od najpouzdanijih i najsloženijih postupaka šifriranja razvila je tvrtka IBM, a 1977. godine prihvatio ga je Zavod za normizaciju SAD-a (engl. U.S. National Bureau of Standards). Norma je poznata pod imenom DES (kratica od engl. data encryption standard), a u uporabi je kao službena norma u državnim službama SAD-a. Posljednja inačica postupka FIPS 46-1 (1988) šifrira skupine od 64 bita na temelju ključa dužine 56 bita. Identična ANSI norma nosi naziv DEA ANSI X3.92-1981. Šifriranje jednim ključem nije pogodno prilikom slanja podataka npr. elektroničkom poštom. Naime ako korisnik šifrira podatke i želi da samo primatelj može dešifrirati podatke mora mu na neki način dostaviti ključ. Pri toj dostavi ključa postoji opasnost da do ključa dođu nepozvane osobe i tako ugroze tajnost poruke. Čak ako se i osigura tajnost kluča, npr. tako da se ključ pošalje običnom poštom ili priopći telefonom ostaje jedna poteškoća. Ako pošiljatelj želi šifriranu poruku poslati različitim osobama, mora svima njima dostaviti ključeve i to najčešće različite za svakog sudionika. To je nespretno i komplicira postupak slanja šifriranih poruka. Na slici 2.1. sigurna područja su unutar krivulja dok je područje izvan krivulja potencijalno dostupno zlonamjernicima.
II-14
Kao rješenje navedenih poteškoća razvijeni su sustavi šifriranja koji rabe dva ključa: privatni i javni ključ. Svaki sudionik takvog sustava šifriranja ima dva ključa. Jedan njih je privatni ključ (engl. private key)
PRO-MIL
2.3
OBRADA PODATAKA i njega zna samo vlasnik ključa. Drugi je javni ključ (engl. public key) i njega znaju svi. Sustav je građen tako da se poruka šifrira jedinim od ta dva ključa, a dešifrira samo i jedino drugim. Primjerice neka je riječ o dva sudionika razmjene podataka koje ćemo nazvati A i B i neka svaki od njih ima javni i privatni ključ. Tablica 2.5. pokazuje moguće kombinacije ispravnog dešifriranja poruka. Tablica 2.5. Šifriranje i dešifriranje s dva ključa Šifrirano ključem
A_javni
A_privatni
B_javni
B_privatni
Moguće dešifirirati ključem
A_privatni
A_javni
B_privatni
B_javni
Osoba koja želi poslati šifriranu poruku šifrira poruku javnim ključem primatelja poruke. Npr. osoba A iz navedenog primjera bi poruku šifrirala ključem B_javni. Pošiljatelj, dakle, mora znati javni ključ primatelja da bi mu mogao poslati šifriranu poruku. Javni ključ primatelja može lako saznati jer nije tajna i ne mora se kriti. Tako šifrirana poruka može se bez bojazni slati jer je takvu poruku moguće dešifrirati samo privatnim ključem primatelja (u našem primjeru ključem B_privatni). Šifriranu poruku ne može više dešifrirati niti pošiljatelj, jer ne zna privatni ključ primatelja! Kako privatni ključ ne zna nitko osim primatelja, izbjegnuta je opasnost otkrivanja ključa i time dešifriranja poruke. Tako su izbjegnuta obje poteškoće navedene kod šifriranja jednim ključem: ne treba slati ključ pa ne postoji opasnost otkrivanja ključa i ne treba znati ključ pošiljatelja da bi se dešifrirala poruka. Na slici 2.2. sigurna područja su unutar krivulja, dok je područje izvan krivulja potencijalno dostupno zlonamjernicima.
Slika 2.2. Sustav šifriranja s dva ključa 2.3
II-15
PRO-MIL
OBRADA PODATAKA Javni ključevi su, kako im i ime kaže, javni i dostupni svima. Za uporabu sustava potrebno je znati javni ključ primatelja koji može slobodno biti objavljen. Sustav omogućuje još jednu dodatnu pogodnost. Pri šifriranju je moguće informaciju o pošiljatelju ugraditi u poruku u trenutku šifriranja privatnim ključem pošiljatelja. Ta informacija o pošiljatelju naziva se digitalni potpis (engl. digital signature). Takav je potpis moguće dešifrirati samo s javnim ključem pošiljatelja. Ako primatelj može dešifrirati potpis pošiljatelja njegovim javnim ključem (npr. A_javni), onda zna da je taj potpis mogao šifrirati samo i jedino pošiljatelj čiji je to javni ključ jer je jedino on mogao znati privatni ključ kojim je poruka šifrirana (A_tajni). Takav digitalni potpis koji jednoznačno identificira pošiljatelja neusporedivo je teže krivotvoriti od tradicionalnog potpisa na papiru. Ponekad pošiljatelj želi poslati poruku primatelju kojeg ne poznaje i ne zna njegov javni ključ ili nije siguran da javni ključ doista pripada osobi kojoj želi poslati šifriranu poruku. Postoje računala koja se nazivaju ovjereni server (certificirani server, engl. certificate server) na kojima se može naći popis osoba i njihovih javnih ključeva. Postupak objave imena i javnih ključeva je takav da se provjerava identitet osobe i tako osigurava istinitost podataka na serveru. Osoba koja želi svoj javni ključ učiniti dostupnim svima posredstvom poslužitelja s certifikatom mora se prijaviti vlasniku takvog poslužitelja. Postoje dva rasprostranjena sustava šifriranja s dva ključa: PGP (www. pgp.com) i GnuPG (www.gnupg.org). Oba su podjednako pouzdana. Pri komercijalnoj uporabi za PGP sustav potrebno je plaćati naknadu, a za GnuPG nije. Za korisnike Windows operacijskog sustava PGP je pogodniji zbog jednostavnije uporabe (za privatnu uporabu PGP je besplatan). Više informacija o kriptografiji može se saznati na WWW stranicama Referalnog centra za kriptografiju http://pgp.rasip.fer.hr/. Šifriranje podataka Zaštitu tajnosti podataka javnim i privatnim ključem zamislio je matematičar W. Diffie tijekom sedamdesetih godina. Prvi komercijalni sustav s javnim ključem izradila je i patentirala tvrtka RSA Data Security krajem sedamdesetih (autori su R. Rivest, A. Shamir i L. Adleman).
II-16
Zlonamjernici su 1999. godine otkrili način šifriranja elektroničke pošte Hotmail koji je tog trena imao približno pedeset milijuna korisnika. To je ugrozilo privatnost njihovih poruka i povjerenje u Hotmail sustav pa je sustav zatvoren za korisnike sve dok opasnost nije otklonjena. Taj je događaj mnoge korisnike elektroničke pošte podsjetio na ranjivost tajnosti poruka i potaknuo uporabu sustava za šifriranje s dva ključa.
PRO-MIL
2.3
OBRADA PODATAKA PGP (engl. pretty good privacy) je postupak šifriranja upotrebom javnih i privatnih ključeva, a zaštita podataka je tako dobra i sigurna da je vlada SAD-a vodila višegodišnji spor s autorom PGP programa za osobna računala P. Zimmermanom optuživši ga za nedopušteni izvoz strateških proizvoda. Postupak protiv Zimmermana na koncu je obustavljen, a PGP program postao je odličan način zaštite privatnosti podataka korisnika osobnih računala što je postalo posebno važno pojavom Interneta. PGP program namijenjen je ponajprije zaštiti tajnosti podataka pri dopisivanju elektroničkom poštom.
2.3
II-17
PRO-MIL
OBRADA PODATAKA 2.4. Arhiviranje i sažimanje Arhiviranje (engl. file archiving) je postupak kojim se više datoteka sprema u jednu zajedničku datoteku, ali tako da je kasnije moguće iz te zajedničke datoteke izdvojiti datoteke od kojih je sastavljena. Primjerice, neka korisnik radi na projektu čiji su rezultat brojne različite datoteke: tekstualne datoteke, datoteke koje sadržavaju crteže, datoteke koje sadržavaju zvuk itd. Neka korisnik ima više takvih projekata. Bilo bi pogodno u tom slučaju sve datoteke vezane za jedan projekt objediniti na neki način da bi se bilo lakše u njima snaći, a pomoglo bi i da se zabunom ne zagubi neka od datoteka koja pripada projektu. Ako takav projekt treba pohraniti ili poslati elektroničkom poštom, bilo bi najbolje da se svi dijelovi projekta arhiviraju, tj. objedine u jednu datoteku. Postoji više programa za arhiviranje, a jedan o popularnijih je poznat pod nazivom TAR (od engl. tape archive). Arhiviranje programom TAR rabi se uglavnom kod UNIX operacijskog sustava, a datoteke koje su rezultat arhiviranja tim programom imaju produžetak tar. Na slici 2.3. prikazano je arhiviranje i izlučivanje podataka. Najprije je šest datoteka arhivirano u zajedničku datoteku projekt.tar (lijeva polovica slike). Datoteka projekt.tar može se pohraniti ili slati elektroničkom poštom. Kasnije se po potrebi iz te datoteke može izlučiti bilo koja od sastavnih datoteka kako je to prikazano na desnoj polovici slike. Kod osobnih računala arhiviranje se skoro uvijek rabi zajedno sa sažimanjem.
Slika 2.3. Arhiviranje podataka
II-18
Sažimanje (engl. data compression) je postupak pretvorbe podataka na takav način da konačni rezultat pretvorbe ima manje bitova od izvornih podataka. Tako pretvoreni podaci mogu se pohraniti i prenositi, ali je ih je prije prikaza ili obrade potrebno vratiti u izvorni oblik. Glavni razlog uporabe sažimanja jest manje zauzeće memorije i kraće vrijeme potrebno za prijenos podataka. Porastom popularnosti Interneta i čestog prijenosa podataka postalo je bitno količinu podataka koji se prenose što više smanjiti pa se mnogi podaci dostupni Internetom sažimaju. Ponekad se uz sažimanje koristi i arhiviranje pa se tako dobije arhiva koja je ujedno i sažeta. Zbog toga se često datoteke koje su nastale sažimanjem podataka nazivaju arhive pa čak i kad sadrže samo jednu sažetu datoteku. Postoje dvije glavne i bitno različite skupine postupaka sažimanja podataka.
PRO-MIL
2.4
OBRADA PODATAKA U prvu skupinu pripadaju postupci sažimanja bez gubitaka (engl. lossless data compression). Kod takvog je postupka iz sažetog oblika uvijek moguće dobiti potpuni izvorni oblik, tj. rekonstruirati sve podatke koji su sažeti. Takav je postupak sažimanja pogodan za tekstualne datoteke, numeričke datoteke, izvorni kod programa i sve ostale vrste podatka koji moraju nakon sažimanja i vraćanja u izvorni oblik ostati nepromijenjeni.
Slika 2.4. Sažimanje bez gubitaka Uobičajeno se koriste tri postupka sažimanja bez gubitaka. RLE (engl. run length encoding) je postupak sažimanja kod kojega se niz uzastopnih jednakih znakova zamjenjuje kodom u kojem je zapisan broj znakova i kôd znaka. Tako se, primjerice, niz podataka AAAAAAAAAA kodira kao 10A. Ako je svaki znak kodiran jednim bajtom za prvu poruku treba deset bajtova, a za drugu tri. Broj bajtova je smanjen s deset na tri. Iz sažetog oblika uvijek se može dobiti izvorni oblik ako se zna pravilo sažimanja. Huffmanov postupak sažimanja (engl. Huffman coding) jedan je od najstarijih (pojavio se ranih pedesetih godina) i najrasprostranjenijih postupaka sažimanja. Njime se pripisuju kodovi različite duljine različitim znakovima. Tako npr. znak koji se učestalo javlja u poruci, kodira se jednim ili dva bita, a znak koji se javlja malokad s više od dva bita. Općenito, znakovi koji se učestalo javljaju kodirani su s manje bitova od onih koji se javljaju malokad. Ako se kodira na temelju unaprijed određene i nepromjenjive tablice, radi se o neprilagodljivom postupku. Ako se tablica kodova može prilagođivati vrsti podataka, radi se o prilagodljivom postupku. Nedostatak ovog postupka je kodiranje pojedinih znakova, a ne skupina znakova, čime je znatno sužena djelotvornost postupka. 2.4
PRO-MIL
II-19
OBRADA PODATAKA Lempel-Ziv postupak sažimanja (autori su A. Lempel i J. Ziv) pripisuje kodove čitavim nizovima znakova, te se tako dugački niz znakova može zamijeniti jednim kodom koji ima manje bitova od izvornog niza. Primjerice u velikoj tekstualnoj datoteci kodirati se mogu cijele riječi i to tako da se riječima koje se mnogo puta ponavljaju pripiše kod s malo bitova. Uz sažete podatke mora se pohraniti i tablica ili rječnik kodova koji propisuje kojem nizu se pripisuje koji kôd. Bez te tablice nije moguće rekonstruirati izvorne podatke. Ta se tablica gradi automatski i ovisno o podacima koji se kodiraju te se tako postiže prilagodljivost postupka. Postupak je pogodan, primjerice, za tekstualne podatke, ali manje je djelotvoran za sažimanje podataka koji predočuju slike. Lempel-Ziv postupak objavljen je prvi puta 1977. godine, a temelj je CCIT. norme V.24 bis. Uz ostalo rabi se i pri prijenosu podataka modemom. Postoji mnogo popularnih programa za sažimanje bez gubitaka koji se rabe kod osobnih računala. Najpopularniji program za operacijski sustav Windows je WinZIP (www.winzip.com). Za sažimanje datoteka koje sadrže slike razvijeni su posebni postupci od koji je danas najrasprostranjeniji GIF format (LZW sažimanje slika s najviše 256 boja, podržava prozirnost slike i jednostavnu animaciju).
II-20
U drugi skupinu pripadaju postupci sažimanja s gubicima (engl. lossy data compression). Uvjet potpune obnovljivosti izvornih podataka ograničava djelotvornost sažimanja jer nije dopušteno ispustiti niti jedan podatak, ma kako on bio nevažan. Nije, međutim, kod svih podataka prijeko potrebno sačuvati potpunu izvornost podatka. Tipičan primjer jest sažimanje podataka koji predočuju slike. Pri ponovnoj obnovi izvorne slike iz sažetog oblika ispuštanje nekih podataka može biti neprimjetno zbog nesavršenosti ljudskog oka. Tako primjerice ljudsko će oko vrlo teško uočiti malu promjenu u boji jedne zaslonske točke na zaslonu monitora razlučivosti 1.024 x 768. Posebnim postupcima moguće je znatno poboljšati djelotvornost sažimanja slika ispuštanjem podataka iz slike, a da se pri tom značajnije ne naruši vizualni dojam. Takvi postupci sažimanja su postupci sažimanja s gubicima ili djelomično obnovljivi postupci sažimanja i ne omogućavaju potpunu obnovu izvornih podataka. Korisnik može izabrati stupanj gubitaka podataka i tako odrediti najpovoljniji omjer između djelotvornosti sažimanja i vjernosti obnovljene slike iz sažetog oblika. Pri pažljivom izboru stupnja gubitaka moguće je postići i desetak puta bolje sažimanje nego kod postupaka bez gubitaka, a da se vidno ne naruši kakvoća obnovljene slike. Djelotvornost se ne očituje samo u količini sažetih podataka, već i u brzini sažimanja što je posebno važno kod prijenosa i reprodukcije video zapisa. Drugo široko područje primjene sažimanja s gubicima je sažimanje zvučnih zapisa gdje se zbog nesavršenosti ljudskog uha mogu ispustiti određeni zvukovi, a da to previše ne smeta slušatelja.
PRO-MIL
2.4
OBRADA PODATAKA Poznatiji postupci sažimanja s gubicima za slike su:
Slika 2.5. Sažimanje s gubicima JPEG (engl. Joint photographic experts group) je norma za sažimanje podataka s gubicima kojom se može smanjiti veličinu pohranjene slike i do deset puta u odnosu na nesažeti točkasti zapis, bez zamjetnog pogoršanja kakvoće slike. Sažimanje se temelji na odstranjenju visokih frekvencija u slici i zatim sažimanja nekim od postupaka sažimanja bez gubitaka. Postupak je namijenjen sažimanju nepokretnih slika, iako se u nekim slučajevima može koristiti i za sažimanje pokretnih slika. Datoteke sažete ovim postupkom obično imaju produžetak jpg ili jpeg. MPEG (engl. Motion pictures experts group) jest norma za sažimanje pokretnih slika. Temelji se na JPEG normi za sažimanje nepokretnih slika i složenog postupka usporedbe dviju uzastopnih slika u nizu slika. Normom je predviđeno samo zapisivanje razlika između uzastopnih slika, čime se znatno smanjuje količina podataka koje treba pohraniti ili prenositi. Normu razvija MPEG skupina osnovana 1988. godine pod okriljem organizacija ISO i IEC. Trenutno postoje tri inačice norme: norma MPEG-1 iz 1992. godine za reprodukcije približno jednake kakvoće, kakve se dobivaju komercijalnim VHS videorekorderima, koristi se uglavnom kod osobnih računala; norma MPEG-2 iz 1994. godine za reprodukciju visoke kakvoće i norma MPEG-4 koja se još razvija za prijenos pokretnih slika telefonskim linijama relativno male brzine prijenosa (norma MPEG-3 je zastarjela i uklopljena je u normu MPEG-2). Datoteke sažete ovim postupkom obično imaju produžetak mpg ili mpeg. AVI (engl. audio video interleave) je postupak sažimanja pokretnih slika ponajprije namijenjen računalima koja rade s operacijskim sustavom Microsoft Windows. AVI postupak nešto se razlikuje od MPEG postupka i manje je rasprostranjen od njega. Datoteke sažete ovim postupkom obično imaju produžetak avi. 2.4
PRO-MIL
II-21
OBRADA PODATAKA QuickTime postupak sažimanja razvila je tvrtka Apple. Za rad s računalima koja rade s operacijskim sustavom Microsoft Windows potrebno je instalirati besplatan dodatni program. Datoteke sažete ovim postupkom obično imaju produžetak mov. WMV (engl. Microsoft windows media video) je postupak sažimanja video zapisa koji omogućuje tekuću reprodukciju (engl. video streaming), tj. takvu kod koje je reprodukcija moguća istodobno s prijenosom podataka. Kod sažetih datoteka koje nisu predviđene za tekuću reprodukciju potrebno je najprije cjelokupnu datoteku pohraniti na lokalno računalo i tek se onda može reproducirati. Kod datoteka sažetih za tekuću reprodukciju moguća je reprodukcija odmah po prijemu i za vrijeme prijema, bez obzira kako je datoteka velika. Takav postupak pogodan je za npr. prijenos TV programa posredstvom Interneta, ali je za to potrebna velika brzina prijenosa podataka. Datoteke sažete ovim postupkom obično imaju produžetak wmv. ASF (engl. Microsoft advanced streaming format) je postupak sažimanja video zapisa koji omogućuje tekuću reprodukciju (engl. video streaming), tj. takvu kod koje je reprodukcija moguća istodobno s prijenosom podataka. Datoteke sažete ovim postupkom obično imaju produžetak asf. Poznatije norme za postupke sažimanja s gubicima za zvučne zapise su: MP3. Porastom popularnosti Interneta porasla je uz ostalo potreba za sažimanjem zvučnih zapisa. Jedan od najpopularnijih načina sažimanja je sažimanje sukladno normi MPEG-1 Layer III (MPEG Audio Layer 3). Takvim sažimanjem moguće je zadržati relativno visoku razinu kvalitete zvučnog zapisa i uz sažimanje u omjeru do 1:100. Kako tako sažete datoteke imaju produžetak mp3, često se i norma naziva MP3 što može dovesti do zabune i zamjene s normom MPEG-3.
II-22
RealAudio. Osnovna je značajka RealAudio postupka da je on predviđen za tekuću reprodukciju (engl. audio streaming). To znači da se takvi zapisi reproduciraju za vrijeme prijenosa podataka i ponajprije su namijenjeni reprodukciji zvučnih zapisa posredstvom Interneta i WWW preglednika. Bez obzira na veličinu zapisa, reprodukcija počinje čim se prenesu prvi podaci zapisa. Tijekom reprodukcije početka zvučnog zapisa prenosi se ostatak zvučnog zapisa tako da korisnik ne mora čekati na prijenos cijelog zvučnog zapisa prije reprodukcije kao kod MP3 postupka. Postupak omogućuje reprodukciju bez prekida, primjerice prijem radio postaja posredstvom Interneta. Kako je pri takvoj vrsti prijenosa bitno osigurati da podaci stižu na vrijeme da ne bi dolazilo do prekida zvučnog zapisa, težište postupka je na sažimanju na račun kvalitete. Omjer sažimanja RealAudio norme je jednak ili veći od MPEG-1 Layer III norme uz nezamjetnu razliku kvalitete. Datoteke sažete ovim
PRO-MIL
2.4
OBRADA PODATAKA postupkom obično imaju produžetak rm, ra ili ram i rasprostranjene su na Internetu. WMA (od engl. Windows media audio files) je postupak koji je razvila tvrtka Microsoft i koji se izravno natječe s postupkom MP3. Usporedni testovi pokazali su da je WMA postupkom moguće bolje sažeti zvučne zapise od ostalih postupaka, posebice ako se želi postići relativno visoka kakvoća zvuka.
2.4
II-23
PRO-MIL
OBRADA PODATAKA 2.5. Otkrivanje i ispravljanje pogrešaka nastalih pri prijenosu podataka Pri računalnoj obradi podataka podaci se neprestano premještaju s jednog mjesta na drugo. Iz jednog dijela memorije u drugi, iz radne memorije računala na čvrsti disk i obrnuto, s jednog računala u mreži na drugo itd. Pri svakom takvom prijenosu podataka zbog vanjskih utjecaja i nesavršenosti sklopovlja moguća je neželjena i nepredvidiva promjena podataka, tj. nastanak pogreške. Zbog naravi računalne obrade i predodžbe podataka te čestog premještanja podataka od presudne je važnosti otkriti i po mogućnosti ispraviti pogreške. Primjerice, često je dovoljna promjena samo jednog bita pa da velika datoteka bude potpuno neupotrebljiva. Sadržaj te datoteke može biti program, tekst, slika ili bilo što drugo. Pogreška se može otkriti tako da se uz podatke na neki način dostavlja dodatna informacija na temelju koje se pogreške mogu otkriti. Primjerice čovjek može otkriti gramatičke pogreške zato što zna pravila pisanja jezika na kojem je tekst napisan. Da bi to znao, čovjek je morao provesti neko vrijeme učeći pravila i tako steći znanja koja mu omogućuju ispravljanje pogrešaka. Kod računala stanje je složenije jer je riječ o binarnim podacima koji za računalo nemaju značenja pa se pogreška ne može otkriti na taj način. Dodatne podatke koji mogu poslužiti otkrivanju pogreške potrebno je zato dodati samim podacima. Za podatke kojima se može odstraniti dio sadržaja, a da pri tome njihovo značenje ostane nepromijenjeno, kaže se da imaju zalihost ili redundanciju (engl. redundancy). Jednostavan svakodnevni primjer podataka sa zalihošću je ispisivanje brojčanog i slovnog novčanog iznosa na čeku tekućeg računa. Svjesno i namjerno dodana zalihost omogućava očuvanje značenja čak i onda ako je dio ispisane poruke nečitljiv, oštećen ili odstranjen. Sličan postupak namjernog dodavanja zalihosti koristi se i kod digitalnih podataka. Zalihost usporava prijenos podataka jer se osim izvornih, prenose i dodatni zaštitni podaci te poskupljuje predajne i prijamne uređaje koji trebaju oblikovati nadzorne podatke i otkriti pogrešku. Izbor zalihosti je zato kompromis ovisan o svojstvima prijenosnog kanala i željene pouzdanosti prijenosa.
II-24
Jednostavan postupak za otkrivanje pogrešaka je upotreba pariteta podataka (engl. parity). Tim se postupkom za svaki bajt podataka generira jedan bit za otkrivanje pogrešaka. Dodatni bit generira se tako da je ukupan broj logičkih jedinica paran broj. Primjerice, za bajt 10101000 generirao bi se dodatni bit 1, te bi ukupni broj jedinica bio četiri (parni
PRO-MIL
2.5
OBRADA PODATAKA broj). Za bajt 11111100 generirao bi se dodatni bit 0, pa bi ukupni broj jedinica bio šest (paran broj). Na prijamnoj strani treba jednostavno prebrojiti logičke jedince. Ako se ustanovi da njihov broj nije paran, znači da je došlo do promjene nekog od bita pri prijenosu tj. da je došlo do pogreške. Za podatke kojima se dodatni bit generira na opisani način kaže se da imaju parni paritet (engl. even parity). Parni paritet omogućava otkrivanje pogreške ako se promijeni neparni broj bitova jer će se time narušiti paritet. Ako se promjeni parni broj bitova, pogrešku nije moguće otkriti jer ostaje zadovoljen paritet podataka. Zbog toga je paritet primjenjiv samo za kratke skupine bitova, redovito duljine jednog bajta, kod kojih je mala vjerojatnost promjene više od jednog bita. Paritet omogućuje otkrivanje pogreške ali ne i njeno ispravljanje. Tablica 2.6. Primjer pariteta Izvorni podatak (bajt)
Dodani bit pariteta
Podatak s bitom pariteta (9 bita)
Ukupno logičkih jedinica
11111111
0
111111110
8 (parno)
10101101 00000000 11010010
1 0 0
101011011
6 (parno) 0 (parno)
000000000
4 (parno)
110100100
Paritet se, primjerice, koristi za otkrivanje pogreške kod memorije računala gdje se za svaki bajt podataka generira i pohranjuje jedan bit pariteta. To znači da je potrebno 12,5% dodatne memorije za pohranu bita pariteta, što poskupljuje memoriju, ali pruža određenu sigurnost otkrivanja pogrešaka u memoriji. Paritet se koristi i za otkrivanje pogrešaka nastalih pri razmjeni podataka između tipkovnice i računala kod IBM PC sukladnih računala. Parni paritet pretpostavlja dodavanje bita kojem je ukupan broj logičkih jedinica paran. Umjesto parnog broja logičkih jedinica može se izabrati neparni broj logičkih jedinica, pa je riječ o neparnom paritetu (engl. odd parity). Ako se paritet uopće ne koristi, kaže se da su podaci bez pariteta (engl. none parity). Kod prijenosa podataka na veću daljinu, većim brzinama i pri zahtjevu za većom pouzdanošću i sposobnošću otkrivanja pogrešaka, umjesto pariteta koriste se bolji postupci za otkrivanje i ispravljanje pogrešaka. Najrasprostranjenija je skupina postupaka koji dodatak generiraju izvodeći različite matematičke i logičke operacije s bitovima ili bajtovima podataka. Jedan od jednostavnijih postupaka za otkrivanje pogreške je generiranje dodatka koji se naziva zbir za provjeru (engl. checksum). Tim se postupkom zbraja određeni broj bajtova te se zatim taj zbroj koristi za otkrivanje pogreške nastale u tom skupu bajtova. Na prijamnoj strani treba ponovo zbrojiti bajtove i tako dobiveni zbroj usporediti s poslanim zbirom za provjeru. Ako postoji razlika, znači da je došlo po promjene jednog ili više bitova. Jedan od nedostataka korištenja zbir2.5
PRO-MIL
II-25
OBRADA PODATAKA nog dodatka za otkrivanje pogreške je nemogućnost otkrivanja pogreške ako se istodobno promijene dva bita na istom mjestu u dva bajta. U tom će slučaju zbroj ostati isti. Za veće skupine podataka postupak generiranja zbirnog dodatka zamijenjen je kompliciranijim i pouzdanijim LRC i CRC postupkom. LRC postupak može sa sigurnošću otkriti pogrešku promjene jednog bita u skupini bajta kojoj je dodan LRC dodatak. CRC je pouzdaniji, ali i kompliciraniji postupak. Pokazalo se da se pri prijenosu podataka telefonskim linijama javljaju smetnje koje unose pogrešku veću od mogućnosti ispravke LRC postupkom i ostalim spomenutim postupcima za otkrivanje i ispravljanje pogrešaka. U takvim se slučajevima koristi CRC (engl. cyclic redundancy check, cyclic redundancy code) postupak. CRC postupak može otkriti mnogo više pogrešaka od LRC postupka. Procjenjuje se da se postiže 50.000 puta bolji prijenos digitalnih podataka tipičnom telefonskom linijom upotrebom CRC postupka nego bez njega. CRC dodatak može biti 16- ili 32-bitovni. Upotrebom CRC dodatka osigurano je otkrivanje svih pogrešaka ako se promijene jedan ili dva bita, svih pogrešaka ako se promijeni neparni broj bitova, svih pogrešaka ako se promijeni uzastopnih 16 bitova ili manje itd. Upotrebom 16-bitovnog CRC dodatka otkriva se 99,998 % pogrešaka. Istraživanja su pokazala da je takav način zaštite podataka od pogrešaka pogodan za podatke čija je duljina manja od 4 KB i koristi se primjerice kod prijenosa podataka modemom (npr. ZModem protokol). Za podatke duljine do 64 KB koristi se obično 32-bitovni CRC dodatak kojim se otkriva 99,999 999 977 % pogrešaka. 32-bitovni CRC dodatak koristi se primjerice kod mrežnih normi Ethernet, Token Ring i kod Interneta.
II-26
Daljnje poboljšanje moguće je upotrebom posebnih kodova za otkrivanje i ispravljanja pogrešaka. Da bi se u nekoj poruci duljine n bita otkrila i ispravila pogreška jednog bita, potrebno je dodati p pričuvnih bitova prema izrazu (n+p+1) < = 2p. Primjerice, za podatak duljine 32 bita potrebno je dodati najmanje 6 bitova da bi se sigurno otkrila pogreška i ispravio jedan pogrešni bit. U praksi se dodaje 7 bitova na 32-bitovni podatak pa se može otkriti i ispravljati pogreška jednog bita, otkriti pogreška (ali ne i ispraviti) dva bita i u nekim slučajevima otkriti pogreška tri i više bita. Takvi se kodovi koji sadrže i bitove za otkrivanje i ispravljanje pogrešaka najčešće koriste kod memorija, a nazivaju se zajedničkim imenom kodovi za ispravljanje pogrešaka, skraćeno ECC (engl. error correcting code, error checking and correction) ili EDAC (engl. error detection and correction) kodovi. Memorija koja se koristi takvim postupcima naziva se memorija s ispravljanjem pogrešaka (engl. error correcting memory, ECM). Poznatiji kôd za ispravljanje pogrešaka je Hamming kôd koji je 1950. godine izmislio R. W. Hamming. Na svaka četiri bita podataka Hamming kôd dodaje tri bita za otkriva-
PRO-MIL
2.5
Temeljna građa računala
4
11
Memorija
24
Ulazno-izlazni sklopovi
36
Sabirnice
48
Ostali dijelovi računala
Središnja jedinica za obradu (engl. CPU)
TEMELJNA GRAĐA RAČUNALA
3. Temeljna građa računala Pod sklopovljem računala (engl. hardware) podrazumijevaju se svi oni električni, elektronički i mehanički dijelovi od kojih je građeno računalo i pojedini njegovi priključci. To su, primjerice, tiskana pločica, integrirani krugovi, kutija, kabeli itd. Pojednostavljeno se može reći da je sklopovski dio računala sve ono što se može opipati. Ovdje ćemo se pozabaviti temeljnom građom računala koja se danas najčešće susreće, a zove se von Neumannova arhitektura računala. Ova vrsta računala dobila je naziv po briljantnom matematičaru 20. stoljeća Johnu von Neumannu koji je prvi opisao načelno djelovanje tako oblikovanog računala. Von Neumannova arhitektura računala sastoji se od tri glavna dijela: središnje jedinice za obradu, memorije i ulazno-izlaznih sklopova.
Slika 3.1. Načelni prikaz von Neumannove arhitekture računala Središnja jedinica za obradu obrađuje podatke, upravlja i nadzire protok podataka između pojedinih dijelova sustava te usklađuje pravilan rad cijelog računala. Memorija pohranjuje podatke i programe te ih po potrebi stavlja na raspolaganje ostalim dijelovima računala. Ulazno-izlazni sklopovi omogućuju prijenos podataka između računala i okoline. 3.1
PRO-MIL
III-3
TEMELJNA GRAĐA RAČUNALA 3.1. Središnja jedinica za obradu (engl. CPU) Središnja jedinica za obradu (procesor, engl. central processing unit, processor, CPU) prihvaća binarne podatke, rukuje njima na temelju naredbi i prerađene binarne podatke predaje okolini. To se naziva obradom podataka, po čemu je jedinica i dobila ime. Obrada podataka uključuje obavljanje aritmetičkih i logičkih operacija s podacima, postupke premještanja i svrstavanja podataka te ostale moguće operacije s podacima koje se obavljaju pod nadzorom programa. Obrada podataka je, primjerice, zbrajanje dvaju brojeva, usporedba dvaju brojeva, premještanje podataka s jednog mjesta u računalu na drugo itd. Tijekom obrade podataka u računalu podaci putuju iz jednog dijela sustava u drugi, obavljaju se različite logičke i aritmetičke operacije, pohrana i dobavljanje podataka itd. Središnja jedinica za obradu brine o tome da se sve te aktivnosti sinkroniziraju i koordiniraju kako bi sustav djelovao usklađeno i bio svrhovit pa se može reći da, osim obrade podataka, ima i ulogu nadzora nad sustavom. Središnja jedinica za obradu uvelike određuje značajke računala i njegovu cijenu. Kod velikih i starijih računala središnja jedinica za obradu sastoji se od više poluvodičkih komponenata, dok se kod manjih i osobnih računala najčešće sastoji samo od jednog poluvodičkog integriranog kruga nazvanog mikroprocesor. Procesor (mikroprocesor) Procesor je širi pojam od mikroprocesora i obuhvaća sve vrste središnjih jedinica za obradu: mikroprocesore i one koje su sastavljene od više komponenti. Zbog kratkoće izraza i zbog toga što su kod suvremenih osobnih računala središnje jedinice za obradu uvijek mikroprocesori, naziv procesor rabi se kao istoznačnica, pa ćemo i u ovom tekstu rabiti riječ procesor kao istoznačnicu za mikroprocesor. Dodatni razlog uporabe riječi procesor jest činjenica da se naziv procesor uvriježio u literaturi na hrvatskom jeziku kao istoznačnica za mikroprocesor. Procesor (engl. processor) ili mikroprocesor (engl. microprocessor) je poluvodička komponenta kod koje su na jednoj pločici poluvodiča smješteni svi važni dijelovi središnje jedinice za obradu kao što su to npr. aritmetičko-logička jedinica, unutarnji spremnici, nadzorni sklopovi itd. Suvremeni procesori su najsloženije poluvodičke komponente koje se sastoje od više desetaka milijuna tranzistora smještenih na jednu pločicu poluvodiča veličine samo nekoliko desetaka kubičnih milimetara.
III-4
PRO-MIL
3.1
TEMELJNA GRAĐA RAČUNALA
Slika 3.2. Procesor (mikroprocesor) Mikroprocesor (procesor) Prvi mikroprocesor proizvela je tvrtka Intel 1971. godine pod nazivom 4004. To je bio 4-bitovni mikroprocoesor koji se sastojao od 2.300 tranzistora i mogao je izvršiti 60.000 naredbi u sekundi. Prvi popularniji 8bitovni mikroprocesori bili su: Intel 8080 (1974. godine), Intel 8085, Z80, Motorola 6800, MOS 6501 i dr. Kod osobnih računala najrasprostranjeniji su mikroprocesori porodice xx86, primjerice: 286, 386, 486 i Pentium. Postoje različite podjele mikroprocesora, a jedna od mogućih je u tzv. generacije. Tablica prikazuje tipične predstavnike osam generacija mikroprocesora koji su se rabili u osobnim računalima.
1979
Sabirnica podaci/adrese 8/20
Takt vanjski/ unutranji (MHz) 4,77/4,77
1982
16/24
6-20/6-20
3
1985
32/32
16-33/16-33
4
1989
32/32
25-40/25-120
Generacija
Godina prve pojave
8088
1
80286
2
80386 80486
Mikroprocesor
Pentium
5,6
1993
64/32
60-100/60-1200
AMD Athlon
7
1999
64/32
266/500-2200
AMD Athlon 64
8
2003
64/64
400/2000
Osnovni materijal od kojeg se proizvode mikroprocesori je silicij (engl. silicon). Proizvode se od tankih diskova silicija koji se zovu engl. wafer (pločica). Na takvoj se pločici odjednom fotokemijskim postupkom izradi mnogo mikroprocesora koji se zatim rezanjem odijele jedan od drugoga. Tako izrezani mikroprocesor bez kućišta naziva se engl. chip (ploška). Cijena procesora se bitno smanjuje smanjenjem dimenzija pa proizvođači nastoje proizvesti što više logičkih sklopova u što manjem volumenu poluvodiča. Uz ostalo, to nastoje tako da smanjuju širinu vodljivih staza u poluvodiču. Primjerice prvi mikroprocesor 4004 imao je staze široke 10 mikrometara (to je stotinka milimetra), a mikroprocesori proizvedeni 2002. godine su imali širinu vodljivih staza 0,13 mikrometara (što je manje od tisućinke milimetra). Obično se kaže da su takvi mikroprocesori proizvedeni u 0,13 mikrometarskom procesu. (engl. 0,13 micron process).
3.1
PRO-MIL
III-5
TEMELJNA GRAĐA RAČUNALA Za povezivanje procesora s ostatkom računala rabi se skup od nekoliko pomoćnih integriranih krugova poznat pod nazivom engl. chipset. Glavna je zadaća tih pomoćnih integriranih krugova povezati na što bolji način različite dijelove sustava: memoriju, diskove, sabirnice i dr. sa procesorom. Svi podaci prolaze kroz pomoćne integrirane krugove (engl. chipset) i svi ostali dijelovi računala komuniciraju s procesorom posredstvom pomoćnih integriranih krugova. Unutar pomoćnih integriranih krugova sadržan je sklop za upravljanje memorijom, tipkovnicom, mišem, PCI sabirnicom, ATA sučeljem itd. Kako pomoćni integrirani krugovi bitno utječu na cjelokupan rad računala, matične ploče često nose njihovu oznaku npr. SiS 748, VIA KT600 itd. Pomoćni integrirani krugovi su zalemljeni na matičnu ploču i nije ih moguće mijenjati kao mikroprocesor.
Slika 3.3. Načelni prikaz rada pomoćnih integriranih krugova (engl. chipset)
Jedna od važnih značajki procesora je sukladnost sa postojećim programima. Kako na tržištu i kod korisnika postoje milijuni programa, svaki novi procesor mora biti u stanju bez izmjene izvršavati sve te programe. Zbog toga se ta unazadna sukladnost (engl. backward compatibility) mora održati ukoliko procesor želi biti uspješan na tržištu.
III-6
PRO-MIL
3.1
TEMELJNA GRAĐA RAČUNALA
Slika 3.4. Pomoćni integrirani krugovi (engl. chipset) s oznakom VIA S obzirom na skup naredbi koje mogu izvršavati, procesori se dijele u dvije skupine. CISC (od engl. complex instruction set computer) je vrsta procesora koji može izvršavati mnogo različitih složenih naredbi. Da bi to bilo moguće, u toj vrsti procesora moraju biti ugrađeni složeni logički sklopovi što povećava broj ugrađenih komponenti i poskupljuje procesor. Glavna prednost CISC procesora je sposobnost izvršavanja složenih naredbi čime se olakšava pisanje programa za njih. Tipičan predstavnik CISC procesora je Intel 486 porodica procesora. RISC (od engl. reduced instruction set computer) je vrsta procesora koja u načelu može izvršavati bitno manje različitih naredbi od CISC procesora, ali ih može izvršavati brže. Uz to građa takvih procesora je jednostavnija i zahtijeva manje logičkih sklopova pa su jeftiniji. Nedostatak RISC procesora je složeno pisanje programa prevoditelja jer se sve složene naredbe moraju svesti na naredbe koje može izvršiti RISC procesor. RISC procesori su mlađi od CISC procesora, a zamišljeni su u IBM-u. Tipični predstavnici RISC procesora su Sun SPARC i Motorola PowerPc porodice procesora. Unatoč brojnim raspravama koja od navedenih dviju vrsta procesora je bolja, ne postoji dokazana nedvojbena prednost niti jedne vrste. Uz to, kod suvremenih procesora građa jedne i druge vrste procesora sve je sličnija pa tako, primjerice, RISC procesori imaju sve više naredbi, a CISC procesori rabe neka rješenja tipična za RISC procesore. 3.1
PRO-MIL
III-7
TEMELJNA GRAĐA RAČUNALA
Slika 3.5. Prikaz razvoja mikroprocesora (broj tranzistora u odnosu na godinu proizvodnje) Često se kaže da je jedna vrsta procesora računalno snažnija ili da ima veću moć od druge vrste. Pri tome se pod računalnom snagom podrazumijeva sposobnost obrade podataka. Računalna snaga središnje jedinice za obradu ovisi o količini podataka koju može obraditi u jedinici vremena, a ovisi o više čimbenika. Prvi od tih čimbenika je frekvencija takta (engl. clock) procesora jer se podaci obrađuju u koracima. Tipičan slijed pri obradi podataka je: • dobava prvog podatka iz memorije u procesor, • dobava drugog podatka iz memorije u procesor, • obrada podataka (npr. zbrajanje), • pohrana rezultata u memoriju. Svaka od navedenih operacija zbiva se u jednom ili više koraka ili takta pa je računalu za obavljanje cjelokupnog posla u ovom primjeru potrebno nekoliko koraka. Jednostavnije operacije obavljaju se u jednom koraku, a složenije (npr. množenje) u više koraka. Težnja je konstruktora da sagrade CPU sa što većom frekvencijom takta kako bi mogla obaviti što više operacija u jedinici vremena. Prva osobna računala su početkom sedamdesetih godina 20. stoljeća radila s frekvencijom takta 2 MHz što je značilo da je takvo računalo obavljalo dva milijuna operacija u sekundi. Suvremena računala rade s frekvencijama takta od približno 2 GHz što znači da su u tom pogledu tisuću puta brža od onih od prije desetak godina. Svaka nova generacija procesora radi s većim frekvencijama takta od prethodne, a taj je podatak toliko važan da je redovito naveden kao bitna značajka cijelog računala.
III-8
Glavno ograničenje povećanja frekvencije koraka je ograničenje brzine poluvodičkih integriranih sklopova i brzine širenja električnih signala
PRO-MIL
3.1
TEMELJNA GRAĐA RAČUNALA kroz spojne vodove između pojedinih dijelova računala. To je još jedan od razloga da se procesor proizvede što manji kako bi signali putovali što kraćim putovima. Drugi važan čimbenik koji određuje računalnu snagu jest količina bitova koju procesor istodobno može obraditi. U prvim osobnim računalima procesori su mogli obraditi u jednom koraku 8 bitova te su se nazivali 8-bitovni. Prvi procesori upotrijebljeni u osobnim računalima mogli su također u jednom koraku obraditi 8 bitova (npr. 8080, 6800, Z80 itd.) pa su se nazivali 8-bitovni. Suvremena osobna računala imaju procesore koji u jednom koraku mogu obraditi 16, 32 i 64 bita. Procesori koji se upotrebljavaju u suvremenim osobnim računalima jesu 32-bitovni (npr. i486, Pentium, 68040). Takvi procesori nazivaju se 32-bitovni, a često se i računalo naziva 32-bitovnim računalom. Procesor koji može u jednom koraku obraditi 32 bita ima veću računalnu snagu od onog koji istodobno može obraditi 8 bitova. Cjelokupna građa procesora prilagođena je količini bitova koju obrađuje u jednom koraku (unutarnji spremnici, unutarnje sabirnice itd.). Treći čimbenik koji bitno utječe na računalnu snagu jest građa (arhitektura) procesora i osobito način na koji dobavlja i obrađuje podatke. Neki procesori imaju mogućnost istodobne obrade podataka (npr. zbrajanja) i dobave novog podatka iz vanjske memorije, čime se znatno ubrzava ukupna obrada podataka. Računalna snaga može se mjeriti na razne načine, ovisno o tome koja značajka sustava je bitna korisniku. Računalna snaga uglavnom se mjeri tako da se mjeri vrijeme potrebno računalu da obavi određenu obradu podataka ili pak se mjeri količina podataka koje računalo može obraditi u jedinici vremena (obično jednoj sekundi). Različiti računalni programi koji omogućuju takva mjerenja zovu se zajedničkim imenom engl. benchmark. Dvije mjere koje su duže vremena u uporabi su MIPS i MFLOPS. MIPS (od engl. mega instructions per second) je jedinica mjere za brzinu obrade podataka u računalu, izražena u milijunima naredaba u sekundi. Primjerice, računalo za koje se kaže da ima 10 MIPS-a može izvršiti 10 milijuna naredaba u sekundi. Suvremeni procesori imaju računalnu snagu nekoliko tisuća MIPS-a. Obično se bira skup različitih naredaba za koje se pretpostavlja da će se koristiti pri pisanju programa. MFLOPS (od engl. mega floating points instructions per second) je jedinica za brzinu obrade podataka u računalu izražena u milijunima naredaba koje obrađuju podatke (brojeve) s pomičnim zarezom u sekundi. MFLOPS je ponajprije namijenjen mjerenju računalne snage glede računskih operacija koje obrađuju podatke s pomičnim zarezom. 3.1
PRO-MIL
III-9
TEMELJNA GRAĐA RAČUNALA Postoji mnogo testova koji provjeravaju pojedine dijelove sustava, pa tako primjerice postoje testovi za MS DOS i za Windows operacijski sustav, za testiranje radne memorije, testiranje procesora, testiranje CD-ROM pogonskog mehanizma, tvrdog diska, testiranje grafičke kartice, testiranje zvučne kartice, zajedničko testiranje svih dijelova sustava itd. Mnogi računalni časopisi pri opisu računala rabe neke od takvih testova. Pri usporedbi dvaju računala korisnik mora dobro znati o kojem se testu radi i odražava li taj test doista one značajke koje su njemu bitne.
III-10
PRO-MIL
3.1
TEMELJNA GRAĐA RAČUNALA 3.2. Memorija Kod von Neumannove arhitekture računala program i podaci pohranjeni su u dijelu računala koji se zove memorija. Memorija elektroničkog računala ima sposobnost pohrane ili čuvanja određene količine podataka. Najveća količina podataka koju memorija može pohraniti naziva se kapacitet memorije i najčešće se izražava u bajtovima ili većim jedinicama: KB, MB, GB itd. Memorija, o kojoj je ovdje riječ, zove se radna memorija i ugrađena je u samo računalo. Radna memorija je ona memorija koju procesor koristi za neposrednu pohranu i dobavu podataka. Dok je računalo uključeno i dok obrađuje podatke, ti podaci i programi nalaze se u radnoj memoriji. U radnoj se memoriji obično nalazi jedan program, a rjeđe dva i više programa. Obično se nekoliko bitova skuplja (najčešće jedan bajt) i pohranjuje na određeno mjesto u memoriji. Ovo mjesto naziva se memorijska lokacija. Memorijske lokacije možemo zamisliti kao niz pretinaca, od kojih svaki ima svoju adresu i može pohraniti jedan bit ili određenu količinu bitova, najčešće jedan bajt. Želi li se pohraniti bajt u memorijsku lokaciju, potrebno je navesti adresu te lokacije. Također, želi li se pročitati neki bajt iz memorije, potrebno je navesti adresu memorijske lokacije u kojoj je on pohranjen. Razvojem računala i računalnih programa neprestano raste potreba za što većim kapacitetom memorije. Primjerice osobno računalo IBM PC je u trenutku pojave na tržištu moglo imati najveći kapacitet radne memorije 640 KB. Njegovi konstruktori nisu mogli zamisliti da bi ikad trebao veći kapacitet od toga. Četvrt stoljeća kasnije, današnja računala imaju radne memorije kapacitete nekoliko stotina MB, uobičajeno 256 MB ili 512 MB. Ovisno o izvedbi, radna memorija ima ugrađene mogućnosti otkrivanja pogrešaka vlastite pohane podataka. Postupci su opisani u odjeljku " Otkrivanje i ispravljanje pogrešaka nastalih pri prijenosu podataka". Memorije s naprednim postupcima otkrivanja pogrešaka obično, uz ostalo, nose oznaku ECC. S obzirom na postojanost podataka radnu memoriju računala možemo podijeliti u dvije skupine: RAM i ROM. RAM RAM (engl. random access memory) je upisno-ispisna memorija (naziva se još i memorija s neograničenim pristupom). To je radna memorija u koju se mogu upisivati i iz nje čitati podaci onoliko puta koliko želimo. Pohranjeni podaci ostaju u ovoj memoriji dok ih računalo 3.2
PRO-MIL
III-11
TEMELJNA GRAĐA RAČUNALA namjerno ne promijeni ili dok se ne prekine napajanje memorije električnom energijom. Dakle, RAM gubi svoj sadržaj prekidom napajanja pa se naziva i nepostojana memorija (engl. volatile memory). Isključi li se računalo, brišu se svi podaci koji su pohranjeni u RAM-u i oni se nepovratno gube. Glavne značajke RAM-a su kapacitet i brzina rada. Poželjno je da je RAM što većeg kapaciteta kako bi se pohranilo što više podataka. Međutim, računalo s velikim kapacitetom memorije veoma je skupo, što je neprihvatljivo za korisnika. Brzina rada RAM-a određena je brzinom kojom ova memorija pohranjuje i izdaje podatke. Spomenuto je već da je za čitanje nekog podatka iz memorije potrebno navesti adresu memorijske lokacije u kojoj se taj podatak nalazi. Od pojave željene adrese na adresnim sabirnicama pa do pojave podatka pohranjenog u traženoj lokaciji na podatkovnim sabirnicama, protekne određeno vrijeme. To se vrijeme zove vrijeme pristupa memoriji (engl. memory access time). Vrijeme pristupa ograničava brzinu kojom se mogu čitati podaci iz memorije i upisivati u nju pa može znatno ograničiti brzinu rada cijelog računala. Zbog toga se u računala nastoji ugraditi RAM sa što kraćim vremenom pristupa. Tehnologija izrade poluvodičkih komponenata od kojih su građeni suvremeni RAM-ovi ograničava brzinu pristupa na nekoliko desetaka nanosekundi. Brzim RAM-ovima u suvremenim osobnim računalima smatraju se oni kojima je vrijeme pristupa desetak nanosekundi, a sporima se smatraju RAM-ovi koji imaju vrijeme pristupa stotinjak nanosekundi. Vrijeme pristupa RAM-u jednako je za sve pohranjene podatke, bez obzira na to u kojem se dijelu memorije oni nalaze, za razliku od drugih vrsta memorije gdje vrijeme pristupa bitno zavisi o smještaju podataka (npr. magnetski i optički disk, magnetska vrpca i dr.). Cijena RAM-a skokovito raste sa skraćenjem vremena pristupa pa pri gradnji računala uvijek treba odrediti mjeru između cijene i brzine. Suvremeni su RAM-ovi građeni od poluvodičkih integriranih krugova. S obzirom na način rada postoje dvije glavne vrste ove memorije: statička i dinamička. SRAM
III-12
Statička radna memorija ili skraćeno SRAM vrsta je radne memorije kojoj je svaki bit pohranjen u jednom od bistabilnih sklopova smještenih u memorijskom integriranom sklopu. Bistabilni sklop je elektronički sklop sastavljen uglavnom od dva do šest tranzistora i nekoliko otpornika. Bez vanjskih poremećaja, bistabilni sklop trajno zauzima jedno od dva stabilna stanja. Prelazak iz jednog stanja u drugo potiče se odgovarajućim signalom izvana. Jedno od stanja može se predočiti logičkom 0, a drugo logičkom 1. Upisani podatak ostaje pohranjen do prekida napajanja ili namjerne promjene.
PRO-MIL
3.2
TEMELJNA GRAĐA RAČUNALA Prednosti SRAM-a su jednostavnost građe, jednostavnost pogona i veoma brz pristup memoriji. Nedostatak SRAM-a su relativno velike dimenzije bistabilnog sklopa što ograničava broj bistabila koji se mogu smjestiti na jednu pločicu poluvodiča. SRAM-ovi su znatno manjeg kapaciteta od kapaciteta dinamičkih memorija (za jednaku površinu poluvodiča), dok je istodobno cijena za isti kapacitet znatno veća od cijene dinamičke memorije. U SRAM-u se pohranjuju male količine podataka, npr. pohrana karakterističnih parametara računala, brza priručna memorija (engl. cache) i sl.
Slika 3.6. CMOS SRAM (pravokunog oblika lijevo); desno je baterija Ponekad se SRAM memoriji dogradi baterija kako bi se sadržaj memorije zadržao i nakon prekida napajanja računala. Kod osobnih računala ta je memorija poznata pod nazivom CMOS memorija. Iako taj naziv govori o tehnologiji izrade, uvriježilo se rabiti ga za vrstu SRAM radne memorije osobnih računala koja ne gubi svoj sadržaj prekidom napajanja računala. Kapacitet te memorije je mali (obično 64 KB), a u njoj se čuvaju podaci koji moraju biti prisutni u trenutku uključenja računala, primjerice: broj i tip disketnih jedinica i tvrdih diskova, medij na kom se nalazi operacijski sustav, različite postavke vezane za memoriju, lozinke i sl. Ti se podaci nazivaju konfiguracija sustava. Podatke u CMOS memoriji moguće je prema potrebi mijenjati odmah po uključenju računala pokretanjem odgovarajućeg programa. To je međutim malokad potrebno raditi, obično pri prvom pokretanju računala ili pri promjeni sklopovlja računala. Pogrešnim unošenjem podataka moguće je onesposobiti računalo pa pri promjeni tih podataka treba biti oprezan. CMOS memorija napaja se iz minijaturnog akumulatora koji se puni dok je računalu uključeno. Podaci u CMOS memoriji ostaju nepromijenjeni sve dok se ne prekine napajanje što je moguće vađenjem akumulatora ili otvaranjem odgovarajućeg kratkospojnika. Brisanje CMOS memorije potrebno je samo zbog pogrešno upisanih postavki zbog kojih računalo neispravno radi ili zbog brisanja upisane lozinke koju je korisnik zaboravio. Lozinku koja se ovdje spominje ne treba miješati s različitim lozinkama vezanim za operacijski sustav ili Internet. Lozinka u CMOS memoriji služi samo za pristup podacima u CMOS memoriji.
3.2
III-13
PRO-MIL
TEMELJNA GRAĐA RAČUNALA DRAM Dinamička radna memorija ili DRAM vrsta je radne memorije kojoj je svaki bit pohranjen kao naboj u minijaturnom kondenzatoru smještenom u memorijskome integriranom sklopu. Zbog nesavršenosti dielektrika u kondenzatoru naboj pohranjen u kondenzatoru se postepeno gubi, pa se time gubi i podatak pohranjen u tom kondenzatoru. Kako se to ne bi dogodilo, potrebno je naboj obnoviti prije nego se kondenzator potpuno isprazni. Naboj se obnavlja pomoću posebnih sklopova koji najprije čitaju podatke, a zatim obnavljaju naboj svakog kondenzatora sukladno očitanoj vrijednosti. Taj se postupak zove obnova ili osvježavanje memorije (engl. memory refreshing) i događa se svakih nekoliko milisekunda pa i kraće. Zbog toga je razmjena podataka s DRAM memorijom sporija i kompliciranija nego razmjena sa SRAM memorijom.
Slika 3.7. Integrirani krugovi DRAM memorije Prednost DRAM-a su male dimenzije kondenzatora koji pohranjuje bit informacije pa je moguće smjestiti mnogo takvih kondenzatora na jednu pločicu poluvodiča. Suvremeni DRAM-ovi mogu pohraniti nekoliko milijuna bitova na jednoj jedinoj pločici poluvodiča. Nedostatak DRAM-a je potreba za relativno složenim pogonskim sklopom i sporost u radu uzrokovana obnavljanjem memorije. Cijena dinamičkih memorija kojima je kapacitet veći od nekoliko desetaka KB, uključivši i pogonske sklopove, niža je od cijene statičkih memorija, tako da je radna memorija u suvremenim osobnim računalima DRAM. Različitim se postupcima komuniciranja s DRAM-om pokušava povećati brzina njegova rada pa postoje različite izvedbe DRAM memorija. FPM DRAM (engl. fast page mode DRAM) je inačica DRAM memorije koja uz pomoć vlastitih logičkih sklopova ubrzava čitanje podataka koji se nalaze u bliskim memorijskim lokacijama. Frekvencija takta s kojom može raditi ova vrsta memorije je približno 30 MHz. Što je frekvencija takta veća, moguće je u jedinici vremena razmijeniti više podataka, tj. memorija je brža.
III-14
EDO DRAM (engl. extended data out DRAM) je memorija građom slična FPM DRAM memoriji s dodatnom mogućnošću da postupak čitanja novih podataka može započeti prije nego su prethodni podaci u potpunosti pročitani. Frekvencija takta s kojom može raditi ova vrsta memorije je približno 40 MHz.
PRO-MIL
3.2
TEMELJNA GRAĐA RAČUNALA SDRAM (engl. synchronous DRAM) je bitno poboljšana inačica DRAM memorija koja ima sposobnost sinkronizacije s taktom mikroprocesora i zbog toga brže razmjene podataka. Na tržištu se ova memorija obično nalazi pod nazivom PC100 SDRAM (frekvencija takta s kojom može raditi ova vrsta memorije je približno 100 MHz) i PC133 SDRAM (133 MHz). DDR SDRAM (engl. double data rate SDRAM) je poboljšana inačica SDRAM memorije koja može razmjenjivati podatke na uzlaznom i silaznom bridu pravokutnog signala takta (sve do sada spomenute memorije to mogu samo na uzlaznom bridu). Tako se praktično udvostručuje brzina čitanja podataka. Na tržištu se ova vrsta memorije nalazi pod nazivom: PC1600 DDR SDRAM, PC2100 DDR SDRAM, PC2700 DDR SDRAM, PC3700 DDR SDRAM i dr. Brojke označavaju količinu podataka koju memorija može razmijeniti s okolinom u jednoj sekundi izraženo u MB. Primjerice, PC1600 može razmjenjivati podatke uz takt od 200 MHz i pri tom razmijeniti 1.600 MB u sekundi. RDRAM (engl. Rambus DRAM) je tehnologija koju je patentirala tvrtka Rambus (www.rambus.com), a glavni joj je zagovornik tvrtka Intel. Unatoč brojnim tehnološkim prednostima i najvećoj brzini rada od svih do sad spomenutih vrsta memorija, RDRAM još nije rasprostranjen zbog visoke cijene i slabe potpore proizvođača matičnih ploča. RDRAM memorija ne može se ugraditi na matične ploče predviđene za DDR SDRAM memoriju pa je za njihovu uporabu potrebno imati prilagođenu matičnu ploču. Na tržištu se ova vrsta memorije nalazi pod nazivom: PC800 (3,2 GB/s), PC1066 (4,2 GB/s), PC1200 (4,8 GB/s) i dr. Sve gore navedene memorije podatke spremaju u jednaku vrstu dinamičke RAM memorije, što se može vidjeti i po tome što sve u svom nazivu sadrže kraticu DRAM. Razlike među njima su u načinu osvježavanja i načinu razmjene podataka s okolinom.
Slika 3.8. Memorijski moduli Zbog svoje važnosti i cijene radna memorija računala građena je tako da se može lako naknadno ugrađivati i mijenjati. Kupac tako može birati kapacitet radne memorije prema svojim potrebama i cijeni. U slučaju potrebe memoriji se može povećati kapacitet tako da se ugrade dodatni 3.2
PRO-MIL
III-15
TEMELJNA GRAĐA RAČUNALA memorijski integrirani krugovi. Takvo se povećanje kapaciteta memorije naziva proširenje memorije. Da bi se olakšalo proširenje memorije memorija se prodaje i ugrađuje u tzv. memorijskim modulima. Memorijski modul je tiskana pločica na koju su zalemljeni memorijski integrirani krugovi i na čijem se jednom rubu nalaze konektori. Na matičnoj ploči postoje odgovarajući konektori u koje je moguće utaknuti memorijski modul. Ovisno o izvedbi matične ploče postoji dva ili više konektora za memorijske module. Postoji nekoliko različitih modela memorijskih modula koji nisu međusobno zamjenjivi. SIMM (engl. single inline memory module) je najstarija vrsta memorijskog modula i ne rabi se više u suvremenim računalima. Moraju se ugrađivati u paru. Postoje izvedbe s 30 (DRAM) i 72 (FPM) kontakta. DIMM (engl. dual inline memory module) je trenutno najrasprostranjenija vrsta memorijskih modula. Postoje izvedbe sa 168 (FPM, EDO, SDRAM) i 184 (DDR) konektora. Mogu se ugrađivati pojedinačno. SODIMM (engl. small outline dual inline memory module) su memorijski moduli namijenjeni prijenosnim računalima pa su najmanjih dimenzija od svih modula. Postoje izvedbe sa 72 (FPM, EDO), 144 (FPM. EDO. SDRAM) i 200 kontakata (DDR). RIMM (engl. Rambus inline memory module) je namijenjen RDRAM memorijama. Postoje izvedbe sa 168 i 184 kontakta. Ako je trgovački naziv memorije: DIMM PC-2100, 128 MB, 184 pins, DDR RAM, 266 MHz, to znači da je riječ o memorijskom modulu DIMM sa 184 kontakta, kapacitet je 128 MB, memorija radi s taktom 266 MHz, najveća brzina razmjene podataka je 2100 MB u sekundi i da je vrsta memorije DDR SDRAM.
Slika 3.9. Memorijski modul umetnut u priključnicu na matičnoj ploči računala
III-16
PRO-MIL
3.2
TEMELJNA GRAĐA RAČUNALA Prividna (virtualna) memorija Ograničenje radne memorije računala navelo je konstruktore računala i operacijskih sustava da u nuždi koriste relativno velik kapacitet tvrdog diska kao dio radne memorije. Odgovarajućim programskim postupcima postiže se to da tvrdi disk oponaša dio radne memorije te se tako procesoru čini da mu je na raspolaganju mnogo veća radna memorija no što to ona doista jest. Takva se memorija zove prividna ili virtualna memorija (engl. virtual memory). Primjerice, MS Windows ima ugrađenu potporu prividne memorije i korisnik može izabrati koliki dio tvrdog diska želi namijeniti prividnoj memoriji. Glavna prednost prividne memorije jest prividno raspolaganje mnogo većom radnom memorijom no što je stvarno ugrađena u računalo. Glavni nedostatak prividne memorije jest višestruka sporost u odnosu na radnu memoriju. Zamisao upotrebe jeftinije, ali na žalost i sporije memorije, umjesto radne memorije stara je koliko i elektronička računala pa je, primjerice, primijenjena u jednostavnom obliku već u jednom od prvih računala Manchester Mark I.
Flash memorija Flash memorija (engl. flash memory) posebna je vrsta poluvodičkih memorija čija je glavna značajka da se ponaša poput RAM memorije, ali joj je sadržaj neovisan o napajanju. Iz flash memorije se po volji mogu čitati podaci, ali je za pohranu novih podataka potrebno prethodno izbrisati postojeće. Pri tome to nije moguće na samo jednoj memorijskoj lokaciji, već se mora izbrisati cijelo područje uzastopno smještenih memorijskih lokacija (engl. chunck). Takav postupak znatno usporava rad i praktično ograničava upotrebu ove vrste memorije kao uobičajene radne memorije računala. S jedne strane flash memorija objedinjuje dobra svojstva RAM memorije (nema pokretnih dijelova) i medija za trajnu pohranu podataka, primjerice tvrdog diska (sadržaj neovisan o napajanju). S druge pak strane znatno viša cijena po bitu pohranjenih podataka i ograničen vijek trajanja ograničava njenu uporabu na posebna područja primjene. Približno je 100.000 puta moguće ponoviti postupak upisa podataka prije nego flash memorija postane neupotrebljiva. To pri uobičajenoj uporabi flash memorije odgovara trajnosti od približno 10 godina. Flash memorije rabe se uglavnom kao praktična zamjena za tvrdi disk relativno malog kapaciteta (manjeg od 1 GB). Najviše se primjenjuju kod osobnih računala kao prijenosni medij za pohranu i kod digitalnih fotoaparata. Jedna od uobičajenih primjena flash memorije kod suvremenih osobnih računala jest njena uporaba za pohranu BIOS-a umjesto ROM memori3.2
PRO-MIL
III-17
TEMELJNA GRAĐA RAČUNALA je (tzv. flash BIOS). To omogućuje zamjenu BIOS-a novim inačicama, a kako se to čini malokad, ograničenje trajnosti flash memorije i brzina upisa nisu prepreka. Memorijski ključić (engl. USB memory key) Memorijski ključić (engl. keydrive, keychain drive, pen drive, pocket drive, thumb drive, USB flash drive, USB flash memory drive, USB key, USB memory key, flash RAM, USB stick) je popularna inačica flash memorije smještene u praktično kućište dužine 3-6 cm na čijem se jednom kraju često nalazi privjesak za ključeve. Na kućištu se nalazi USB priključak kojim se može izravno priključiti na računalo. MS Windows XP operacijski sustav "vidi" tako priključeni memorijski ključić kao dodatni tvrdi disk i njime se može rukovati jednako kao i tvrdim diskom računala. Memorijski se ključići proizvode u rasponu kapaciteta od 64 MB do 1 GB, a služe kao praktičan medij za prijenos podataka s jednog računala na drugo.
Slika 3.10. Memorijski ključići
PC Card (PCMCIA).
III-18
Male dimenzije prijenosnih računala ograničavaju količinu sklopovlja koje se može izravno ugraditi u računalo pa je, ovisno o potrebama korisnika, dodatke potrebno prigrađivati izvana. Prvo takvo proširenje, koje se pojavilo znatno prije memorijskih štapića, bile su memorijske kartice pomoću kojih se povećavala radna memorija računala. Isprva se za te kartice rabio naziv PCMCIA kartice, ali je zbog teškoće izgovaranja naziva izabran novi naziv PC Card. Kartice su normiranih dimenzija kućišta i priključnica (priključnica ima 68 priključaka) i mogu se
PRO-MIL
3.2
TEMELJNA GRAĐA RAČUNALA priključiti na bilo koje računalo opskrbljeno PCMCIA priključkom. Veličine su otprilike poput kreditne kartice (85,6 mm x 54,0 mm), a debljina im ovisi o građi. PC Card kartice mogu umjesto memorije sadržavati i različite druge uređaje, npr.: modem, mrežno sučelje, tvrdi disk itd. Norma propisuje tri debljine: tip I debljine 3,3 mm (uglavnom memorijske kartice), tip II debljine 5 mm (uglavnom ulazno-izlazne kartice, npr. modem ili faks/modem uređaji, mrežna sučelja), tip III debljine 10,5 mm (tvrdi disk, veće memorije, složenije ulazno-izlazne kartice). U PC Card kartice može biti ugrađena DRAM memorija ili flash memorija. Pojavom memorijskih štapića PC Card kartice se malokad rabe kao flash memorija.
Slika 3.11. PC Card kartica
Razvoj PC Card Prva PC Card kartica razvijena je u tvrtki Poquet u SAD, a zamislio ju je Neil Chandra. Želeći normirati građu kartica, kako bi bile primjenjive na bilo kojem računalu, proizvođači osnivaju 1989. godine neprofitno udruženje PCMCIA (engl. Personal computer memory card international association). Udruženje okuplja više stotina tvrtki iz cijeloga svijeta, a zadaća mu je koordinirati razvoj kartica i donositi norme za njihovu građu i primjenu. Članice udruženja mogu na svoje PCMCIA kartice stavljati logotip PC Card kojim potvrđuju svoje članstvo i upotrebu PCMCIA tehnologije.
Slika 3.12. Flash memorijske kartice za prijenosne uređaje Flash kartice Najveću primjenu flash memorija ima u digitalnim fotoaparatima. Mala potrošnja energije, male dimenzije i odsustvo pokretnih dijelova čine je upravo idealnom za pohranu slika. Razvijeno je nekoliko inačica flash memorija za tu primjenu u obliku praktičnih flash kartica: Secure Digital (SD) Media Card (64 MB do 1 GB), xD-Picture Card (32 MB do 512 MB), Smart Media (16 MB do 128 MB), Compact Flash (64 MB do 4 GB), Memory Stick (64 MB do 256 MB) i MultiMedia Card MMC 3.2
PRO-MIL
III-19
TEMELJNA GRAĐA RAČUNALA (16 MB do 128 MB). Osim u fotoaparatima ponekad se ova vrsta memorija rabi i u drugim uređajima: video kamerama, ručnim računalima, MP3 prijenosnim uređajima, pisačima i dr. Kako na računalu ne postoji priključnica na koju bi se mogla priključiti bilo koja od navedenih flash kartica, potrebno je nabaviti čitač kartica. To je mali uređaj koji se pomoću USB priključnice priključuje na računalo, a na sebi ima utore u koje se mogu priključiti flash kartice.
Slika 3.13. Čitač memorijskih flash kartica ROM ROM (engl. read only memory) ispisna je memorija, tj. memorija u koju se podatak može upisati samo jednom. Nakon upisa podatak se može čitati onoliko puta koliko se želi, ali ne i mijenjati, brisati ili upisivati novi podatak. Zato je primjena ove memorije ograničena na pohranu podataka koji su uvijek jednaki i nepromijenjeni. Takvi su, primjerice, podaci u svezi s prikazom slova na zaslonu, dijelovima operacijskog sustava itd. Takvih nepromjenljivih podataka ima relativno malo pa je ugrađeni ROM malog kapaciteta (npr. 128 KB). Podatke u ROM upisuje proizvođač računala i korisnik ih nikada ne mijenja. U ROM-u su najčešće pohranjeni podaci potrebni operacijskom sustavu računala pa korisnik malokad izravno koristi te podatke.
III-20
Kod starijih računala ROM i CMOS su bile jedine memorije koje nisu gubile svoj sadržaj prekidom napajanja. CMOS memorija namijenjena je pohrani male količine podataka o konfiguraciji računala i nije pogodna za pohranu dijelova operacijskog sustava pa su oni bili pohranjeni u ROM memoriji. Tako se pri uključenju računala mogao početi izvršavati jedini raspoloživ program, a to je onaj pohranjen u ROM memoriji. Tek izvršenjem tog programa operacijski sustav bi se s tvrdog diska premjestio u radnu memoriju računala i zatim počeo izvršavati. Bez tog početnog programa nije moguć rad računala. Taj se program upisao u ROM kod proizvođača računala i korisnik ga više nije mogao mijenjati,
PRO-MIL
3.2
TEMELJNA GRAĐA RAČUNALA osim u slučaju promjene ROM-a što je za prosječnog korisnika nepraktično. ROM memorija je jeftinija od bilo koje druge vrste memorije, ali je nemogućnost promjene upisanog programa kod korisnika dovela do zamjene ROM memorije flash memorijom. Riječ je o flash EPROM (FEPROM) memoriji koja omogućuje brisanje i pisanje podataka koji zatim ostaju trajno zapisani i kad nema napajanja. Suvremena računala zato za pohranu dijelova operacijskog sustava i programa koji se pokreće pri uključenju računala rabe flash EPROM, u koje korisnik po potrebi može upisati noviju inačicu programa pomoću relativno jednostavnog postupka i bez otvaranja računala. Brza priručna memorija (engl. cache) Između memorije i procesora postoji nerazmjer u brzini. Procesor može slati i primati podatke brže nego što može memorija zbog čega je ograničena ukupna brzina razmjene. Povećanje brzine rada memorije, odnosno skraćenje vremena pristupa, uvelike bi i neprihvatljivo povećalo cijenu. Vremensko usklađivanje razmjene provodi se uglavnom na dva načina. Jednostavniji i lošiji način jest uvođenje stanja čekanja za procesor (engl. wait state). Pri svakoj razmjeni podataka s memorijom procesor čeka nekoliko koraka (od jedan do tri) kako bi memorija imala dovoljno vremena za razmjenu. Neželjena posljedica takvog rada jest usporavanje razmjene podataka koja se svodi na brzinu memorije. Bolji, složeniji i skuplji način je ugradnja brze priručne memorije. Razmjena podataka između brze priručne memorije i radne memorije zbiva se dok je procesor zauzet obradom već dobavljenih podataka. Brza priručna memorija (engl. cache) brza je memorija relativno malog kapaciteta koja pohranjuje dio sadržaja radne memorije te tako ubrzava razmjenu podataka između procesora i radne memorije. Građa i uporaba brze priručne memorije zavisi o njezinoj namjeni i proizvođaču. Brza priručna memorija (engl. cache) ubrzava razmjenu podataka između procesora i radne memorije, a sastoji se od vrlo brze memorije višestruko manjeg kapaciteta od radne memorije (od 1 KB do 1 MB kod IBM sukladnih osobnih računala) i složenog upravljačkog sklopa. U radnu memoriju računala ugrađene su komponente DRAM-a, a u brzu priručnu memoriju brže i skuplje komponente SRAM-a. Temeljno načelo djelovanja je jednostavno: kada procesor zatraži razmjenu podataka s memorijom, upravljački sklop brze priručne memorije najprije provjerava nalazi li se taj podatak u priručnoj memoriji. Ako je podatak u brzoj priručnoj memoriji (engl. hit), dakle dostupan je procesoru, razmjena može odmah početi. Ako se podatak ne nalazi u priručnoj memoriji (engl. miss), procesor se spaja s radnom memorijom i razmjena se obavlja uz stanje čekanja. Istodobno s prijenosom traženih podataka iz radne memorije u procesor prenosi se i mnogo 3.2
PRO-MIL
III-21
TEMELJNA GRAĐA RAČUNALA veća skupina podataka iz radne memorije u brzu priručnu memoriju. Istraživanja su pokazala da procesor relativno često treba podatke koji su u memoriji smješteni na bliskim lokacijama ili na lokacijama koje se donekle mogu predvidjeti. Zato se pretpostavlja da će se uz traženi podatak u brzu priručnu memoriju premjestiti upravo oni podaci koje će procesor sljedeće trebati. Složena zadaća upravljačkog sklopa brze priručne memorije jest odrediti koje će podatke u budućnosti procesor trebati te upravo tu skupinu podataka dobaviti iz radne memorije. Razina pogađanja (engl. hit ratio, hit rate) važno je svojstvo upravljačkog sklopa brze priručne memorije, a zavisi o mnogo čimbenika, među kojima su: građa upravljačkog sklopa i brze priručne memorije, vrsta programa koji se izvodi itd. Najviša razina pogađanja jest 100 %, kada se svi traženi podaci nalaze u brzoj priručnoj memoriji, a najniža je 0 %, kada niti jedan traženi podatak nije u brzoj priručnoj memoriji, pa je razmjena podataka sporija nego u slučaju kada nema brze priručne memorije. Stvarne razine pogađanja nalaze se između te dvije krajnosti. Načelno se može reći da brza priručna memorija ubrzava rad računala. Što je upravljački sklop brze priručne memorije složeniji, to je potreban manji kapacitet brze priručne memorije. Glavno svojstvo brze priručne memorije, za razliku od ostalih vrsta memorija, jest "pametno" rukovanje podacima koji se pohranjuju u memoriju i dobavljaju iz nje. Kod nekih procesora, npr. Intel i486 i Pentium, dio brze priručne memorije ugrađen je na istu pločicu poluvodiča na kojoj je i sam smješten što dodatno ubrzava rad. Zbog tehnoloških ograničenja i visoke cijene ugrađena brza priručna memorija manjeg je kapaciteta od zasebne brze priručne memorije. Brza priručna memorija smještena na istu pločicu poluvodiča s mikroprocesorom naziva se primarna brza priručna memorija ili L1 (engl. primary cache, Level 1 cache) i kapaciteta je od 1 do 128 KB. Zasebna brza priručna memorija koja se nalazi izvan procesora naziva se sekundarna brza priručna memorija ili L2 (engl. second level cache, Level 2 cache) i kapaciteta je od 128 KB do 1 MB. Tu memoriju treba razlikovati od radne memorije računala, a bitna je razlika da je L2 memorija mnogo brža, skuplja i manjeg kapaciteta od radne memorije. Istodobno ona je jeftinija i sporija od L1 memorije pa je na neki način kompromis između cijene i brzine pristupa. Brza priručna memorija diska (engl. disk cache)
III-22
Brza priručna memorija diska (engl. disc cache) ima zadaću ubrzati razmjenu podataka između relativno sporoga tvrdog diska i znatno brže radne memorije računala. Zato brzina brze priručne memorije diska treba biti prilagođena brzini radne memorije i može biti građena od istih komponenata.
PRO-MIL
3.2
TEMELJNA GRAĐA RAČUNALA Količina podataka koja se prenosi s diska u radnu memoriju redovito je znatno veća nego u prethodnom slučaju, pa je tipičan kapacitet disk cache-a između 100 KB i 16 MB. Ako je, primjerice, procesoru potreban 1 KB podataka koji se nalaze na disku, očitat će se s diska u brzu priručnu memoriju ne samo taj kilobajt već znatno više podataka (npr. 1 MB), s pretpostavkom da će nakon tog 1 KB procesor trebati daljnje podatke s diska koji su smješteni blizu traženog bloka od 1 KB. Razmjena podataka između brze priručne memorije i diska uvijek se zbiva na sljedeći način: disk – unutarnja cache memorija diska - vanjska cache memorija diska - RAM, cache (L2, L1) - procesor. Upravljački sklop disk cache-a brine se o optimalnom izboru podataka koji se prenose s diska i o razmjeni podataka između brze priručne memorije i radne memorije.
Slika 3.14. Brze priručne memorije (engl. cache) Disk cache smješten je unutar mehanizma tvrdog diska (točnije unutar sklopa za upravljanje diskom, engl. disc controller), izvan mehanizma tvrdog diska (redovito je dio radne memorije računala) ili oboje. Načelo djelovanja brze priručne memorije koristi se i u mnogim drugim područjima gdje se brzina prijenosa podataka može ubrzati pohranom u memoriju koja može brže razmjenjivati podatke s okolinom. Tako, primjerice, postoje brze priručne memorije kod mrežnih kartica, pri prijenosu podataka Internetom i dr.
3.2
III-23
PRO-MIL
TEMELJNA GRAĐA RAČUNALA 3.3. Ulazno-izlazni sklopovi Zadaća ulazno-izlaznih (engl. input-output), I/O) sklopova jest povezivanje računala s okolinom. Pod okolinom razumijeva se sve ono što se nalazi izvan računala. Ulazni sklopovi omogućavaju priključak vanjskih jedinica pomoću kojih se podaci iz okoline prenose u računalo. Podaci kroz njih ulaze u računalo pa se takvi sklopovi nazivaju ulaznim sklopovima. Izlazni sklopovi omogućavaju priključak vanjskih jedinica pomoću kojih se podaci iz računala predaju okolini. Podaci na taj način izlaze iz računala pa se takvi sklopovi zovu izlaznim sklopovima. Postoji više načela rada prema kojima su građeni ulazno-izlazni sklopovi. U ovom će odjeljku biti opisani oni koji su namijenjeni priključenju samo jednog uređaja na istu priključnicu. Po tome se ovdje opisani ulazno-izlazni sklopovi razlikuju od ostalih vrsta kod kojih je moguće više uređaja priključiti na istu priključnicu (npr. USB). Postoji više ulazno-izlaznih sklopova: sklop za miš, za palicu za igre, za tipkovnicu itd. Od svih ulazno-izlaznih sklopova dva su za korisnika posebno zanimljiva. To su paralelni i serijski ulazno-izlazni sklopovi koji služe za priključenje vanjskih jedinica kao što su to primjerice pisač, modem i dr. Paralelna vrata (engl. paralel port) Paralelna vrata su ulazno-izlazni sklop koji omogućava razmjenu podataka između računala i okoline, pri čemu se istodobno razmjenjuje više bitova. Naziv vrata je vrlo prikladan jer je kroz njih računalo povezano s okolinom. Kod osobnih računala paralelna vrata (engl. parallel port) su građena tako da mogu odjednom razmjenjivati 8 bitova (jedan bajt). Za svaki od tih bitova postoji poseban vodič spojen na priključnicu dostupnu korisniku koja je smještena na stražnjoj strani računala (obično crvene boje). Osim vodiča koji prenose bajt podataka, postoji još i nekoliko vodiča koji prenose nadzorne i upravljačke podatke tako da priključnica paralelnih vrata najčešće ima 25 priključaka i oznaku DB25 (od engl. data bus 25 lines). Slika prikazuje DB25 priključnicu paralelnih vrata računala sukladnih IBM-ovu PC-u (oznake nožica su za mušku priključnicu).
Slika 3.15. Priključnica DB25 paralelnih vrata IBM-ova PC-a: ženska (na računalu) i muška (na kabelu)
III-24
PRO-MIL
3.3
TEMELJNA GRAĐA RAČUNALA
Slika 3.16. Priključnice DB25 paralelnih vrata Prednost paralelnih vrata jest brzina prijenosa podataka, tipično 100 Kbps do 1 Mbps. Jedinica bps označava količinu prenesenih bitova u sekundi (engl. bits per second). Upotreba paralelnih vrata zahtijeva relativno mnogo vodiča pomoću kojih se priključuju vanjske jedinice. Tako primjerice priključak pisača na paralelna vrata zahtijeva priključni kabel s najmanje 9 vodiča (8 vodiča za podatke i jedan zajednički vodič), a uglavnom se koristi onaj s 12 do 20 vodiča. Pri priključenju vanjskih jedinica koje su udaljenije od računala, priključni kabel s mnogo vodiča je skup i nije praktičan. Paralelna vrata uglavnom se koriste za priključenje pisača pa se zovu i vrata pisača (engl. printer port) ili paralelna vrata pisača (engl. parallel printer port). Suvremena računala imaju paralelna vrata sukladna normi IEEE 1284. Norma IEEE 1284 je norma za dvosmjerni paralelni prijenos podataka koja objedinjuje i uključuje postojeće starije norme paralelnog prijenosa podataka i definira nove načine rada. IEEE 1284 norma definira da se nakon uključenja paralelna vrata nalaze u tzv. sukladnom načinu rada (engl. compatibility mode) u kojem računalo posredstvom paralelnih vrata može komunicirati s vanjskim uređajem koji je građen prema bilo kojoj od starijih normi. Nakon toga razmjenjuju se podaci između paralelnih vrata računala i priključenog uređaja radi usklađivanja načina rada. Na taj je način osigurano automatsko konfiguriranje načina razmjene podataka. Tijekom rada mogu se mijenjati načini rada, ako to podržavaju oba priključena uređaja. IEEE 1284 norma definira i značajke spojnog kabela, pa primjerice uz ostalo zahtijeva: 18-polni oklopljeni kabel i trajni natpis na kabelu IEEE Std 1284-1994 compliant.
3.3
III-25
PRO-MIL
TEMELJNA GRAĐA RAČUNALA Tablica 3.1. Raspored nožica priključnice DB25 paralelnih vrata prema IEEE 1284 normi Nožica (DB25) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18-25
Naziv nStrobe Data0 Data1 Data2 Data3 Data4 Data5 Data6 Data7 nAck Busy Paper-Out Select Linefeed nError nInitialize nSelect-Printer Ground
Smjer Izlaz Ulaz/Izlaz Ulaz/Izlaz Ulaz/Izlaz Ulaz/Izlaz Ulaz/Izlaz Ulaz/Izlaz Ulaz/Izlaz Ulaz/Izlaz Ulaz Ulaz Ulaz Ulaz Izlaz Ulaz Izlaz Izlaz -
Namjena Control-0 Data-0 Data-1 Data-2 Data-3 Data-4 Data-5 Data-6 Data-7 Status-6 Status-7 Status-5 Status-4 Control-1 Status-3 Control-2 Control-3 -
Invertiran Da Ne Ne Ne Ne Ne Ne Ne Ne Ne Da Ne Ne Da Ne Ne Da -
Slika 3.17. Raspored nožica priključnice DB25 paralelnih vrata prema IEEE 1284 normi
III-26
PRO-MIL
3.3
TEMELJNA GRAĐA RAČUNALA Centronics Jedna od najpoznatijih starijih normi za prijenos podataka posredstvom paralelnih vrata jest Centronics, nazvana po proizvođaču koji ju je izmislio i prvi primijenio (Centronics Data Computer Corporation). Norma predviđa osam vodiča za podatke, tri vodiča za glavne nadzorne signale (engl. strobe, ack i busy), te niz vodiča za pomoćne signale. Norma određuje ukupno 36 prijenosnih vodiča, ali ih se u praksi malokad koristi više od 25. Ova se norma uglavnom koristi za spajanje pisača (rjeđe crtala) i računala. Priključni kabel računala i pisača obično ima na kraju računala priključnicu DB25, a na kraju pisača Centronics priključnicu. Centronics nije službena i čvrsto određena norma pa proizvođači na različiti način primjenjuju nadzorno-upravljačke signale. Razvojem i proizvodnjom novih vanjskih uređaja javila se potreba za novom normom za paralelni prijenos podataka. Posebice je to bilo važno kod prijenosnih računala kod kojih je zbog ograničenog prostora trebalo omogućiti priključak različitih vanjskih uređaja normiranim brzim dvosmjernim vratima. Glavni nedostaci norme Centronics za paralelni prijenos podataka bili su ograničenje brzine prijenosa na približno 1 Mbps i jednosmjeran prijenos. Suvremenim laserskim pisačima i pisačima s mlazom tinte, a posebice GDI pisačima, potreban je mnogo brži prijenos podataka iz računala nego primjerice matričnim pisačima. Takvi uređaji zahtijevaju ne samo povećanu brzinu prijenosa, nego i dvosmjerni prijenos podataka kako bi obavijestili računalo o svom stanju; primjerice pisač može računalo obavijestiti o nestanku boje, zaglavljivanju papira i sl. Tijekom vremena razvijene su dvije norme kao rješenje navedenih nedostataka: EPP (engl. enhanced parallel port) i ECP (engl. extended capabilities port). Kao rezultat napora objedinjenja različitih normi u vezi s paralelnim vratima različite su norme obuhvaćene normom IEEE 1284.
Slika 3.18. Centronics i DB25 priključnice na kabelu za priključak pisača
Serijska vrata (engl. serial port) Serijska vrata (engl. serial port) je ulazno-izlazni sklop koji omogućava razmjenu podataka između računala i okoline, pri čemu se odjednom razmjenjuje jedan bit podataka. Za razmjenu podataka između računala i okoline posredstvom serijskih vrata dovoljna su tri vodiča: vodič za slanje podataka, vodič za primanje podataka i zajednički vodič. Osim tri obvezna voda, serijska vrata imaju i nadzorne i upravljačke vodove pa se ukupan broj vodiča povećava na 9 (oznaka 3.3
PRO-MIL
III-27
TEMELJNA GRAĐA RAČUNALA priključnice DB9) ili čak 25 (oznaka priključnice DB25). Priključnica serijskih vrata lako je dostupna korisniku, a smještena je na stražnjoj strani računala (obično plave boje). Upravo je mali broj potrebnih vodiča najveća prednost serijskih vrata pa se vanjski uređaji udaljeniji od računala (npr. modemska veza), ili oni koji trebaju biti spojeni s malo vodiča (npr. miš), spajaju serijskim vratima. Prijenos podataka serijskim vratima u načelu je sporiji nego paralelnim vratima jer se prenosi bit po bit. Brzina prijenosa podataka serijskim vratima mjeri se u bps (engl. bits per second). Serijske norme određuju način spajanja računala s okolinom posredstvom serijskih vrata. Postoji više normi za serijski prijenos podataka (EIA/TIA-232-E, ITU-T V.10, ITU-T V.24, V.28, RS-422, RS-423), no sve su one potekle i za praktične primjene su sukladne najstarijoj normi RS-232 C. Kako se kod većine računala i danas kao norma navodi RS-232 C, opisat ćemo je ovdje pod istim imenom iako je vrlo vjerojatno da su serijska vrata suvremenog osobnog računala građena prema nekoj od novijih navedenih normi. Ponekad se kao naziv za serijska vrata rabe i sljedeće oznake: RS-232, COM1 i COM2.
Slika 3.19. Priključnica DB9 serijskih vrata IBM-ova PC-a: muška (na računalu) i ženska (na kabelu)
III-28
Norma EIA/TIA-232-E propisuje prijenos preko 25 vodiča, od čega su samo 3 vodiča predviđena za prijenos podataka, a svi ostali za nadzorne signale. U praksi se, međutim, malokad koristi više od pet vodiča za prijenos podataka, a katkad se koriste i samo tri vodiča. Priključci serijskih vrata izvedeni su na priključnici lako dostupnoj korisniku koja se nalazi na stražnjoj strani računala, a ima 9 ili 25 priključaka. Norma se odnosi na razmjenu podataka između dvaju uređaja od kojih je jedan DTE uređaj (engl. data terminal equipment) npr. računalo, a drugi DCE uređaj (engl. data circuitterminating equipment, data communications equipment) npr. modem. DTE su uređaji koji mogu komunicirati, oni su izvor ili odredište podataka. To su računalo, terminal i sl. DCE su uređaji koji pokreću, održavaju, nadziru i prekidaju komunikaciju. U takve se uređaje ubrajaju modem, multipleksor i sl. U načelu proizvođač bi trebao navesti u tehničkoj dokumentaciji DTE ili DCE tip uređaja kako ne bi došlo do zabune.
PRO-MIL
3.3
TEMELJNA GRAĐA RAČUNALA
Slika 3.20. Priključnice DB9 serijskih vrata
Tablica 3.2. Raspored nožica priključnice DB9 serijskih vrata prema RS 232C normi Nožica
Naziv i oznaka
Smjer signala
1
Carrier Detect (CD)
DTE ← DCE
2
Received Data (RD)
DTE ← DCE
3
Transmitted Data (TD)
DTE → DCE
4
Data Terminal Ready (DTR)
5
Signal Ground
6
Data Set Ready (DSR)
7
Request To Send (RTS) DTE → DCE
DTE → DCE
8
Clear To Send (CTS)
DTE ← DCE
9
Ring Indicator (RI)
DTE ← DCE
DTE → DCE Referentna naponska razina (zajednički vodič) DTE ← DCE
U novije se doba umjesto serijskih vrata za priključivanje različitih uređaja rabi USB vanjska sabirnica, tako da se već proizvode računala koja uopće nemaju ugrađena serijska vrata.
Serijska razmjena podataka Pomoću serijskih vrata podaci se mogu razmjenjivati na nekoliko načina. Potpuni dvosmjerni prijenos ili puni dupleks (engl. full duplex) jest postupak istodobne dvosmjerne razmjene podataka. Kod takvog prijenosa računalo istodobno i šalje i prima podatke. Polovični dvosmjerni prijenos ili poludupleks (engl. half duplex) jest postupak dvosmjerne razmjene podataka, ali ne istodobne. Kod takvog prijenosa računalo najprije šalje, a zatim prima podatke. U jednom trenutku moguće je ili samo slanje ili samo primanje podataka.
3.3
PRO-MIL
III-29
TEMELJNA GRAĐA RAČUNALA Jednosmjerni prijenos ili simpleks (engl. simplex) jest postupak jednosmjernog slanja podataka. Serijski je moguće slati podatke asinkrono i sinkrono. Pod asinkronim serijskim prijenosom podataka razumijeva se serijski prijenos podataka kod kojega se male skupine bitova (redovito osam bitova ili jedan bajt podataka) prenose u različitim, nepravilnim i nepredvidivim vremenskim razmacima. Prijenos jedne takve skupine bitova može uslijediti tek nakon što je poslana i u potpunosti prenesena prethodna skupina. Pojednostavljeno se može reći da je asinkroni prijenos podataka način prijenosa kod kojeg između dva odaslana podatka može proteći bilo koje vrijeme, za razliku od sinkronog prijenosa kod kojeg je između dva podatka uvijek propisani vremenski razmak. Uobičajeni svakodnevni razgovor među ljudima je tipičan primjer asinkronog načina prijenosa kod kojeg poruka može biti poslana i primljena u bilo kojem trenutku, a vremenski razmaci između poruka su nepravilne duljine. Sinkroni serijski prijenos podataka je prijenos kod kojega se cijela poruka ili njezin dio, tzv. okvir (engl. frame), šalje bez vremenskog razmaka između dijelova poruke (npr. znakova). Da bi prijamnik mogao pravilno odgonetnuti poruku, potrebno je da je vremenski usklađen, tj. sinkroniziran, s predajnikom. Glavna poteškoća sinkronog prijenosa podataka jest upravo vremenska usklađenost sudionika komunikacije. Vremenska usklađenost može se osigurati istodobnim slanjem signala usklađenja ili signala sinkronizacije ili posebnim načinima kodiranja podataka (npr. NRZI, Manchester i dr.) pri čemu prijamnik može iz primljenog signala izlučiti signal sinkronizacije. Primjer svakodnevnog sinkronog prijenosa podataka je primanje radio vijesti koje se daju svaki puni sat. Slušatelj koji želi čuti vijesti, mora se sinkronizirati (vremenski uskladiti) s radiopostajom i ne može primati vijesti u bilo koje vrijeme. Signal usklađenja je svjetsko dnevno vrijeme po kojem se ravna i radiopostaja i slušatelj. Kod sinkronog prijenosa i odašiljač i prijamnik moraju imati vremenski usklađenu razmjenu podataka, dok to kod asinkronog prijenosa nije potrebno. Kod osobnih računala praktično svi uređaji razmjenjuju podatke asinkronim načinom.
III-30
Pri usklađenju asinkrone razmjene podataka važno je odrediti: brzinu prijenosa (npr. 9600 bps), broj bitova podataka (npr. sedam ili osam), paritet za otkrivanje pogreške nastale pri prijenosu i broj stop bitova (npr. jedan) . Ako prijamnik i predajnik nisu usklađeni glede navedenih parametara, nije moguća ispravna razmjena podataka. Najčešće se pri prijenosu podataka koriste kombinacije kodova podataka i bitova za upravljanje prikazane u tablici. Skraćena oznaka sastoji se od tri znaka: prvi znak označava broj bitova podataka, drugi znak označava paritet (bez pariteta: N, parni paritet: E, neparni paritet: O), a posljednji znak označava broj STOP bitova.
PRO-MIL
3.3
TEMELJNA GRAĐA RAČUNALA Oznaka
Bit pariteta
Start bitova
Bitova podataka
Stop bitova
8N1
0 (none)
1
D0-D7 (8)
1
7E1
1 (even)
1
D0-D6 (7)
1
7O2
1 (odd)
1
D0-D6 (7)
2
Katkad je potrebno serijskom vezom spojiti dva istovrsna DTE uređaja, primjerice dva računala. Za to se često koristi nul-modemski kabel koji spaja dva DTE uređaja i omogućava razmjenu podataka među njima na kraće razdaljine bez posredstva modema.
Slika 3.21. Nul modem kabel
EIA/TIA 232 Norma RS 232 prvi se put pojavila 1962. godine, a u široj je uporabi od objave inačice RS 232 C 1969. godine. Normu je ustanovila EIA (engl. Electronic Industry Association). RS u nazivu znači preporučena norma (engl. recommended standard), a C inačicu norme. Godine 1987. objavljena je EIA 232 D norma koja je, uz ostalo, u nazivu zamijenila RS s EIA i propisala priključnicu DB25. Godine 1991. objavljena je norma EIA/TIA 232 koja je u naziv uključila i TIA (engl. Telecommunications Industry Association), promijenila namjenu nožice broj 22 tako da osim zvonjave može registrirati i druge signale koje šalje telefonska centrala, promijenila namjenu nožica broj 1 i 4 i dr. Uz to norma EIA/TIA 232 propisala je zamjensku 26-polnu priključnicu Alt-A (dvostruko manja od uobičajene priključnice DB25) i to tako da su na oba kraja spojnog DTE-DCE kabela jednake muške tzv. Alt-A priključnice.
Priključak za igre (engl. game port) Jedno od komercijalno zanimljivih područja primjene osobnih računala su računalne igre. Neka od računala (npr. IBM PC) opremljena su posebnim priključkom (engl. game port) za dodatke za igre. Na taj se priključak može priključiti npr. palica za upravljanje (engl. joystick). U novije se doba rabi USB sabirnica umjesto priključka za igre. 3.3
PRO-MIL
III-31
TEMELJNA GRAĐA RAČUNALA IrDA (engl. infrared port) Zbog sve veće popularnosti prijenosnih računala pojavila se potreba za jednostavnim i praktičnim povezivanjem prijenosnih računala sa stolnim računalima i pisačima. Spajanje kabelom je zbog čestog prenošenja bilo nepraktično pa su razvijene različite bežične tehnike prijenosa podataka. Jedan od najjeftinijih i najjednostavnijih načina bežične razmjene podataka jest infracrvenom svjetlosti. IrDA je norma koja propisuje način povezivanja dvaju uređaja serijskom vezom infracrvenom svjetlošću valne duljine približno 875 nm. IrDA sklop je obično ugrađen u uređaj i može ga se prepoznati po tamno crvenom prozorčiću na obodu uređaja. Prodaju se i zasebni IrDA uređaji koji se priključuju na serijska vrata računala ili u novije doba na USB sabirnicu, a sastoje se od odašiljačke infracrvene LED diode, prijamnog fotoelementa i pripadnih sklopova.
Slika 3.22. Povezivanje dvaju uređaja IrDA vezom
Pomoću uređaja IrDA ostvaruje se asinkrona polu-dupleks serijska veza. Početna brzina prijenosa je 9.600 bps, ali se postupkom međusobnog usklađivanja uređaja uspostavlja brzina prijenosa od 2.400 bps do 115,2 Kbps (IrDA 1.0) ili 576 Kbps, 1,152 Mbps i 4,0 Mbps (IrDA 1.1). Najmanja zajamčena udaljenost prijenosa jest 1 metar, a praktično ostvariva do 2 m. Istodobno je vezu moguće ostvariti samo između dva uređaja i to tako da među njima postoji optička vidljivost. Najveći dopušteni kut između usmjerenih osi odašiljača i prijamnika je 300. Glavne prednosti IrDA sukladnih uređaja su niska cijena, male dimenzije i mala potrošnja energije, a glavni nedostaci mali domet i potreba za optičkom vidljivošću između odašiljača i prijamnika. Razvoj IrDA
III-32
Rad na IrDA normi počeo je polovicom 1993. godine, a prva inačica norme IrDA 1.0 prihvaćena je 1994. godine. Normu razvija i popularizira udruga Infrared Data Association (www.irda.org) u koju je učlanjeno više stotina tvrtki iz cijeloga svijeta.
PRO-MIL
3.3
TEMELJNA GRAĐA RAČUNALA
Slika 3.23. Položaj uređaja pri povezivanju IrDA vezom Bluetooth Bluetooth je industrijska norma za bežičnu mrežu koja rabi radiovalove male snage, a služi povezivanju računala, računalnih uređaja, mobilnih telefona, radioaparata, televizora i ostalih elektroničkih uređaja na male udaljenosti. Namjena Bluetooth tehnologije je dakle sveobuhvatna i trebala bi omogućiti povezivanje različitih uređaja: od zabavne elektronike do računala. Treba odmah reći da, za razliku od ostalih uređaja opisanih u ovom poglavlju, Bluetooth omogućuje istodobno povezivanje više uređaja pa zapravo pripada u računalne mreže. Kako je domet i brzina Bluetoot uređaja premala za praktičnu uporabu kod računalnih mreža i kako je najčešći slučaj povezivanje samo dvaju uređaja, svrstana je ovdje uz ostale ulazno-izlazne uređaje slične namjene.
Slika 3.24. Bluetooth logotip Snaga odašiljača radiovalova Bluetooth uređaja je približno 1 mW što ograničava domet na približno 10 metara. Za usporedbu, odašiljač mobilnog telefona radi približno tisuću puta većom snagom snagom (1W). Frekvencija Bluetooth radiosignala je u području 2,40 – 2,48 GHz, što je međunarodnim dogovorom frekvencijsko područje namijenjeno medicinskim, industrijskim i različitim drugim uređajima za koje nije potrebna posebna dozvola. Ukupna brzina razmjene podataka za sve uređaje koji komuniciraju je 1 Mbps. To znači da će kod istodobne komunikacije više uređaja brzina po jednom uređaju biti manja od navedene. 3.3
PRO-MIL
III-33
TEMELJNA GRAĐA RAČUNALA Za razliku od IrDA bežične veze Bluetooth uređaji ne moraju biti međusobno optički vidljivi pa će ostvariti vezu i kad se nalaze u različitim prostorijama. Istodobno je moguće ostvariti vezu između najmanje dva i najviše osam uređaja (Bluetooth 1.1). Uspostavljena mreža između Bluetooth uređaja naziva se engl. piconet ili engl. personal area netwok (PAN). U praksi se većina veza ostvaruje između samo dvaju uređaja.
Slika 3.25. Primjena Bluetooth tehnologije Bluetooth s gledišta korisnika ima tri važne pogodnosti:
III-34
• veza je bežična, što znači da je za povezivanje dvaju uređaja dovoljno te uređaje približiti na propisani domet, • relativno jeftina tehnologija (u usporedbi s drugim bežičnim mrežnim uređajima), • u većini slučajeve nisu potrebne nikakve radnje ni podešavanja pri uspostavi veze i prijenosu podataka.
PRO-MIL
3.3
TEMELJNA GRAĐA RAČUNALA Iako Bluetooth tehnologija rabi isto frekvencijsko područje kao i Wi-Fi i u načelu može poslužiti umrežavanju uređaja, njena je namjena drugačija. Wi-Fi (802.11b, 802.11g) je skuplji, većeg dometa i namijenjen bežičnom umrežavanju računala. Bluetooth je ponajprije namijenjen povezivanju nekoliko uređaja (najčešće dva) koji su blizu i koji ne zahtijevaju veliku brzinu prijenosa podataka. Bluetooth tehnologija se trenutno najviše rabi u prijenosnim računalima, ručnim računalima i mobilnim telefonima. Postoje i praktični i mali USB dodaci (engl. USB Bluetooth dongle) opremljeni Bluetooth sklopovljem. Ti se dodaci mogu priključiti na USB priključnicu računala koje nije tvornički opremljeno Bluetooth uređajem.
Razvoj Bluetooth tehnologije Bluetooth tehnologija nazvana je prema Harald Bluetoothu, kralju Danske koji je vladao oko 900. godine poslije Krista. Ujedinio je Dansku i dijelove Norveške u jedinstveno kraljevstvo i uveo kršćanstvo. Izborom tog naziva htjela se istaći važnost tvrtki nordijskih zemalja za razvoj i primjenu komunikacijskih tehnologija. Bluetooth tehnologiju je počela razvijati švedska tvrtka Ericsson, a kasnije je nastavila interesna skupina Bluetooth SIG utemeljena 1999. godine u kojoj su glavnu ulogu imale tvrtke: Sony, Ericsson, IBM, Intel, Nokia i Toshiba. Trenutno je uporabi inačica norme Bluetooth 1.1, a u razvoju su inačice 1.2 i 2.0. Toyota 2004 Pirius bio je prvi automobil tvornički opremljen Bluetooth audio sustavom, tako da korisnik ne mora vaditi mobilni telefon iz džepa da bi razgovarao. Skokovita promjena frekvencije Bluetooth tehnologije Kad se dva ili više Bluetooth uređaja nađu u dometu, u većini slučajeva započinju međusobnu komunikaciju bez ikakve posebne intervencije korisnika. Nakon što se "prepoznaju" i "dogovore" uspostavi se među njima mrežna veza (PAN) i mogu se razmjenjivati podaci. Za pretpostaviti je da će u budućnosti postojati mnogo uređaja koji će rabiti isto područje frekvencije kao i Bluetooth uređaji. Primjerice tu frekvenciju rabe uređaji za daljinsko otvaranje garažnih vrata i mikrovalne pećnice. Kako bi se izbjeglo međusobno smetanje Bluetooth tehnologija rabi tzv. skokovitu promjenu frekvencije (engl. spread-spectrum frequency hopping). Raspoloživo frekvencijsko područje komunikacije podijeljeno je u 79 kanala. Nakon uspostave veze Bluetooth uređaji skokovito mijenjaju frekvenciju tako da neprestano komuniciraju na različitom kanalu. Bluetooth uređaji promijene kanal 1600 puta u sekundi tako da, ako se i naiđe na područje koje smeta nekom uređaju, smetnja će trajati samo 0,6 milisekundi što je za većinu uređaja neprimjetno.
3.3
PRO-MIL
III-35
TEMELJNA GRAĐA RAČUNALA 3.4. Sabirnice U širem smislu sabirnica (engl. bus) je normirana veza za razmjenu podataka između dvaju ili više uređaja. Prema toj definiciji u sabirnice se ubrajaju sve veze za razmjenu podataka. Tu pripadaju i sve do sada opisane norme paralelne i serijske veze, mrežne norme itd. Pojam sabirnice češće se koristi u užem smislu, tj. normirane veze za razmjenu podataka unutar računala ili između računala i istodobno više priključnih uređaja. Ovdje će biti opisane dvije skupine sabirnica s obzirom na mjesto razmjene podataka.
Slika 3.26. Načelna razlika između izravne i sabirničke veze Prva su skupina tzv. unutarnje sabirnice koje služe za razmjenu podataka u računalu. Unutarnje su sabirnice izvedene kao vodovi na tiskanoj matičnoj ploči računala. Osobna računala građena su tako da su priključnice unutarnjih sabirnica na koje se mogu priključiti dodatni sklopovi (kartice) smještene unutar kućišta računala. Obično su te priključnice zalemljene za matičnu ploču računala. Za priključak dodatnog uređaja na te priključnice potrebno je otvoriti kućište računala. Druga su skupina tzv. vanjske sabirnice koje služe za razmjenu podataka između računala i vanjskih uređaja. Vodiči vanjskih sabirnica je najčešće višežilni kabel. Priključnice vanjskih sabirnica izvedene su na vanjskom dijelu kućišta. Obično su smještene na stražnjoj strani računala i na njih se može priključiti bez otvaranja računala. Unutarnje sabirnice
III-36
Pojedine sastavne dijelove računala potrebno je spojiti električnim vodičima u jedinstveni sustav. S obzirom na mnogo sastavnih dijelova (suvremena osobna računala imaju nekoliko stotina integriranih krugova ili pak desetak integriranih krugova s mnogo izvoda), vrlo je važan način njihova spajanja. Ako bi se komponente sustava spajale zasebnim vodičima, broj vodiča bio bi toliki da bi sustav bio praktički neostvariv. Dijelovi računala su zato spojeni pomoću posebne skupine vodiča koja
PRO-MIL
3.4
TEMELJNA GRAĐA RAČUNALA se zove sabirnica. Usporedbe radi, slično se stanje može zamisliti pri spajanju trošila električne energije. Zamislimo kako bi izgledalo ako bi svako trošilo bilo spojeno s električnom centralom zasebnim parom vodiča. Broj vodiča bio bi golem i vjerojatno uopće ne bi bilo moguće na taj način dovesti električnu energiju do trošila. Umjesto toga trošila su u sustavu zajedničkih vodiča na koje se po potrebi priključuju. I u računalu postoji skup vodiča koje nazivamo sabirnice i na koje su spojeni dijelovi sustava. Sabirnice su obično izvedene kao vodiči na površini tiskane pločice, a spojene su i na priključnice za dodatne sklopove u računalu. Za razliku od primjera s trošilima električne energije, sabirnice ne prenose energiju, nego informacije. S obzirom na vrstu informacija koje prenose, postoje tri glavne vrste sabirnica. Podatkovna sabirnica (engl. data bus) jest skup vodiča za prijenos električnih signala koji predočuju podatke. Broj tih vodiča jednak je broju bitova koje odjednom može obraditi CPU. Tako npr. 32-bitovna računala redovito imaju podatkovnu sabirnicu od 32 vodiča. Adresna sabirnica (engl. adress bus) jest skup vodiča za prijenos električnih signala koji predočuju adrese, a njihov broj ovisi o građi računala. Nadzorno-upravljačka sabirnica (engl. control bus) jest skup vodiča za prijenos električnih signala koji predočuju nadzorne i upravljačke signale, a njihov broj i funkcija razlikuju se od računala do računala. Dodatni sklopovi, koji se naknadno žele ugraditi u računalo, moraju biti građeni tako da se mogu priključiti na sabirnice u računalu. Dodatni sklopovi, koji se katkada zovu kartice, građeni su najčešće kao tiskane pločice sa zalemljenim elektroničkim komponentama i priključnicom na jednom kraju. Karticu je moguće utaknuti u odgovarajuću priključnicu koja se nalazi na matičnoj ploči računala (engl. motherboard) i spojena je sa sabirnicom računala. Zadaća je dodatnih sklopova dodati računalu mogućnosti koje ono bez tih dodataka nema, npr. priključak monitora u boji visoke razlučivosti, priključak CD ROM diska i sl. Izborom dodatnih sklopova svaki korisnik može oblikovati računalo prema svojim potrebama i željama. Kako bi se izbjeglo da svaki proizvođač računala ima svoju sabirnicu, što bi usložilo i poskupljivalo izradu dodatnih sklopova za ta računala, dogovoreno je nekoliko normiranih unutarnjih sabirnica. PCI sabirnica Najrasprostranjenija sabirnica u suvremenim osobnim računalima je PCI sabirnica (engl. PCI bus, peripheral component interconnect bus). Opće je namjene i predviđena za priključak različitih dodatnih sklopova (kartica). Norma dopušta najviše 16 priključnih kartica, ali zbog 3.4
PRO-MIL
III-37
TEMELJNA GRAĐA RAČUNALA ograničenja opterećenja to se u praksi svodi na dvije do tri priključne kartice. Jedno računalo može imati dvije PCI sabirnice pa je tako moguće priključiti do šest kartica. PCI podržava priključne sklopove napona napajanja 3,3 V i 5 V. Priključnice su građene tako da onemogućavaju priključak neodgovarajuće kartice pa su izbjegnuti kvarovi zbog zabune. Ključna komponenta PCI sabirnice jest integrirani sklop koji je spona između procesora i PCI sabirnice. Pri promjeni modela procesora potrebno je zamijeniti i integrirani sklop, dok sve ostalo sklopovlje može ostati nepromijenjeno. To znači da je PCI sabirnica neovisna o procesoru i u načelu se može rabiti s bilo kojim procesorom (za razliku od mnogih ostalih sabirnica). Takvo odvajanje sabirnice od procesora omogućava da procesor i sabirnica rade na različitim taktovima. Uz to PCI može izravno komunicirati s memorijom. Zbog toga što se PCI sabirnicom ne priključuju dodatni sklopovi izravno na mikroprocesor, naziva se međusabirnica (engl. mezzanine bus, intermediate bus, bridge).
Slika 3.27. PCI sabirnica odvaja procesor od dodatnih sklopova
Postoje 32-bitovne (priključnica s 124 kontakata) i 64-bitovne PCI sabirnice (priključnica s 188 kontakata). Riječ je o broju bitova podataka koji se mogu istodobno razmjenjivati. Trenutno se u većini računala rabe 32-bitovne PCI sabirnice. PCI sabirnice mogu raditi s taktom 33 MHz ili 66 MHz. Većina suvremenih računala rabi PCI sabirnice koje imaju brzinu prijenosa podataka 133 MBps.
III-38
PRO-MIL
3.4
TEMELJNA GRAĐA RAČUNALA
Slika 3.28. Priključnice sabirnica na matičnoj ploči računala (ISA, crna, krajnje lijeva, jedna; PCI, bijele, 5 komada; AGP, smeđa, jedna) Prednosti PCI sabirnice su velika brzina rada, nezavisnost o primijenjenom procesoru, prilagođenost novim arhitekturama računala (npr. istodobni rad CPU-a i sabirnice, dijeljenje prekidnih linija), automatska konfiguracija i dobra definiranost. PCI sabirnica podržava "uključi i radi" tehnologiju (engl. plug and play, PnP) što je njena važna prednost. Razvoj PCI sabirnice PCI normu je prvi puta 1991. godine objavila tvrtka Intel, a uskoro je osnovana organizacija zadužena za normizaciju u koju su se uključili svi važniji proizvođači računala. Prva inačica norme PCI 1.0 objavljena je 1992. godine. U travnju 1993. godine objavljena je norma PCI 2.0 koju su prihvatile mnoge tvrtke. Operacijski sustav Windows 95 podržavao je PnP tehnologiju pa je to bio dodatni važni razlog za široku primjenu PCI sabirnica. Ne želeći ponoviti pogrešku IBM-a sa MCA sabirnicom, Intel je sva prava vezana uz PCI sabirnicu stavio u javno vlasništvo te se za korištenje sabirnice ne moraju plaćati nikakve posebne dažbine. PCI sabirnica je praktično potpuno istisnula iz upotrebe sve ostale unutarnje sabirnice opće namjene. Norma se i dalje razvija, pa je primjerice PCI 2.2 64-bitovna inačica norme frekvencije takta 66 MHz s maksimalnom brzinom razmjene podataka 533 MBps. Postoje i brojne druge inačice PCI sabirnica.
ISA sabirnica Najrasprostranjenija sabirnica tijekom prvih desetak godina od pojave IBM-ova PC-ja bila je ISA (engl. industry standard architecture). Uvedena je 1981. godine. Godine 1984. pojavljuje se poboljšana inačica ISA sabirnice, a ugrađena je u IBM-ov model PC AT. 1987. godine je IEEE publicirala potpunu ISA normu. Iako je kod suvremenih računala u potpunosti zamijenjena sa PCI sabirnicom, ponekad se na matičnu ploču ugrađuje ISA sabirnica s nekoliko priključnica kako bi se mogli iskoristiti postojeći dodaci (kartice). 3.4
PRO-MIL
III-39
TEMELJNA GRAĐA RAČUNALA Razvoj sabirnica osobnih računala Tijekom razvoja računala bilo je više sabirnica koje su postigle veću ili manju popularnost. Pojava Intelova mikroprocesora 80386 zahtijevala je novu sabirnicu pa IBM 1987. godine uvodi sabirnicu pod nazivom MCA (engl. micro channel architecture) i ugrađuje je u svoja računala serije PS/2 i RS/6000. MCA sabirnica nije postigla ni približnu rasprostranjenost ISA sabirnice iz nekoliko razloga. Prvi je razlog bio da je ugradnja MCA sabirnice bila znatno skuplja od ugradnje ISA sabirnice, a skuplje su bile i dodatne kartice. Drugi je razlog nesukladnost MCA sabirnice s ISA sabirnicom pa se ne mogu koristiti dodatne ISA sukladne kartice. Tvrtka IBM, vlasnik prava na MCA sabirnicu, zahtijevala je od svakog proizvođača računala s MCA sabirnicom plaćanje nadoknade što je bio treći važan razlog otpora upotrebi MCA sabirnice. Devet velikih svjetskih proizvođača informatičke opreme odlučuje 1988. godine osnovati udruženje sa zadaćom izrade nove sabirničke norme. Rezultat zajedništva bila je tzv. EISA sabirnica (engl. extended industry standard architecture) EISA sabirnica pojavila se neposredno nakon pojave MCA sabirnice, a razlog njezinog nastanka bio je dvojak. S jedne strane MCA sabirnica bila je vlasništvo IBM-a i ostali su korisnici morali plaćati naknadu za njezino korištenje, a s druge strane ona nije bila sukladna sa ISA sabirnicom. Unatoč tome EISA sabirnica nije postigla veću popularnost, ponajprije zbog znatno veće cijene računala sa EISA sabirnicom u odnosu na računalo sa ISA sabirnicom, a zatim i zbog pojave PCI sabrinice. VL sabirnica (engl. VL bus, VLB) jest sabirnica koju je predložilo udruženje VESA (engl. Video equipment standards association) 1992. godine. Premda je predložena VL sabirnica ponajprije namijenjena spajanju krajnjih uređaja za obradu slike (grafičkih kartica), sabirnica je primjenjiva i za krajnje uređaje druge namjene. Prednosti VL sabirnice su relativno niska cijena građe sustava i sklopova za proširenje te prilično dobra određenost VL norme. Glavni nedostatak VL norme je ograničenje koje je uzrokovano zasnovanošću norme na 80x86 porodici mikroprocesora. Nestala je pojavom PCI sabirnice. Osim spomenutih, pojedine tvrtke primjenjuju i druge sabirnice, primjerice: SBus (tvrtka Sun), TurboChannel (tvrtka DEC), NuBus i QuickRing (tvrtka Apple) itd.
AGP sabrinica
III-40
AGP sabirnica (engl. accelerated graphics port, advanced graphics port) je sabirnica ponajprije namijenjena priključku sklopova za prikaz slike
PRO-MIL
3.4
TEMELJNA GRAĐA RAČUNALA (grafičkih kartica). Suvremena računala prikazuju sliku velike razlučivosti u mnogo boja. Često su te slike i pokretne što sve skupa zahtijeva veliku brzinu razmjene podataka između računala, grafičke kartice i monitora. Zahtjevi za protok podataka suvremenih grafičkih kartica velikih mogućnosti (npr. za 3D prikaz) su takvi da bi praktički sav raspoloživi kapacitet PCI sabirnice bio utrošen na posluživanje grafičke kartice i time bitno usporio razmjenu podataka s ostalim dodatnim sklopovima. S druge strane, događalo bi se da se prikaz podataka na monitoru uspori zbog ograničenja kapaciteta PCI sabirnice. Zbog toga se računalima dodaje AGP sabirnica koja je onda namijenjena samo prikazu podataka na monitoru. Računala imaju ugrađenu samo jednu AGP priključnicu jer redovito imaju samo jednu grafičku karticu. To je donekle u suprotnosti s osnovnom namjenom sabirnice, a to je mogućnost istodobnog priključka više sklopova. Kako nema praktične potrebe za više od jedne grafičke kartice, ugrađuje se samo jedna priključnica. AGP sabirnica omogućuje brzo čitanje podataka iz memorije koji ne moraju biti smješteni na uzastopnim memorijskim lokacijama. Može iskoristiti i dio radne memorije računala (RAM) za potrebe prikaza podataka pa je moguća izrada jeftinih grafičkih kartica bez vlastite memorije. Za najbolje rezultate potrebno je ipak na grafičku karticu ugraditi memoriju relativno velikog kapaciteta. Prema potrebi grafička kartica može za pohranu podataka uz vlastitu memoriju posredstvom AGP sabirnice rabiti i radnu memoriju računala.
Slika 3.29. Priključnica AGP sabirnice (smeđe boje, lijevo) Priključnica AGP sabirnice nešto je kraća i redovito drugačije boje (obično smeđa) od PCI priključnica. AGP je 32-bitovna sabirnica, a postoji više inačica norme različitih mogućnosti brzine prijenosa podataka: AGP 1x (264 MBps), AGP 2x (528 MBps), AGP 4x (1 GBps) i AGP 8x (2 GBps). Očekuje se da će do kraja desetljeća AGP sabirnicu zamijeniti PCI-Express sabirnica najavljena za 2005. godinu. 3.4
PRO-MIL
III-41
TEMELJNA GRAĐA RAČUNALA Vanjske sabirnice Računalo ima mnogo različitih priključnih uređaja koji se nalaze izvan računala, npr. pisač i skener. Povezivanje takvih uređaja s gledišta korisnika mora biti jednostavno i sa što manje veznih žica. Kod suvremenih računala vanjski se uređaji povezuju s računalom nekom od vanjskih sabirnica. Ovisno o namjeni, posebice potrebnoj brzini prijenosa podataka, postoji nekoliko rasprostranjenih vanjskih sabirnica. USB sabirnica Razvojem računala i računalne tehnologije dodavani su neprestano novi dodaci i priključci na računalo. Mnogi od tih priključaka su s računalom spojeni serijski, primjerice tipkovnica, miš, modem itd. Svi su se ti uređaji redovito priključivali na priključnice na stražnjoj strani računala, pa je s gledišta korisnika nastao dvojaki problem: ograničeni broj serijskih vrata i splet kablova. Rješenje je serijska sabirnica. Ona omogućuje da se na jedan serijski priključak priključuje više uređaja. Norma USB (engl. universal serial bus) je sabirnička norma kojom se određuje asinkrono i sinkrono serijsko spajanje računala s priključnim uređajima. Norma određuje istodobno spajanje do najviše 127 uređaja s najvećom brzinom prijenosa 12 Mbps (USB 1.1) ili 480 Mbps (USB 2.0). Najveća dopuštena duljina kabela jest 5 metara za jedan segment, a ukupno je dopušteno 7 segmenata. Moguće je i napajanje vanjskih uređaja male snage (najveća struja 0,5 A) USB kabelom.
Slika 3.30. Razgranata USB struktura
III-42
PRO-MIL
3.4
TEMELJNA GRAĐA RAČUNALA Važna razlika USB norme i ostalih sabirničkih normi jest u malom broju vodiča potrebnih za ostvarenje spoja. USB kabel ima samo četiri vodiča: +Vcc, GND, -SD, +SD (predviđeni radni napon je 3,3 V), pa je tanak, savitljiv i pogodan za priključenje pomičnih uređaja. Na četverožilni kabel može se priključiti jedan serijski uređaj ili koncentrator (engl. USB hub). Ako se priključi koncentrator, u njega se tada može priključiti više serijskih uređaja (ili opet koncentratori). I tada, tom tzv. razgranatom strukturom, sve do 127 uređaja. Druga važna značajka USB sabirnice je podrška "uključi i radi" tehnologije (engl. plug and play, PnP) što bitno olakšava priključak različitih vanjskih uređaja.
Slika 3.31. USB koncentrator (engl. USB hub) USB kabel za priključenje vanjskih uređaja ima na jednom kraju pravokutnu priključnicu tzv. tip A (za računalo), a na drugom kvadratnu priključnicu tzv. tip B (za vanjski uređaj). Na računalu se obično nalaze dvije ili četiri USB priključnice tipa A. Postoje i drugačije priključnice (npr. za digitalne fotoaparate).
Slika 3.32. Priključnice USB sabirnice s USB logotipom
Slika 3.33. USB priključnice
USB je predviđen za spajanje miša, pogonskog mehanizma CD ROM-a, vanjskog tvrdog diska, skenera, pisača, palice za igru i dr. USB sabirnica je relativno jeftina i kod suvremenih računala najrasprostranjenija vanjska sabirnica.
3.4
III-43
PRO-MIL
TEMELJNA GRAĐA RAČUNALA Razvoj USB sabirnice Razvoj USB norme započeo je na poticaj tvrtke Intel početkom 1993. godine. Prva službena specifikacija USB Rev. 0.99 objavljena je polovicom 1995. godine. Potkraj 1995. godine počinje praktična primjena USB norme. Windows 95 je prvi operacijski sustav koji je imao mogućnost rada s USB sabirnicom. Prvo računalo koje je imalo tvornički ugrađenu USB sabirnicu je bilo računalo Macintosh 1999. godine. Inačica norme USB 1.1 objavljena je 1998. godine, a USB 2.0 (Hi-Speed USB) 2000. godine.
IEEE 1394 sabirnica Norma IEEE 1394, poznata još i pod nazivom FireWire, jest sabirnička norma za serijsko spajanje velikom brzinom prijenosa (engl. high performance serial bus). Načelna namjena je ista kao i USB norme, ali je znatno skuplja od nje. Ako računalo ima ugrađenu ovu sabirnicu, obično ima samo jednu priključnicu. Za priključak više uređaja potrebno je dodati odgovarajući uređaj izvan računala. Zbog toga ova sabirnica nije primjerena uporabi s relativno sporim uređajima kao što su to npr. pisač, miš ili tipkovnica. Jedna od glavnih primjena je povezivanje računala i uređaja za prijenos video zapisa, primjerice videokamere i videorekordera.
Slika 3.34. FireWire logotip
Slika 3.35. FireWire priključnice
III-44
Vodič IEEE 1394 norme ima 6 vodiča, a najveća dopuštena duljina jednog segmenta je 4,5 metara (najviše 16 segmenata). Norma dopušta priključak najviše 63 uređaja po jednom segmentu. Pomoću odgovarajućih uređaja (engl. 1394 bridge) moguće je istodobno ostvariti tisuću segmenata pa je broj uređaja koji se mogu priključiti praktično neograničen. Za razliku od SCSI sabirnice kod IEEE 1394 sabirnice uređaji se spajaju u tzv. granatu strukturu, što znači da se svi uređaji spajaju sa zajedničkim 1394 uređajem.
PRO-MIL
3.4
TEMELJNA GRAĐA RAČUNALA Brzina prijenosa podataka je: 100 Mbps, 200 Mbps i 400 Mbps. Uređaji, npr. skener i pisač, mogu međusobno komunicirati izravno, bez posredovanja računala. IEEE 1394 sabirnica podržava "uključi i radi" tehnologiju (engl. plug and play, PnP) i dozvoljava uključenje i isključenje uređaja u radu. Posredstvom priključnog kabela mogu se napajati vanjski uređaji (do najveće snage 60 W).
Razvoj IEEE 1394 sabirnice Zbog relativno visoke cijene IEEE 1394 norma je mnogo manje u upotrebi od USB norme, a glavna joj je namjena povezivanje uređaja koji traže veliku brzinu prijenosa, primjerice videodiska, videokamere, RAID uređaja i sl. Prvi uređaji sukladni normi pojavili su se na tržištu 1995. godine. Prva inačica norme IEEE 1394 poznata je i kao FireWire 400. Novija inačica norme IEEE 1394b poznata i kao FireWire 800 omogućuje brzine 800 Mbps, 1,6 Gbps i 3,2 Gbps, a najveće dozvoljena dužina kabela je povećana na 100 metara. Moguća je uporaba optičkog vlakna i Ethernet mrežnog kabela Cat 5, a prvi su se uređaji pod nazivom FireWire 800 pojavili 2003. godine.
SCSI sabirnica SCSI (engl. small computer system interface) je dvosmjerna paralelna sabirnica namijenjena spajanju računala s vanjskim uređajima, primjerice neizmjenjivim diskom, magnetskom vrpcom, CD-ROM diskom, skenerom i dr. Treba uočiti da je SCSI paralelna sabirnica kao što su to npr. ISA i PCI sabirnica. To znači da se sabirnicom istodobno prenosi više bitova. Po tome se ona razlikuje od serijskih sabirnica kao što su npr. USB ili FireWire. Izvorna SCSI sabirnica naziva se SCSI-1 (odgovarajuće norme su ANSI X3.131-1986 i ISO/IEC 9316) i 8-bitovna je sabirnica najveće brzine prijenosa podataka od 1,5 MBps za asinkroni i 4 MBps za sinkroni prijenos podataka neovisna o procesoru. Ukupno je moguće priključiti do najviše sedam uređaja na jednu SCSI-1 sabirnicu, ne računajući računalo u koje je sklop ugrađen. Sabirnica omogućuje razmjenu podataka između bilo koja dva uređaja (istovremeno mogu komunicirati samo dva uređaja). Svaki SCSI uređaj ima jedinstvenu adresu (od 0 do 7) koju je moguće podesiti na samom uređaju. Norma dopušta da svaki SCSI uređaj sadrži do 8 tzv. logičkih jedinica, a svaka od njih 256 logičkih podjedinica.
3.4
III-45
PRO-MIL
TEMELJNA GRAĐA RAČUNALA Podaci između SCSI uređaja putuju spojnim kabelima. Norma propisuje dva moguća prijenosa. Jeftiniji i jednostavniji je način gdje se za svaki bit podataka koristi jedan vodič i još jedan zajednički vodič (engl. single-ended SCSI). Takav je način prijenosa načelno namijenjen spajanju uređaja koji se nalazi u istom kućištu pa je najveća dopuštena duljina kabela 6 metara. Skuplji, složeniji i na smetnje manje osjetljiv je način prijenosa gdje se za svaki bit podataka koriste dva vodiča (engl. differential SCSI). Najveća je dopuštena duljina kabela pri takvom prijenosu 25 metara, a namjena je spajanje uređaja smještenih izvan računala. Postoji više vrsta SCSI priključnica (npr. 25, 50, 68 kontakata). Svaki SCSI uređaj ima dva konektora: ulazni i izlazni. Priključkom kabela na te konektore moguće je priključne uređaje ulančiti, tj. spojiti ih na zajedničku SCSI sabirnicu. To znači da je na računalu dovoljna jedna SCSI priključnica, a na svakom uređaju koji se želi ulančiti dvije priključnice. Vanjski uređaji (pa tako i diskovi) moraju biti građeni na odgovarajući način kako bi se mogli priključiti na SCSI sabirnicu.
Slika 3.36. Povezivanje uređaja SCSI sabirnicom unutar i izvan računala
III-46
Osnovni nedostatak SCSI sabirnice je visoka cijena i složenost uporabe što je znatno usporilo ugradnju SCSI sabirnice u osobna računala. SCSI uređaji načelno su skuplji od uređaja građenih prema drugim normama pa se malokad rabe uz osobna računala. Samo poneki proizvođači računala, npr. Apple, u svoja računala ugrađuju SCSI sabirnicu kao standardnu opremu. Kod većine suvremenih osobnih računala umjesto SCSI sabirnice rabi se ATA/IDE sabirnica za tvrdi disk i USB i FireWire sabirnica za vanjske uređaje. Najčešća primjena SCSI sabirnice je kod RAID sustava poslužiteljskih računala.
PRO-MIL
3.4
TEMELJNA GRAĐA RAČUNALA Razvoj SCSI sabirnice SCSI-1 sabirnica objavljena je 1986. godine i danas je zastarjela i ne rabi se više. Poboljšana inačica je tzv. SCSI-2 sabirnica iz 1989. godine. Za razliku od SCSI-1, SCSI-2 sabirnica je 8, 16 i 32-bitovno, povećane brzine prijenosa podataka (10 MBps za 8-bitovnu i 40 MBps za 32-bitovnu sabirnicu). Osim neizmjenjivih diskova SCSI-2 omogućuje priključenje i ostalih uređaja, primjerice CD-ROM diskova, skenera i komunikacijskih uređaja. SCSI-2 uređaji koji podržavaju maksimalnu brzinu prijenosa podataka zovu se brzi SCSI uređaji (engl. fast SCSI), a uređaji koji podržavaju 16 ili 32-bitovni prijenos široki SCSI uređaji (engl. wide SCSI). Proizvode se i uređaji koji podržavaju i jedno i drugo. Postoji inačica SCSI-2 dvostruke brzine koja se naziva ultra SCSI. Inačica SCSI-3 norme, objavljena je 1993. godine, unapređenje je SCSI-2 norme. SCSI-3 norma omogućava priključak do 32 uređaja, podržava prijenos podataka optičkim vlaknima, dopušta dulje priključne kabele, omogućuje uz paralelni i serijski prijenos podataka. Norma se razvija i dalje pa postoje mnoge inačice: SCSI-1, Fast SCSI, Fast Wide SCSI, Ultra SCSI, Ultra SCSI, Wide Ultra SCSI, Wide Ultra SCSI, Wide Ultra SCSI, Ultra2 SCSI (1997), Wide Ultra2 SCSI, Ultra3 SCSI ili Ultra160 SCSI (1999), Ultra4 ili Ultra320 SCSI, Ultra-640 (2003),itd. Primjerice Ultra160 SCSI norma je 16-bitovna, može povezati 16 uređaja i ima najveću brzinu prijenosa podataka 320 MBps. SCSI sabirnica podržava "uključi i radi" tehnologiju pod nazivom SCAM (engl. SCSI configured automatically) što je ekvivalent PnP tehnologiji USB sabirnce. SCAM bitno olakšava priključak uređaja s gledišta korisnika jer nisu potrebna podešavanja programa.
3.4
III-47
PRO-MIL
TEMELJNA GRAĐA RAČUNALA 3.5. Ostali dijelovi računala Osim do sad navedenih postoje i drugi dijelovi računala važni za njegov rad. Pri kupnji računala korisnik često mora izabrati između mnogo ponuđenih kombinacija sastavnih dijelova računala pa je dobro znati bitne značajke tih dijelova. Matična ploča Matična ploča (engl. motherboard, mainboard, systemboard, mobo) je tiskana pločica na kojoj su smješteni glavni dijelovi računala: procesor, memorija, unutarnja sabirnica i dr. Sklopovi mogu biti zalemljeni na matičnu ploču ili se mogu dodati u za to predviđena podnožja i priključnice. Matična ploča se često prodaje zasebno, bez procesora, memorije i dodatnih sklopova (kartica) kako bi kupac sam mogao sastaviti računalo prema svojim potrebama. Iako na tržištu postoji mnogo različitih matičnih ploča, one se mogu svrstati u skupine prema nekim zajedničkim značajkama.
Slika 3.37. Matična ploča
III-48
Format matične ploče (engl. form factor) govori o fizičkim dimenzijama matične ploče, otvorima za pričvršćenje u kućište, smještaju priključnica za priključak vanjskih uređaja i sl. S obzirom na dimenzije matične ploče se mogu svrstati u skupine označene kraticama, primjerice: XT (216 x 279 mm), AT (305 x 279-330 mm), Baby-AT (216 x 254-330 mm), ATX (Intel 1996; 305 x 244 mm), Mini-ATX (284 x 208 mm), Micro-ATX (244 x 244 mm), LPX (229 x 279-330 mm), MiniLPX (203-229 x 254-279 mm), NLX (Intel 1999; 203-229 x 254-345 mm), FlexATX (1999; 244 x 244 mm), Mini-ITX (VIA Technologies 2003;
PRO-MIL
3.5
TEMELJNA GRAĐA RAČUNALA 170 x 170 mm) , Nano-ITX (VIA Technologies 2004; 120 x 120 mm). U zagradama su navedene vanjske dimenzije matične ploče. Dimenzije matičnih ploča nisu strogo normirane pa postoje neke razlike u smještaju komponenti na matičnu ploču. Tijekom vremena dimenzije matičnih ploča su se smanjivale, a razmještaj komponenti i priključnica prilagođavao stanju tehnologije. Procesor koji se može ugraditi na matičnu ploču je važna značajka matične ploče. Mnoge matične ploče omogućuju priključak više vrsta procesora pa kupac može birati koji će procesor ugraditi. Ovisno o cijeni i potrebama korisnik može isprva ugraditi jeftiniji procesor, a kad cijene novih modela procesora padnu može ga zamijeniti novijim modelom. Poznatiji modeli procesora su: Athlon, Duron, Celeron, Pentium II, Pentium III, Pentium 4 itd.
Slika 3.38. Slot (lijevo) i socket (desno) priključnica za procesor Priključnica za procesor (engl. socket, slot) je priključnica u koju se utakne procesor. Kod svih je matičnih ploča procesor spojen na matičnu ploču posredstvom podnožja kako bi se mogao mijenjati. Razlog tome je dvojak. S jedne strane tako je moguće na matičnu ploču ugraditi procesor prema želji korisnika, a s druge moguća je zamjena u slučaju kvara. Različiti procesori zahtijevaju različite priključnice (podnožja) pa je jedna od važnih značajki matične ploče ugrađena vrsta priključnice za procesor. Dvije su glavne vrste priključnica nazvane engleskim nazivima socket i slot, a s obzirom na vrstu nazivaju se: Socket 1 (169), Socket 2 (238), Socket 3 (237), Socket 4 (273), Socket 5 (320), Socket 6 (235), Socket 7 (32), Socket 8 (387), Slot 1 (242), Slot 2 (330), Slot A (242), Socket 370 (370), Socket A (462), Socket 423 (423), Socket 603 (603), Socket 478 (478). U zagradi je broj priključaka priključnice. Skup pomoćnih integriranih krugova (engl. chipset) uvelike određuje značajke matične ploče pa se matične ploče ponekad svrstavaju u skupine prema njima. Ti su pomoćni integrirani krugovi uvijek zalemljeni na matičnu ploču i korisnik ih ne može mijenjati. Određuju važne značajke računala: tip procesora koji može biti na matičnoj ploči, vrstu memorije, sabirnicu, način razmjene podataka s okolinom (npr. USB) i 3.5
PRO-MIL
III-49
TEMELJNA GRAĐA RAČUNALA dr. Postoji svega nekoliko proizvođača tih sklopova od kojih su najvažniji: AMD, Cyrix, Intel, SiS i Via. Postoji međutim mnogo različitih tipova tih sklopova: AMD-750 AGPset , AMD-761, Intel 815E, Intel 440EX, Intel 850, SiS 6200, SiS85C496/497/486, VIA Apollo KX133 AGPset, VIA Apollo VP3, VIA KT266A, i dr. Sekundarna brza priručna memorija ili L2 (engl. second level cache, Level 2 cache) ugrađena na matičnu ploču može biti većeg ili manjeg kapaciteta što u određenoj mjeri utječe na brzinu rada računala. To je zato jedna od važnih značajki matične ploče. Broj i vrsta sabirničkih i ostalih priključaka određuje koje će dodatke i vanjske uređaje korisnik moći priključiti na računalo. Tu posebice pripadaju sabirničke priključnice (PCI, ISA, AGP, VLB, EISA, SCSI, USB, FireWire i dr.), priključnice za radnu memoriju, RAM (DIMM, SIMM, RIMM, i dr.), priključnice ulazno-izlaznih sklopova (LAN, serijska vrata, paralelna vrata i dr.) . Proizvođač matičnih ploča je za korisnika određeno jamstvo kvalitete na temelju do tada proizvedenih ploča. Mnogi proizvođači matičnih ploča uopće ne proizvode kompletna računala, već proizvode i prodaju samo matične ploče. Poznatiji proizvođači su: Abit, AMI, Asus, Chaintech, DFI, Epox, Intel, Iwill, Matsonic , Megatrends, Micro-Star, Promise, Soyo, Transcend, Tyan i dr.
Slika 3.39. Jedinice za napajanje stolnih računala
Jedinica za napajanje (engl. power supply)
III-50
Jedinica za napajanje (engl. power supply, PSU) je uređaj koji opskrbljuje računalo električnom energijom. Jedinica za napajanje priključuje se na gradsku mrežu (kod nas na napon od 220 V frekvencije 50 Hz) i pretvara napon gradske mreže u nekoliko istosmjernih napona potrebnih za rad sklopova računala. Iznosi tih napona su najčešće 3,3 V, 5 V i 12 V. Energija koju mora osigurati jedinica za napajanje zavisi o vrsti računala i broju priključenih sklopova. Snaga jedinica za napajanje osobnih računala kreće se u rasponu od 300 W do 500 W.
PRO-MIL
3.5
TEMELJNA GRAĐA RAČUNALA Kod stolnih računala jedinica za napajanje je ugrađena u računalo i može se po potrebi zamijeniti. Kod prijenosnih i ručnih računala jedinica za napajanje je podijeljena u dva dijela. Jedan dio se nalazi izvan računala i naziva se adapter (engl. power adapter). To je obično kutija veličine sapuna na kojoj se nalazi kabel za gradsku mrežu i kabel za računalo. Drugi dio jedinice za napajanje se nalazi u računalu. Takvom građom računalo može biti manjih dimenzija i manje se zagrijavati jer je najveći dio jedinice za napajanje izvan računala.
Slika 3.40. Adapter prijenosnih i ručnih računala
Neprekidno napajanje (engl. UPS) Osobna računala napajaju se energijom iz gradske električne mreže. Pri nestanku električne energije u gradskoj mreži prekida se napajanje računala i to često puta uzrokuje gubitak podataka koji se nalaze u radnoj memoriji računala. To može katkada predstavljati ozbiljnu poteškoću, posebice kod računala spojenih u mrežu ili kod poslužiteljskih računala. Da bi se to izbjeglo računalu je moguće dodati uređaj za pričuvno ili neprekidno napajanje (engl. uninterruptible power supply, UPS, backup power supply). Glavna zadaća tog uređaja je osiguranje napajanja računala za vrijeme nestanka električne energije u gradskoj mreži. UPS može poboljšati rad računala i kad nema nestanka napajanja jer održava napon i frekvenciju konstantnom, smanjuje izobličenje valnog oblika napona, eliminira smetnje i prenapone (npr. zbog udara groma), izvješćuje korisnika o stanju u gradskoj mreži i dr. Energiju UPS crpi iz gradske mreže, odnosno ugrađenog akumulatora kad dođe do nestanka električne energije u gradskoj mreži. Zavisno o kapacitetu akumulatora i potrošnji energije UPS može napajati računalo u trajanju od 10 minuta pa do nekoliko sati. Za osobna računala rabe se UPS snage od 300 do 1.000 W. 3.5
PRO-MIL
III-51
TEMELJNA GRAĐA RAČUNALA Postoje dvije glavne vrste neprekidnih napajanja. Razlikuju se prema načinu na koji se računalo napaja energijom za vrijeme dok ima napona u gradskoj mreži. Jednostavnija vrsta koja se naziva engl. standby UPS napaja računalo izravno iz gradske mreže uz ograničeno filtriranje smetnji i prenapona. Skuplja i bolja vrsta se naziva engl. line interactive i ne napaja računalo izravno iz gradske mreže, nego pomoću posebnih sklopova generira potreban traženi napon i valni oblik te tako mnogo bolje štiti računalo.
Slika 3.41. Neprekidno napajanje - UPS Kad napona nema, sve vrste neprekidnih napajanja rade jednako i napajaju računalo energijom iz akumulatora. Ventilator Neminovna neželjena posljedica rada svakog elektroničkog sklopa je toplina. Sklopovi unutar računala stvaraju toplinu i na taj način podižu radnu temperaturu računala. Povećana temperatura ima za posljedicu smanjenje vijeka trajanja sklopova i smanjenje pouzdanosti računala pa je potrebno tu temperaturu sniziti. Jedan od jednostavnih i najčešće primjenjivanih načina smanjenja temperature računala je propuhivanje zraka preko sklopova računala. Za propuhivanje se koristi mali bešumni ventilator (engl. fan) koji odvodi topli zrak i dovodi svjež, hladniji zrak. Zrak preuzima na sebe dio topline koju proizvode sklopovi računala i na taj način smanjuje temperaturu računala.
III-52
Isprva je dovoljno bilo ugraditi samo jedan ventilator na poleđinu računala koji bi hladio sve elektroničke sklopove unutar računala. Zbog porasta složenosti integriranih krugova i sklopova računala to kod suvremenih računala nije dovoljno. Suvremena računala imaju nekoliko ventilatora, bez kojih bi rad računala bio nemoguć. Tako računalo može imati: ventilator koji hladi procesor i smješten je na hladnjak procesora, ventilator koji hladi grafičku karticu, ventilator koji hladi tvrdi disk, ventilator koji hladi jedinicu za napajanje, ventilator koji
PRO-MIL
3.5
TEMELJNA GRAĐA RAČUNALA hladi matičnu ploču itd. Prekid rada bilo kojeg od tih ventilatora može dovesti do pregrijavanja elektroničkih komponenti i njihova otkazivanja. Kod nekih, primjerice ventilatora koji hladi procesor, dovoljan je prekid od nekoliko desetaka sekundi pa da dođe do kvara. Kod drugih, primjerice ventilatora koji hladi matičnu ploču, može proći i nekoliko dana prije nego nastupi kvar zbog pregrijavanja. Čak i uz ispravan rad svih ventilatora radna temperatura procesora može biti veća od četrdeset stupnjeva. U svakom slučaju prestanak rada bilo kojeg ventilatora će prije ili kasnije dovesti do kvara računala. Zato u računalu postoje sklopovi koji zvučnim alarmom upozoravaju korisnika ako neki od kritičnih ventilatora prestane raditi, a postoje i računala koja se sama isključe u tom slučaju.
Slika 3.42. Ventilatori za hlađenje različitih dijelova računala Postoje programi koji korisniku na zaslonu monitora mogu pokazati temperaturu pojedinih dijelova računala i brzinu vrtnje ventilatora. Za učinkovito hlađenje treba otvor ventilatora, koji se nalazi na poleđini računala, uvijek biti slobodan a računalo smješteno tako da je protok zraka nesmetan. Moguće je i vodeno hlađenje sklopova, posebice procesora i grafičke kartice koji se i najviše zagrijavaju. Time je hlađenje još bolje i radna temperatura sklopova niža. Kako to uključuje pumpu za vodu, rezervoar za vodu, posebna hladila i povećanje cijene, ne ugrađuje se tvornički, već se može kupiti kao dodatak koji korisnik može sam ugraditi u računalo. Neka računala imaju elektroničke sklopove male potrošnje. Tako je rasipanje energije u obliku topline znatno smanjeno te se suvišna toplina može odvesti u okolinu i bez ventilatora. To je posebice važno kod ručnih i prijenosnih računala zbog ograničenih dimenzija računala i ograničene potrošnje energije.
3.5
III-53
PRO-MIL
TEMELJNA GRAĐA RAČUNALA Kućište računala Kućište računala (engl. case) je kutija u koju su smješteni svi dijelovi računala: matična ploča, jedinica za napajanje, pogonski mehanizmi diskova i disketa, dodatne kartice itd. Postoji mnogo modela kućišta stolnih računala koja se razlikuju po veličini, izgledu, kvaliteti i cijeni. S obzirom na radni položaj dijele se u dvije skupine: kućišta za vodoravni položaj (engl. desktop) i kućišta za uspravni položaj (engl. tower). Vodoravna su pogodna za smještaj na stol i na njih se obično stavlja monitor, a uspravna se mogu smjestiti na stol, ali i pod stol. Podjednako su dobra i izbor ovisi isključivo o ukusu korisnika. Pri izboru kućišta treba imati na umu predviđen broj dodatnih kartica i sklopova koje korisnik namjerava ugraditi i dimenzije i vrstu matične ploče. Unutar kućišta se nalaze različiti nosači i otvori koji su predviđeni za pričvršćenje dijelova koji se u kućište ugrađuju. Uz kućište se redovito prodaje već ugrađena jedinica za napajanje pa pri kupnji treba znati i njene značajke kako bi zadovoljila potrebe ugrađenih sklopova.
Sika 3.43. Kućište za vodoravni (lijevo) i uspravni (desno) položaj
III-54
PRO-MIL
3.5
TEMELJNA GRAĐA RAČUNALA
Slika 3.44. Unutrašnjost kućišta računala
U novije doba postoje kućišta s prozirnim stjenkama, tako da je vidljiva unutrašnjost računala. Postoje i šareno obojene komponente koje se ugrađuju u takva kućišta pa i različita rasvjetna tijela koja osvjetljavaju unutrašnjost. Sve bi to trebalo uljepšati izgled računala i učiniti ih privlačnijim i zanimljivijim.
3.5
III-55
PRO-MIL
Ulazni uređaji
system speech recognition
3
10
Pokazni uređaji
22
Uređaji za unos slike
52
A/D pretvornik
55
Tipkovnica
Uređaji za raspoznavanje govora
ULAZNI UREĐAJI
4. Ulazni uređaji Ulazni uređaji ili ulazne jedinice računala su svi oni uređaji koji omogućuju unos podataka ili programa iz okoline u računalo. Podaci u okolini računala, primjerice zvuk, slika, pokret, temperatura, gotovo uvijek su u obliku nepogodnom za izravan unos u računalo. Te podatke treba prikladnim pretvornicima (senzorima) i njima prigrađenim sklopovima pretvoriti u električne signale prihvatljive računalu. Ulazni uređaji mogu se podijeliti na dvije glavne skupine: na ulazne uređaje koji su sučelje prema čovjeku, i one koji su sučelje prema drugim uređajima. Uređaji iz prve skupine, u koju se ubrajaju primjerice tipkovnica, miš, grafička ploča, svojom su građom i načinom djelovanja prilagođeni jednostavnoj ljudskoj uporabi. Čovjek svojim djelovanjem na takve uređaje (pokretom ili glasom) predaje željene podatke računalu. Uređaji iz druge skupine, među koje se ubrajaju primjerice A/D pretvornici, magnetski diskovi i vrpce, građeni su za djelotvornu pretvorbu i predaju podataka iz okoline računalu bez čovjekova posredstva.
4.1. Tipkovnica Tipkovnica (slovište, tastatura, engl. keyboard) jedan je od najstarijih i najčešćih ulaznih uređaja. Tipkovnica stolnih računala sastoji se od označenih tipki koje su mehanički vezane za pripadne preklopke. Svakoj tipki pripada po jedna preklopka. Pritiskom na neku od tipki ostvaruje se električni kontakt. Zatvaranjem kontakata zatvara se električni krug koji dovodi napon na odgovarajuće nožice ugrađenog mikroprocesora. Mikroprocesor na temelju primljenih napona stvara prikladne električne impulse i prosljeđuje ih računalu. Na većini tipkovnica stolnih računala ima od 101 do 107 tipki. Postoje i tzv. multimedijske i Internet tipkovnice koji osim uobičajenih 101-107 tipki imaju dodatne tipke za upravljanje multimedijskim sadržajima ili za pokretanje različitih programa za Internet. Istodobno se mogu koristiti i po dvije tipke (npr. pritiskom na tipku SHIFT i tipku slova a generira se znak velikog slova A), tako da ukupan broj znakova koje može generirati tipkovnica prelazi nekoliko stotina. 4.1
PRO-MIL
IV-3
ULAZNI UREĐAJI S gledišta tehnologije izrade rasprostranjene su tri vrsta tipkovnica: membranske, kapacitivne i elektromehaničke tipkovnice.
Slika 4.1. Tipkovnica stolnog računala Membranske tipkovnice (engl. rubber membrane keyboard, dome switch keyboard) sastoje se od nekoliko dijelova. Prvi dio su vodljive staze na tiskanoj pločici koja je podloga tipkovnice. Te su vodljive staze napravljene tako da na mjestu svake tipke postoji prekid. Drugi dio je izolator s otvorima. Svaki je otvor točno na mjestu gdje su staze prekinute i gdje se nalazi tipka (otvora ima koliko i tipki). Na izolatoru s otvorima nalazi se elastična folija s vodljivim kontaktima na mjestu gdje su otvori. Kad niti jedna tipka nije pritisnuta, folija s kontaktima je odmaknuta od tiskane pločice i niti jedna prekinuta veza nije spojena. Na to dolaze s gornje strane gumene elastične kupole (engl. dome), a na njih označene tipke. Pritiskom tipke udubljuje se kupola, pritišće na foliju s kontaktima i kontakt kroz otvor izolatora zatvara strujni krug vodljivih staza na tiskanoj pločici. Kad pritisak na tipku prestane, gumena kupola se vraća u početni položaj i kontakt se prekida.
Slika 4.2. Načelo rada membranske tipkovnice
IV-4
Slika 4.3. Unutrašnjost membranske tipkovnice
Kontakti na tiskanoj pločici spojeni su matrično - u retke i stupce. Tipkovnica ima ugrađen namjenski mikroprocesor koji se brine o očita-
PRO-MIL
4.1
ULAZNI UREĐAJI nju zatvorenih tipki i slanju podataka računalu. Mikroprocesor upravlja i sijalicama (LED diodama) na tipkovnici. Membranske tipkovnice su zbog niske proizvodne cijene najjeftinija vrsta tipkovnica pa su i najrasprostranjenije kod osobnih računala. Nedostatak im je relativno loš povratni osjećaj tipke u odnosu na elektromehaničku tipkovnicu. Kapacitivne tipkovnice (engl. capacitive keyboard) ne ostvaruju električki kontakt, nego mijenjaju kapacitet kontakta. Podloga kapacitivne tipkovnice je tiskana pločica sa stazama koje su prekinute na mjestu svake tipke. Na tiskanoj pločici je izolacijska folija. Pritiskom na tipku dovede se metalna pločica neposredno iznad mjesta gdje su kontakti prekinuti i tako se promijeni kapacitet kondenzatora na mjestu prekida (prekid je zapravo mali kondenzator). Zbog izolacijske folije metalna pločica ne može doći u kontakt s prekinutim vezama niti ostvariti električki kontakt. Mikroprocesor pomoću odgovarajućih sklopova registrira promjenu kapaciteta i tako "zna" koja je tipka pritisnuta. Prednosti kapacitivne tipkovnice su niska cijena te dobra otpornost na vlagu i prljavštinu. Električni kontakt kod elektromehaničke tipkovnice ostvaruje se jednostavnom mehaničkom sklopkom ugrađenom u mehanizam svake tipke. Tipka se vraća pomoću metalne opruge pa je povratni osjećaj pod prstima mnogo bolji nego kod tipkovnica s kupolom. Kontakti preklopke su metalni i najčešće presvučeni zlatom da bi se spriječila oksidacija. Elektromehaničke tipkovnice su bolje, ali i skuplje od membranskih tipkovnica. Osim spomenutih postoje još kvalitetnije, ali i znatno skuplje tipkovnice koje se malokad rabe kod osobnih računala. U njih se ubrajaju: tipkovnice s vakuumskim relejima (engl. reed relay keyboard), tipkovnice koje rabe Hall-ovu pojavu (engl. Hall effect keyboard). Sila i hod tipke tipkovnice Sila kojom je potrebno pritisnuti tipku da bi se aktivirala zavisi o vrsti i izvedbi tipkovnice. Pri dužoj neprekidnoj uporabi tipkovnice prevelika sila pritiska zamara prste. Premala sila pritiska može biti uzrokom neželjenog aktiviranja susjednih tipki. Optimalna sila pritiska važan je parametar tipkovnice i kod suvremenih tipkovnica je od 0,4 N do 1,25 N. Neki proizvođači navode masu koja je dovoljna za zatvaranje kontakta tipke i obično iznosi od 80 g do 100 g. Hod tipke jest razmak između dva krajnja položaja tipke (pritisnuta tipka - otpuštena tipka) i iznosi od 3 mm do 5 mm. Svaki bi korisnik prije kupnje trebao isprobati tipkovnicu kako bi stekao osjećaj je li rad s tom tipkovnicom ugodan i prikladan namjeni.
4.1
PRO-MIL
IV-5
ULAZNI UREĐAJI Tipkovnica s računalom razmjenjuje podatke serijskom vezom posredstvom spojnog kabela ili bežično. Pri spajanju kabelom koriste se tri vrste priključnica (konektora). Kod starijih računala to je DIN 41524 priključnica s pet kontakata (naziva se AT priključnica). Kod svih novijih računala to je DIN 45322 priključnica sa šest kontakata (naziva se PS/2 priključnica ili engl. 6-pin mini-DIN). Priključnica tipkovnice obično je ljubičaste boje. Treća vrsta priključnica je USB priključnica kojim se tipkovnica spaja na USB sabirnicu opće namjene.
Slika 4.4. AT, PS/2 i USB priključnice tipkovnice (odozgo prema dolje)
Bežično se s računalom tipkovnice povezuju radiovalovima. Bežične se tipkovnice sastoje od dvije cjeline. Prva cjelina je tipkovnica s ugrađenim radio primopredajnikom. Izvana se takva tipkovnica ne razlikuje od one koja se povezuje kabelom, samo što, naravno, nema kabela. Kao izvor energije tipkovnica ima bateriju. Drugi dio se priključuje obično na USB ili PS/2 priključnicu računala i sadrži radio primopredajnik i sklopove koji komuniciraju s računalom. Taj je dio obično mala kutija veličine kutije šibica povezana kabelom s računalom. Može se smjesti bilo gdje, npr. iza računala. Postoje računala koja rabe Bluetooth vezu.
Slika 4.5. Bežična tipkovnica
IV-6
Ako računalo ima ugrađenu mogućnost komuniciranja Bluetooth vezom ne treba nikakav dodatak uključivati u računalo.
PRO-MIL
4.1
ULAZNI UREĐAJI Zdravstveni rizici pri radu s tipkovnicom Pri dugotrajnom radu s tipkovnicom može doći do oboljenja koja nastaju zbog mnogo pokreta prstiju i njihovog opterećenja. Tipična su oboljenja RSI (engl. repetitive strain injuries) do kojeg dolazi zbog opetovanih pokreta, CTD (engl. cumulative trauma disorder) uzrokovanog zbirnim dugotrajnim naprezanjem i podvrstom CTD-a poznatog pod nazivom CTS (engl. carpal tunnel syndrome) do kojeg može doći zbog dugotrajnog držanja ruke u istom položaju pri tipkanju. Tipični simptomi ovih oboljenja su svrbež i trnci u početnoj fazi bolesti te trajna napetost i degenerativne promjene u uznapredovaloj fazi bolesti. Ergonomski oblikovane tipkovnice, kod kojih je moguće podešavati nagib tipkovnice i položaj tipki u odnosu na ruke, mogu znatno smanjiti opasnost od oboljenja.
Slika 4.6. Ergonomski oblikovana tipkovnica
Raspored znakova na tipkovnici Rasprostranjenost IBM PC-ja i njima sukladnih računala navikla je mnoge korisnike na tipkovnice kakve su se isporučivale s tim računalima. Prvotno IBM PC računalo isporučivalo se s tipkovnicom sa 83 tipke. Zbog nedostataka ubrzo je ta tipkovnica zamijenjena s tzv. 101/102 tipkovnicom (engl. enhanced keyboard, advanced keyboard). Tipkovnica 101/102 ima 101 ili 102 tipke (zavisno o izvedbi), 12 funkcijskih tipki (F1 – F12), četiri strelice za pomak kazala itd. Tu su tipkovnicu prihvatili skoro svi proizvođači osobnih računala pa je u raznim inačicama to danas najrasprostranjenija tipkovnica. Raspored znakova na tipkovnici (engl. keyboard layout) neobično je važan jer utječe na brzinu unosa podataka. Raspored na većini tipkovnica zasnovan je na tzv. QWERTY tipkovnici. Naziv QWERTY potječe od slova upisanih na prvih šest tipki u drugom redu odozgo. U Njemačkoj 4.1
PRO-MIL
IV-7
ULAZNI UREĐAJI se koriste inačica tipkovnice koja ima zamijenjena slova Z i Y pa se naziva QWERTZ. U Francuskoj su zamijenjeni znakovi Z i Y, te znakovi Q i W pa je takva tipkovnica poznata pod nazivom AZERTY.
Slika 4.7. Načelni raspored QWERTY tipkovnice
QWERTY I DVORAK QWERTY tipkovnicu je patentirao Amerikanac C. L. Sholes 1868 i prodao tvrtki Remington 1873. godine za primjenu kod mehaničkih pisaćih strojeva. Pojavom suvremenih pisaćih strojeva i elektroničkih računala ustanovljeno je da QWERTY raspored nije najpraktičniji za daktilografe. Usprkos tome, navika uporabe QWERTY tipkovnice i postojeća oprema bili su prevelika zapreka unošenju izmjena na tipkovnici pa je ta tipkovnica i danas u širokoj uporabi. 1936. godine američki profesor statistike A. Dvorak patentira tipkovnicu s drukčijim rasporedom znakova, koja dobiva po njemu ime. Dvorakova je zamisao bila što je moguće više ubrzati rad daktilografa jer su u to vrijeme pisaći strojevi bili dovoljno usavršeni da se moglo pisati znatno većom brzinom. Slova kod Dvorak tipkovnice raspoređena su tako da je 70 % riječi moguće otkucati na srednjem redu tipkovnice (podatak se odnosi na engleski jezik). Kod QWERTY tipkovnice taj postotak iznosi svega 32 %. Daktilografi obučeni na Dvorak tipkovnici postižu i do 50 % veću brzinu od onih koji pišu na QWERTY tipkovnici. Smatra se da su širu upotrebu DVORAK tipkovnice osujetila tri glavna razloga: navika, američka norma koja je u tijeku Drugoga svjetskog rata propisivala isključivu upotrebu QWERTY tipkovnice te izvještaj američke vlade iz 1956. godine koji daje prednost QWERTY tipkovnici. Danas neki od proizvođača osobnih računala nude kupcima mogućnost izbora između tipkovnica QWERTY i DVORAK.
IV-8
PRO-MIL
4.1
ULAZNI UREĐAJI
Slika 4.8. Načelni raspored DVORAK tipkovnice U Hrvatskoj ne postoji službena norma za raspored tipki na tipkovnici. Postoji preporuka Hrvatske informatičke zajednice (skraćeno HIZ) u skladu koje je većina tipkovnica sa hrvatskim znakovima.
Slika 4.9. Smještaj hrvatskih slova na tipkovnici prema preporuci HIZ-a
4.1
IV-9
PRO-MIL
ULAZNI UREĐAJI 4.2. Pokazni uređaji Pokaznim uređajima (engl. pointing device) nazivaju se ulazni uređaji kojima se na čovjeku prirodan način u računalo unose podaci o položaju u prostoru. Pokazni uređaji nisu pogodni za unos teksta, već su namijenjeni crtanju ili pomicanju kazala po zaslonu monitora. Većina pokaznih uređaja može detektirati samo dvodimenzionalni pomak što je dovoljno s obzirom da je i prikaz na zaslonu monitora dvodimenzionalan. Upravljanje nekim programom uz pomoć pokaznog uređaja svodi se na postavljanje kazala na jednu od više ponuđenih mogućnosti na zaslonu monitora i zatim izborom te mogućnosti pritiskom na tipku pokaznog uređaja. Za razliku od tipkovnice, pokaznim uređajem može se rukovati bez posebne izvježbanosti pa se vještina uporabe stječe vrlo brzo i prirodno. U pokazne uređaje ubrajaju se: miš, pomična kuglica, grafička ploča i dr. Miš Miš (engl. mouse) je mali pokretni uređaj spojen s računalom pomoću kabela. Izgledom podsjeća na živog miša pa mu otuda i naziv. Veličinom je prilagođen za ugodno držanje u dlanu. S gornje strane miša nalaze se tipke i kotačići koje korisnik može pomicati prstima, a s donje strane uređaj koji otkriva pomak miša u odnosu na podlogu i pretvara ga u električne impulse. Miš može detektirati samo relativan pomak, tj. pomak u odnosu na trenutni položaj. Miš računalu šalje podatak o tome za koliko se pomaknuo i u kom smjeru, ali ne šalje podatak o apsolutnom položaju na radnoj plohi. Slikovito može se reći da miš šalje računalu poruku "pomaknuo sam se tri milimetra u desno i pet milimetara gore, ali ne znam gdje se na stolu nalazim".
Slika 4.10. Nekoliko miševa
IV-10
PRO-MIL
4.2
ULAZNI UREĐAJI Pomicanjem miša po podlozi pomiče se kazalo (engl. cursor) na zaslonu monitora, a pritiskom na jednu od tipki na gornjem dijelu miša ili okretanjem kotačića upućuje se naredba računalu. Broj tipki s gornje strane miša nije normiran i ovisi o modelu i proizvođaču. Uobičajen je miš s dvije tipke i kotačićem, iako postoje miševi i s manje i s više tipki i kotačića. Lijevi gumb miša je najčešće u uporabi i uobičajeno je njime naredbe računalu slati tako da se klikne jednom, dva ili tri puta. Desna tipka miša obično služi za otvaranje izbornika, a kotačić za pomicanje prikaza na zaslonu (npr. miš pomiče kazalo, a kotačić pomiče cijeli dokument prikazan na zaslonu). Namjena pojedine tipke i kotačića, kao i neke druge značajke miša mogu se programski podesiti, tako da ista tipka miša može imati različitu funkciju pri radu s dva različita programa.
Slika 4.11. Miš s dvije tipke i kotačićima (u sredini, između tipki) Razlučivost (rezolucija, engl. resolution) miša jest broj električnih impulsa koje može generirati miš pri pravocrtnom gibanju na duljini jednog palca. Ili, drugačije rečeno, razlučivost govori koliki najmanji pomak miš može registrirati. Razlučivost suvremenih optičkih miševa je od 400 dpi do 800 dpi (engl. dots per inch, točaka po palcu). Preračunato na milimetre to znači da će miš razlučivosti 800 dpi generirati 31 impuls kad prevali put od 1 mm. Ili, drugačije rečeno, najmanji pomak koji takav miš može registrirati je 0,03 mm. Što je razlučivost miša veća, to su mogući precizniji pomaci kazala na zaslonu. Miš se s računalom može povezati na dva načina. Jeftiniji je način povezivanje serijskom vezom žičanim kabelom kojim se pomoću DIN 45322 priključnice sa šest kontakata (naziva se PS/2 priključnica ili engl. 6-pin mini-DIN) miš povezuje s računalom. Priključnica za miš je obično zelene boje. To je ista vrsta priključnice kao i za tipkovnicu. Drugi i sve popularniji način žičanog povezivanja je pomoću USB priključnice na USB sabirnicu. Skuplje, ali za korisnika ugodnije je bežično povezivanje. Tehnologija je ista kao i za bežičnu tipkovnicu (vidi opis kod tipkovnice) pa se može rabiti i zajednički primopredajni uređaj. 4.2
PRO-MIL
IV-11
ULAZNI UREĐAJI
Slika 4.12. Miš s kabelom (lijevo) i bežični miš (gore) Uz miša korisnici često rabe podlogu za miša (engl. mouse pad). To je obično plastična podloga približnih dimenzija 200 mm x 200 mm x 1 mm koja s gornje, vidljive, strane obično ima sliku ili promidžbenu poruku. Osim zbog ukrasa, podloga za miša dobra je u slučaju kad je ploha na kojoj se miš nalazi nepovoljna iz bilo kog razloga. Uz to, podloga za miša je obično napravljena tako da se teško prlja i lako čisti. Miševi se uglavnom razlikuju po način pretvorbe pomaka u digitalne podatke i po načinu na koji se povezuju s računalom. Optomehanički miš (engl. opto-mechanical mouse, opto-electronic mouse) je najrasprostranjenija vrsta miša, iako u novije doba prepušta svoje mjesto optičkom mišu. Načelo djelovanja elektromehaničkog miša temelji se na pretvorbi gibanja u niz električnih impulsa. Miš je građen od kućišta koje na svojoj gornjoj strani ima tipke, a na donjoj kuglicu presvučenu gumom koja proviruje iz kućišta i može se okretati. Pomicanjem miša po ravnoj podlozi, površini stola na primjer, okreće se ugrađena kuglica.
Slika 4.13. Optomehanički miš s donje strane (naopako okrenut)
IV-12
PRO-MIL
4.2
ULAZNI UREĐAJI U unutrašnjosti miša kuglica je naslonjena na dvije osovine paralelne s podlogom i međusobno okomite. Svaka od tih osovina služi za detekciju pomaka u jednom od dva međusobno okomita smjera. Na svakoj osovini je jedan kotač s mnogo otvora na rubu. Pomicanjem miša okreće se kuglica, trenjem okretanje prenosi na osovine, a ove na perforirane kotačiće. S jedne i druge strane svakog kotačića je izvor svjetla i fotoćelija koja registrira prekidanje svjetla zbog okretanja kotačića. Broj prekida govori o prijeđenom putu miša. Pouzdanost optomehaničkog miša je dobra pa je to danas najčešće korištena i najjeftinija vrsta miša. Kuglica optomehaničkog miša pri kotrljanju po podlozi tijekom vremena skuplja i u unutrašnjosti miša gomila prašinu i prljavštinu. Zbog toga može doći do djelomičnog ili potpunog prestanka rada miša. Zato je optomehanički miš građen tako da se po potrebi kuglica može izvaditi i unutrašnjost miša očistiti. Prednost je optomehaničkog miša jednostavnost građe, niska cijena i mogućnost uporabe na bilo kojoj ravnoj plohi. Nedostaci su nepouzdanost u radu zbog prljanja kuglice i unutrašnjosti miša, te relativno niska razlučivost (100 dpi do 400 dpi) u odnosu na optički miš.
Slika 4.14. Načelna građa optomehaničkog miša Nepouzdanost pokretnih dijelova elektromehaničkog miša i potreba povećanja razlučivosti dovela je do razvoja miša koji nema pokretnih dijelova. Takav miš, nazvan optičkim mišem (engl. optical mouse) ima s donje izvor svjetla (LED dioda) i poseban poluvodički element za pretvorbu slike u električnu struju i obradu slike (engl. digital signal processor, DSP). To je ista vrsta sklopa koji se rabi u digitalnim kamerama. Leća usmjerava sliku podloge na površinu tog elementa te sve skupa podsjeća na minijaturnu kameru. Pri pomaku miša mijena se i slika podloge i DSP na temelju toga izračunava koliko se miš pomaknuo. Postupak se zapravo sastoji od uspredbe dvije slike u razmaku manjem od tisućinke sekunde (engl. image correlation processing). Zbog toga podloga miša ne smije biti potpuno jednolike boje jer bi tada slika ispod miša uvijek bila ista. Kako leća poveća sliku podloge, a dio sklopa za pretvorbu slike ima veliku razlučivost moguće je otkriti pomake i na prividno jednolikoj plohi zbog strukture površine i sitnih nepravilnosti u toj površini. Zbog navedenog optički miš primjerice ne može raditi na 4.2
PRO-MIL
IV-13
ULAZNI UREĐAJI visoko reflektivnim površinama kao što su ogledalo ili staklo. Prednosti optičkog miša su veća pouzdanost zbog nepostojanja pokretnih dijelova, bolja otpornost na nečistoću i veća točnost, a nedostatak mu je veća cijena od optomehaničkog miša. Optički miš je lako prepoznati ako se okrene naopako jer nema kuglice i ima prozirnu podlogu. Uz to, za vrijeme dok je uključen osvjetljava podlogu (obično crvenom bojom) pa se i po tome može prepoznati.
Slika 4.15. Optički miš s gornje i donje strane
Slika 4.16. Načelna građa optičkog miša
Zdravstveni rizici pri radu s mišem Dugotrajni rad s mišem može uzrokovati bolest šake poznatom pod imenom CTS (engl. carpal tunnel syndrome). Tipični sindromi bolesti su grčevi i bolovi u kažiprstu i ruci. Rizik se može smanjiti pravilnim smještanjem miša blizu tipkovnice tako da se zapešće može slobodno gibati te povremenim odmaranjem i razgibavanjem ruke.
IV-14
PRO-MIL
4.2
ULAZNI UREĐAJI Razvoj miša Miš je izumio Amerikanac D. Engelbart 1963. godine (patentirao ga je 1970.). Iako je već 1970. godine tvrtka Xerox PARC uz svoje računalo Xerox Star isporučivala miš, u široj je uporabi tek od 1982. godine kada je tvrtka Mouse Systems proizvela prvog miša za IBM-PC računala. Američka tvrtka Microsoft 1983. godine nudi tržištu svoju inačicu miša pod nazivom Microsoft serial mouse. Pojava računala Apple Macintosh 1984. godine, s mišem kao uobičajenom opremom, otvorila je širom vrata tom praktičnom, jednostavnom i jeftinom ulaznom uređaju. Prvi su miševi bili elektromehanički, zatim su uslijedili optomehanički, a danas se rabe uglavnom optički miševi. Danas praktično nije moguće raditi računalom bez nekog pokaznog uređaja.
Osjetilna ploha (engl. touchpad, trackpad) Kod prijenosnih računala miš je nepraktičan, posebice kad se računalo rabi na putovanju, primjerice u vlaku ili zrakoplovu. Zbog toga je većina prijenosnih računala opremljena drugačijom vrstom pokaznih uređaja. Većina prijenosnih računala rabi osjetilnu plohu kao pokazni uređaj. Osjetilna ploha je ploha približne veličine 60 mm x 20 mm smještena ispred tipkovnice. Korisnik lagano dodiruje i prstima klizi po osjetilnoj plohi i tako pomiče kazalo na zaslonu monitora. Uz osjetilnu plohu nalaze se dvije ili više tipki koje imaju istu funkciju kao tipke miša. Uz to, može se kratkotrajno jednom ili dvaput lagano udariti prstom po osjetilnoj plohi pa će ona to protumačiti kao klik na lijevu tipku. Razlučivost osjetilnih ploha je usporediva s razlučivosti optičkih miševa, iako ima modela osjetilnih ploha razlučivosti veće od 1.000 dpi. Većina osjetilnih ploha je kapacitivna. Sastoje se od nekoliko slojeva izolatora i vodiča smještenih uzduž i poprijeko (u stupcima i redcima) plohe sveukupne debljine manje od 1 mm. Dodirom prsta mijenja se kapacitet dodirnutog mjesta pa elektronički sklop može otkriti u kojem stupcu i kojem retku je ploha dodirnuta. Kao i miš, i osjetilne plohe detektiraju relativni položaj (vidi opis kod miša). Postoje osjetilne plohe koje rabe manje od kapacitivnih zasnovane na drugačijoj tehnologiji npr.: otporne osjetilne plohe čiji se otpor mijenja na mjestu dodira i prekidačke osjetilne plohe koje se sastoje od mnoštva minijaturnih prekidača koji se uključe dodirom prsta.
4.2
IV-15
PRO-MIL
ULAZNI UREĐAJI
Slika 4.17. Osjetilna ploha prijenosnog računala
Razvoj osjetilne plohe Osjetilnu plohu izumio je G.E. Gerpheide 1988. godine. Prvo računalo koje se prodavalo s ugrađenom osjetilnom plohom je bilo prijenosno računalo Apple Powerbook koje se pojavilo 1994. godine.
Pomična kuglica (engl. trackball)
IV-16
Pomična kuglica (engl. trackball) djeluje na sličnom načelu kao i miš, a izgleda kao naopako okrenuti miš. Kućište miruje na podlozi. S gornje strane kućišta proviruje kuglica koju je moguće okretati prstima, a uz rub kućišta nalazi se nekoliko tipki. Korisnik polaže ruku na kućište i prstima okreće kuglicu. Okretanje kuglice pretvara se u otvaranje i zatvaranje preklopki. Dodatne je naredbe moguće ostvariti pritiskom na jednu od nekoliko tipki (jedna, dvije ili tri) smještenih uz rub kućišta. Pretvaranje okreta u električne impulse, spajanje s računalom i pogonski program jednak je onom kod miša, tako da računalo ne razlikuje je li na njega priključen miš ili pomična kuglica. Primjenjuje se za iste poslove kao i miš. Pomičnu kuglicu nije potrebno pomicati po podlozi pa zato pomična kuglica zahtijeva znatno manju radnu površinu od miša, što joj je i glavna prednost. Dodatna prednost je bolji nadzor pokreta kuglice nego kod miša. Nedostaci su pomične kuglice isti kao i optomehaničkog miša uz višestruko višu cijenu od miša. Najčešća uporaba pomične kuglice je uz CAD programe pri izradi crteža. Nekim korisnicima koji mnogo vremena provode za računalom je pomična kuglica ugodnija za rad i manje naporna od miša.
PRO-MIL
4.2
ULAZNI UREĐAJI
Slika 4.18. Pomična kuglica (engl. trackball) Minijaturna palica (engl. pointing stick, mini joystick, TrackPoint, red tip) Tvrtka IBM na ThikPad prijenosnim računalima kao pokazni uređaj rabi minijaturnu pokaznu palicu smještenu između tipki G, H i B na tipkovnici. Pomicanjem palice pomiče se kazalo na zaslonu monitora. Palica je napravljena tako da može registrirati smjer i jačinu pritiska i tako računalu poslati podatak u kojem smjeru i kojom brzinom pomaknuti kazalo (engl. cursor). To je posebno pogodno rješenje za prijenosna računala malih dimenzija jer zauzima najmanje mjesta od svih pokaznih uređaja.
Slika 4.19. Minijaturna pokazna palica (engl. pointing stick, mini joystick) Palica (engl. joystick) Palica (engl. joystick) sastoji se od kućišta koje miruje na podlozi i palice koja izlazi uspravno iz kućišta. Korisnik drži palicu u ruci i naginje je u smjeru lijevo-desno i naprijed-natrag. Pomaci palice prenose se računalu kao podaci o promjeni položaja. Uz to, na palici se nalaze lako dostupne tipke, kojima je moguće računalu uputiti dodatne naredbe. Pokreti palice pretvaraju se u električne impulse i priključnim kabelom prenose računalu. Većina palica je dvodimenzionalna kao i ostale pokazne naprave, ali se proizvode za posebne namjene i trodimenzionalne palice. Palica se na računalo najčešće priključuje posredstvom USB priključnice na USB sabirnicu. Mnoga, posebno starija, računala 4.2
PRO-MIL
IV-17
ULAZNI UREĐAJI imaju i posebnu priključnicu za igre (engl. game port) na koju se može priključiti palica.
Slika 4.20. Palica (engl. joystick)
Jednostavnije palice su digitalne. Imaju ugrađena četiri kontakta i mogu registrirati samo četiri (ili u najboljem slučaju osam) položaja palice. Takve palice ne mogu prenijeti podatak o pomaku već samo o položaju palice. Jednostavne su građe i niske cijene pa im je primjena ograničena uglavnom na igre. Kod profesionalnih primjena palica je pogodna za upravljanje strojevima koji mijenjaju položaj u prostoru, npr. dizalice i različita vozila. Složenije palice su analogne i prenose pomake na ugrađene potenciometre mijenjajući na taj način otpor priključenih potenciometara. Obično su ugrađena dva potenciometra (jedan za x os i jedan za y os) kojima se registrira smjer i iznos pomaka palice, a upravljanje palicom je vrlo točno. Građa takvih palica je složena i cijena visoka pa se primjenjuju gdje cijena nije presudna, primjerice u vojnoj industriji.
Slika 4.21. Načelna građa palice (engl. joystick) s potenciometrima
IV-18
PRO-MIL
4.2
ULAZNI UREĐAJI Osjetilni zaslon (engl. touch screen) Osjetilni zaslon (engl. touch screen, touchscreen) ima sposobnost otkriti položaj na kojem je dodirnut. Dovoljno ga je samo dotaknuti prstom na željenom mjestu, da bi se generirali električni impulsi koji određuju položaj dodirnutog mjesta. Osjetilni zaslon se najviše rabi kod ručnih računala. Primjenjuje se još i u okolini gdje ne postoji mogućnost nadzora nad korištenjem računala i pretpostavlja se da će ga koristiti korisnici koji se ne znaju služiti računalom, ali će dodirujući određeno mjesto na zaslonu monitora ipak doći do željene informacije. Takva primjena je primjerice sustav za pružanje informacija u zračnim lukama, kolodvorima, automatskim bankovnim šalterima, samoposluživanjima itd. Osjetilni zaslon odlikuje se krajnje jednostavnom uporabom, pouzdanošću i umjerenom cijenom.
Slika 4.22. Osjetilni zaslon (engl. touch screen) ručnog računala Postoji nekoliko tehnologija izrade osjetilnih zaslona. One se međusobno razlikuju po složenosti, cijeni i pouzdanosti. Kapacitivni osjetilni zaslon (engl. capacitive touch screen) temelji svoje djelovanje na činjenici da je ljudsko tijelo poput kondenzatora u stanju akumulirati ili preuzeti određenu količinu naboja. Na staklo zaslona nanesen je tanak proziran sloj metala, npr. kositra, a preko njega sloj stakla. Sloj metala je tako zaštićen od habanja uzrokovanog dodirom, te je otpornost na habanje i prljanje jedna od glavnih prednosti ove vrste zaslona. Zaslon je preko četiri elektrode, koje su smještene u zaslonu, priključen na izvor izmjeničnog napona stalne amplitude i frekvencije. Pri dodiru zaslona čovječje tijelo čini drugu ploču kondenzatora. Zbog toga poteče struja kroz čovjeka, sloj metala i kroz elektrode. Iznos struje je vrlo mali tako da je struja bezopasna za čovjeka. Iznos struje koji poteče kroz pojedine elektrode ovisi o mjestu dodira: što je mjesto dodira bliže elektrodi, to je struja veća. Na temelju iznosa struja što teku kroz pojedine elektrode, moguće je 4.2
PRO-MIL
IV-19
ULAZNI UREĐAJI odrediti mjesto dodira. Zaslon je dovoljno dodirnuti i nije potrebno pritiskati da bi se ostvarilo očitanje. Zaslon je potrebno dodirnuti prstom, a nekim drugim predmetom. Problemi mogu nastati ako se dodir ostvari rukom na koju je navučena rukavica ili s nekim drugim predmetom te to treba izbjegavati. Ova se vrsta zaslona preporučuje za javna mjesta česte uporabe, zbog dobre otpornosti na habanje i mogućnosti pranja zaslona bez opasnosti oštećenja. Kapacitivni osjetilni zaslon nije pogodan za ručna računala.
Slika 4.23. Osjetilni zaslon (engl. touch screen) informacijskog kioska
IV-20
Otporni osjetilni zaslon (engl. resistive touch screen) je najrasprostranjeniji od svih vrsta osjetilnih zaslona jer se rabi kod ručnih računala. Na zaslon je nanesen tanki prozirni otporni sloj, a preko njega je nalijepljena vodljiva folija. Između ta dva sloja su odstojnici koji sprječavaju da vodljiva folija ostvari električni kontakt s otpornim slojem. Na rubovima zaslona nanesene su vodljive staze i elektrode. Pri dodiru jedne točke zaslona i pritiska na tu točku, udubi se minijaturno izbočenje i ostvari kontakt između otpornog sloja i vodljive folije. Odgovarajućim preklapanjem napona između elektroda i pritom mjerenjem struje moguće je odrediti mjesto dodira. Prednost ove vrste zaslona jest mogućnost dodira u rukavicama ili nekim predmetom npr. štapićem (engl. stylus) kod ručnog računala. Za razliku od kapacitivnog osjetilnog zaslona mora se pritisnuti mjesto dodira. Prednost toga je što ima manje pogrešaka pri aktiviranje željenog mjesta na zaslonu. Nedostaci su osjetljivost na oštećenja i gušenje svjetla koje emitira zaslon (do 30 % zbog relativno slabo propusne folije s izbočenjima) čime se smanjuje čitljivost.
PRO-MIL
4.2
ULAZNI UREĐAJI
Slika 4.24. Načelo rada otpornog osjetilnog zaslona Osim ove dvije najčešće vrste osjetilnih zaslona postoje još i osjetilni zasloni sa zvučnim valovima (engl. sound waves touch screen, surface acoustic wave screen, SAW), osjetilni zaslon s pretvornicima sile (engl. strain gauge touch screen), infracrveni osjetilni zasloni (engl. infra red touch screen) i dr.
4.2
IV-21
PRO-MIL
ULAZNI UREĐAJI 4.3. Uređaji za unos slike Izrada crteža pomoću računala jedno je od važnih područja njegove primjene pa su razvijeni i odgovarajući ulazni uređaji. Ti se uređaji mogu podijeliti u dvije skupine. U prvoj su skupini uređaji koji omogućuju crtanje i precrtavanje, a u drugoj uređaji kojima je moguće postojeći crtež unijeti u računalo bez precrtavanja. Grafička ploča (engl. graphic tablet, digitizing tablet) Grafička ploča (engl. graphic tablet, drawing tablet, graphic pad, tablet, digitizing tablet, digitizer) služi za crtanje i precrtavanje. Pod crtanjem se podrazumijeva stvaranje novog crteža koji još ne postoji, a pod precrtavanjem prijenos postojećeg crteža s papira u računalo tako da se ručno označe i u računalo prenesu karakteristične točke crteža. Ako je riječ o crtanju, uobičajeno je ploču zvati grafička ploča (engl. graphic tablet, drawing tablet, graphic pad), a ako je riječ o precrtavanju ploča se naziva grafički digitalizator ili samo digitalizator (engl. digitizing tablet, digitizer). Uz takvo nazivlje može se reći da je s grafičkom pločom moguće samo crtati, a s grafičkim digitalizatorom crtati i precrtavati. Slika 4.25. Načelni prikaz crtanja pomoću grafičke ploče
Slika 4.26. Grafička ploča Grafička ploča i digitalizator građeni su slično. Sastoje se od dva dijela: radne plohe i pokazne naprave. Radna ploha liči na crtaću dasku čiji je središnji dio predviđen za crtanje.
IV-22
Grafičke ploče za osobna računala tipičnih su dimenzija 250 mm x 350 mm i debljine oko 1 cm. Dio radne plohe (npr. 100 mm x 120 mm ili 150 mm x 200 mm), osjetljiv je na pokaznu napravu i u stanju je registrirati njen položaj. Pri navođenju dimenzija grafičke ploče redovito se navodi dimenzija radne plohe po kojoj se može crtati, a ne ukupna vanjska dimenzija ploče. Digitalizatori su većih dimenzija kako bi se moglo precrtavati crteže i nacrte velikih dimenzija.
PRO-MIL
4.3
ULAZNI UREĐAJI
Slika 4.27. Grafički digitalizator Za razliku od miša, grafička ploča i digitalizator računalu šalju apsolutni položaj pokazne naprave. Slikovito se može reći da se računalu šalje poruka oblika "pokazna naprava se nalazi na koordinatama x=15 i y=23". Na temelju takve poruke računalo može uvijek "znati" točno na kom se mjestu na grafičkoj ploči nalazi pokazna naprava. Razlučivost grafičke ploče znatno je veća od razlučivosti miša i u rasponu je od 1.000 lpi do 3.000 lpi (crta po palcu, engl. lpi, lines per inch). Digitalizatori imaju još veću razlučivost koja doseže do 12.000 lpi. Suvremene grafičke ploče i digitalizatori povezuju se s računalom pomoću USB priključnice na USB sabirnicu. Osim razmjene podataka posredstvom tog priključka grafička se ploča napaja električnom energijom. Starije grafičke ploče su se povezivale s računalom posredstvom serijskih vrata i imale su posebnu napojnu jedinicu. Uz grafičku ploču isporučuje se pogonski program kojim korisnik može u velikoj mjeri sebi prilagoditi ponašanje grafičke ploče. Postoji veliki raspon ploča glede cijene i mogućnosti: od onih za kućnu uporabu koje su u razini cijena osrednjih skenera pa do onih za profesionalnu uporabu čija je cijena i stostruko veća. Za crtanje se koristi pokazna naprava u obliku olovke (engl. pen, stylus). Vrh olovke približi se površini ploče i njime se crta po ploči. Kod nekih ploča je dovoljno olovku približiti radnoj plohi dok je kod drugih potrebno olovkom dodirivati radnu plohu. Potezi olovke prikazuju se na zaslonu monitora, a ne na ploči. Olovka se uključuje ili pritiskom prsta na tipku na olovci ili pritiskom vrha olovke na podlogu, zavisno o modelu olovke. Neke olovke imaju više tipki kojima se funkcija može programski odrediti. Upotreba olovke je prirodna, jednostavna i laka jer 4.3
PRO-MIL
IV-23
ULAZNI UREĐAJI je slična crtanju olovkom po papiru. Olovka se rabi pri prostoručnom crtanju. Uz većinu grafičkih ploča isporučuje se i miš koji jednako izgleda i ima istu funkciju kao i uobičajeni miš.
Slika 4.28. Miš i olovka (engl. stylus) grafičke ploče Uz grafički digitalizator isporučuje se olovka i pokazna naprava nalik na miš (engl. puck). Olovka služi za crtanje, a miš (engl. puck) za precrtavanje, tj. prenošenje postojećih tehničkih crteža s papira u računalo. Sastoji se od naprave veličine miša na kojoj se nalazi nekoliko tipki i uz koju je vezana prozirna pločica s križićem. Postojeći crtež na papiru postavi se na radnu plohu ploče. Postavljanjem središta križića na karakteristične točke crteža na papiru i pritiskanjem tipkala unose se položaji točaka u računalo. Primjerice, za precrtavanje ravne crte dovoljno je unijeti dvije krajnje točke. To se radi tako da se križić postavi najprije na jednu krajnju točku crte i klikne na tipku miša. Postupak se ponovi za drugu krajnju točku i postupak unosa crte u računalo je završen. Crtež se opisanim postupkom pretvara u digitalni vektorski orijentirani zapis u računalu pa se takav postupak zove digitalizacija. Pokaznom napravom u obliku miša postižu se točniji rezultati pa je pogodna za tehničke crteže npr. nacrte, sheme i sl.
IV-24
Većina suvremenih grafičkih ploča za osobna računala građena je tako da se pritiskom pokazne naprave na plohu za crtanje ostvaruje električki kontakt na tom mjestu. Ploha za crtanje je sendvič od dvije izolacijske folije na kojima se s unutarnje strane nalaze vodljive staze. Staze su gusto i paralelno nanizane. Plohe su postavljene tako da su staze gornje plohe okomite na staze donje plohe. Staze su međusobno odvojene odstojnicima, ali se pritiskom na gornju plohu može ostvariti električki kontakt na mjestu dodira. Uz to, takve su ploče u stanju izmjeriti silu pritiska u 256, 512 ili 1.024 razina te se taj podatak može rabiti kao dodatna informacija računalu. Primjerice pri crtanju sila pritiska može određivati debljinu crte. Prednosti grafičke ploče pred ostalim pokaznim uređajima kad je riječ o izradi crteža su veća točnost, prirodnija uporaba i mogućnost očitanja apsolutnog položaja. Nedostaci su joj relativno visoka cijena i potreba za relativno velikim slobodnim prostorom na stolu.
PRO-MIL
4.3
ULAZNI UREĐAJI
Slika 4.29. Precrtavanje pomoću grafičkog digitalizatora
Slika 4.30. Miš (engl. puck) grafičkog digitalizatora
Ako je riječ o grafičkom digitalizatoru kontaktna tehnologija nije pogodna zbog nedovoljne razlučivosti. Za tu se namjenu obično rabe skuplje i bolje elektromagnetske ploče. Načelo djelovanja kod tih se ploča temelji na registraciji promjenjivog elektromagnetskog polja koje stvara pokazna naprava. Neposredno ispod površine ploče smještene su dvije skupine gusto poredanih i međusobno okomitih vodiča. Jedna skupina smještena je po širini ploče (x os), a druga po duljini ploče (y os). Te dvije skupine čine mrežu koordinatnog sustava i služe za registraciju promjenjivog elektromagnetskog polja. Promjenjivo elektromagnetsko polje koje stvara pokazna naprava inducira struju s najvećom jakosti u x i y vodičima koji su najbliži vrhu pokazne naprave. Sklop ugrađen u ploču može tako otkriti x i y vodič s najjačom strujom i time odrediti apsolutni položaj pokazne naprave. Točnost očitanja ovisi o razlučivosti i udaljenosti pokazne naprave od površine ploče. Najveća se točnost postiže pri dodiru pokazne naprave s površinom ploče, a očitanje je moguće već pri udaljenosti od 5 mm. Postoje ploče sa zamijenjenim ulogama ploče i pokazne naprave. Kod njih poznati signali putuju vodičima (svakim vodičem drukčiji signal), a registrira se inducirana struja u pokaznoj napravi.
Slika 4.31. Načelna građa elektromagnetske grafičke ploče
4.3
IV-25
PRO-MIL
ULAZNI UREĐAJI Skener Skener (engl. scanner) je ulazni uređaj računala namijenjen izravnom unosu crteža i slika s papira u računalo. Za razliku od miša, grafičke ploče i svjetlosne olovke, skener ne zahtijeva precrtavanje crteža, već je u stanju crtež izravno pretvoriti u računalno čitljiv oblik. Načelo rada skenera temelji se na pretvorbi svjetla odbijenog od slike u električnu struju. Slika, koju se želi unijeti u računalo, osvjetljava se ugrađenim izvorom svjetla. Izvor svjetla zavisi o namjeni skenera, a najčešće su to bijela fluorescentna ili ksenonska sijalica, crvene ili žutozelene LED diode i laserska zraka. Zrake svjetla odbijene od površine slike dovode se sustavom leća i ogledala pretvornicima svjetla u električnu struju. Kod većine skenera pretvornici su integrirani poluvodički sklopovi poznati pod nazivom CCD (engl. charge coupled device). Slika se podijeli u područja ili točke, pri čemu je svaka od točaka predočena jakošću električne struje koja odgovara jakosti odbijene zrake svjetla. Takav se postupak očitanja slike, točku po točku, zove skeniranje. Slika je to vjernije prenesena što ima više točaka na jedinici površine, tj. što je veća razlučivost skenera.
Slika 4.32. Načelo rada skenera Ako je riječ o skeneru u boji, tada postoje tri odvojena CCD pretvornika, svaki za jednu osnovnu boju. Temeljno načelo pretvorbe obojene slike svodi se na razdvajanje primljene svjetlosne zrake svake točke skenirane slike na tri komponente: crvenu (engl. red, R), zelenu (engl. green, G) i plavu (engl. blue, B). Slika se optičkim sustavom projicira na CCD pretvornike, ali pri tome svjetlost prolazi kroz filtere. Ispred svakog CCD pretvornika nalazi se filter jedne od osnovnih boja: crvene, zelene i plave. Za svaku točku skeniranog predloška nastaju tako tri podatka o svjetlini (jedan za svaku od osnovnih boja). Kombinacija sva tri tako dobivena podatka predočuje boju pojedine točke. Rezultat skeniranja je tzv. sastavljena (engl. composite) RGB slika koja je kombinacija svjetline crvene, zelene i plave komponente.
IV-26
Jakost struje svake skenirane točke pretvara se analogno digitalnim pretvornikom u digitalni oblik, tj. u binarni broj. Konačni rezultat skeniranja je zapis slike skeniranog predloška u nekom od uobičajenih formata za zapis slike. Takav se zapis prenosi u računalo gdje se može dalje obrađivati programom za obradu slike.
PRO-MIL
4.3
ULAZNI UREĐAJI Razlučivost skenera Razlučivost skenera (rezolucija, engl. resolution) mjeri se brojem točaka po jedinici duljine, redovito na duljini jednog palca (točaka po palcu, engl. dots per inch, dpi). Proizvođači redovito navode dvije vrste razlučivosti: optičku i interpoliranu. Optička razlučivost (engl. optical resolution) je stvarna fizička razlučivost određena fizičkom građom skenera. Interpolirana razlučivost (engl. interpolated resolution) je razlučivost koja se postiže računski, pomoću prikladnog programa. Riječ je zapravo o tome da se na temelju dviju susjednih točaka izračunava pretpostavljena boja i svjetlina točaka koje bi se nalazile između njih. Kako je riječ o nagađanju, sve tako izračunate točke najčešće ne odgovaraju stvarnom stanju na predlošku, ali mu mogu biti blizu. Zbog toga interpolirana razlučivost zapravo nije značajka skenera iako se navodi uz njega, nego programa koji računa značajke interpoliranih točaka. Iako većina proizvođača navodi pri promidžbi taj podatak na prvom mjestu, za stvarnu kvalitetu skenera je interpolirana razlučivost nevažna. Primjerice skener optičke razlučivosti 1.200 dpi x 2.400 dpi može imati interpoliranu razlučivost 24.000 dpi. Preložak se kod stolnih skenera skenira tako da se skenira jedna poprečna crta predloška, a zatim se optička glava pomakne pa se skenira sljedeća poprečna crta. Zbog toga se razlikuju poprečna i uzdužna razlučivost. Optička razlučivosti u poprečnom smjeru (po širini predloška) ovisi o optičkom sustavu (lećama i ogledalima) i o CCD pretvorniku. Većina stolnih skenera je građena tako da za svaku skeniranu točku postoji posebno osjetilo na CCD pretvorniku, pa je poprečna razlučivost jednaka kvocijentu ukupnog broja osjetila pravocrtnog CCD pretvornika i širine predloška izraženog u palcima. Kod suvremenih skenera to je u rasponu od 600 dpi do 4.800 dpi. Uzdužna razlučivost (po duljini predloška) ovisi o optičkom sustavu i mehanizmu za pokretanje optičkog sustava i kod suvremenih je skenera u rasponu od 1.200 dpi do 9.600 dpi. Što je moguć manji pomak optičke glave skenera, to je veća uzdužna razlučivost. Optička razlučivost je jedina mjerodavna za kvalitetu skenera i na nju pri kupnji treba obratiti pozornost. Optičke razlučivosti suvremenih stolnih skenera su u rasponu od 600 dpi x 1.200 dpi do 4.800 dpi x 9.600 dpi (prvi je broj poprečna, a drugi uzdužna razlučivost). Treba uočiti još jednu činjenicu. Da bi rezultat skeniranja zadržao iste proporcije kao i predložak, mora se skenirati istom razlučivosti u poprečnom i uzdužnom smjeru. To znači da će primjerice kod skenera optičke razlučivosti 600 dpi x 1.200 dpi kod skeniranja razlučivosti 600 dpi u oba smjera skener morati interpolirati u uzdužnom smjeru (smanjiti razlučivost sa 1.200 dpi na 600 dpi). Ako se pak skenira s 4.3
PRO-MIL
IV-27
ULAZNI UREĐAJI razlučivosti 1.200 dpi, morat će se interpolirati u poprečnom smjeru (programski prividno povećati razlučivost sa 600 dpi na 1.200 dpi). U načelu manja je pogreška pri interpolaciji pri kojoj se smanjuje razlučivost nego pri interpolaciji pri kojoj se povećava razlučivost, pa je najmanja navedena optička razlučivost zapravo najmjerodavnija za ocjenu razlučivosti skenera. Razlučivost je važna ali ne i jedina značajka o kojoj ovisi kvaliteta skenera. Važne su još i značajke optičkog sustava, CCD pretvornika i svjetiljke.
Slika 4.33. Primjer različite razlučivosti skeniranja (desno je manja razlučivost)
Izbor razlučivosti skeniranja Pri izboru razlučivosti skeniranja često dolazi do pogrešaka. Naime korisnici često pretpostavljaju da je najbolje skenirati s maksimalnom razlučivosti što najčešće nema smisla. Naime razlučivost skeniranja treba izabrati sukladno konačnom prikazu slike. Tako primjerice nema smisla skenirati predložak veličine A4 razlučivosti 2.400 dpi ako će se slika prikazati na zaslonu monitora čija je razlučivost zaslona monitora približno 150 dpi. Idealna razlučivost skeniranja može se izračunati prema formuli: Rs = (Rp • Sp)/Ps,
IV-28
gdje je Rs idealna razlučivost skeniranja u dpi, Rp razlučivost konačnog prikaza u dpi (npr. razlučivost pisača, razlučivost monitora), Sp širina prikaza u palcima tj. širina slike u palcima (npr. širina slike na zaslonu monitora, širina otiska slike na papiru), Ps širina predloška u palcima. Primjerice ako se skenira fotografija širine 100 mm (3,9 palaca) a želi se otisnuti na pisaču razlučivosti 600 dpi tako da bude široka 150 mm (5,9 palaca), idealna razlučivost skeniranja je Rs = (600 • 5,9)/3,9 = 907 dpi.
PRO-MIL
4.3
ULAZNI UREĐAJI Razlučivost monitora obično se izražava kao vodoravna i uspravna razlučivost, a ne razlučivost u dpi. Za potrebe gornje formule može se približna razlučivost monitora u dpi izračunati prema formuli: Rpm = (5•Hr)/(4•Vm), gdje je Rpm razlučivost monitora u dpi, Hr je vodoravna razlučivost monitora u zaslonskim točkama, Vm je veličina monotora u palcima (dužina dijagonale). Primjerice za monitor razlučivosti 1.024 x 768 veličine 17 palaca Rpm = (5•1.024)/(4•17) = 75 dpi.
Dubina boja skenera Dubina boja (engl. color depth, bit depth) je podatak koji govori o tome koliko bita stoji na raspolaganju za zapis pojedine boje. Svaku od osnovnih boja skener pretvara u binarni broj. Broj bita binarnog broja određuje na koliko se razina može podijeliti raspon svake boje. Primjerice kad bi na raspolaganju bila samo dva bita bilo bi moguće prikazati samo četiri razine svjetline boje, s tri bita osam razina itd. Što više bitova na raspolaganju, to će se više različitih boja moći prikazati. Broj bita koji su na raspolaganju nije ograničen memorijom, nego sustavom skenera koji očitava razine svjetline pojedine boje: CCD pretvornikom i analogno-digitalnim pretvornikom. Suvremeni skeneri zapisuju svjetlinu svake boje sa 16 bitova, pa je za ukupni zapis jedne točke na raspolaganju 48 bitova. Takvi skeneri mogu pohraniti podatak o 248=281.474.976.710.656 različitih boja. Većina programa za obradu slike, međutim, može obraditi i prikazati najviše 16.777.216 boja, što odgovara zapisu s 24 bitova (8 bitova po svakoj boji). Unatoč tome skeneri zapisuju skeniranu sliku sa 48 bitova jer se na temelju dodatnih informacija mogu popraviti određene značajke slike pri prevođenju na zapis sa 24 bitova.
Slika 4.34. Ista slika skenirana u boji s dubinom boja 24 i kao crno-bijela (dubina boja 8) 4.3
IV-29
PRO-MIL
ULAZNI UREĐAJI Pri skeniranju korisnik može birati dubinu boja. Dvobojna ili crno bijela slika (engl. bilevel, black and white, line art) je način skeniranja kod kojeg su sve tri boje zapisane samo jednim bitom (dubina boje je 1 bit) pa je moguće za svaku točku predloška zapisati samo dva stanja: crno i bijelo. Slika s razinama sivog (engl. grayscale) je način skeniranja gdje se boje ne razlučuju već se zapisuje samo razina svjetline točke predloška s određenim brojem bitova pa je moguće za svaku točku predloška zapisati samo razinu svjetline sive boje. Dubina boje je obično 8 bitova pa je moguće prikazati 256 razina sivog. Slika u boji (engl. color) je način skeniranja kod kojeg je svaka od osnovnih boja zapisana određenim brojem bitova. Najčešće je riječ o 8 bitova po boji (dubina boje 24 bita) čime je moguće prikazati približno 16 milijuna boja. Takav zapis se zove engl. true color ili engl. milions of colors i odgovara kvalitetom približno klasičnoj fotografiji. Kako ljudsko oko ne može razlikovati više od 256 razina svjetline, za većinu primjena nema potrebe za većom dubinom boja.
Slika 4.35. Primjer istog predloška skeniranog s različitim dinamičkim rasponom Dinamički raspon skenera Dinamički raspon (engl. dynamic range) je podatak koji govori o stvarnom rasponu svjetlina koje skener može raspoznati. Iako bi skener dubine boje 24 bitova teorijski mogao raspoznati 256 razina svjetline za svaku boju (8 bitova po boji), to u stvarnosti nije istina. Zbog šuma i nesavršenosti komponenti skenera često je taj raspon manji. Dinamički raspon mjeri se u rasponu od 0,0 (potpuno bijelo) do 4,0 (potpuno crno). Za pojedini skener navodi se broj koji govori koji dio tog raspona skener doista može raspoznati. Primjerice suvremeni skeneri imaju dinamički raspon približno 3. Skener dinamičkog raspona 3 i dubine boja od 24 bitova raspoznaje zapravo 192 razine svake od boja (umjesto teorijskih 256). On umjesto približno 16 milijuna boja može prikazati 7 milijuna boja. Sijalica
IV-30
Postoje više vrsta sijalica kojima se osvjetljava predložak. Jeftiniji skeneri rabe fluorescentnu sijalicu. Njezini su glavni nedostaci zagrijavanje u radu i promjena spektra zbog starenja svjetiljke. Zagrijavanje može loše utjecati na svojstva optičkog sustava i zamutiti ili iskriviti sliku. Promjena spektra tijekom vremena znači da svjetlo kojim se osvjetljava predložak više neće biti bijelo i time će se pokvariti vjernost skenira-
PRO-MIL
4.3
ULAZNI UREĐAJI nja. Zbog toga se kod suvremenih skenera umjesto fluorescentnih rabe uglavnom ksenonske sijalice (engl. xenon lamp) koje su mnogo stabilnije glede spektra svjetlosti tijekom vremena. Glavni im je nedostatak veći utrošak energije od fluorescentnih sijalica. Treća vrsta su fluorescentne sijalice s hladnom katodom (engl. cold cathode fluorescent lamp, CCFL). Ta se vrsta sijalica mnogo manje zagrijava od uobičajene fluorescentne sijalice pa su izbjegnute pogreške zbog topline. Posebne vrste skenera rabe laser kao izvor svjetla za osvjetljavanje predloška. CCD pretvornik (engl. charge coupled device) CCD pretvornik pretvara svjetlost u električnu struju. Iznos električne struje proporcionalan je jakosti svjetlosti. Za skenere se rabe pravocrtni (jednodimenzionalni, linearni) CCD pretvornici koji se sastoje od mnogo minijaturnih pojedinačnih osjetila poredanih u crtu (engl. linear array CCD). Takvi CCD pretvornici su u stanju istodobno očitati toliko točaka jednog reda predloška koliko imaju minijaturnih osjetila. Sva su ta osjetila smještena na istu pločicu poluvodiča, tako da mogu biti vrlo gusto poredana i može ih biti mnogo na maloj dužini (npr. nekoliko tisuća na dužini od 10 mm). Za skeniranje cijelog predloška pravocrtnim CCD pretvornikom potrebno je skenirati redak po redak predloška. Kod digitalnih fotoaparata i digitalnih video kamera CCD pretvornici su građeni kao dvodimenzionalna mreža minijaturnih osjetila smještenih na jednu pločicu poluvodiča. Osjetila su smještena na pravokutnu plohu, jedno do drugoga. Takvim je CCD pretvornikom moguće u jednom koraku skenirati cijeli predložak što je i nužno kod digitalnih fotoaparata i digitalnih video kamera.
Slika 4.36. Pravocrtni (gore) i plošni CCD (desno u lijevom dijelu ploče) Kalibracija boja Pri skeniranju uzoraka u boji događa se da ista boja na predlošku, zaslonu monitora i ispisana na pisaču izgleda različito. Ako je riječ o profesionalnoj obradi i publiciranju slika to je neprihvatljivo. Da bi se to izbjeglo potrebne su korekcije boje za prikaz na zaslonu monitora i za ispis na pisaču. Kako je svaki model monitora i pisača različit, potrebna je i posebna korekcija za svaki od njih. Jednostavniji postupci korekcije svode se na prikaz ili ispis normiranog uzorka i ručnu korekciju boja 4.3
PRO-MIL
IV-31
ULAZNI UREĐAJI dok se ne usklade sva tri prikaza. To je međutim dugotrajan i nesiguran postupak koji nije prikladan za profesionalnu uporabu. Mnogo je bolji profesionalni sustav za korekciju boja od kojih je najpoznatiji CMS (od engl. Kodak colour management system). Taj sustav ima ugrađen postupak korekcije za mnogo različitih monitora i pisača te tako osigurava isti izgled boja bez obzira na prikaz. Isporučuje se uz neke od programa za obradu slike, npr. uz Adobe PhotoShop. Formati zapisa Rezultat skeniranja je uvijek datoteka zapisana u točkastom zapisu (engl. bitmap) u formatu koji može prihvatiti neki od programa za obradu slike. Suvremeni skeneri računalu šalju sliku u jednom od sljedećih formata: bmp, pcx, tiff i jpeg (jpg). Svi navedeni formati mogu pohraniti sliku s dubinom boje 24 bitova (približno 16 milijuna boja) i pogodni su za skenirane fotografija i sličnih predložaka. Za pohranu crteža ponekad je pogodan gif ili bmp rle format dubine boje 8 bitova (256 boja). Važno je znati da je zapis svakog skenera (osim skenera crtičnog koda) jednostavno zapis svjetlina točaka predloška. U tom zapisu ni na koji način nema podatka o značenju skeniranog predloška pa tako ne postoji podatak je li to predložak na kome je tekst, fotografija ili crtež. Na temelju tog zapisa računalo ne može "znati" o kojoj vrsti podataka je riječ. Sve što je na raspolaganju u tom zapisu jest podatak o boji i svjetlini svake točke predloška. Pretpostavimo da je predložak bijeli papir na kojem je napisano slovo "A". Na temelju skeniranog zapisa računalo bez posebnog programa i obrade ne može "znati" da je riječ o slovu i s gledišta računala to će biti slika kao i bilo koji drugi predložak. Na pitanje "što je skenirano?" računalo može odgovoriti samo "slika". Umetne li se npr. tako skenirana slika u program za obradu teksta, program neće znati da je to tekst i neće biti moguća pravopisna ispravka teksta niti bilo koja druga uobičajena radnja obrade teksta. To često zbunjuje korisnike jer vide na zaslonu tekst, a program za obradu teksta ga ne raspoznaje. To je različito od, primjerice, tipkovnice kod koje pritiskom na tipku računalo "zna" o kom je slovu riječ. Kod grafičke ploče, primjerice, računalo "zna" da li je riječ o ravnoj crti, kružnici ili krivulji jer se podaci zapisuju na drugačiji način nego kod skenera. Kod zapisa skenirane slike nema podatka o kakvom skeniranom objektu je riječ pa se svi predlošci s gledišta računala svrstavaju u istu skupinu "slika". Dakle bez obzira što je na predlošku treba znati da će to za računalo biti slika bez ikakva značenja. Spajanje skenera s računalom
IV-32
Količina podataka koja nastaje skeniranjem slika može biti vrlo velika i dosezati stotinjak MB. Kako prijenos tolike količine podataka od skenera do računala ne bi trajao predugo, potrebno je skener povezati
PRO-MIL
4.3
ULAZNI UREĐAJI s računalom relativno brzom vezom. Većina suvremenih skenera opće namjene spaja se s računalom pomoću USB sabirnice. To je najjeftiniji i za većinu primjena sasvim prikladan način spajanja (brzina USB 2.0 doseže 40 MBps). Ako je riječ o profesionalnim skenerima velike razlučivosti kod koje treba računalu prenijeti mnogo podataka, rabi se FireWire ili SCSI sabirnica. To je znatno skuplji način spajanja od USB sabirničkog spajnja pa se rabi samo kad je to nužno. Stariji modeli skenera spajaju se posredstvom paralelnih vrata. TWAIN TWAIN je programsko sučelje za povezivanje skenera s različitim programima za obradu slike. Iako TWAIN nije kratica, šaljivo se nazva engl. technology without an interesting name ili engl. toolkit without an interesting name. Temeljna zamisao TWAIN sučelja je podjela posla između proizvođača skenera i proizvođača programa za obradu slike. Proizvođač skenera mora napisati i uz skener isporučivati TWAIN sukladan pogonski program (engl. TWAIN compliant driver) te tako na normiran način pripremiti skenirane podatke za predaju programu za obradu sike. Proizvođač programa za obradu slike mora napisati svoj program tako da na normiran način šalje zahtjeve skeneru i od skenera prima podatke. Tako je omogućena normirana komunikacija između skenera i programa za obradu slike, tj. svaki TWAIN sukladan skener može se rabiti s bilo kojim TWAIN sukladnim programom za obradu slike. TWAIN programsko sučelje omogućuje skeniranje izravno iz bilo kog programa koji podržava TWAIN sučelje, pa je primjerice skeniranje moguće izravno iz programa za obradu slike, obradu teksta i dr. TWAIN sukladan program komunicira s TWAIN programskim sučeljem na normiran i uvijek isti način bez obzira kakav je skener priključen na računalo. Sliku je nakon skeniranja moguće obrađivati i pohranjivati izravno u istom programu pomoću kojeg je skenirano. Istodobno je moguće imati priključeno više TWAIN sukladnih uređaja. Većina TWAIN sukladnih programa je građena tako da je izborom "acquire" na izborniku moguće izabrati željeni uređaj. Većina proizvođača skenera isporučuje dva TWAIN pogonska programa (engl. TWAIN driver). Jedan je namijenjen početnicima (engl. novice) i ima relativno malo mogućnosti izbora parametara skeniranja. Drugi je namijenjen iskusnim korisnicima (engl. advanced) i omogućuje podešavanje mnogih parametara skeniranja. Korisnik može klikom na gumb birati koji pogonski program želi rabiti. Razvoj TWAIN programskog sučelja počeo je 1990. godine dogovorom proizvođača skenera za računala Macintosh (tvrtke Aldus, Caere, Kodak, Hewlett-Packard i Logitech). Ubrzo zatim je donesena TWAIN norma koja je u potpunosti prihvaćena za IBM PC sukladna računala, tako da danas svi skeneri i programi za obradu slike podržavaju TWAIN normu.
4.3
PRO-MIL
IV-33
ULAZNI UREĐAJI OCR Katkada je u računalo potrebno unijeti tekst koji je već negdje otisnut ili rukom napisan na papiru. Tradicionalan način unosa takvog teksta je ručno pretipkavanje koje je sporo i podložno pogreškama. Sustav koji omogućava računalu izravni unos napisanog teksta naziva se sustav za optičko raspoznavanje znakova ili OCR (engl. optical character recognition). Sustav omogućava unos otisnutih ili rukom napisanih znakova u računalo bez posredstva čovjeka. Raspoznavanje se provodi u dva koraka. U prvom koraku se otisnuti dokument skenira i kao slika prenosi u računalo (obično kao siva slika, engl. grayscale). U drugom koraku program za raspoznavanje znakova analizira sliku i pokušava otkriti koji su to znakovi i zatim svakom od raspoznatih znakova pridaje odgovarajući ASCII ili neki drugi kôd. Tako raspoznati znakovi mogu se onda koristiti u programu za obradu teksta. Kako znakovi koje treba raspoznati mogu imati različite veličine i oblike, a mogu biti i pomiješani sa slikama, crtežima različitih boja, loše ili nepotpuno otisnuti i sl., zadatak raspoznavanja nije nimalo jednostavan. Ovisno o kakvoći i izgledu otiska na papiru uspješnost očitanja je od 99,5 % do 99,99 %. Sustavi za raspoznavanje nisu u stanju raspoznati otisak prosječne kvalitete točnije od 99,90 %. To znači da 0,1% znakova ostaje neprepoznato i treba ih ručno unijeti. Pod pretpostavkom da se na stranici nalazi 4.000 znakova pri raspoznavanju bi trebalo ručno unijeti ili ispraviti 4 znaka. Taj podatak slikovito govori da je uz sustav za raspoznavanje znakova potreban i ručni rad, ali svakako manji od cjelokupnog ručnog prepisivanja. Za primjene gdje se želi postići znatno veći stupanj raspoznavanja mora se koristiti čisti i neoštećeni otisak na kome su svi znakovi strogo propisanog oblika, razmaka i poravnanja. Tipičan primjer takve primjene jest strojno čitanje serijskih brojeva na bankovnim čekovima. Kako se u tom slučaju radi o malo znakova (brojevi od 0 do 9) koji su svi istog oblika, veličine i na istom mjestu, te kako se unaprijed zna broj znakova i mogući raspon raspoznatih vrijednosti postižu se bitno bolji rezultati.
Stolni skener
IV-34
Stolni skener (engl. flatbed scanner; plošni skener) najrasprostranjenija je vrsta skenera, a odlikuje se dobrom kakvoćom očitanja, dobrom razlučivošću i jednostavnim rukovanjem. Sastoji se od kućišta čije su dimenzije prilagođene veličini papira koji se želi skenirati i mehanizma skenera smještenog unutar kućišta. Na gornjoj strani kućišta skenera nalazi se prozirno staklo na koje se, licem prema dolje, polaže slika koju se želi skenirati. U unutrašnjosti kućišta skenera nalazi se izvor svjetla te sustav leća i osjetila za registraciju odbijene zrake svjetla. Slika se očitava tako da se sklop svjetiljke, leća i osjetila pomiče s donje strane
PRO-MIL
4.3
ULAZNI UREĐAJI
Slika 4.37. Stolni skener stakla cijelom duljinom slike koja se očitava. Pomicanje je automatsko i korisnik ne treba brinuti o brzini ili ravnomjernosti pomicanja. Papir miruje, a pomiče se sustav za očitanje slike. Iako korisniku izgleda da se sustav za očitane pomiče kontinuirano zapravo je riječ o mnogo malih koraka. Koračni motor ugrađen u skener pomoću transportnog mehanizma pomakne sustav za očitanje slike koji miruje kratko vrijeme u tom položaju kako bi CCD pretvornik snimio jedan redak predloška. Zatim motor pomakne sustav za očitanje slike na novi položaj i postupak se ponavlja. Kako su ti pomaci mali (npr. 0,01 mm), a mirovanje na jednom položaju vrlo kratko, čini se kao da se sustav za očitanje slike pomiče kontinuirano.
Slika 4.38. Načelni shematski prikaz stolnog skenera
4.3
IV-35
PRO-MIL
ULAZNI UREĐAJI
Slika 4.39. Način polaganja predloška na skener Osim stolnih skenera za opću namjenu tipične razlučivosti 2.400 dpi x 4.800 dpi i formata A4 postoje i profesionalni stolni skeneri veće razlučivosti i formata koji su i znatno skuplji. Neki modeli imaju dodatak (engl. transparency adapter) pomoću kojeg je moguće skenirati fotografski film (negativ) ili dijapozitive. Postoje skeneri kojima je moguće dodati napravu za automatsku izmjenu papira (engl. sheet feed) pa mogu automatski skenirati veći broj odvojenih listova papira. Skener za filmove i dijapozitive Ova je vrsta skenera posebno namijenjena skeniranju fotografskih filmova (negativa) i dijapozitiva. Obično je riječ o 35 mm filmovima koji su i najčešći. Skeneri su veličinom, načinom rada i transportnim mehanizmom prilagođeni skeniranju filmova i dijapozitiva i ne mogu skenirati predloške s papira. Ručni skener
IV-36
Ručni skeneri (engl. hand held scanner) su svojom jednostavnom građom i uporabom, te niskom cijenom stekli široku popularnost. Cjelokupan mehanizam ručnog skenera smješten je u kućište veličine pogodne za držanje u ruci. Slika koju se želi unijeti u računalo postavlja se na ravnu plohu, a skener se laganim, ravnomjernim i pravocrtnim pokretom prevlači preko slike. Prevlačenjem skenera preko cijele slike, računalu se prosljeđuje crta iza crte i tako prenose podaci o točkama cijele slike. Razlučivost ručnih skenera mnogo je manja od razlučivosti stolnih skenera. Ručni skeneri osjetljivi su na pravocrtnost i brzinu pokretanja, tako da nisu pogodni za kvalitetno skeniranje. Koriste se uglavnom za skeniranje kraćih tekstova.
PRO-MIL
4.3
ULAZNI UREĐAJI Rotacijski skener Rotacijski skener (engl. drum scanner) je ponajprije namijenjen profesionalnoj primjeni gdje je važna visoka razlučivost i visoka kakvoća skeniranja. Sastoji se od valjka koji se okreće oko svoje osi. Oko plašta valjka omata se predložak koji se zatim zajedno s valjkom vrti. Tako pričvršćeni predložak osvjetljava se ugrađenim izvorom svjetla. Sustavom leća odbijena svjetlost jedne točke predloška dovodi se do svjetlosnog osjetila (fotoćelije). Kako se valjak okreće, na svjetlosno osjetilo redom se dovodi odbijena svjetlost točaka koje se izmjenjuju na mjestu na koje je fokusirana leća, te se tako skenira niz točaka po obodu valjka. Nakon skeniranja svih obodnih točaka, osjetilo se aksijalno (uzdužno) pomakne te se skenira sljedeći niz obodnih točaka. Okretanjem valjka i uzdužnim pomicanjem osjetila skenira se cjelokupna površina predloška. Kako se skenira točka po točka, moguće je koristiti jedno svjetlosno osjetilo pa su zajamčena ista svojstva svjetlosnog osjetila na cijeloj površini skeniranog predloška. Razlučivost zavisi o brzini vrtnje i koracima uzdužnog pomicanja osjetila te o mogućnostima fokusiranja sustava leća. I jedno i drugo je moguće izvesti vrlo točno, tako da rotacijski skeneri imaju razlučivost veću od bilo koje druge vrste skenera. Kao svjetlosno osjetilo rotacijski skeneri koriste fotomultiplikacijska osjetila (engl. photomultiplier; PMT) za potrebe najviše kakvoće ili CCD pretvornika za potrebe nešto niže kakvoće. Glavna prednost rotacijskih skenera je visoka kakvoća skeniranja, a glavni nedostaci visoka cijena, nemogućnost skeniranja nesavitljivih predložaka i spori rad.
Slika 4.40. Načelna građa rotacijskog skenera
Slika 4.41. Rotacijski skener 4.3
IV-37
PRO-MIL
ULAZNI UREĐAJI 3D skener Svi do sada opisani skeneri su dvodimenzionalni (2D). Dvodimenzionalni skeneri za svaku skeniranu točku bilježe tri podatka: boju i dva podatka o položaju (x i y koordinate). To znači da 2D skeneri mogu skenirati samo plošne predloške, odnosno predloške koji su dio ravne plohe. Trodimenzionalni skeneri bilježe četiri podatka za svaku točku predloška: boju i tri podatka o položaju (x, y i z koordinate), pa mogu skenirati geometrijska tijela. Postupak 3D skeniranja može se podijeliti u dva dijela. Prvi je dio prikupljanje podataka (engl. sensing phase) u kojoj skener prikuplja podatke za svaku skeniranu točku trodimenzionalnog predloška. Drugi je dio obrada tih podataka (engl. reconstruction phase) pomoću prikladnog programa kojim se stvara zapis sukladan nekom od postojećih računalnih programa za obradu 3D slika. Podaci o skeniranim točkama 3D objekta prikupljaju se na nekoliko načina: kontaktnim postupkom, vizualizacijom, mjerenjem udaljenosti svake točke ili kombinacijom tih postupaka. Bez obzira o kojem se postupku radi, uvijek je riječ o prikupljanju mnoštva podataka koji se onda računskim postupkom pretvaraju u 3D prikaz. Kod kontaktnog postupka (engl. tracking) vrhom osjetilne ruke 3D skenera treba fizički dotaknuti svaku skeniranu točku objekta. Osjetilna ruka je građena tako da u svakom trenu "zna" prostorni položaj svog vrha. Ručno skeniranje je dugotrajno i sporo jer treba dotaknuti svaku točku koja se želi skenirati. Postoje i automatski sustavi koji osjetilnu ruku 3D skenera pomiču automatski po površini objekta. Zbog praktičnih razloga ta je vrsta skenera pogodna za objekte srednjih veličina, približnog volumena 1 cm3 do 1 m3. Nezamjenjivi su za skeniranje objekata koje preostale dvije vrste skenera ne mogu skenirati, npr. prozirnih staklenih objekata.
IV-38
Postupak vizualizacije (engl. imaging) izračunava podatke za svaku skeniranu točku na temelju više slika objekta. Aktivni 3D skeneri ove vrste projiciraju na skenirani objekt laserskom zrakom pravokutnu mrežu ili crtu. Na temelju mnogo 2D slika te projekcije, koja je izobličena zbog reljefnosti objekta, program izračunava trodimenzionalni položaj svake točke objekta. Pasivni 3D skeneri rabe vanjsko svjetlo i na temelju snimljenih 2D slika objekta s više kamera izračunavaju podatke o točkama objekta. I u jednom je i u drugom slučaju postupak obrade 2D slika i pretvorbe u prikladan 3D prikaz vrlo kompliciran. Prednosti ove vrste skenera su veliki raspon veličine skeniranih objekata te jednostavno i relativno brzo skeniranje. Nedostaci su nemogućnost skeniranja prozirnih objekata i manja točnost od ostale dvije vrste skenera.
PRO-MIL
4.3
ULAZNI UREĐAJI Skeneri koji rade na načelu mjerenja udaljenosti (engl. range finding) mjere udaljenost točaka skeniranog objekta od osjetilne glave senzora. Mjerenje se ponavlja mnogo puta s različitim međusobnim položajem osjetilne glave skenera i skeniranog objekta. Osjetilna glava bilježi smjer i udaljenost mjerene točke objekta i na temelju tako prikupljenih podataka može izračunati prostorni položaj svake točke. Udaljenost se mjeri ultrazvukom ili svjetlošću tako da se mjeri vrijeme potrebno da se zraka upućena prema skeniranoj točki objekta vrati do osjetila. 3D skeneri ove vrste građeni su tako da se objekt stavlja na postolje koje ga okreće i tako postavlja u različite položaje prema glavi ili tako da se osjetilna glava skenera pomiče u odnosu na objekt. Veličina objekta koji se može skenirati 3D skenerom je u rasponu od molekularne razine (3D elektronski mikroskop) pa do građevina (3D skener smješten u zrakoplovu koji nadlijeće skenirane objekte). Zbog visoke cijene pojedinih modela 3D skenera postoje tvrtke koje se bave iznajmljivanjem i nude uslugu 3D skeniranja. Zanimljivo je spomenuti da je i računalna tomografija (engl. computer tomography) zapravo postupak 3D skeniranja, kod koga se pomoću rentgenskih zraka prikupljaju podaci o točkama snimljenog dijela tijela pacijenta.
Slika 4.42. 3D skener
4.3
IV-39
PRO-MIL
ULAZNI UREĐAJI Čitalo crtičnog kôda (engl. bar code scanner) Jedno od važnih područja primjene računala jest automatsko raspoznavanje (engl. automatic identification). Automatsko raspoznavanje omogućava izravan, brz i nepogrešiv unos podataka o obilježenom objektu u računalo. Ti objekti mogu biti proizvodi, roba na skladištu, ljudi itd. Najbolji primjer djelotvorne primjene jest primjer očitanja podataka o robi u trgovini (oznaka ili šifra robe). Uređajem za automatsko raspoznavanje podaci o robi koju je kupac donio na blagajnu automatski se unose u računalo.
Slika 4.43. Crtični kôd
Najčešće korištena tehnologija automatskog raspoznavanja jest tehnologija crtičnog kôda (prugasti kôd, linijski kôd, engl. bar code). Smatra se da je unos crtičnim kôdom u odnosu na ručni unos 5 do 7 puta brži i oko 10.000 puta točniji. Objekti se u toj tehnologiji obilježavaju oznakom u obliku debljih i tanjih tamnih crta na svijetloj podlozi. Crtični kôd može sadržavati samo brojčanu oznaku ili i brojčanu i slovnu oznaku. Način kôdiranja propisan je međunarodnim normama, a svaka od tih normi podrobno opisuje način kodiranja, dimenzije i raspored crta, tolerancije itd. Postoji više normi crtičnog koda a kod nas je najzastupljenija EAN norma.
EAN/JAN crtični kod
IV-40
EAN/JAN (engl. European article numbering) je normirani crtični kôd koji je normirala EAN udruga (engl. EAN Association). Kôd se primjenjuje za označivanje trgovačke robe, tj. za jednoznačno praćenje i evidentiranje robe, primjerice u skladištima, prodavaonicama i sl. Kôd se sastoji od 13 brojeva. Prva tri broja (predbroj, engl. flag) predstavljaju oznaku zemlje gdje je proizvod proizveden i označen, npr. Hrvatska ima predbroj 385. Sljedećih sedam brojeva su brojevi jednoznačno dodijeljeni proizvodu
PRO-MIL
4.3
ULAZNI UREĐAJI od strane EAN udruge. Sljedeća dva broja su oznaka proizvoda koju dodjeljuje sam proizvođač. Posljednji broj je nadzorni broj koji se može izračunati prema poznatom algoritmu iz prethodnih 12 brojeva. Crtični kôd EAN predstavlja svugdje u svijetu jedinstvenu oznaku proizvoda. EAN udruga nastala je 1977. godine, a bavi se razvojem, promicanjem i normiranjem crtičnog kôda, ponajprije za primjenu u europskim zemljama. Naknadnim povezivanjem s drugim svjetskim udrugama za primjenu crtičnog kôda, EAN udruga postaje svjetska udruga, a EAN norma se primjenjuje na svim kontinentima. Hrvatska je punopravna članica EAN udruge od 1992. godine (CRO-EAN).
Uređaji koji mogu čitati crtični kôd su skeneri posebno prilagođeni skeniranju crtičnog kôda i nazivaju se čitala crtičnog kôda. Za razliku od ostalih vrsta skenera čitalo crtičnog kôda raspoznaje o kojoj je vrsti podataka riječ i računalu šalje podatke koji za računalo imaju značenja. Redovito je riječ o znakovima iz skupa ACSII koda. Raspoznavanje je u slučaju čitala crtičnog kôda mnogo lakši zadatak nego kod ostalih vrsta skenera jer je predložak mnogo jednostavniji i sastoji se od normiranih crnih i bijelih crta.
Slika 4.44. Čitalo crtičnog kôda u obliku olovke
Najjednostavnije i najjeftinije čitalo crtičnog kôda u obliku je olovke (engl. wand). Na vrhu te olovke je izvor svjetla (obično crvena ili infracrvena LED dioda) i osjetilo. Vrhom olovke potrebno je prijeći preko cijelog crtičnog kôda, pri čemu se svjetlo s vrha olovke odbija ili apsorbira, ovisno o rasporedu svijetlih i tamnih crta. Osjetilo registrira jakost odbijene zrake stvarajući niz električnih impulsa čiji je raspored zavisan o rasporedu crta. Olovka je spojena kabelom sa sklopom za pretvorbu tih impulsa u oblik prihvatljiv računalu. Nedostatak je olovke što je potrebno ručno prijeći preko svake crtične oznake i što je očitanje zavisno o nagibu olovke te o brzini i ravnomjernosti prelaska olovke. Olovka zahtijeva ravnu površinu na kojoj je otisnut crtični kôd i relativno visoku kvalitetu kôda. 4.3
PRO-MIL
IV-41
ULAZNI UREĐAJI Čitalo crtičnog kôda u obliku pištolja nema toliko nedostataka koliko olovka. Jednostavniji je i pouzdaniji od olovke, ali mu je i cijena znatno veća. Pištolj nije potrebno prevlačiti preko crtičnog kôda, već ga je dovoljno samo prisloniti. Ugrađene LED ili laserske diode osvjetljavaju crtični kôd, slika crtičnog kôda prenosi se na CCD pretvornik i pretvara u električnu struju i zatim digitalizira. Ugrađeni sklop analizira digitalizirani zapis i pretvara ga u podatak "razumljiv" računalu. Površina na kojoj je crtični kôd otisnut može biti umjereno zakrivljena (npr. do zakrivljenosti boce od 1 litre).
Slika 4.45. Čitalo crtičnog kôda u obliku pištolja Lasersko čitalo crtičnog kôda najbolja je i najskuplja inačica čitala. Takvo čitalo nije potrebno prisloniti na crtični kôd, već je dovoljno kôd dovesti u blizinu čitača na udaljenost od približno 50 cm. Laserska zraka čitala velikom brzinom i u raznim smjerovima prelazi preko crtičnog kôda, odbija se i sustavom leća dovodi do CCD pretvornika. Zato je očitanje brzo i pouzdano i u velikoj mjeri ne zavisi o položaju, orijentaciji, zakrivljenosti i kakvoći crtičnog kôda. Lasersko čitalo proizvodi se u obliku ručnog pištolja ili kao ugrađena nepokretna naprava kojoj je dovoljno približiti crtični kôd. U trgovinama je, primjerice, lasersko čitalo često ugrađeno u prodajni pult, tako da predmeti nošeni tekućom vrpcom prelaze preko čitača. Pri tome treba jedino paziti da je crtični kôd okrenut prema dolje kako bi bio dostupan ugrađenom čitalu.
Slika 4.46. Lasersko čitalo crtičnog kôda
IV-42
PRO-MIL
4.3
ULAZNI UREĐAJI Za raspoznavanje osoba crtični kôd se stavlja na kartice koje ljudi nose sa sobom. Crtični kôd s takvih kartica očitava čitalo kartica. Čitalo kartica (engl. card reader) sastoji se od kućišta s prorezom kroz koji je potrebno provući karticu. U kućištu nalazi se izvor svjetla i osjetilo, a djelovanje mu je isto kao i kod olovke. Jedina je razlika što u slučaju olovke miruje crtični kôd, a giba se izvor svjetla i osjetilo, dok je u slučaju čitala kartice obrnuto.
Slika 4.47. Čitalo kartica
Digitalni fotoaparat Digitalni fotoaparat omogućava izravan prijenos slike iz okoline u računalo i zapravo je vrsta skenera. Digitalni fotoaparati sastoje se u osnovi od klasične fotografske kamere koja umjesto filma ima CCD pretvornik svjetla u električnu struju. CCD pretvornik digitalnog fotoaparata je dvodimenzionalan (pravokutnik omjera stranica 4:3) i istodobno snima sve točke predloška. Nakon osvjetljenja CCD pretvornik pretvara svjetlost u električnu struju. Analogno digitalni pretvornik (A/D) pretvara analogni iznos električne struje u digitalni oblik tako da svaki iznos zapisuje kao binarni broj. Sklop za obradu signala koji se naziva DSP (od engl. digital signal processor) pretvara digitalni zapis u format prikladan za prijenos računalu. DSP osim toga podešava kontrast i svjetlinu slike, sažima je i dr. Rukovanje digitalnim fotoaparatom vrlo je slično rukovanju običnim fotografskim aparatom. Korisnik tražilom bira scenu koju želi snimiti te uz namještene parametre snimanja pritišće okidač. Scena se projicira na CCD pretvornik gdje se pretvara u električnu struju. Slika se zatim digitalizira i sprema u memoriju digitalnog fotoaparata.
Slika 4.48. Digitalni fotoaparat
4.3
IV-43
PRO-MIL
ULAZNI UREĐAJI
Slika 4.49. Načelna građa digitalnog fotoaparata
Razlučivost digitalnog fotoaparata Razlučivost digitalnog fotoaparata jedna je od najvažnijih značajki i ovisna je o ugrađenom CCD pretvorniku i optici fotoaparata. Razlučivost se izražava kao ukupan broj točkastih pretvornika na površini CCD pretvornika. Razlučivost suvremenih digitalnih fotoaparata je od 2 do 7 milijuna zaslonskih točaka ili megapiksela (engl. megapixels). Primjerice digitalni fotoaparat razlučivosti 5 megapixela ima CCD pretvornik s 2.560 x 1.920 točkastih osjetila. Kao i kod ostalih vrsta skenera potrebna razlučivost snimanja ovisi o tome kako će se prikazati snimljena slika. Primjerice nema smisla slikati s razlučivosti 5 megapiksela ako će se slika prikazati na zaslonu monitora razlučivosti 1.024 x 768 jer će se razlučivost slike morati smanjiti prije prikaza da bi cijela stala na zaslon monitora. Razlučivost je kritična samo ako se slika želi otisnuti na papir. Što je dimenzija otisnute slike i kvaliteta veća, to je i potrebna razlučivost snimanja veća. Primjerice za otisak slike na papiru uz razlučivost 300 dpi (što je primjerice razlučivost mjesečnih časopisa u boji) i dimenziju slike 10 cm x 13 cm potreban je digitalni fotoaparat najmanje razlučivosti 2 megapiksela. Ako se ista slika i uz istu kvalitetu želi otisnuti u dimenziji 15 cm x 19 cm, potreban je digitalni fotoaparat najmanje razlučivosti 4 megapiksela. Može se reći da je za amaterske potrebe sasvim dovoljna razlučivost od 3 do 5 megapiksela, pri čemu digitalni fotoaparat razlučivosti 5 megapiksela odgovara kvalitetom približno fotoaparatima s 35 mm filmom.
CCD pretvornici digitalnih fotoaparata Treba skrenuti pozornost da podatak o razlučivosti digitalnog fotoaparata može zavarati korisnika. Naime postoji nekoliko vrsta CCD pretvornika.
IV-44
Kod slike u boji za svaku osnovnu boju (crvena, zelena, plava) kod tzv. Bayer CCD-a mora postojati jedan točkasti pretvornik na površini CCD pretvornika. Pri zapisu slike međutim ta tri pretvornika zapisuju podatak za jednu točku slike. To se donekle nadoknađuje programskom pro-
PRO-MIL
4.3
ULAZNI UREĐAJI cjenom boje pojedine točke uzevši u obzir boju susjednih točaka. Proizvođači redovito navode broj svih točkastih pretvornika kao razlučivost iako je zapravo stvarna razlučivost tri puta manja zbog navedenog razloga. Kod tzv. Foveon CCD pretvornika građa je drugačija, jedan točkasti pretvornik bilježi sve tri osnovne boje pa je broj točkastih pretvornika jednak broju točaka slike. Zbog više razloga nije moguće izravno uspoređivati razlučivost navedenih vrsta CCD pretvornika, ali se približno može reći da je uz istu navedenu razlučivost, stvarna razlučivost Foveon CCD pretvornika zapravo 1,7 puta veća. Tehnologija tvrtke Fuji poznata pod nazivom Super CCD ima pojedine elemente u obliku osmerokuta (kod ostalih je to kvadrat) što omogućuje nešto veću razlučivost od Bayer CCD-a. Uz to Super CCD ima dva osjetila po elementu različitih osjetljivosti na boje, pa se tako dodatno poboljšava svojstvo CCD-a. Znatno su skuplja CMOS osjetila koja se rabe kod skupih digitalnih fotoaparata. Za razliku od CCD osjetila koje je pasivni element čija se uloga svodi samo na stvaranje naboja ovisno o količini svjetla, CMOS osjetilo je aktivni poluvodički sklop koji u istom integriranom krugu ima osjetila, pojačala i obradu signala. Prednosti CMOS osjetila pred CCD osjetilom su veća brzina obrade podataka, manja potrošnja energije i bolji omjer signal/šum. Glavni je nedostatak CMOS osjetila mnogo viša cijena od CCD osjetila. Trebalo bi dakle pri kupovini proučiti koju vrstu pretvornika digitalni fotoaparat rabi i što navedena razlučivost zapravo znači.
Slika 4.50. Načelna građa plošnog CCD pretvornika digitalnog fotoaparata 4.3
PRO-MIL
IV-45
ULAZNI UREĐAJI
Slika 4.51. CCD pretvornik digitalnog fotoaparata
Memorija digitalnog fotoaparata Svi suvremeni digitalni fotoaparati spremaju slike na engl. flash memoriju. Ta vrsta memorije zadržava svoj sadržaj i nakon prekida napajanja, a građena je tako da se lako može umetati i vaditi iz fotoaparata. Podaci se iz te memorije mogu prenijeti na tvrdi disk računala. Memorija se može brisati pa se na istu memoriju može snimati uvijek iznova. Postoji nekoliko normiranih vrsta memorija za digitalne fotoaparate: Secure Digital Card (SD), Compact Flash, Memory stick, Multi Media Card, SmartMedia i xD (opisano u poglavlju o osnovnoj građi računala). Redovito se uz fotoaparat dobije memorija relativno skromnog kapaciteta. Broj slika koja stane na memoriju ovisi o razlučivosti i formatu zapisa slike, ali se može načelno reći da je to više nego kod filmova klasičnog fotoaparata. Mogu se nabaviti i posebni uređaji za čitanje memorijskih kartica pa se slike mogu prenijeti na tvrdi disk računala i bez priključivanja fotoaparata.
Slika 4.52. Vađenje memorije digitalnog fotoaparata
IV-46
PRO-MIL
4.3
ULAZNI UREĐAJI Baterije digitalnog fotoaparata Digitalni fotoaparat napaja se električnom energijom iz ugrađenih izmjenjivih baterija. Redovito je riječ o akumulatorima koje se nakon pražnjenja može ponovo puniti. Zbog malih dimenzija fotoaparata i baterije su male, pa im je i kapacitet relativno mali. Načelno se može reći da je kapacitet baterija dovoljan za snimanje 30 do 200 fotografija, ovisno o modelu fotoaparata i načinu snimanja. Nakon toga akumulatore treba ponovo napuniti što može potrajati i nekoliko sati (ovisno o vrsti baterije i modelu). Najveći potrošači energije su motor za pomicanje objektiva i bljeskalica.
Slika 4.53. Vađenje baterija digitalnog fotoaparata
Tražilo digitalnog fotoaparata Većina digitalnih fotoaparata ima optičko i LCD tražilo. Optičkim tražilom se kao i kod fotoaparata s filmom kroz prozorčić na fotoaparatu promatra scena koja će se snimiti. LCD tražilo, koje je obično smješteno na poleđini digitalnog fotoaparata, prikazuje isti prizor koji se vidi i kroz optičko tražilo pa omogućuje snimanje fotoaparatom koje ne bi bilo
Slika 4.54. Tražilo digitalnog fotoaparata
4.3
IV-47
PRO-MIL
ULAZNI UREĐAJI moguće uporabom optičkog tražila, npr. držeći fotoaparat iznad glave. Neki fotoaparati imaju LCD tražilo koje se može zakretati pa su još više povećane mogućnosti snimanja. Uz to, LCD tražilo ima važnu funkciju prikaza snimljenih slika, tako da korisnik može pregledati snimljene slike. Tako je moguće odmah vidjeti rezultat snimanja i po potrebi iz memorije izbrisati neuspjele slike i ponoviti snimanje. Važna funkcija LCD tražila je i prikaz različitih parametara digitalnog fotoaparata koje korisnik može podešavati: razlučivost snimanja, format zapisa itd. Zoom Engl. zoom digitalnog fotoaparata omogućuje promjenu vidnog kuta snimanja. Proizvođači redovito navode optički i digitalni zoom. Optički zoom je promjena koja se postiže optičkim sustavom fotoaparata i jedina je mjerodavna za ocjenu mogućnosti promjene vidnog kuta. Digitalni zoom je programska obrada slike kojom se umjetno dodaju zaslonske točke kojih nema u izvornoj slici kako bi se stvorio privid još većeg vidnog kuta snimanja nego je moguće postići optičkim sustavom. Digitalni zoom najčešće daje loše rezultate pa ga ne treba smatrati bitnom značajkom digitalnog fotoaparata. Spajanje digitalnog fotoaparata s računalom Suvremeni digitalni fotoaparati spajaju se s računalom posredstvom USB sabirnice. Pomoću odgovarajućeg programa moguće je s tako spojenog digitalnog fotoaparata kopirati slike na tvrdi disk računala i kod nekih fotoaparata podešavati parametre fotoaparata. Format zapisa digitalnog fotoaparata Digitalni fotoaparati u većini slučajeva zapisuju sliku u tiff ili jpeg (jpg) formatu. Prvi od navedenih formata daje kvalitetniju sliku, ali zauzima mnogo više memorije. Jpeg format zauzima mnogo manje mjesta u memoriji na uštrb kvalitete. Zato jeftiniji fotoaparati spremaju sliku samo u jpeg formatu. Prednosti i nedostaci digitalnog fotoaparata
IV-48
Jednom od glavnih prednosti digitalnog fotoaparata smatra se zaštita okoliša. Kod fotoaparata s filmom pri razvijanju filma i slika na papiru rabe se kemikalije koje nakon što se istroše treba baciti. To je s obzirom na količinu kemikalija ekološki problem. Kod digitalnog fotoaparata nema onečišćena jer se ne koristi film i postupak kemijskog razvijanja. Osim toga otpada trošak nabavke filma i izrade fotografija, te je tako ukupna cijena kod velikog broja snimaka manja nego kod klasične fotografije. Izravan unos snimljenog materijala u računalo za potrebe WWW stranica ili stolnog nakladništva daljnja su prednost uporabe digitalnog fotoaparata.
PRO-MIL
4.3
ULAZNI UREĐAJI U usporedbi s fotoaparatom s filmom digitalni fotoaparat ima sljedeće prednosti: • rezultat snimanja je odmah vidljiv i odmah primjenjiv (npr. slika se može poslati elektroničkom poštom, objaviti na Internetu i sl.) • ukupan trošak je manji, čak i ako se snimke izrade na papiru jer korisnik unaprijed može odlučiti koje snimke želi izraditi • reprodukcija i raspon boja ne ovisi o značajkama filma • digitalni fotoaparati mogu biti mnogo manji od fotoaparata s filmom • digitalni fotoaparati mnogo su osjetljiviji na svjetlost od fotoaparata s filmom pa i bez bljeskalice mogu snimati uz manju rasvjetu (to je posebno važno pri snimanjima u astronomiji) Jedini ozbiljni nedostatak digitalnog fotoaparata je viša nabavna cijena od fotoaparata s filmom. Digitalna video kamera Građa digitalnih video kamera slična je građi digitalnog fotoaparata. Ključna je razlika u tome što video kamera mora svake sekunde pohraniti barem 25 sličica kako bi ljudsko oko doživjelo pri reprodukciji prihvatljive pokretne slike. To u usporedbi s digitalnim fotoaparatom zahtijeva mnogo više memorije i mnogo više obrade podataka u istom vremenu. Raznim postupcima digitalne videokamere nastoje riješiti poteškoće koje nastaju pri tom. Tako primjerice video kamera raznim postupcima sažima video zapis (obično u omjeru 5:1) što u određenoj mjeri smanjuje kvalitetu slike, snima manje od potrebnih 25 sličica pa programski konstruira sličice koje nedostaju itd.
Slika 4.55. Digitalna video kamera
CCD pretvornik digitalnih video kamera u načelu je isto građen kao i CCD pretvornik digitalnih fotoaparata. Bolje video kamere imaju tri CCD pretvornika i tri pripadna elektronička sklopa koji obrađuju zasebno svaku od osnovnih boja. Jeftinije video kamere, a takvih je većina, imaju jedan CCD koji se sastoji od tri vrste točkastih pretvornika - svaki za jednu osnovnu boju. 4.3
PRO-MIL
IV-49
ULAZNI UREĐAJI Razlučivost digitalnih video kamera Razlučivost digitalnih video kamera mnogo je manja od razlučivosti digitalnih fotoaparata i u rasponu je od 460.000 do 680.000 točaka. To je ujedno i broj točkastih osjetila na CCD pretvorniku. Razlog manje razlučivosti je relativno mala razlučivost televizijskih prijemnika na kojima će se reproducirati slika. Primjerice PAL televizijska norma kojom se emitira redovni televizijski program propisuje razlučivost 768 x 576 (442.368 točaka) što je manje od suvremenih monitora i mnogo manje od razlučivosti potrebne za izradu kvalitetnih otisaka na papiru. Primjerice PAL Type-1 DV AVI format zapisa ima razlučivost 720 x 576 (414.720 točaka), 24 bitovnu dubinu bolje i 25 sličica u sekundi. Treba istaći da video kamera ne mora snimati upravo tim parametrima već može naknadnom obradom podataka proizvesti zapis takvog formata. Tako primjerice kamera može snimati manje od 25 sličica u sekundi i onda programski stvoriti sličice koje nedostaju. Memorija digitalnih video kamera Zbog mnogo podataka koje treba pohraniti preskupa bi bila pohrana na poluvodički medij pa je jedini prihvatljivi medij magnetska vrpca. Ta se vrpca može reproducirati i pomoću video kamere i tako zapis prenijeti na tvrdi disk računala. Kako bi cijela video kamera bila što manja, rabe se uglavnom MiniDV vrpce na koje se zapisuje digitalni zapis. Treba upozoriti da je to bitno različita vrsta zapisa od one koju snimaju analogne video kamere, primjerice VHS formata. Digitalni zapis može se bez pretvorbe i gubitka podataka prenijeti u računalo i obrađivati prikladnim programom. Kod analognog zapisa potrebno je zapis najprije pretvoriti u digitalni pri čemu nužno dolazi do gubitka podataka i kvalitete. Baterije digitalnih video kamera Digitalne video kamere troše mnogo više energije od digitalnih fotoaparata. Zbog toga su njihove baterije veće i mnogo većeg kapaciteta. I tu je riječ o akumulatorima koji se mogu puniti, a jednim punjenjem može se snimati, ovisno o modelu, od 1 do 3 sata. Spajanje digitalne video kamere s računalom Zapis video kamere zauzima mnogo memorije pa je za prijenos na tvrdi disk računala u kratkom vremenu potrebno osigurati brzu vezu. Uobičajeno je rabiti FireWire (IEEE-1394) vezu. Kako to nije uobičajena oprema većine prosječnih računala, mora se dograditi naknadno.
IV-50
Digitalne video kamere imaju brojne prednosti pred analognim. Imaju veću razlučivost pa je i slika oštrija, mnogo su osjetljivije na svjetlo pa mogu snimati pri slabijem osvjetljenju, snimljeni materijal može
PRO-MIL
4.3
ULAZNI UREĐAJI se obrađivati na računalu bez gubitka kvalitete, presnimavati na digitalni medij bez gubitka kvalitete itd. Nedostatak je viša cijena od analognih video kamera. Pojavom Interneta pojavila se posebna, jeftina i praktična izvedba videokamera poznata pod nazivom engl. webcam. To je kamera koja se smješta uz računalo i spaja s računalom posredstvom USB sabirnice. Kamera je usmjerena prema korisniku koji sjedi za računalom i pomoću odgovarajućeg programa omogućuje da se dva udaljena sugovornika vide na zaslonu monitora. Razlučivost i kvaliteta slike tih kamera je lošija od kvalitete slike digitalnih fotoaparata ili digitalnih video kamera, ali je dostatna za jednostavnu vizalnu komunikaciju. Sama kamera ne može pohraniti sliku već se slike spremaju i obrađuju na računalu. Skuplji modeli kamera mogu se rabiti i za videonadzor.
Slika 4.56. Kamere za Internet (engl. webcam)
4.3
IV-51
PRO-MIL
ULAZNI UREĐAJI 4.4. A/D pretvornik A/D pretvornik (analogno digitalni pretvornik, engl. analog to digital converter, AD, ADC, A to D) služi za pretvorbu analognih veličina iz okoline u digitalne veličine prihvatljive računalu. Mjerenje i upravljanje industrijskim procesima pomoću računala uključuje pretvorbu fizičkih veličina, kao što su primjerice, temperatura, pomak, tlak i sl., pomoću pretvornika u električnu struju ili napon proporcionalan tim promjenama. Ta je električna struja ili napon analogne naravi jer može poprimiti bilo koju vrijednost između dvije krajnosti. A/D pretvornici imaju zadaću analogne signale pretvoriti u digitalne prihvatljive računalu. Pojednostavljeno se može reći da je svaki podatak potrebno pretvoriti u binarni broj da bi ga računalo moglo prihvatiti. Pri tom nužno dolazi do pogreške jer je raspon brojeva koje računalo može prihvatiti ograničen, a vrijednosti koje može poprimiti analogna vrijednost neograničena. Za ilustraciju o čemu je riječ pokušajte zbrojiti ova dva broja pomoću džepnog kalkulatora: 1,2345678912345 + 2,3456789012345. Pokušate li to učiniti ustanovit ćete da nema dovoljno znamenki na pokazivalu kalkulatora i da ne možete upisati sve znamenke iza decimalnog zareza. Da biste ipak došli do barem približnog rezultata upisat ćete najbliže brojeve koje možete i tako svjesno učiniti pogrešku nadajući se da ona nije toliko važna da bi bitno utjecala na rezultat. Sličan je postupka pretvorbe analognih veličina u digitalne pomoću A/D pretvornika. A/D pretvornici izrađuju se kao kartice za ugradnju u računalo ili zasebni uređaji. Isporučuju se s pripadajućim pogonskim programima, a koriste se za laboratorijska mjerenja, upravljanje industrijskim procesima i sl. Automatsko prikupljanje podataka (engl. data acquisition) uz pomoć A/D pretvornika jedna je od važnih primjena osobnog računala. A/D pretvornik može istodobno pretvarati nekoliko analognih veličina u digitalne. Obično je riječ o 8 ili 16 analognih veličina, pa se kaže da takav A/D pretvornik ima 8 ili 16 kanala. Kako je poluvodički sklop koji pretvara analogne veličine u digitalne najskuplji dio A/D pretvornika, najčešće se koristi vremenski multipleks što znači da se u pravilnom vremenskom slijedu uzimaju uzorci svake od analognih veličina i prosljeđuju jednom poluvodičkom sklopu za pretvorbu. Napon na A/D pretvornik može se priključiti na diferencijalni ulaz (engl. differential input), pri čemu niti jedan pol ulaznog napona nije spojen sa stezaljkom 0 V napajanja A/D pločice ili na jednopolni ulaz (engl. single-ended input), pri čemu je jedan pol ulaznog napona spojen sa stezaljkom 0 V napajanja A/D pločice.
IV-52
Raspon ulaznog analognog napona (engl. voltage range) je razlika između najmanje i najveće vrijednosti napona koji se može dovesti na
PRO-MIL
4.4
ULAZNI UREĐAJI
Slika 4.57. Načelni prikaz analogno digitalne pretvorbe ulaz A/D pretvornika. Tipične vrijednosti su u rasponu od 0 do 5 V, od 0 do 10 V, od -5 do +5 V, od -10 do +10 V. Mogući su i strujni ulazi u rasponu 0 do 20 mA i 4 do 20 mA. Veće napone ili struje treba prije priključka na A/D pretvornik svesti na dopuštenu vrijednost. Razlučivost (engl. resolution) A/D pretvornika je broj bita koji stoji na raspolaganju za pretvorbu analognog u digitalni oblik. Razlučivost određuje točnost pretvorbe, a tipične su vrijednosti od 6 do 24 bita. Tako, primjerice, A/D pretvornik sa 12-bitovnom razlučivošću može ulaznu analognu veličinu pretvoriti u najviše 4.096 vrijednosti, što znači da je najveća pogreška pri takvoj pretvorbi 0,025 %. To je približno kao da imate kalkulator iz primjera na početku odjeljka koji ima samo 4 znamenke na pokazivalu. Analogna veličina na ulazu u A/D pretvornik može se promijeniti pa A/ D pretvornik uzima uzorke u pravilnim vremenskim razmacima i pretvara te uzorke u digitalnu veličinu. Brzina uzimanja uzoraka (engl. sampling rate) ili brzina pretvorbe analognog u digitalni oblik govori o najvećoj brzini kojom A/D pretvornik može obaviti pretvorbu. Tipične vrijednosti kreću se od 15.000 do više od 1.000.000 pretvorbi u sekundi. 4.4
PRO-MIL
IV-53
ULAZNI UREĐAJI Programska potpora (engl. software) veoma je važna komponenta A/ D pretvornika. Pojedini proizvođači isporučuju uz svoje A/D pretvornike i odgovarajuće pogonske programe, a postoje i nezavisni proizvođači programa. Pogonski program omogućava jednostavno upravljanje A/D pretvornikom i automatizaciju postupka prikupljanja podataka.
IV-54
PRO-MIL
4.4
ULAZNI UREĐAJI 4.5. Uređaji za raspoznavanje govora Najprirodniji je način komunikacije čovjeka pomoću glasa odnosno govora. Ulazni uređaji za raspoznavanje govora (engl. speech recognition device, voice recognition device) omogućuju pretvorbu govora u digitalne podatke razumljive računalu. Govor se najprije pretvara pomoću mikrofona u električnu struju, zatim se digitalizira i na kraju pomoću programa pokušava pretvoriti u računalu razumljiv oblik. Pod računalu razumljivim oblikom podrazumijeva se da je konačni oblik isti kao da je čovjek izgovorenu rečenicu tipkao pomoću tipkovnice. Raspoznavanje govora je, uz raspoznavanje slike, jedan od najtežih zadataka za računalo. Razlog tome je činjenica da čovjek pri razumijevanju govora rabi znanje i iskustvo kojim računalo ne raspolaže. Poteškoće koje se pri raspoznavanju govora javljaju su: • različiti govornici imaju različitu boju glasa, intonaciju i naglasak, • način izgovora pojedinih riječi ponekad određuje značenje, pa se primjerice riječ "možeš" može izgovoriti kao pitanje ili kao konstatacija, • ista riječ može imati različito značenje ovisno o kontekstu, • napisani tekst poštuje stroža gramatička pravila od govornog, posebice glede znakova interpunkcije koji se izrijekom ne navode u govornom jeziku. Zbog tih i ostalih poteškoća razvijeno je nekoliko skupina uređaja za raspoznavanje govora. Uređaji namijenjeni jednom govorniku (engl. speaker dependent speech recognition) namijenjeni su samo jednom govorniku. Taj ih govornik mora mnogobrojnim ponavljanjem "naučiti" kako izgovara pojedinu riječ. Nakon takvog "učenja" uređaj je sposoban raspoznati naučene riječi, ali samo ako ih izgovori isti korisnik koji je i "učio" uređaj. Uređaji neovisni o govorniku (engl. speaker independent speech recognition) raspoznaju govor bilo kojeg govornika i ne treba ih "učiti" kao uređaje prethodne skupine. To je mnogo teži zadatak od zadatka prethodne skupine pa uređaji za raspoznavanje govora neovisni o govorniku mogu raspoznati malo unaprijed određenih riječi. To su obično dekadske znamenke i skupina od desetak ostalih riječi. Glede namjene uređaji za raspoznavanje govora mogu se podijeliti u tri skupine. Uređaji koji su namijenjeni govornom unosu naredbi u računalo (engl. command system speech recognition) omogućuju unos naredbi koje se unose tipkovnicom ili mišem pomoću glasa. Mogu raspoznati nekoliko stotina unaprijed određenih riječi koje su naredbe računalu. 4.5
PRO-MIL
IV-55
ULAZNI UREĐAJI Uređaji za raspoznavanje diskretnog govora (engl. discrete speech recognition) mogu raspoznati mnogo riječi, ali je pri govoru potrebno između svake riječi napraviti kratku stanku. To je neprirodan način govora, a rabi se za diktiranje. Postoje praktično upotrebljivi uređaji za diktiranje na engleskom jeziku koji mogu u potpunosti zamijeniti daktilografa. Uređaji za raspoznavanje kontinuiranog govora (engl. continous speech recognition) raspoznaju govor u prirodnom obliku, tj. kako ga ljudi rabe u međuljudskom razgovoru. To je vrlo zahtjevan zadatak i takvih uređaja ima malo i skupi su. Takvi uređaji mogu ispravno raspoznati približno 98% riječi izgovorenih prirodnim načinom u kontinuiranom govoru. Za očekivati je da će se daljnjim razvojem tehnologije taj postotak povećati. Glavna područja primjene računalnog raspoznavanja govora su: naređivanje računalu glasom, upravljanje strojevima glasom, govorni unos podataka (npr. u bazu podatka), diktiranje (govorni unos teksta), govorno komuniciranje s informacijskim sustavima (npr. pretraživanje i dobava podataka) i računalne igre. Prvi su se komercijalni uređaji za raspoznavanje govora pojavili početkom devedesetih godina prošlog stoljeća i od tada se neprekidno razvijaju. Zanimljivo je da uređaji za raspoznavanje govora nisu postigli veću popularnost unatoč neprekidnom usavršavanju. Po svemu sudeći, ljudima je lakše ispravno napisati dokument pomoću tipkovnice nego ga diktirati, unatoč tome što mnogo brže govore nego pišu. Uz to, ukoliko više osoba radi u istoj prostoriji, govorna komunikacija jednog korisnika s računalom ometa ostale. Mogući razlog otpora govornoj komunikaciji s računalom može biti i zamor glasnica pri opsežnijem radu.
IV-56
PRO-MIL
4.5
Izlazni uređaji
digital to analog
3
28
Grafička kartica
30
Pisač
54
56
Crtalo
61
Zvučna kartica
66
D/A kartice
Monitor
Višenamjenski uređaji - pisač/ skener/faks/kopirni uređaj
IZLAZNI UREĐAJI
5. Izlazni uređaji Izlazni uređaji podatke iz računala pretvaraju u oblik prihvatljiv okolini. Ta okolina mogu biti ljudi, pa su to onda prikazi u vizualnom ili zvučnom obliku, ili strojevi ako su prikazi u obliku električnih veličina, primjerice napona ili struje. I u jednom i u drugom primjeru zadaća je izlaznih uređaja brzo, jeftino i djelotvorno pretvaranje digitalnih električnih signala iz računala u oblik prihvatljiv okolini. Svako je računalo opremljeno barem jednim izlaznim uređajem, a često puta i s više njih. Postoji mnogo izlaznih uređaja koji se međusobno razlikuju namjenom, tehnologijom izrade, cijenom itd.
5.1. Monitor Monitor (predočnik, engl. video display unit, VDU, video display terminal, VDT) je izlazni uređaj koji podatke iz računala prikazuje na svom zaslonu. Prikaz se sastoji od teksta, crteža, različitih simbola itd. Prikaz na zaslonu lako se i brzo mijenja, privremene je naravi i gubi se prekidom napajanja monitora. Monitor je najčešće korišteni izlazni uređaj, a u uporabi je od prve pojave elektroničkih računala.
Slika 5.1. Monitor
5.1
V-3
PRO-MIL
IZLAZNI UREĐAJI Veličina monitora Veličina monitora ili točnije veličina zaslona monitora mjeri se duljinom dijagonale zaslona u palcima (inč, engl. inch). Palac se označava s dvije crtice iznad brojke 1 palac = 1". Omjer između vodoravne i uspravne stranice monitora najčešće je 4:3, pa se iz podatka o duljini dijagonale mogu odrediti dimenzije zaslona. Uobičajene veličine monitora su 15", 17", 19" i 21". Kod nekih je vrsta monitora s katodnom cijevi dio zaslona na kojem se prikazuje slika manji za približno 1" od duljine dijagonale pa to treba imati na umu pri kupovini monitora. Monitori veće razlučivosti nužno imaju veće dimenzije zaslona kako bi raspoznatljivost prikazanih znakova bila prihvatljivija. Monitori zaslona većih od 19" znatno su skuplji od manjih i koriste se uglavnom za grafičke i profesionalne primjene.
Slika 5.2. Veličina monitora mjeri se dužinom dijagonale zaslona Postoje monitori izrađeni tako da im je omjer između vodoravne i uspravne stranice 3:4. Takvi su monitori ponajprije namijenjeni programima za obradu teksta i stolnom nakladništvu, a mogu na zaslonu prikazati odjednom cijelu stranicu (engl. full page monitor). Razlučivost monitora Osnovni element slike na zaslonu monitora jest zaslonska točka (engl. pixel, picture element) koja je po svojoj cijeloj površini jednake boje i svjetlosne jakosti. Zaslonska točka je krug promjera od 0,1 do 0,5 mm ili pravokutnik podjednakih dimenzija. Zaslonska točka je dovoljno mala da je ljudsko oko bez povećala ne može razlučiti od ostalih zaslonskih točaka.
V-4
Kakvoća slike monitora ponajprije ovisi o broju zaslonskih točaka. Što je više točaka na zaslonu monitora, to je slika bolja, a mjera kojom se mjeri kakvoća slike naziva se razlučivost ili rezolucija (engl. resolution). Razlučivost monitora jednaka je najvećem broju zaslonskih točaka koje na zaslonu može prikazati monitor, a izražava se umnoškom broja
PRO-MIL
5.1
IZLAZNI UREĐAJI zaslonskih točaka u vodoravnom i uspravnom smjeru. Kako je omjer vodoravne i uspravne stranice monitora približno 4:3 i razlučivost monitora je približno u istom omjeru. Postoje industrijske norme kojih se pridržavaju proizvođači, koje usklađuju rad monitora, grafičkih kartica i pogonskih programa. Jedinstvene norme kojih bi se trebali pridržavati svi proizvođači donosi udruženje VESA (engl. Video Electronics Standards Association). Uz monitor se navodi najveća moguća razlučivost monitora.
Slika 5.3. Primjer zaslona razlučivosti 16x12 (samo za ilustraciju načina označavanja razlučivosti)
Tablica 5.1. Normirane razlučivosti monitora
640x480
Ukupan broj zaslonskih točaka u milijunima 0,3
SVGA
800x600
0,5
XGA
1.024x768
0,8
SXGA
1.280x1.024
1,3
UXGA
1.600x1.200
1,9
Oznaka VGA
Razlučivost
Postoje i monitori s većom razlučivosti, npr. 2.560 x 2.048, ali je njihova primjena zbog visoke cijene ograničena. S porastom razlučivosti cijena monitora naglo raste, pa se monitori većih razlučivosti koriste za profesionalne primjene, npr. za projektiranje pomoću računala (engl. CAD). Veća razlučivost zahtijeva i veću površinu zaslona i veći monitor iz dvaju razloga. Dimenzije zaslonskih točaka slike ograničene su i ne mogu se smanjiti ispod određene granice, pa je za smještaj većeg broja točaka potrebna veća površina. Drugi je razlog otežana čitljivost pri velikoj razlučivosti i maloj površini zaslona. Zbog toga su monitori vrlo visoke razlučivosti redovito dimenzija 21" ili više. 5.1
PRO-MIL
V-5
IZLAZNI UREĐAJI Boja prikaza monitora S obzirom na mogućnost prikaza, monitori se dijele na jednobojne (monokromatske) i višebojne (kolor). Jednobojni monitori imaju jednobojni prikaz na crnoj podlozi (ili crni prikaz na jednobojnoj podlozi). Za boju prikaza jednobojnih monitora najčešće se upotrebljavaju bijela (siva), žuta, zelena, crvena i narančasta boja. Monitori koji imaju crni prikaz na bijeloj podlozi, kako bi im prikaz bio što sličniji ispisu na papiru, nazivaju se papirno bijeli monitori (engl. paper white). Padom cijene višebojnih monitora jednobojni monitori su se prestali rabiti.
Slika 5.4. RGB prikaz
Višebojni monitori kombiniraju prikaz od triju osnovnih boja: crvene, zelene i plave (engl. red, green, blue, RGB) pa se zovu RGB monitori. Kombinacijom intenziteta tih triju boja moguće je dobiti bilo koju drugu boju. Kazalo
V-6
Kazalo (kursor, engl. cursor) jest malena oznaka na zaslonu monitora. Kod znakovnih korisničkih sučelja kazalo je najčešće trepereća crtica u podnožju ispisa znaka ili trepereći ili stalno osvijetljeni mali pravokutnik na mjestu ispisa znaka. Kod grafičkog korisničkog sučelja kazalo može biti bilo kojeg oblika (mala strelica, pješčani sat, sličica ruke itd.), a kod programa za pisanje teksta je često uspravna crta na mjestu ispisa znaka. Kod crteža, kazalo je obično križić (engl. crosshair) čije središte označava mjesto ispisa sljedeće zaslonske točke. Zadaća kazala je dvojaka. S jedne strane omogućuje korisniku pri uporabi miša kliknuti na željeno mjesto na zaslonu. Druga je zadaća pokazati korisniku na kojem će se mjestu upisati sljedeći podatak: slovo pri obradi teksta, dio crteža pri programu za obradu slike i sl.
PRO-MIL
5.1
IZLAZNI UREĐAJI Spajanje monitora s računalom Postoje dvije osnovne vrste signala koje monitor može prihvatiti: analogni i digitalni. Neki od monitora imaju mogućnost primitka i analognog i digitalnog signala. Analogni signal može poprimiti bilo koju vrijednost unutar raspoloživog raspona, pa tako može monitoru proslijediti beskonačno mnogo razina signala. To kod višebojnog monitora s tri analogna ulaza (RGB) teorijski znači neograničen broj boja. Broj boja je u praksi ipak ograničen i to mogućnostima pretvorbe digitalnog signala u analogni signal grafičke kartice (od nekoliko stotina tisuća do nekoliko desetaka milijuna boja). Monitori koji prihvaćaju analogni signal priključuju se obično posredstvom tzv. VGA konektora. Za monitore s katodnom cijevi, kod kojih se zahtijeva velika razlučivost i velik broj boja, pogodniji je analogni signal. Uz to monitori s katodnom cijevi djelomice rabe analognu obradu signala pri prikazu pa je prihvat analognih signala jednostavan. Za razliku od analognog digitalni signal može poprimiti ograničeni broj vrijednosti, što znači da monitor s digitalnim ulazom može prikazati ograničen broj boja. Primjerice, monitor s četiri digitalna ulaza može prikazati najviše 16 boja. Na svaki od tih ulaza dovodi se digitalni signal, pa svaki ulaz može biti u jednom od dva stanja: 0 ili 1. Kako ima četiri ulaza to je ukupan broj mogućih različitih stanja signala na ulazu jednak 16. Zbog toga takav monitor može prikazati 16 različitih boja. Za monitore s tekućim kristalom, monitore s plazmom i monitoreprojektore pogodniji je digitalni signal jer ti monitori u potpunosti rabe digitalnu obradu podataka. U tu je svrhu pod okriljem udruge Display Working Group razvijena norma DVI (engl. digital visual interface).Ta norma propisuje signale i različite konektore kojima je moguće priključiti digitalni monitor na grafičku karticu. Kako na tržištu ima mnogo analognih i digitalnih monitora, grafičke kartice se često isporučuju s obje vrste konektora: VGA i DVI. Postoji više vrsta DVI konektora, a najrasprostranjenija je DVI-I vrsta koja omogućuje priključak analognih i digitalnih monitora pomoću istog konektora. Dvadeset i četiri zajedno grupirana konektora namijenjena su digitalnim signalima, a ostali su namijenjeni analognim signalima. Digitalni signali koji se šalju monitoru su kodirani tzv. TMDS (engl. transition minimized differential signaling) načinom. Uobičajeno je rabiti takav način kodiranja s kojim je moguće poslati 8 bitova po boji (ukupno 24 bitova) što omogućuje prikaz približno 16 milijuna boja. Treba istaći da je DVI namijenjen ponajprije za monitore s tekućim kristalom, monitore s plazmom i monitore-projektore pa posjeduje svojstva koja ne odgovaraju monitorima s katodnom cijevi. Primjerice, brzina razmjena podataka dostatna za uspravnu učestalost 60 Hz uz razlučivost 1.600x1.200 što je premala učestalost za monitor s katodnom cijevi. 5.1
PRO-MIL
V-7
IZLAZNI UREĐAJI
Slika 5.5. VGA (lijevo) i DVI (desno) konektori na grafičkoj kartici za priključak monitora
Štedni načini rada monitora Suvremeni monitori imaju ugrađen elektronički sklop koji nakon nekog vremena neaktivnosti isključuje dijelove monitora koji troše mnogo energije. Neaktivnošću monitora smatra se stanje u kojem monitor ne prima podatke. Udruženje VESA predložilo je DPMS (engl. display power managment signaling) normu za signalizaciju između računala i monitora namijenjenu štednji energije. Prema toj normi, s gledišta utroška energije, monitor može biti u četiri stanja. Prvo je stanje radno stanje kad korisnik čita podatke s monitora. Npr. u tom je stanju snaga monitora s katodnom cijevi približno 150 W. Nakon određenog razdoblja neaktivnosti monitor prelazi u pričuvni način rada (engl. standby) i snaga mu prema VESA normi mora biti manja od 25 W. Ako neaktivnost potraje dulje, monitor prelazi iz pričuvnog u uspavani način rada (engl. suspend) pri čemu mu snaga mora biti manja od 8 W. U pričuvnom i uspavanom načinu rada nema prikaza na zaslonu monitora, jer se pretpostavlja da nema nikog ispred monitora zbog razdoblja neaktivnosti. Pri obnavljanju bilo kakve aktivnosti, monitor automatski prelazi u normalni način rada. Povratak u normalni način rada iz pričuvnog traje približno 3 sekunda, a iz uspavanog načina rada približno 10 sekundi. Omjer potrošnje energije u normalnom i štednom načinu rada je od 4:1 pa do 10:1, zavisno o tome je li riječ o pričuvnom ili uspavanom načinu rada.
V-8
U SAD-u obvezno se treba pridržavati EPA (engl. Environmental protection agency) Energy Star norme. Prema toj normi u pričuvnom načinu rada monitor mora imati snagu manju od 30 W. Norma je objavljena 1993. godine ali se šire počela rabiti 1995. godine nakon odluke vlade SAD-a da će kupovati samo monitore sukladne toj normi. EPA Energy Star norma rabi se i u ostalom dijelu svijeta iako nije obvezna.
PRO-MIL
5.1
IZLAZNI UREĐAJI Monitor s katodnom cijevi Monitor s katodnom cijevi (engl. CRT monitor, cathode ray tube monitor) najrasprostranjenija je vrsta monitora. Dobra kakvoća slike, dobra pouzdanost i umjerena cijena razlog su da se ova vrsta monitora koristi od kućnih računala do superračunala. Iako u novije doba LCD monitori preuzimaju ulogu najpopularnije vrste monitora, postoje još uvijek područja u kojima je monitor s katodnom cijevi nezamjenjiv.
Slika 5.6. Monitor s katodnom cijevi
Katodna cijev Katodna cijev, koja je temelj monitora, izumljena je prije gotovo jednog stoljeća (izumio ju je Karl Ferdinand Braun 1897.). Jedna od posljedica razvoja radara za vrijeme Drugog svjetskog rata i televizije nakon rata bila je znatno i ubrzano usavršavanje katodne cijevi. Velikoserijska proizvodnja, potekla iz masovne uporabe televizije, znatno je snizila cijenu katodne cijevi.
Jednobojna ili monokromatska (engl. monochrome CRT) katodna cijev sastoji se od vakuumirane staklene cijevi na čijem je jednom kraju elektronski top, a na drugom zaslon premazan fosforom. Katoda smještena u elektronskom topu žari se pri čemu iz nje izlijeću elektroni. Djelovanjem električnog polja, uzrokovanog visokim naponom (više od 10.000 V) između elektronskog topa i prednjeg dijela cijevi elektroni velikom brzinom lete prema zaslonu. Na putu najprije prolaze kroz upravljačku rešetku. Tom se rešetkom upravlja količinom elektrona koja prolazi kroz nju i na taj se način djeluje na jakost emitiranog svjetla na zaslonu cijevi. 5.1
PRO-MIL
V-9
IZLAZNI UREĐAJI Snop elektrona nadalje prolazi kroz sustav za fokusiranje koji ga pretvara u usku zraku. Tako fokusirana zraka elektrona prolazi kroz magnetsko polje zavojnice otklonskog sustava (magnetski jaram, engl. CRT yoke). Ovisno o jakosti magnetskog polja i njegovu smjeru otklanja se zraka. Zraka na kraju udara u fosforni premaz na zaslonu cijevi uzrokujući pojavu svijetle točke na mjestu udara. Boja točke ovisi o vrsti fosfora kojom je premazan zaslon. Fosfor ima svojstvo emisije svjetla određeno vrijeme nakon što zraka elektrona više ne udara u njega. To svojstvo naziva se perzistencija, i ovisno o vrsti fosfora i željenoj primjeni, može biti kratkotrajna ili dugotrajna. Kod većine monitora perzistencija se nastoji učiniti što kraćom.
Slika 5.7. Načelna građa višebojne katodne cijevi
Slika se na zaslonu ispisuje tako da se redom osvjetljava točka za točkom s lijeva u desno dok se ne ispiše jedan, najgornji, redak slike. Nakon toga ispisuje se redak ispod, opet točku po točku s lijeva u desno. Postupak se ponavlja dok se ne ispišu sve crte da popune cijeli zaslon. To se odvija brzo, pa se zbog tromosti ljudskog oka čini da sve zaslonske točke svijetle istodobno. Da bi se izbjeglo treperenje, postupak je potrebno ponoviti više od 25 puta u sekundi (obično 50 puta u sekundi).
V-10
Višebojna katodna cijev (engl. color CRT) ima tri jednaka elektronska topa, svaki za jednu boju: crvenu (engl. red), zelenu (engl. green) i plavu (engl. blue). Prema početnim slovima osnovnih boja višebojna katodna cijev je poznata i pod nazivom RGB CRT. Svaki od ta tri topa ima svoju upravljačku rešetku i svakim se snopom elektrona može upravljati zasebno. Postupak ubrzavanja, fokusiranja i otklona zrake elektrona isti je kao i kod jednobojne cijevi, s tom razlikom da je visoki napon za ubrzanje elektrona kod višebojnih monitora veći od 25.000 V. Kod većine višebojnih katodnih cijevi tri elektronska topa smještena su u vrhove
PRO-MIL
5.1
IZLAZNI UREĐAJI
Slika 5.8. Način ispisa slike na zaslonu monitora istostraničnog trokuta (tzv. delta razmještaj). Samo neki proizvođači smještaju elektronske topove vodoravno na pravcu (engl. inline razmještaj), primjerice tvrtka Sony. Neposredno ispred zaslona katodne cijevi nalazi se metalna mrežica ili maska (sitasta maska, engl. shadow mask, aperture grill) s velikim brojem otvora kroz koje prolijeću elektroni. Zadaća je mrežice da propusti zraku određenog promjera i ograniči tu zraku na željeno mjesto zaslona. Metalna mrežica najčešće je od legure invar. Kod većine katodnih cijevi metalna mrežica jest metalna ploha na kojoj su gusto izbušene okrugle rupice. Postoje međutim i mrežice koje umjesto okruglih rupica imaju uspravne proreze (npr. kod katonih cijevi trgovačkog naziva Trinitron). Takva se metalna mrežica naziva vrpčasta mrežica (engl. stripe mask).
Slika 5.9. Nastanak tri zaslonske točke višebojne katodne cijevi
5.1
V-11
PRO-MIL
IZLAZNI UREĐAJI
Slika 5.10. Kružne (lijevo) i pravokutne (Trinitron) zaslonske točke Zrake elektrona dolaze iz tri međusobno razmaknuta elektronska topa, pa im je i kut upada na metalnu mrežicu različit. Zbog toga te tri zrake udaraju na tri različita mjesta na zaslonu monitora. Na mjestu udara zrake elektronskog topa za crvenu boju nanesen je fosfor koji pod udarom elektrona svijetli crveno. Na jednaki način nanesen je fosfor koji svijetli zeleno i plavo. Cijeli je zaslon višebojne katodne cijevi u pravilnom rasporedu ispunjen točkama crvenog, zelenog i plavog fosfora. Kombinacijom intenziteta triju osnovnih boja moguće je dobiti bilo koju boju. Zaslon katodne cijevi dio je plašta kugle ili valjka velikog promjera. Novije vrste monitora s katodnom cijevi rabe ravne zaslone (engl. flat square tube, FST) koji su vrlo malo zakrivljeni, a slika ispunjava praktično sav vidljivi dio zaslona. Postoje i monitori s katodnom cijevi s potpuno ravnim zaslonom. Monitori s katodnom cijevi odlikuju se visokom razlučivosti, većom od bilo koje druge vrste monitora. Monitori visoke razlučivosti skuplji su od monitora niske razlučivosti, a imaju i neka neželjena svojstva. U usporedbi s niskom razlučivošću, visoka razlučivost zahtijeva ispisivanje većeg broja točaka u istom vremenu zbog čega je svaka od točaka izložena kraće vrijeme djelovanju zrake elektrona te prima manju energiju. Posljedica je slabija emisija svjetla svake točke, a time i slabije osvjetljenje prikaza. Svjetlina se može povećati povećanjem brzine (a time i energije) zrake elektrona, i to tako da se poveća visoki napon koji ih ubrzava. Neželjena je posljedica povećanje utrošene energije i zagrijavanje monitora te za zdravlje štetno zračenje. Uspravna učestalost ili učestalost osvježavanja (engl. vertical scanning frequency, refreshing, refresh rate) je podatak koji govori koliko se puta u sekundi ispiše cijeli zaslon monitora. Da bi se izbjeglo treperenje (engl. screen flicker), potrebno je da ta učestalost bude veća od 25 Hz, a prihvatljive vrijednosti iznose od 50 do 80 Hz. Norma VESA za super VGA i high-resolution VGA zahtijeva uspravnu učestalost od 72 Hz, odnosno u novijoj inačici 75 Hz. Što je vrijednost uspravne učestalosti veća, slika na zaslonu je mirnija i manje umara oči.
V-12
Vodoravna učestalost (engl. horizontal scanning frequency, HSF) je broj vodoravnih crta koje monitor ispisuje u jednoj sekundi, a ovisi o
PRO-MIL
5.1
IZLAZNI UREĐAJI uspravnoj učestalosti i razlučivosti. Tipične su vrijednosti od 15 kHz do više od 60 kHz. Veća razlučivost zahtijeva veću vodoravnu učestalost. Vrijednosti za, primjerice, IBM PC računala su: 5,6 kHz (norma CGA), 21,8 kHz (norma EGA) i 31,5 kHz (norma VGA). Propusna širina (video propusni pojas , engl. video pass band) je podatak koji govori o karakteristici video pojačala monitora. Izražava se u megahercima, a zavisi o razlučivosti i uspravnoj učestalosti. Veća razlučivost monitora zahtijeva i veću propusnu širinu. Kod IBM PC sukladnih računala to je u rasponu od 12 MHz do više od 100 MHz. Treba imati na umu da su razlučivost, uspravna i vodoravna učestalost i propusna širina međusobno ovisni, pa najčešće nije moguće istodobno postići najveće moguće vrijednosti koje navodi proizvođač. Konvergencija monitora (engl. convergence) govori o stupnju izobličenja slike. Konvergencija kod suvremenih monitora iznosi od 0,1 do 0,5 mm. Obojeni rubovi bijelih objekata, sjene oko teksta ili rubova slika i neželjeni pomak boja, tzv. razmazivanje, znakovi su loše konvergencije monitora. Glavni razlog razmazivanja kod višebojnih monitora, koje je najlakše uočiti na rubovima bijelih geometrijskih likova, jest netočno pogađanje željene RGB trojke točaka na zaslonu. Osim konvergencije postoji još niz mjerila vjernosti prikaza slike koja se odnose na oštrinu, veličinu točaka u središtu i na rubovima, linearnost itd. Mnoge od tih veličina ovise o obliku zaslona monitora. Što je ploha zaslona ravnija (engl. flat screen) i sličnija pravokutniku, to je izobličenje manje.
Slika 5.11. Razmak zaslonskih točaka monitora (engl. dot pitch) Podatak o razmaku zaslonskih točaka kod RGB monitora je podatak koji govori koliko su međusobno razmaknuta središta RGB točaka na zaslonu (engl. dot pitch). Što je taj razmak manji, slika je oštrija, a monitor kvalitetniji i skuplji, a tipične vrijednosti su od 0,22 do 0,3 mm. Kod monitora koji umjesto rupičaste metalne mrežice ima vrpčastu mjeri se razmak između uspravnih istobojnih susjednih vrpci (engl. stripe pitch). Treba imati na umu da je zbog različitog načina mjerena razmaka zaslonskih točaka ponekad nemoguće izravno uspoređivati monitore na temelju tog podatka. 5.1
PRO-MIL
V-13
IZLAZNI UREĐAJI Utjecaj monitora s katodnom cijevi na uređaje i ljude U loša svojstva monitora s katodnom cijevi ubraja se i štetan utjecaj njegovog elektromagnetskog polja na okolinu. Okolina se pri tome može podijeliti na dvije skupine: na uređaje i na ljude. Utjecaj elektromagnetskog polja monitora na uređaje svodi se na izazivanje smetnji i neispravnog rada. Takva vrsta ometanja zove se elektromagnetska interferencija (engl. electromagnetic interference, EMI). Primjeri ometanja su: smetnje na TV prijamnicima, radioprijamnicima i telekomunikacijskoj opremi. U većini razvijenih zemalja postoje propisi kojima se regulira dopuštena razina smetnji ove vrste. Proizvođači informatičke opreme moraju proizvoditi opremu sukladno tim propisima. Problem zajedničkog rada više uređaja bez osjetnog međusobno neželjenog utjecaja jest problem elektromagnetske sukladnosti (engl. electromagnetic compatibility, EMC). Za neka dva uređaja kaže se da su elektromagnetski sukladni ako mogu zajedno raditi bez međusobnih smetnji. Smatra se da monitor može štetno uticati na zdravlje ljudi koji se nalaze u njihovoj blizini. Štetnost monitora nije u potpunosti razjašnjena niti su sa sigurnošću ustanovljene zdravstvene posljedice. Jedno od područja istraživanja jest ujecaj elektromagnetskih polja koje stvara monitor. Monitor se sastoji od mnogo sastavnih dijelova kroz koje protječe električna struja, pa se sukladno tome oko monitora rasprostiru električna i magnetska polja. Rasprostiranje električnih i magnetskih polja naziva se emisija (engl. emission). Prema istraživanjima, monitori proizvode dvije vrste emisija koje mogu utjecati na zdravlje. ELF (engl. extremely low frequency) emisija je izuzetno niske frekvencije (5 Hz do 2 kHz), a glavni joj je izvor uspravni otklonski sustav i napojna jedinica monitora. VLF (engl. very low frequency) emisija je vrlo niske frekvencije (2 kHz do 400 kHz), a izvor VLF je vodoravni otklonski sustav monitora. Viši pogonski naponi, kod višebojnih monitora, uzrokuju u načelu i veće razine emisije. Korisnici se od emisije mogu zaštititi na dva načina: filtriranjem signala i oklapanjem monitora. Oklapanje se svodi na zatvaranje monitora u metalni oklop tako da se pojedini dijelovi monitora presvlače tankim metalinm presvlakama. Primjerice staklo katodne cijevi monitora sadrži olovo kako bi smanjilo zračenje. Mišljenja stručnjaka o općoj štetnosti monitora na zdravlje vrlo su podijeljena i često suprotna te ne postoji znanstveno čvrsta podloga kojom bi se mogla potkrijepiti štetnost utjecaja monitora na zdravlje. Neke su zemlje donijele propise o dozvoljenim razinama zračenja monitora kojih se drži većina proizvođača. Ti se propisi razlikuju pa često proizvođači monitora navode da zadovoljavaju više propisa.
V-14
Postoji mišljenje da monitori, osim što štetno djeluju na okolinu svojim elektromagnetskim poljem, djeluju štetno na zdravlje korisnika i na
PRO-MIL
5.1
IZLAZNI UREĐAJI druge načine: oštećenjem vida zbog dugotrajnog fokusiranja oka na istu udaljenost, oštećenjem kralješnice zbog dugotrajnog neprirodnog položaja pri radu s monitorom itd.
Norme za monitore vezane za zaštitu zdravlja korisnika Švedska je država s najoštrijim službenim normama koji propisuju najveće dopušteno zračenje monitora. Premda švedske norme nisu međunarodno usvojene i obvezatne mnogi se proizvođači drže tih normi. Organizacije koje se u Švedskoj bave donošenjem normi jesu Nacionalni institut za mjernu tehniku SWEDAC (engl. Swedish Board for Technical Accreditation, prije pod nazivom MPR) i udruženje uposlenika SAFD (The Swedish Confederation of Professional Employees, prije pod nazivom TCO). Prva njihova preporuka koja se počela međnarodno rabiti bila je preporuka MPR 2 donesena 1990. godine. Sljedeća je bila preporuka TCO92 objavljena 1992. godine koja je u novijim inačicama u uporabi još i danas. Prva preporuka koja se počela globalno rabiti bila je TCO95, objavljena 1995. godine, koja je osim razina zračenja propisivala i mnoge druge mjere značajne za zaštitu okoliša, npr. da računalno sklopovlje ne smije sadržavati olovo ili kadmij, da kućište mora biti od materijala koji je biorazgradiv itd. Posljednja inačica preporuke je TCO99 objavljena 1999. godine koja uz ostalo propisuje upola manji dozvoljeni utrošak energije monitora od norme TCO95. Norma ISO 9241 propisuje značajke monitora s ergonomskog gledišta pa mnogi proizvođači proizvode monitore sukladno toj normi. U Europi je 1. siječnja 1997. godine stupio na snagu Zakon o računalima (engl. Computer act) kojim se propisuju značajke radnog mjesta i računalne opreme s gledišta zaštite zdravlja. U SAD-u postoji norma iste namjene poznata pod nazivom American national standard for terminal workstations.
Monitor s tekućim kristalom (LCD monitor) Monitor s tekućim kristalom (engl. liquid crystal display monitor, LCD monitor) dobio je naziv po zaslonskom dijelu, koji ćemo nazivati pokazivalo, a čije se djelovanje temelji na svojstvima tzv. tekućeg kristala. Tekući kristal je organska tvar koja je na sobnoj temperaturi u stanju prozirne tekućine, a ima svojstvo polarizacije svjetla. Smjer polarizacije ovisi o usmjerenju molekula tekućeg kristala. Djelovanjem električnog polja na tekući kristal mogu se usmjeravati molekule tekućeg kristala, a time i zakretati smjer polarizacije. 5.1
PRO-MIL
V-15
IZLAZNI UREĐAJI
Slika 5.12. Monitor s tekućim kristalom (lijevo) i monitor s katodnom cijevi (desno)
LCD Iako je svojstvo tekućih kristala poznato već stotinjak godina, više se primjenjuje tek od početka sedamdesetih godina dvadesetog stoljeća i to u pokazivalima digitalnih satova i kalkulatora. Austrijski botaničar Friedrich Reinitzer već je 1888. opisao ponašanje tekućih kristala. Prvu demonstraciju pokazivala s tekućim kristalima izvršila je američka tvrtka RCA 1966. godine. Prvu primjenjivu tehnologiju LCD-a, poznatu danas pod nazivom TN LCD, razvili su 1971. godine Schadt i Heifrich iz Švicarske i Fergason iz SAD-a. Potkraj osamdesetih godina LCD pokazivala počinju se koristiti i kod monitora.
LCD pokazivalo građeno je poput sendviča. Sastoji se od dvaju stakala i tekućeg kristala hermetički zatvorenog između tih dvaju stakala. Razmak između stakala manji je od desetinke milimetra, tako da je cijelo pokazivalo vrlo tanko. Na svako od stakala nanesena je prozirna vodljiva elektroda, čiji su izvodi dovedeni do ruba pokazivala i na koje se može dovesti električni napon. Elektrode su postavljene u obliku gusto raspoređenih pruga. Na prednjem staklu te pruge su usporedne i uspravne, a na stražnjem usporedne i vodoravne (ili obrnuto). Mjesto sjecišta jedne uspravne i jedne vodoravne elektrode čini jednu zaslonsku točku (engl. pixel), tj. jednu ćeliju (engl. liquid crystal cell, LCC).
V-16
Na prednjem staklu LCD pokazivala nalijepljena je polarizirajuća folija sa stalnim smjerom polarizacije. Nepolarizirano svjetlo prolazi kroz foliju bez smetnje. Polarizirano svjetlo može proći kroz foliju u potpunosti samo ako mu se smjer polarizacije poklapa sa smjerom polarizacije folije. Ako se njihovi smjerovi ne poklapaju, svjetlo će biti u nekoj mjeri prigušeno. Ako su smjerovi polarizacije polariziranog
PRO-MIL
5.1
IZLAZNI UREĐAJI svjetla i folije međusobno okomiti, svjetlo uopće ne može proći kroz foliju. Stvaranjem električnog polja između elektroda LCD pokazivala može se postići takvo zakretanje molekula tekućeg kristala da one polariziraju prolazno svjetlo sa smjerom polarizacije okomitim na smjer polarizacije folije. Zbog toga će promatraču izgledati LCD pokazivalo prozirnim na mjestima gdje elektrode nisu međusobno pod naponom (svjetlo slobodno prolazi) i neprozirnim na mjestima gdje su elektrode pod naponom (svjetlo zbog polariziranja ne može proći). Pogleda li se pokazivalo prema svjetlu vidjet će se tamna i svjetla mjesta, zavisno o tome koje su elektrode međusobno pod naponom. LCD pokazivalo ne emitira svjetlo već djeluje na upadno svjetlo. Za poboljšanje vidljivosti u slabo osvijetljenoj okolini ugrađuje se iza zadnjeg stakla pomoćno svjetlo (engl. backlight). Time se povećava potrošnja električne energije jer ovo pomoćno svjetlo troši znatno više energije od samog pokazivala. Često se LCD pokazivala grade s reflektorom iza zadnjeg stakla te odbijaju zraku koja upada s prednje strane. Zbog opisane građe LCD monitor je manjih dimenzija od monitora s katodnom cijevi. Opisana vrsta LCD pokazivala nazivaju se pokazivala s pasivnom matricom (engl. passive matrix, metal-insulator-metal, MIM). Kod njih su na staklo nanesene samo metalne elektrode bez aktivnih poluvodičkih komponenata. Zaslonska točka je aktivna tako dugo dok je primijenjen napon između elektroda te zaslonske točke. Kad napona nema, zaslonska točka je neaktivna.
Slika 5.13. Načelna građa monitora s tekućim kristalom (LCD monitora) Većina LCD pokazivala suvremenih monitora su pokazivala s aktivnom matricom (engl. active-matrix LCD) poznata i pod nazivom TFT LCD (engl. thin film transistor LCD). Svaka se zaslonska točka (engl. pixel) uključuje i isključuje pomoću tranzistora koji su smješteni tik uz nju na staklo zaslona. Tranzistorom se upravlja pomoću njegovog kondenzatora. Ako je kondenzator nabijen tranzistor vodi struju i zaslonska točka je u stanju propuštanja svjetlosti. Ako je kondenzator 5.1
PRO-MIL
V-17
IZLAZNI UREĐAJI izbijen tranzistor ne vodi struju i zaslonska točka je u stanju nepropuštanja svjetlosti. Zbog nesavršenosti izolatora kondenzator se izbija pa ga je pogrebno nabijati u određenim vremenskim razmacima. Elektronički sklop za pogon TFT LCD pokazivala šalje u pravilnim razmacima električne impulse za nabijanje kondenzatora. Kondenzatori su preuzeli ulogu zadržavanja tranzistora u željenom stanju određeno vrijeme (između dva impulsa za nabijanje) i tako omogućili da istodobno budu uključene sve potrebne zaslonske točke. To kod LCD pokazivala s pasivnom matricom nije moguće, jer se zaslonska točka isključuje čim nestane električnog napona na sjecištu elektroda. Ako je riječ o LCD pokazivalu u boji razlučivosti 1.024x768, tada se svaka zaslonska točka sastoji od tri točke, a ispred svake je filtar koji propušta jednu boju: crvenu, zelenu ili plavu. Kombinacijom svjetline te tri točke dobiva se privid obojene zaslonske točke. Pokazivalo u boji navedene razlučivosti zato ima 2.359.296 tranzistora. Propusnost svjetla pojedine zaslonske točke može se regulirati iznosom napona primijenjenog na elektrode zaslonske točke čime se određuje kut zakretanja molekula tekućeg kristala. LCD pokazivalo s aktivnom matricom omogućava brži odziv zaslona, izravno upravljanje svakom zaslonskom točkom i bolji kontrast u odnosu na LCD pokazivala s pasivnom matricom. TFT pokazivala odlikuju se dobrom razlučivosti i kontrastom, dobrim vidnim kutom i kratkim vremenom odziva (ali još uvijek dužim od monitora s katodnom cijevi). Loše strane TFT LCD pokazivala su visoka cijena, relativno velika potrošnja energije (tipično od 6 W do 15 W) te povećana debljina i težina (sve u odnosu na LCD pokazivala s pasivnom matricom).
Razvoj LCD pokazivala Proizvođači LCD pokazivala smišljaju različita tehnološka poboljšanja kako bi unaprijedili prikaz glede kontrasta, vidnog kuta i vremena odziva. Tako se primjerice kod LCD monitora većih zaslona (19") rabi MVA (engl. multi-domain vertical alignment) tehnologija koja se odlikuje velikim vidnim kutom (tipično 1600) i dobrim kontrastom. Najveći nedostatak MVA tehnologije je relativno spori odziv što posebno smeta pri prikazu pomičnih slika (gledanje filmova ili računalnih igara). Najveći LCD monitori (20" i veći) rabe IPS (engl. in plane switching) tehnologiju poznatu još i pod nazivom Super TFT. LCD pokazivala izrađena IPS tehnologijom imaju najbolji prikaz ali su i najskuplja od svih navedenih. Odlikuju se velikim vidnim kutom (tipično 1700), odličnim kontrastom i brzim odzivom.
V-18
Veličina zaslonske točke suvremenih LCD monitora (dužina stranice kvadrata zaslonske točke) je u rasponu od 0,25 mm do 0,29 mm, a razlučivost od 1.280 x 1.024 do 1.600 x 1.200. Kontrast je u rasponu od 250:1 do 800:1, a dopušteni broj neispravnih zaslonskih točaka od 2 do 10 (ovisno o proizvođaču i tehnologiji izrade).
PRO-MIL
5.1
IZLAZNI UREĐAJI
Slika 5.14. Zaslonske točke LCD monitora u boji Svi tranzistori TFT LCD pokazivala moraju biti smješteni na jednu plohu poluvodiča koja je dimenzijama jednaka dimenziji zaslona LCD pokazivala. Ako je bilo koji od milijuna tranizistora neispravan, na tom će mjestu biti neispravna zaslonska točka. To može biti točka koja se trajno prikazuje kao crna točka na svijetloj podlozi (engl. missing pixel, dead pixel) ili svijetla točka u jednoj od osnovnih boja na tamnoj podlozi (engl. lit pixel). Ta se pogreška može vidjeti tek kad je pokazivalo gotovo. Nije moguć popravak neispravnih tranzistora pa proizvođači prodaju pokazivala kod kojih može biti neispravnih zaslonskih točaka. Koliko će ih biti i koje vrste, određuje svaki proizvođač pa to treba imati na umu pri kupovini. LCD monitori odlikuju se malim dimenzijama, malom potrošnjom energije i bez su štetnih zračenja. Zbog tih svojstava LCD monitori se primjenjuju kod prijenosnih i ručnih računala te kod monitora-projektora. Debljina LCD monitora, uključivši kućište i pogonske sklopove je od 5 mm do 30 mm, a veličina zaslona je od 15" do 19". Navedena veličina LCD monitora je veličina stvarno vidljive slike. Za razliku od monitora s katodnom cijevi, LCD monitori posjeduju značajku poznatu kao prirodna razlučivost LCD pokazivala (engl. natural LCD resolution). To je razlučivost kod koje je svaka zaslonska točka primljena od grafičke kartice prikazana kao jedna fizička zaslonska točka LCD monitora. Kako je broj fizičkih zaslonskih točaka unaprijed određen, pri proizvodnji LCD monitora nije moguća naknadna promjena tog broja. Ako grafička kartica šalje manje ili više zaslonskih točaka od prirodne razlučivosti LCD monitora, monitor mora preračunavati i na neki način pokušati prikazati taj broj na stvarnom fizičkom broju zaslonskih točaka. Neka je npr. vodoravna prirodna razlučivost LCD monitora 1024 zaslonskih točaka. Neka grafička kartica šalje monito5.1
PRO-MIL
V-19
IZLAZNI UREĐAJI ru sliku vodoravne razlučivosti 640 zaslonskih točaka. Monitor mora "odlučiti" koliko će stvarnih fizičkih zaslonskih točaka "potrošiti" za prikaz jedne zaslonske točke primljene iz grafičke kartice. Ako se 1.024 podijeli sa 640 dobije se 1,6, što znači da bi za jednu zaslonsku točku koju šalje grafička kartica trebalo "potrošiti" 1,6 stvarnih zaslonskih točaka LCD monitora. To nije moguće jer se ne može uključiti dio zaslonske točke. Postoje dvije mogućnosti. Prva je prikazati sliku na dijelu zaslona i "potrošiti" samo 640 od 1.024 raspoložive fizičke zaslonske točke. Druga je mogućnost na neki način preračunati na iznose cijelih brojeva i time nužno unijeti pogrešku u prikaz. To se očituje lošijom kvalitetom slike od prikaza na prirodnoj razlučivosti LCD pokazivala pa treba izbjegavati prikaz čija je razlučivost različita od prirodne razlučivosti. Uobičajena prirodna razlučivost suvremenih LCD monitora je od 1.024x768 do 1.600x1.200. Kontrast LCD pokazivala izražava se omjerom jakosti svjetla svijetle i tamne točke, a u rasponu je od 200:1 do 400:1. Vrijeme odziva LCD pokazivala govori o vremenu potrebnom za zakretanje elementa tekućeg kristala, a time i za nastanak prikaza. To je vrijeme od 25 ms do 50 ms i sporije je nego kod monitora s katodnom cijevi. Sporost promjene prikaza na LCD pokazivalu jedan je od njegovih većih nedostataka koji se posebno očituje kod pokretnih slika, npr. računalnih igara. Potrošnja LCD monitora je od 15 W do 30 W, ovisno o dimenzijama i građi, a znatno je niža nego kod monitora drugih tehnologija. Mala potrošnja energije jedna je od glavnih prednosti LCD monitora i razlog njihove široke primjene kod prijenosnih računala. Vidni kut LCD pokazivala je kut pod kojim je prikaz na LCD pokazivalu još uvijek dovoljno čitljiv. Kut se mjeri u odnosu na okomicu na površinu pokazivala i kod jeftinijih LCD pokazivala u rasponu je od 35O do 60O. Kod skupljih LCD pokazivala vidni kut je mnogo veći i doseže do 1700. Ograničeni vidni kut je nedostatak LCD pokazivala.
Monitor s plinskom plazmom
V-20
Monitor s plinskom plazmom novija je vrsta monitora nazvana po svom pokazivalu koje rabi agregatno stanje plina nazvano plazma (engl. plasma display panel, PDP, gas discharge display). Pokazivalo je sastavljeno od dvaju blizu postavljenih paralelnih stakala između kojih je zatvoreno saće koje se sastoji od mnogo ćelija. U svakoj se ćeliji nalazi plinska mješavina neona, ksenona i ponekad helija. Na jedno i drugo staklo su nanesene prozirne elektrode kao niz usporednih vodiča.
PRO-MIL
5.1
IZLAZNI UREĐAJI Vodiči su na jednom staklu okomito postavljeni u odnosu na vodiče na drugom staklu. Dovođenjem napona na jedan vodič gornjeg i jedan vodič donjeg stakla nastaje električno polje na sjecištu vodiča. Uslijed električnog polja plin u ćeliji koja se nalazi na sjecištu vodiča prelazi u stanje plinske plazme. Plin u stanju plazme naziva se još i ionizirani plin, a u stanju je u kome je većina ili su svi elektroni vanjske ljuske odvojeni od atoma. Tako nastaje skupina iona i elektrona koji više nisu međusobno vezani. U stanju plinske plazme plin emitira ultraljubičasto zračenje, nevidljivo ljudskom oku. Unutrašnjost ćelije premazana je fosforom koji svijetli kad je izložen djelovanju ultraljubičastog zračenja. Riječ je o istoj vrsti fosfora koji se rabi kod katodnih cijevi. Ovisno o vrsti fosfora svjetlost će biti crvene, plave ili zelene boje. Svaka se zaslonska točka pokazivala s plinskom plazmom sastoji od tri ćelije, svaka u jednoj od osnovnih boja. Kombinacijom njihovog svjetla nastaje privid obojene zaslonske točke svih ostalih boja. Može se slikovito reći da se pokazivalo s plinskom plazmom sastoji od mnogo sićušnih crvenih, plavih i zelenih neonskih svjetiljki.
Slika 5.15. Načelna građa pokazivala s plinskom plazmom
Slika 5.16. Načelna građa jedne višebojne zaslonske točke pokazivala s plinskom plazmom Različit intenzitet svjetline postiže se razinom napona primijenjenom na pojedinu ćeliju. Koristi se impulsno kodna modulacija (engl. pulse code modulation, PCM) i to tako da se svaki impuls (njegova amplitu5.1
PRO-MIL
V-21
IZLAZNI UREĐAJI da) prikazuje osam bitovnim brojem. Kako se jedna zaslonska točka sastoji zapravo od tri točke (crvene, zelene i plave) i kako se s osam bitova može prikazati 256 stanja, ukupni broj kombinacija je za jednu višebojnu zaslonsku točku 256x256x256=16.777.216. To je ukupno i najveći mogući broj različitih boja koje može prikazati pokazivalo s plinskom plazmom. Za razliku od ostalih tehnologija pokazivala, pokazivala s plinskom plazmom mogu se u serijskoj proizvodnji proizvoditi s velikom površinom zaslona. Uobičajene veličine pokazivala s plazmom su od 42" do 63" (od 1 m do 1,6 m). To je veće od bilo koje druge vrste pokazivala prikladnih za serijsku proizvodnju. Tako velika pokazivala nisu pogodna za monitore, već se uglavnom rabe kao zamjena za televizore s katodnom cijevi. Za monitore se rabe manji modeli do 30".
Slika 5.17. Pokazivalo s plinskom plazmom
Pokazivala s plinskom plazmom izrađuju se s omjerom vodoravne i uspravne stranice pokazivala 4:3 (kao i većina ostalih vrsta pokazivala za monitora), ali i u omjeru 16:9 za prikaz televizijskog programa visoke kakvoće (engl. high definition TV, HDTV).
V-22
U odnosu na LCD monitor mogu se nabrojiti sljedeće prednosti. Monitor s plinskom plazmom u stanju je reproducirati mnogo vjernije boje jer može prikazati mnogo širi spektar svjetlosti od LCD monitora. Razlog tome leži u činjenici da monitor s plinskom plazmom emitira boju zračenjem fosfora, dok LCD monitor filtrima iz upadnog svjetla odstranjuje sve boje osim željene. Pri tome kod LCD monitora ta željena boja uvelike ovisi o značajkama upadnog svjetla i filtra. Monitor s plinskom plazmom ima bolji kontrast od LCD monitora zbog činjenice da emitira svjetlo. Dodatna prednost monitora s plinskom plazmom, zbog emisije svjetla, je mnogo veći vidni kut od LCD mo-
PRO-MIL
5.1
IZLAZNI UREĐAJI nitora. Brzina odziva monitora s plinskom plazmom je znatno kraća od odziva LCD monitora pa je prikaz pokretnih slika na monitoru s plinskom plazmom mnogo bolji. Pouzdanost monitora s plinskom plazmom u eksploataciji je veća od pouzdanosti LCD monitora. Kod LCD monitora su pogonski tranzistori smješteni na staklo pokazivala tehnologijom tankog filma koja ne omogućuje popravak neispravnog tranzistora. Zbog mnogo tranzistora vjerojatnost otkaza nije zanemariva. Kod monitora s plinskom plazmom cjelokupna pogonska elektronika je smještena izvan pokazivala i u slučaju kvara može se zamijeniti. Za razliku od LCD monitora, monitorima s plinskom plazmom opada svjetlina tijekom rada. Tipični je podatak da im uz šestosatni dnevni rad svjetlina opadne na pola početne vrijednosti nakon 14 godina. Glavni nedostaci monitora s plinskom plazmom u odnosu na LCD monitor su mnogo veća potrošnja energije i višestruko veća cijena. U odnosu na monitor s katodnom cijevi mogu se nabrojiti sljedeće prednosti. Monitor s plinskom plazmom može biti mnogo tanji od monitora s katodnom cijevi i može se objesiti na zid. Zaslon monitora s plinskom plazmom može biti ravna ploha uz istodobno manja izobličenja i bolji kontrast od monitora s katodnom cijevi. Glavni nedostatak je mnogo veća cijena od monitora s katodnom cijevi i dvostruko veći utrošak energije. S gledišta primjene pokazivala s plinskom plazmom za monitore jedna od glavnih prepreka jest nemogućnost izrade relativno malih i jeftinih pokazivala. Za sada ne postoji mogućnost izrade ćelije dimenzija manjih od 0,3 x 0,3 mm, što znači da je za razlučivost 1.600x1.200 najmanja moguća dimenzija zaslona približno 23". OLED pokazivala Najnovija tehnologija pokazivala je OLED (engl. organic light-emitting diode). Riječ je o pokazivalu koje se sastoji od dvaju blizu postavljenih ploha. Jedna je ploha metalna, a druga staklena s nanesenim prozirnim elektrodama. Između ploha je višeslojni organski materijal (polimerni poluvodič) koji ima svojstvo zračenja svjetlosti pod utjecajem električnog napona. OLED pokazivala emitiraju svjetlost pa im, za razliku od LCD pokazivala, nije potrebna dodatna rasvjeta. Zbog toga troše mnogo manje energije od LCD pokazivala s dodatnom rasvjetom i imaju duži vijek trajanja. OLED tehnologija još se uvijek intenzivno razvija i njen pravi procvat očekuje se za desetak godina kad bi trebala zamijeniti LCD tehnologiju. Trenutno se OLED pokazivala ponekad rabe za ručna računala i digitalne fotoaparate.
5.1
V-23
PRO-MIL
IZLAZNI UREĐAJI Tablica 5.2. Usporedba značajki monitora Montor s katodnom cijevi
Monitor s tekućim kristalom
Monitor s plinskom plazmom
Volumen
Zauzima najveći volumen, približno kocka stranica jednakih veličini monitora.
Zauzima približno četvrtinu volumena monitora s katodnom cijevi.
Zauzima približno četvrtinu volumena monitora s katodnom cijevi.
Potrošnja energije
Približno 150 W
Približno 30 W
Približno 200 W
Masa
Najveća
Približno petina mase monitora s katodnom cijevi
Približno petina mase monitora s katodnom cijevi
Veličina zaslona
Osrednja (17" – 21")
Najmanja (15" - 17 ")
Najveća (42"-63")
Štetna zračenja
Ima
Nema
Nema
Treperenje slike
Moguće
Nema
Nema
Izobličenje geometrije slike
Moguće
Nema
Nema
Zasićenje boja
Odlično
Osrednje
Odlično
Broj boja
Beskonačan
Približno 16 milijuna
Približno 16 milijuna
Vidni kut
Velik
Mali
Velik
Emitira svjetlost
Da
Ne
Da
Svjetlina
Odlična
Dobra
Odlična
Kontrast
Odličan
Dobar
Odličan
Vjernost boja
Odlična
Dobra
Odlična
Tehnologija izrade
Provjerena
U razvoju
U razvoju
Ugoda za oči
Najmanja
Dobra
Nema dovoljno iskustva
Razlučivost
Najbolja, može se birati između više vrijednosti
Dobra, prilagođena jednoj unaprijed određenoj razlučivosti
Dobra, prilagođena jednoj unaprijed određenoj razlučivosti
Nema
Mogu postojati
Mogu postojati ali je mala vjerojatnost
Odlična
Osrednja
Odlična
Nije potrebno
Nije potrebno
Sustav ventilatora
Najniža
Osrednja
Vrlo visoka
Neispravne zaslonske točke pri prvom uključenju Brzina odziva zaslona (prikaz pokretnih slika) Dodatno hlađenje Cijena
V-24
PRO-MIL
5.1
IZLAZNI UREĐAJI Projektor Projektor omogućava projekciju prikaza podataka iz računala na platno ili zid, ostvarujući na taj način velik prikaz istodobno vidljiv većem broju promatrača. To su uređaji koji vanjskim izgledom sliče dijaprojektorima, a odlikuju se jednostavnim rukovanjem, malim dimenzijama, kvalitetnim prikazom i prihvatljivom cijenom. Projektor može biti prijenosni ili se može trajno učvrstiti na strop. Osim za prikaz računalnih podataka, projektori se rabe za prikaz televizijskog programa ili video zapisa. S obzirom na tehnologiju izrade rabe se tri vrste projektora.
Slika 5.18. Načelna građa LCD projektora
Najrasprostranjenija i najpopularnija vrsta projektora za računalne prikaze su LCD projektori (engl. LCD projector). Kod LCD projektora u boji postoje tri LCD pokazivala, po jedno za svaku osnovnu boju. Svjetlost ugrađene sijalice propušta se kroz LCD pokazivala, te se sustavom leća i ogledala slika sastavlja od tri zasebne slike i projicira. Prednosti LCD projektora u odnosu na ostale vrste projektora su male dimenzije, relativno niska cijena, dobra svjetlina, dobro zasićenje boja i dobra oštrina prikaza. Nedostaci su mrežasti prikaz (engl. screen door effect) jer su zaslonske točke odvojene uskim tamnim područjima, prikaz sive umjesto crne boje te postojanje neispravnih zaslonskih točaka kao i kod LCD monitora koje se mogu otkloniti samo zamjenom cjelokupnog LCD pokazivala što je skupo. Treba skrenuti pozornost i na svjetiljku LCD projektora čiji je životni vijek od 1.000 do 3.000 sati, a čija je zamjena vrlo skupa i doseže i do 25% cijene projektora. Svjetiljka se mora hladiti ventilatorom čija buka može ponekad smetati. 5.1
PRO-MIL
V-25
IZLAZNI UREĐAJI
Slika 5.19. LCD projektor DLP projektor (engl. digital light processor) predstavila je 1996. godine tvrtka Texas Instruments. DLP projektor svoje djelovanje temelji na posebnom DMD (engl. digital micromirror device) sklopu. Na površini DMD-a smještena su mikroskopski mala ogledala koja se zakreću zavisno o naboju smještenom u poluvodičkim elementima ispod njega. Veličina pojedinog ogledala je 4 μm x 4 μm s razmakom između ogledala 1 μm i kutom zakretanja 100 u jednom i drugom smjeru. Svako se ogledalo može zakretati neovisno o drugima. Ogledalo se može zakrenuti u položaj da odbija upadnu zraku svjetla tako da se ona projicira kroz leću ili u položaj da je odbija tako da se ona ne projicira. Tako je moguće dovođenjem električnih signala i zakretanjem ogledala usmjeravati svjetlo u željenom pravcu i sustavom leća stvarati projiciranu sliku. Svako ogledalo je jedna zaslonska točka koja se projicira sustavom leća. DMD se naizmjence osvjetljava crvenom, plavom i zelenom bo-
Slika 5.20. Načelna građa DLP projektora
V-26
jom, a ogledala se zakreću tako da se projiciraju odgovarajuće zaslonske točke. Svako se ogledalo može zakrenuti više tisuća puta u sekundi pa se brojem zakretanja može odrediti količina svjetla koja će se projicirati za svaku zaslonsku točku. Prednosti DLP projektora su odličan prikaz crne i ostalih boja, dobar kontrast i svjetlina (ali manja svjetlina nego LCD projektora), mnogo manje uočljiv mrežasti prikaz od LCD projektora, male dimenzije, jednostavnija građa i jeftiniji popravci. Glavni je nedostatak relativno visoka cijena. Za osvjetljavanje DMD sklopa rabi se ista vrsta svjetiljke kao i za LCD projektore.
PRO-MIL
5.1
IZLAZNI UREĐAJI
Slika 5.21. Načelna građa jednog ogledala DMD sklopa Treća vrsta projektora su CRT projektori (engl. CRT projector) poznati još pod nazivom projektori sa svjetlosnim topovima (engl. light gun projector). Ta vrsta projektora projicira sliku na platno pomoću triju izvora svjetla (crvenog, zelenog i plavog) i triju odvojenih leća. Po trima lećama za projekciju CRT monitori na prvi se pogled razlikuju od LCD i DLP projektora. Izvor svjetla su tri katodne cijevi, svaka za po jednu boju. Tako dobivena slika višebojna je i vjerno predočuje originalni prikaz. Ta vrsta projektora potekla je od projektora televizijske slike, a odlikuje se kvalitetnom višebojnom slikom velikog raspona svjetlina (većeg od ostalih projektora) i dobrim kontrastom. Glavni su nedostaci CRT projektora relativno visoka cijena, manja svjetlina od ostalih vrsta projektora, relativno složeno podešavanje u odnosu na ostale vrste projektora i skupi popravci. Za računalne prikaze CRT projektori se uglavnom ne rabe.
Slika 5.22. Načelna građa CRT projektora
Slika 5.23. CRT projektor
5.1
V-27
PRO-MIL
IZLAZNI UREĐAJI 5.2. Grafička kartica Monitor se spaja s računalom sklopom koji se naziva grafička kartica (engl. graphic card.). Zadaća je grafičke kartice pretvorba digitalnih signala iz računala u oblik prihvatljiv monitoru. Grafička kartica i monitor moraju biti sukladni. Grafička se kartica ugrađuje u računalo i spaja s monitorom priključnim kabelom. Suvremene grafičke kartice su složeni sklopovi, koji su zapravo malo zasebno računalo. Cijena grafičkih kartica može premašiti cijenu cjelokupnog ostalog sklopovlja računala. Grafičke se kartice sastoje od tri glavna dijela: grafičkog procesora, memorije i digitalnog-analognog pretvornika. Grafički procesor posebno je građen mikroprocesor namijenjen obradi slike, a zadaće su mu: komunikacija s računalom, obrada primljenih podataka, slanje obrađenih podataka monitoru te upravljanje i nadzor rada ostalih dijelova sustava.
Slika 5.24. Grafička kartica
V-28
Memorija grafičke kartice ima dvojaku zadaću: zadaću pohrane slike i zadaću radne memorije grafičkog mikroprocesora. Dio memorije koji se koristi za pohranu slike zove se video-memorija ili video-RAM i znatno je većeg kapaciteta od radne memorije grafičke kartice. Pri navođenju podataka o kapacitetu memorije grafičke kartice proizvođači obično navode samo jedan podatak, koji zapravo predstavlja kapacitet video-RAM-a. O kapacitetu video-RAM-a ovisi razlučivost i broj boja koje može prirediti grafička kartica. Svaka zaslonska točka predočuje se i pohranjuje u memoriji grafičke kartice s određenim brojem bitova. O tom broju bitova ovisi broj boja koje može prikazati monitor. Što je veći broj bitova po zaslonskoj točki, to je veći broj boja koje se mogu prikazati, ali je potrebna i veća memorija. Primjerice, za razlučivost od 1.024 x 768 i 16 milijuna boja potrebno je najmanje 3 MB video-RAM-a grafičke kartice. Suvremene grafičke kartice imaju kapacitet mnogo
PRO-MIL
5.2
IZLAZNI UREĐAJI veći od navedene minimalne vrijednosti koji je 128 MB ili 256 MB. Ta dodatna memorija rabi se za različite postupke obrade slike prije slanja monitoru. Digitalno-analogni pretvornik (engl. digital to analog converter, D/A, DAC) digitalne podatke iz video-RAM-a grafičke kartice pretvara u analogne. Digitalno-analogni pretvornik grafičke kartice naziva se obično LUTDAC ili RAMDAC. Pojavom operacijskih sustava s grafičkim korisničkim sučeljem (engl. graphic user interface, GUI) grafičke kartice postale su usko grlo zbog velike količine podataka koje u kratkom vremenu treba obraditi i proslijediti monitoru. Zbog toga se neke od funkcija obrade slike, koje se obično provode programski, obavljaju posebnim sklopovima. Takve grafičke kartice nazivaju se video-ubrzivači (engl. video accelerator, graphics accelerator). Različiti proizvođači su na različite načine ostvarili tu zamisao, pa primjerice postoje tzv. GUI ubrzivači (ubrzanje prikaza GUI sučelja), 2D ubrzivač i (sklopovsko iscrtavanje jednostavnih dvodimenzionalnih geometrijskih oblika), 3D ubrzivači (sklopovsko iscrtavanje jednostavnih trodimenzionalnih geometrijskih oblika), video-ubrzivači (sklopovska obrada pokretnih video prikaza) itd. Zajedničko svojstvo video-ubrzivača jest brz prikaz slike, veliki kapacitet video-RAM-a grafičke kartice i visoka cijena. Praktično sve suvremene grafičke kartice su ujedno i neka vrsta video-ubrzivača. Za bržu razmjenu podataka između grafičke kartice i računala rabi se i posebna sabirnica, pa se praktično sve suvremene grafičke kartice priključuju na AGP sabirnicu. Osim prijenosa signala slike između računala i monitora moguće je razmjenjivati i nadzorno-upravljačke podatke. Tako, primjerice postoje VESA norme za jednosmjernu DDC1 (engl. display data channel 1) i dvosmjernu DDC2 razmjenu podataka između računala i monitora. Pri dvosmjernoj komunikaciji računalo može saznati podatke o priključenom monitoru te tako prilagoditi rad pripadnoj vrsti monitora. Podaci o značajkama monitora zapisani su u memoriji monitora prema VESA normi u obliku EDID (engl. extended display identification) zapisa.
5.2
V-29
PRO-MIL
IZLAZNI UREĐAJI 5.3. Pisač Pisač (štampač, tiskalo, tiskaljka, engl. printer) izlazna je jedinica koja podatke iz računala ispisuje na papiru ili drugom prikladnom mediju. Format pisača i vrsta papira Format pisača je podatak koji govori o najvećim dimenzijama papira koje može prihvatiti pisač. Dimenzije papira mogu biti izražene u normiranim dimenzijama, npr. A4, A3, ili u najvećoj širini papira koju pisač može prihvatiti. Većina pisača koji se rabe uz osobna računala su A4 formata ili širine 254 mm (10"). Pisač može pisati i na papirima manjim od nominalnog formata pisača. Dva su glavna oblika papira koje može prihvatiti pisač: pojedinačni listovi papira (engl. cut sheet paper) i beskonačni papir (engl. continuous paper, fan-fold paper, Z-fold paper).
Slika 5.25. Beskonačni i pojedinačni papir Pojedinačni listovi papira su listovi papira za pisanje dimenzija A4, A3 i sl. Pisač uvlači i pomiče papir sustavom transportnih valjaka. Ovisno o izvedbi neki pisači imaju spremište (ladicu) za papir u koju se stavlja stotinjak listova papira ili mehanizam za automatsko uvlačenje pojedinačnih listova (engl. cut sheet feeder).
V-30
Beskonačni papir je dugačka vrpca sastavljena od mnogo perforacijom odijeljenih listova papira. Uz rub s obiju strana vrpce izbušene su rupice koje služe za transport papira. Uska vrpca papira s rupicama nakon završetka pisanja može se odvojiti od papira, a papiri međusobno odvojiti po perforaciji i tako dobiti pojedinačne listove. Pisač prihvaća
PRO-MIL
5.3
IZLAZNI UREĐAJI beskonačni papir preko rupica posebnim zupčanicima (engl. tractor feed), osiguravajući uvijek jednak relativni položaj papira i glave pisača kojom se ostvaruje otisak. Beskonačni papir ima dvije glavne prednosti pred pojedinačnim: moguć je automatski ispis mnogo listova (više tisuća) bez ručnog ulaganja papira i osiguran je uvijek jednak i točan relativni položaj papira i glave za pisanje, bez obzira na broj otisnutih kopija. Kod pojedinačnog papira, zbog klizanja papira, može nastati malo odstupanje u položaju glave za pisanje i papira od primjerka do primjerka ili unutar jednog te istog primjerka. Nedostatak beskonačnog papira jest potreba za naknadnim odvajanjem pojedinačnih listova i rubne vrpce, te malo nazubljeni rubovi nakon odvajanja pojedinačnih listova na mjestima gdje je bila perforacija.
Slika 5.26. Transportni zupci beskonačnog papira (uz lijevi i desni rub papira) Osim formata papira neki pisači zahtijevaju određenu debljinu i vrstu papira (npr. termalni, laserski, pisači s mlazom tinte). Broj kopija koje se istodobno mogu otisnuti ovisi o vrsti pisača i kreće se od jedne kopije za laserske pa do tri i više kopija za matrične i linijske pisače. Brzina pisača Ovisno o načinu stvaranja otiska brzina pisača se mjeri na dva načina. Brzina pisača koji rade pretežno u znakovnom načinu rada, npr. matričnih, linijskih i lepezastih pisača, mjeri se najvećim brojem znakova koje pisač može otisnuti u jednoj sekundi (engl. character per second, cps). Vrijednosti su u rasponu od nekoliko desetaka do nekoliko desetaka tisuća znakova u sekundi, ovisno o vrsti pisača, kakvoći ispisa, skupu znakova itd. Brzina pisača koji pretežno rade u grafičkom načinu rada, npr. laserskih pisača i pisača s mlazom tinte, mjeri se brojem stranica koje pisač može otisnuti u jednoj minuti (engl. pages per minute, ppm). Uobičajene brzine su od 4 do 16 stranica u minuti. 5.3
PRO-MIL
V-31
IZLAZNI UREĐAJI Razlog dvojakom mjerenju brzine leži u činjenici da su svojedobno pisači mogli pisati samo unaprijed određeni skup znakova pa je imalo smisla brzinu izražavati brojem znakova u sekundi. Svi noviji pisači mogu otisnuti i sliku pa takva mjera brzine nema smisla. Skup znakova i oblik slova Svi mogući znakovi koje može otisnuti neki pisač čine skup znakova (engl. character set). Pisač u načelu može raditi u dva načina rada: grafičkom i znakovnom. U grafičkom načinu rada pisač od računala prima podatke o cijeloj stranici, tj. dobiva sliku cijele stranice. Pri grafičkom načinu rada izgled znaka određuje se u računalu i ovisi ponajprije o programu za ispis znakova, raspoloživim skupovima znakova u računalu i pogonskom programu pisača, a ne o ugrađenim znakovima pisača. Ispis je sastavljen od mnogo sitnih točkica. Što su točkice manje, otisak je bolji. Na ovaj način npr. pišu pisač s mlazom tinte i laserski pisač. U znakovnom načinu rada pisač od računala prima binarni broj znaka, tj. njegov kod. Zadaća je pisača oblikovati i otisnuti taj znak, što znači da pisač mora "znati" kako taj znak izgleda otisnut na papiru. U znakovnom načinu rada pisač može otisnuti samo one znakove koje ima pohranjene u svojoj ROM memoriji. Ispis na papiru nastaje otiskivanjem cijelog znaka odjednom ili znaka sastavljenog od točkica. Znakovnim načinom pišu npr. linijski pisači, iglični pisači i neke vrste termalnih pisača. Svako se slovo ili broj može napisati na mnogo različitih oblika (engl. font). Oblik znakova koje ispisuju pisači koji rade u grafičkom načinu rada (pisač s mlazom tinte, laserski pisač) ovise o računalu, jer oni otiskuju stranicu upravo onako kako izgleda na zaslonu računala. To znači da oblik znakova nije ograničen pisačem već računalom i programom. Kod pisača koji rade u znakovnom načinu rada (iglični pisač, neke vrste termalnih pisača) oblik znakova je određen građom pisača i unaprijed je određen i ograničen. Memorija pisača Pisači imaju ugrađenu radnu memoriju (RAM) koja se po svojoj namjeni može podijeliti u dva dijela. Prvi dio RAM-a služi za potrebe mikroprocesora koji upravlja pisačem i potpuno je nevidljiv i nezanimljiv za korisnika, pa se podaci o kapacitetu tog dijela RAM-a niti ne navode u tehničkoj dokumentaciji.
V-32
Namjena drugog, većeg dijela RAM-a pisača ovisi o vrsti pisača. Tako primjerice kod laserskog pisača ta memorija služi za pohranu podataka za
PRO-MIL
5.3
IZLAZNI UREĐAJI ispis cijele stranice (pohrana točaka koje će se ispisati na stranici). Kako tih podataka ima mnogo i memorija laserskog pisača je veća od memorije svih ostalih vrsta pisača i iznosi desetak MB. Kod ostalih pisača drugi dio memorije bitno je manjeg kapaciteta od memorije laserskog pisača i služi uglavnom za privremenu pohranu dolazećih podataka iz računala (engl. printer buffer) ili pohrani skupa znakova (engl. downloadable fonts). Upravljanje pisačem Dio programa koji podatke iz računala pretvara u oblik pogodan za ispis na nekom pisaču naziva se pogonski program pisača (engl. printer driver). Korisnički programi za računalo, koji kao rezultat obrade stvaraju otisak na papiru (tekst ili sliku), imaju ugrađene pogonske programe za određen broj pisača. U načelu pisanje je moguće ako postoji pogonski program za baš taj tip pisača koji je priključen na računalo ili ako priključeni pisač ima mogućnost oponašanja (emulacije) nekog od pisača za koji postoji pogonski program. Programi koji rade pod operacijskim sustavom Microsoft Windows mogu rabiti pogonske programe pisača ugrađene u program Windows, tako da svaki program ne mora imati svoj pogonski program. Microsoft Windows ima ugrađeno mnogo pogonskih programa pisača, tako da najčešće pri priključenju novog pisača korisnik ne mora ništa poduzimati. Uz to svaki proizvođač pisača isporučuje uz pisač i pogonski program koji se prema potrebi može naknadno dodati. Taj je program ponekad bolji od onog koji je ugrađen u program Windows pa se preporuča uvijek instalirati pogonski program dobiven s pisačem. Većina naredbi za upravljanje radom pisača dolazi iz računala. Skup naredbi koje su razumljive pisaču i kojima se iz računala može upravljati pisačem zove se jezik pisača. Ovisno o proizvođaču, naredbe za upravljanje pisačem se više ili manje međusobno razlikuju. Pisači koji rade u grafičkom načinu rada rabe uglavnom dva jezika pisača: PCL (engl. printer command language) i Adobe PostScript. Oba jezika rabe vektorski zapis, što znači da podatke o slici ne spremaju kao zapis pojedinih točaka, već objekte opisuju matematičkim izrazima koje onda pisač pretvara u točke koje će se ispisati. Osim izravnim slanjem naredbi iz računala, pisačem je u određenoj mjeri moguće upravljati s upravljačke ploče pisača (engl. control panel). Pritiskom na tipke na upravljačkoj ploči moguće je uputiti pisaču nekoliko osnovnih naredbi. Među tim naredbama su najčešće sljedeće: ON LINE. Pritiskom na tu tipku obično se upali LED sijalica uz tu tipku i omogućuje se prijam podataka iz računala. Kaže se da je uključenjem te tipke pisač "na vezi" (engl. on line). Ako ta tipka nije uključena (engl. off line), nije moguć prijam podataka iz računala i pisač ne može tiskati. 5.3
PRO-MIL
V-33
IZLAZNI UREĐAJI OFF LINE. U ovom stanju pisač može primati naredbe sa svoje upravljačke ploče koje se odnose na pomicanje papira, promjenu skupa znakova, kakvoće ispisa itd. LINE FEED. Pritiskom na tu tipku pomiče se papir za jedan red. Pomicanje papira moguće je samo kada je pisač u stanju engl. off line. FORM FEED. Pritiskom na tu tipku pomiče se papir za cijelu svoju duljinu. I ova tipka djeluje samo kada je pisač u stanju engl. off line.
Slika 5.27. Primjerak upravljačke ploče pisača Osim ove tri naredbe, koje imaju gotovo svi pisači, pojedini modeli imaju niz dodatnih naredbi koje je moguće ostvariti na upravljačkoj ploči pisača, kao primjerice izbor kakvoće ispisa, uvođenje papira, izbor veličine slova. Funkcija svake od tipki na upravljačkoj ploči opisana je u priručniku pisača. Spajanje pisača s računalom Većina suvremenih pisača se s računalom spaja posredstvom USB sabirnice. Osim izravne, žičane, USB veze, pisači se mogu povezati i neizravno, bežično, tako da se na USB utičnicu pisača i računala priključe USB Bluetooth dodaci i odgovarajući pogonski programi. Neki pisači imaju mogućnost izravne bežične veze posredstvom Wireless (WiFi) mreže. Kako još relativno malo računala dolazi tvornički opremljeno Wireless mrežom, takvih je pisača malo. Postoji još mnogo starijih računala koja nemaju USB priključak pa mnogi pisači uz USB imaju mogućnost spajanja s računalom posredstvom paralelnih ili serijskih vrata. Višebojni pisači
V-34
Višebojni pisači stvaraju višebojnu sliku kombinacijom triju komplementarnih boja: modro-zelene (engl. cyan, C), ljubičasto-crvene (engl. magenta, M), žute (engl. yellow, Y) i crne (engl. black, K) ili skraćeno
PRO-MIL
5.3
IZLAZNI UREĐAJI CMYK. Upotreba CMYK boja zasniva se na tzv. suptraktivnom postupku kojim se od temeljne boje (bijele) oduzima postotak CMYK boja. Kod monitora se dojam različitih boja stvara kombinacijom tri osnovne boje: crvene (engl. red, R), zelene (engl. green, G) i plave (engl. blue, B) ili skraćeno RGB. Slika na zaslonu monitora sastoji se od mnogo točaka koje su međusobno vrlo blizu. Jedna zaslonska točka monitora u boji sastoji se zapravo od tri raznobojne blizu smještene točke. Točke su smještene tako blizu da zbog nesavršenosti ljudskog oka to korisniku izgleda kao jedna točka. Svaka od tri točke emitira svjetlost jedne boje: crvenu, zelenu i plavu. Ovisno o intenzitetu emitiranog svjetla pojedine boje promatrač doživljava različite boje. Važno je uočiti da su obojene točke jedna pored druge i ne prekrivaju jedna drugu. Kod pisača dojam boje nastaje filtriranjem svjetlosti odbijene od površine papira. Za razliku od monitora kod većine pisača se tri osnovne boje otiskuju jedna preko druge, na isto mjesto. Zbog toga nije moguće rabiti RGB boje i aditivni postupak. To se može objasniti jednostavnim primjerom. Pretpostavimo da se rabe RGB boje i da se otiskuju jedna preko druge. Kad bi se otisnula crvena boja, ona bi iz svjetlosti odbijene od površine papira odstranila sve boje osim crvene. Niti jedna boja osim crvene se više na tom mjestu ne može pojaviti u odbijenom svjetlu. Otiskivanjem točke bilo koje druge boje preko crvene točke nije moguće stvoriti dojam bilo koje druge boje jer je crvena boja odstranila iz upadnog svjetla sve boje osim crvene. Tako je onemogućeno stvaranje dojma bilo koje druge boje. Zbog toga se kod pisača rabi suptraktivni postupak, uporabom boja koje propuštaju sve boje osim osnovnih (RGB) boja. To su CMYK boje. Modro-zelena (engl. cyan) propušta sve boje osim crvene, ljubičasto-crvena (engl. magenta) propušta sve boje osim zelene i žuta (engl. yellow) propušta sve boje osim plave. Ovisno o gustoći nanosa pojedine komplementarne boje može se odrediti koliko će crvene, plave i zelene boje doći do oka promatrača. S gledišta promatrača postignut je isti dojam različitih boja nastalih kombinacijom osnovnih RGB boja. Važno je uočiti da svjetlost odbijena od površine papira mora proći kroz nanos sve tri komplementarne boje jer su one otisnute jedna preko druge. Kombinacijom različitih gustoća pojedine komplementarne boje moguće je dobiti ostale boje. Obično pisači imaju mogućnost nanijeti svaku od komplementarnih boja u 256 razina gustoća, pa je kombinacijom svih triju boja moguće postići približno 16 milijuna različitih boja. To je više nego što ljudsko oko može razlikovati. Ako je gustoća sva tri nanosa ista, rezultat će biti siva ili crna boja. Zbog toga što je vrlo teško ostvariti nanose potpune jednake gustoće i komplementarne boje savršenog filtriranja rezultat u praksi najčešće nije crna ili siva, već neka druga tamna boja. Zbog toga takvi pisači rabe dodatnu crnu boju koja se nanosi na mjesta gdje treba biti crna boja. 5.3
PRO-MIL
V-35
IZLAZNI UREĐAJI
Slika 5.28. Načelo suptraktivnog postupka dobivanja boja Kvaliteta višebojnog otiska ovisi najviše od dva parametra. Prvi je razluči vost pisača koja se izražava u broju točaka po palcu (engl. dots per inch, dpi). Drugi važan parametar je broj razina svjetline pojedine boje koju može otisnuti pisač. Suvremeni pisači mogu otisnuti 256 različitih razina za svaku boju. Što je vrijednost svakog od tih parametara veća, to je i otisak bolji. Višebojni pisači zasnivaju se na sličnim tehnologijama kao i jednobojni pisači, uz nužne dodatke za ispis sve tri komplementarne boje i crne boje, što ih čini približno četiri puta složenijima i skupljima. Kakvoća slike u velikoj mjeri ovisi o primijenjenoj tehnologiji, a najpopularniji pisači u boji su pisači s mlazom tinte i laserski pisači. Pisač s mlazom tinte Pisač s mlazom tinte (tintni pisač, engl. ink jet printer, bubble jet printer) su najpopularnija vrsta pisača. Razlog tome su niska cijena, kvalitetan ispis i mogućnost ispisa u boji. Većina korisnika osobnih računala se pri kupovini svog prvog pisača odlučuje za pisač s mlazom tinte.
Slika 5.29. Pisač s mlazom tinte
V-36
PRO-MIL
5.3
IZLAZNI UREĐAJI Pisači s mlazom tinte sliku na papiru stvara štrcanjem kapljica tinte. Riječ je o malim kapljicama tinte koje pri dodiru s papirom ostavljaju obojeni krug približnog promjera 50 mikrometara. Volumen kapljica je od 2 pikolitara do 10 pikolitara, ovisno o modelu pisača. U prvom slučaju to znači da u jednom mililitru tinte ima pet stotina milijuna kapljica. Što je volumen kapljice manji to je ispis bolji, pa se pisači neprekidno usavršavaju u tom pogledu. Tinta se štrca kroz otvore ili mlaznice (engl. nozzle) u glavi pisača. Zavisno o modelu i izvedbi pisača mlaznica ima od 50 do više od 800. Sve mlaznice mogu istodobno ispaljivati kapljice. Glava pisača je pokretna i kreće se vodoravno s jednog kraja papira na drugi ostavljajući trag u obliku obojenih točaka. Kombinacijom ostavljenih točaka na papiru pisač oblikuje ispis. Broj mlaznica u glavi određuje najveći broj točaka koje glava može otisnuti u jednom položaju. Što je broj mlaznica veći, može se u načelu postići i bolji otisak jer se znak može sastojati od većeg broja točaka. Te su točkice dovoljno malene i dovoljno blizu da ih promatrač ne može razlučiti. Nakon otiskivanja jednog retka, transportni mehanizam matričnog pisača sustavom valjaka pomiče papir omogućavajući glavi otisak sljedećeg reda.
Slika 5.30. Načelo rada pisača s mlazom tinte
Dva su načina stvaranja kapljice tinte: piezoelektrični ili termički. Piezoelektrično stvaranje mlaza (engl. ink jet) nastaje zbog mehaničkog vibriranja piezoelektričnog elementa u glavi pisača. Riječ je o keramici koja mijenja dimenzije pod djelovanjem električnog napona. Zbog vibracija nastalih djelovanjem izmjeničnog napona na piezoelektrični element kroz mlaznicu na glavi ištrcava se mlaz tinte. Piezoelektrična glava može ištrcati više od 20.000 kapljica u sekundi, a u načelu je mnogo trajnija od termičke glave. Pri zamjeni tinte mijenja se samo spremnik tinte, a ne i piezoelektrična glava. Kako se tinta ne zagrijava može se rabiti tinta neotporna na visoke temperature, što omogućuje veću slobodu pri izboru kemijskog sastava tinte. Uz to, hladna tinta manje troši glavu pa glava može biti trajno ugrađena u pisač. U načelu 5.3
PRO-MIL
V-37
IZLAZNI UREĐAJI piezoelektrična glava omogućuje veći nadzor nad oblikom i volumenom kapljica od termičke glave. Tvrtka Epson razvila je i rabi piezoelektrično stvaranje mlaza u svojim pisačima.
Slika 5.31. Piezoelektrično stvaranje kapljica
Slika 5.32. Termičko stvaranje kapljica
Termičko stvaranje mlaza (engl. bubble jet) nastaje naglim zagrijavanjem male količine tinte na vrhu glave, zbog čega tinta vrije, isparava i štrca kroz otvor na glavi brzinom od nekoliko metara u sekundi. Pri dodiru s papirom mlaz se hladi i pretvara u obojenu točku na papiru. Termička glava može ištrcati više od 10.000 kapljica u sekundi. Zbog neprestanog grijanja i hlađenja glava je relativno kratkog vijeka i kod većine je pisača glava zajedno s tintom smještena u izmjenjiv sklop, engl. cartridge. Pri zamjeni tinte kod većine modela koji rabe ovu tehnologiju mijenja se sa spremnikom tinte i termička glava. Neki pak proizvođači imaju glavu odvojenu od spremnika s tintom pa je moguća odvojena zamjena tinte i glave. Tehnologiju termičkog štrcanja tinte razvile i rabe tvrtke Canon i Hewlett-Packard, a rabi je i većina ostalih proizvođača pisača (s izuzetkom tvrtke Epson). Tinta mora biti otporna na zagrijavanje pa je u određenoj mjeri ograničen njen kemijski sastav. Uobičajena razlučivost pisača s mlazom tinte je od 720 x 720 dpi do 4.800 x 2.400 dpi. Razlučivost je određena brojem mlaznica u glavi i njihovim rasporedom. Vodoravnu razlučivost moguće je povećati preciznim pomicanjem glave u vodoravnom smjeru uz istodobnu uporabu posebnog papira koji omogućuje točke malih dimenzija pravilnog kružnog oblika.
V-38
Tinta pisača s mlazom tinte jedna je od najvažnijih komponenti pisača jer o njoj u velikoj mjeri ovisi kvaliteta ispisa. Većina proizvođača ima tinte čiji je kemijski sastav njihova strogo čuvana poslovna tajna. Proizvođači jamstvo na pisač uvjetuju uporabom njihove tinte što dodatno
PRO-MIL
5.3
IZLAZNI UREĐAJI govori o važnosti tinte. Razlog ustrajanju da se rabi originalna tinta proizvođača je dvojak. S jedne strane time se proizvođač osigurava da kvaliteta ispisa neće biti pokvarena zbog loše tinte, a s druge strane time si osigurava dobar izvor prihoda. Zbog toga svaki model pisača s mlazom tinte ima posebnu vrstu spremnika za boju kako se ne bi mogli rabiti spremnici drugih proizvođača. Iako na tržištu postoje zamjenske tinte znatno jeftinije od originalnih, proizvođači pisača izričito zabranjuju uporabu takvih tinti. Kako za uporabu takvih tinti nema jamstva, korisnikova je odgovornost za posljedice uporabe. Tinta se nalazi u spremnicima tako da je nakon što se tinta potroši potrebno zamijeniti spremnik. Ovisno o modelu pisača spremnici mogu biti odvojeni ili zajednički za sve boje. Najlošije je rješenje zajednički spremnik za sve boje, jer je nakon istrošenosti bilo koje boje potrebno zamijeniti cijeli spremnik, bez obzira što ostalih boja možda još ima u spremniku. Bolje je rješenje odvojenost spremnika s tri komplementarne boje CMY i crne boje. Kod takvih je pisača crno-bijele dokumente moguće ispisivati crnom bojom koja je znatno jeftinija. S gledišta korisnika najbolji su pisači koji imaju poseban spremnik za svaku od boja pa je pri istrošenosti neke boje potrebno zamijeniti samo njen spremnik. Postoje pisači s više od četiri (CMYK) boje, posebice kad je riječ o tzv. foto pisačima čiji je ispis blizak kvaliteti fotografija izrađenim u foto laboratorijima. Riječ je obično o dvije dodatne boje (C i M) svijetlih tonova.
Slika 5.33. Glava sa spremnikom tinte pisača s mlazom tinte s termičkim stvaranjem mlaza Kod pisača s mlazom tinte treba paziti na izbor papira. Dvije najvažnije značajke papira su svjetlina i apsorbcija tinte. Kako slika nastaje refleksijom upadnog svjetla, poželjno je da površina papira reflektira što više svjetlosti pa su pogodniji papiri s posebnom visokoreflektivnom površinom. Obično je riječ o papirima s glatkom površinom jer je u načelu refleksija to bolja što je površina glađa. Absobcija tinte je važna kako se ne bi razlijevala tinta i tako nastajale veće i nepravilnije točke nego što je potrebno. S tog gledišta pogodan je papir određene poroznosti. Ako je poroznost prevelika, doći će to razlijevanja i izobličenja točke, a ako je premala tinta će se sporo sušiti. 5.3
PRO-MIL
V-39
IZLAZNI UREĐAJI
Slika 5.34. Primjeri upijanja kapljice pisača s mlazom tinte Primjerice, za kvalitetan ispis preporuča se posebni sjajni papir (engl. glossy paper, coated paper). Potpunu kvalitetu pisači s mlazom tinte mogu postići tek na takvim posebnim papirima koji su znatno skuplji od papira kakve rabe npr. laserski pisači. To je uz tintu dodatna stavka koja povećava cijenu otiska. Za razliku od ostalih vrsta pisača, pisači s mlazom tinte izrađuju se i u vrlo velikim formatima, pa tako primjerice postoje pisači koji mogu ispisivati na papiru širine veće od jednog metra. Ta se vrsta pisača rabi kao zamjena za crtala s perom, te za izradu promidžbenih plakata velikih dimenzija. Otiskivati mogu na papiru, ali i drugim materijalima npr. tkanini, plastičnim folijama i dr. Dobra svojstva pisača s mlazom tinte su tihi rad, vrlo dobra kakvoća otiska i mogućnost ispisa u boji. Glavni nedostatak pisača s mlazom tinte je relativno visoka cijena otiska. Iako je nabavna cijena pisača s mlazom tinte vrlo povoljna, cijena potrošnog materijala, posebice tinte, je visoka pa je i cijena pojedinačnog otiska relativno visoka. Primjerice cijena jedne otisnute stranice je približno deset puta veća nego kod laserskog pisača. Treba spomenuti da neki proizvođači prodaju pisače ispod proizvodne cijene, a onda zarađuju prodajom tinte. Laserski pisač Laserski pisač (engl. laser printer) najrasprostranjenija je vrsta pisača za poslovne potrebe, a načelo svog djelovanja naslijedio je od fotokopirnog stroja.
V-40
Kod jednobojnog laserskog pisača podaci iz računala dolaze u pogonski sklop koji upravlja poluvodičkim laserom. Laser se rabi zbog monokromatske svjetlosti koju je moguće fokusirati na manju površinu od nemonokromatske. Laserska zraka putuje do optičkog sustava za usmjeravanje zrake čiji je glavni dio sustav okretnih ogledala. Sustav se obično sastoji od 8 ili 16 ogledala raspoređenih po obodu okretne ploče. Okretanjem ploče laserska se zraka usmjerava na bubanj i na njemu ispisuje uzdužnu crtu.
PRO-MIL
5.3
IZLAZNI UREĐAJI
Slika 5.35. Laserski pisač
Fotoelektrostatički bubanj ili skraćeno OPC (fotoreceptor, engl. optical photocoupler) jezgra je svakog laserskog pisača. Bubanj je presvučen tvari sposobnom generirati i pohraniti naboj na osvijetljenim mjestima (obično smjesa selena i nekih organskih tvari). Bubanj se okreće, a laserska zraka ispisuje niz uzdužnih usporednih crta raspoređenih po cijeloj površini bubnja. Pogonski sklop laserskog pisača prekida lasersku zraku sukladno primljenim podacima od računala, te je svaka uzdužna crta isprekidana. Tako niz uzdužnih isprekidanih usporednih crta tvori sliku. Slika se sprema na bubnju kao točkasti naboj. Takav mjestimično elektrostatički nabijeni bubanj na napon od približno 1.000 V okreće se i prolazi ispred spremišta s bojom u prahu koja se nalazi na potencijalu od približno 100 V, te se zbog razlike potencijala boja hvata na nabijena mjesta na bubnju. Obično je to organska crna boja (engl. toner) koja je pohranjena u posebnom spremištu (engl. toner cartridge). Bubanj s nanesenim prahom uvlači papir. Zbog razlike potencijala između bubnja i papira obojeni prah prenosi se s bubnja na papir. Papir prolazi dalje kroz grijalo koje zagrijava papir s prahom na približno 2000C, učvršćuje prah na papir i pretvara ga u trajni otisak. Visoka temperatura zagrijavanja papira i elektrostatički postupak zahtijevaju upotrebu odgovarajućeg papira, kakav se primjerice koristi u fotokopirnim strojevima. Na kraju se bubanj osvjetljava kako bi se izbio i kako bi se s njega odstranili ostaci praha. Elektroničko sklopovlje laserskog pisača pravo je malo računalo zasnovano na 16 ili 32 bitovnom mikroprocesoru koji radi na taktu od 50 MHz do 500 MHz i s memorijom kapaciteta od 4 MB do 16 MB za jednobojne i od 32 MB do 64 MB za višebojne pisače. Već takav jednostavan prikaz laserskog pisača predočuje svu složenost mehanizma i sklopa za upravljanje. Sinkronizacija prekidanja laserske zrake s okretanjem ogledala i bubnja, osiguranje jednake dimenzije 5.3
PRO-MIL
V-41
IZLAZNI UREĐAJI laserske zrake u sredini i na rubovima valjka i transport papira samo su neki od problema. U svijetu postoji samo nekoliko tvrtki koje proizvode osnovni sklop laserskog pisača (bubanj i lasersku optiku) koju zatim prodaju ostalim proizvođačima. Među najpoznatije takve proizvođače ubrajaju se tvrtke Canon, Ricoh, Kyocera, Unison, Sharp, TEC i IBM. Ostali proizvođači dodaju elektroničke sklopove, transportni mehanizam za papir, kutiju i svoje ime.
Slika 5.36. Načelna građa laserskog pisača
Pokretni mehanički sklopovi i grijalo troše mnogo više električne energije nego druge vrste pisača (ukupna snaga laserskog pisača je približno 500 W), tako da se laserski pisač ubraja u najveća trošila energije među računalnom opremom. U nedostatke laserskog pisača ubraja se i nemogućnost pisanja više kopija odjednom, primjerice samokopirnih obrazaca u više primjeraka. S druge strane, uski snop laserske zrake i mogućnost točnog upravljanja omogućava kakvoću otiska kakvu ne može postići niti jedna druga vrsta pisača. Visoka kakvoća otiska glavni je razlog popularnosti laserskih pisača. Format većine laserskih pisača je A4. Malobrojni laserski pisači većeg formata su znatno skuplji. Ladica za papir laserskog pisača ima kapacitet od 100 do 500 listova. Brzina laserskog pisača mjeri se brojem otisnutih stranica u minuti i u rasponu je od 12 do 20 ppm (stranica u minuti, engl. pages per minute). Brzina pisača znatno utječe na cijenu pisača.
V-42
Razlučivost laserskog pisača govori o kakvoći otiska, a izražava se brojem točaka koje pisač može ispisati na dužini od jednog palca. Tipična vrijednost suvremenih laserskih pisača jest 600 dpi ili 1.200 dpi (točaka po palcu, engl. dots per inch) po širini i po duljini papira. To u
PRO-MIL
5.3
IZLAZNI UREĐAJI prvom slučaju znači da je takav laserski pisač u stanju ispisati 600 točaka na duljini jednog palca. Boja u prahu koju koristi laserski pisač (engl. toner) nalazi se u posebnom spremištu (engl. toner cartridge) i nakon što se istroši baca se kompletno spremište. Jedno pakiranje može ispisati od 2.000 do 6.000 kopija (ovisno o modelu pisača i onome što se ispisuje), a cijena mu nije zanemariva. Neki od proizvođača uz spremnik za boju vežu i fotoelektrostatički bubanj pa se promjenom boje mijenja i cijeli sklop bubnja što dodatno povećava cijenu zamjene. Ako su boja i bubanj odvojeni, tada je trajnost bubnja približno 20.000 otisaka. Unatoč svemu navedenom pojedinačni otisak je 20 do 50 puta jeftiniji nego kod pisača s mlazom tinte pa je za primjene gdje treba ispisati mnogo primjeraka laserski pisač ekonomičniji.
Slika 5.37. Umetanje spremnika s bojom u prahu (engl. toner cartridge) u laserski pisač Laserski se pisač s računalom povezuje posredstvom USB sabirnice ili paralelnih vrata. Neki pisači imaju ugrađene obje mogućnosti. Programski jezik laserskog pisača Velike mogućnosti laserskog pisača zahtijevaju programski jezik kojim se jednostavno upravlja ispisom cijele stranice (engl. page description language, PDL). Nalik je na bilo koji drugi viši programski jezik, ali je namijenjen upravljanju pisačem. Jezikom se daje podrobni naputak pisaču što treba ispisati, ali ne i način na koji da to obavi. Način pisanja prepušten je pisaču i pisač mora "znati" kako izvršiti naredbu. Postupak ispisa podijeljen je u dva koraka: u prvom koraku računalo
5.3
PRO-MIL
V-43
IZLAZNI UREĐAJI mora prevesti dokument u PDL jezik, a u drugom pisač tumači i izvodi naredbe PDL jezika. Prednosti takvog pristupa su mogućnost ispisa na bilo kojem pisaču koji razumije PDL jezik, a nedostatak zahtjev da pisač može izvršiti naredbe PDL jezika, što znači da mora imati mogućnost obrade mnogo podataka u kratkom vremenu i relativno veliku memoriju. PDL pisači su zato skuplji od ostalih vrsta pisača i pripadaju u skupinu tzv. cjelostraničnih pisača (engl. page printer). Prvi PDL jezik pod imenom PCL (engl. printer control language) pojavio se s prvim Hewlett Packard laserskim pisačem. PCL jezik omogućava primjerice iscrtavanje uspravnih i vodoravnih crta, ispunjavanje ploha s nekoliko stupnjeva sive boje, različito popunjavanje ploha izabranim uzorkom. Gotovo sve naredbe PCL jezika počinju kontrolnim kodom ESC (ASCII 27d) nakon čega slijedi niz slova i brojki. Unatoč unapređenju i novim verzijama jezika, PCL jezik je ograničenih mogućnosti (npr. izabrani skup slovno-brojčanih znakova nije moguće smanjiti ili napisati pod nekim kutom). Postoji više inačica PCL jezika, od najjednostavnijeg PCL1 do najsloženijeg PCL6. Zbog velike popularnosti pisača LaserJet i druge su tvrtke u svoje pisače ugradile mogućnost raspoznavanja PCL jezika, tako da danas gotovo svi laserski pisači podržavaju PCL jezik. Osim PCL jezika u manjoj se mjeri rabe još i Epson fx i IBM jezik. PostScript jezik, proizvod tvrtke Adobe Systems iz SAD, najmoćniji je od svih PDL jezika. Jezik se prvi puta pojavio 1982. godine, a znatnije je poboljšanje doživio 1990. godine (PostScript level 2). Jezik je zamislio i prvu inačicu napisao John Warnock, koji je zajedno s Chalesom Geschkeom 1982. godine osnovao tvrtku Adobe Systems. Prvi PostScript laserski pisač pojavio se 1985. godine. Jezik omogućava određivanje najrazličitijih svojstava konačnog izgleda stranice, a po strukturi i složenosti nalikuje na programski jezik FORTH. Sve elemente stranice (tekst, grafika i slike) jezik obrađuje na isti način, te je podjednako jednostavno promijeniti proporcije teksta ili slike. Najveći nedostaci PostScript jezika su složenost jezika, sporost pisanja i cijena. Neprestanim usavršavanjem jezika i njegovom sve širom upotrebom očekuje se otklanjanje tih nedostataka. Za ispis stranice u PostScript jeziku potrebno je više vremena nego kod prethodna dva jezika, a cijena laserskih pisača koji prihvaćaju PostScript je i do 50 % veća od cijene PCL pisača.
Rasterizacija
V-44
Podaci koje laserski pisač treba ispisati na papiru u računalu su pohranjeni u obliku binarnih brojeva. Zadatak je računala i pisača te binarne brojeve pretvoriti u točke koje će na papiru prikazivati upravo ono što je zapisano pomoću binarnih brojeva. Postupak pretvorbe binarnih brojeva u raspored točaka na papiru (ili zaslonskih točaka na zaslonu monitora) zove se rasterizacija. Kako računalo pisaču podatke ne šalje nužno u redoslijedom kakvim se oni prikazuju na papiru, to je potrebno podatke za cijelu jednu stranicu
PRO-MIL
5.3
IZLAZNI UREĐAJI poslati pisaču, a pisač ima zadaću na temelju tih podataka postupkom rasterizacije pripremiti ispis svih točaka za jednu stranicu papira. Dio pisača koji rasterizira sliku naziva se RIP (engl. raster image processor). Nakon pretvorbe podatke o točkama treba pohraniti u memoriju pisača. Svaka točka može se predočiti jednim bitom, pa tako primjerice laserski pisači razlučivosti 600 x 600 dpi za pohranu podataka o točkama stranice papira A4 trebaju približno 4 MB memorije. Laserski pisači zato redovito imaju ugrađen relativno snažni mikroprocesor i memoriju kapaciteta u rasponu od 4 do 64 MB.
Postupak ispisa laserskim pisačem odvija se u načelu na sljedeći način: • korisnik izdaje računalu naredbu za ispis prije priređenog i pohranjenog dokumenta (teksta, slike i sl.), • računalo uz pomoć odgovarajućeg pogonskog programa pisača (engl. printer driver) prevodi binarni zapis dokumenta u PDL jezik razumljiv priključenom laserskom pisaču, • pisač prihvaća naredbe PDL jezika, rasterizira stranicu i pohranjuje podatke o točkama u memoriju, • pisač ispisuje točke na papiru na temelju podataka o točkama u memoriji pisača. Treba uočiti da se dokument najprije u računalu pretvara u PDL jezik, a zatim u pisaču iz PDL jezika u rasterski oblik. Svaki od tih postupaka traje određeno vrijeme pa je ukupna brzina ispisa laserskim pisačem zavisna o svojstvima računala, pisača i složenosti dokumenta.
Razvoj laserskih pisača Iako su se prvi laserski pisači pojavili sedamdesetih godina, njihova široka primjena uz osobna računala započela je tek potkraj osamdesetih godina. Prvi laserski pisač pod oznakom 3800 proizvela je tvrtka IBM 1975. godine, a ubrzo su slijedili Siemens, Xerox i ostali. Prvi komercijalni laserski pisač, isplativ za prosječnog korisnika, proizvela je tvrtka Canon 1984. godine. Tvrtka Hewlett Packard svoj je prvi laserski pisač ponudila tržištu također 1984. godine (Laser-Jet) te se ta godina može smatrati početkom doba široke uporabe laserskih pisača. Pisač LaserJet odlikovao se odličnom kakvoćom otiska razlučivosti 300 dpi i pristupačnom cijenom (3.600 USD u vrijeme pojave na tržištu) te su to bili razlozi njegove popularnosti. Apple nudi laserski pisač LaserWriter 1985. godine. Model HP LaserJet Series II pojavio se 1987. godine, a HP LaserJet Series III 1990. godine. Prvi laserski pisač koji se prodavao za manje od 1.000 USD bio je HP LaserJet IIP koji se na tržištu pojavio 1991. godine. Početkom devedesetih godina cijena većine laserskih pisača pala je ispod 1.500 USD, a pojavilo se i više proizvođača. Polovicom devedesetih cijena osrednjih laserskih pisača iznosi približno 600 USD što dovodi do njihove masovne uporabe.
5.3
PRO-MIL
V-45
IZLAZNI UREĐAJI Laserski pisač u boji stvara višebojnu sliku kombinacijom triju komplementarnih boja: modro-zelene (engl. cyan, C), ljubičasto-crvene (engl. magenta, M), žute (engl. yellow, Y) i crne (engl. black, K) ili skraćeno CMYK. Neki od pisača rabe i više od četiri boje. Za svaku od tih boja postoji poseban spremnik. Na papir se nanose točke komplementarnih boja koje zajedno tvore sliku u boji. Postoje dvije skupine laserskih pisača u boji s obzirom na način ispisa. Jednoprolazni pisači nanose svaku boju na poseban bubanj i u jednom se prolazu slika prenosi na papir. Višeprolazni pisači ispisuju najprije jednu boju na bubanj, otisnu je na papir, zatim sljedeću boju na isti bubanj, pa je otisnu na papir i tako redom. Kod njih se slika s istog bubnja više puta prenosi na papir dok se ne dobije konačna slika. Trajnost bubnja višeprolaznih pisača je manja od jednoprolaznih jer je za svaki otisak potrebno više puta s valjka sliku otisnuti na papir (kod CMYK pisača četiri puta). Laserski pisači u boji imaju mnogo veću memoriju, snažnije procesore i veću frekvenciju takta od jednobojnih laserskih pisača. Laserski pisači u boji ostvaruju najbolji ispis od svih pisača u boji, ali im je cijena vrlo visoka (približno pet puta viša od jednobojnih laserskih pisača i dvadesetak puta viša od pisača s mlazom tinte). Matrični pisač Prije nego su pisači s mlazom tinte postali dovoljno dobri i dovoljno jeftini, matrični je pisač bio najrasprostranjenija vrsta pisača. Danas se zadržao samo u nekim područjima primjene, posebice za tiskanje računa. Matrični pisač ostvaruje otisak na papiru udarcem iglica preko obojene vrpce. Naziv matrični ili iglični pisači (engl. dot matrix printer, impact dot matrix printer) potječe im od činjenice da je svaki otisnuti
Slika 5.38. Matrični pisač
V-46
PRO-MIL
5.3
IZLAZNI UREĐAJI znak sastavljen od točaka koje su raspoređene u matrični oblik i da se te točke ispisuju pomoću iglica (engl. wire) smještenih u glavi pisača. Dio matričnog pisača u kojemu se nalaze iglice i koji je odgovoran za otisak zove se glava pisača. Glava pisača je pokretna i kreće se vodoravno s jednog kraja papira na drugi. Glava se sastoji od iglica debljine od 0,2 do 0,4 mm smještenih u tijelo glave. Iglice su poredane u uspravni red gusto jedna iznad druge, a usmjerene su okomito na površinu papira. Prolaze kroz vodilice koje ih usmjeravaju, a mogu se pokretati prema papiru i od papira. Svaka od iglica povezana je s jednim pogonskim elektromagnetom koji pod djelovanjem električnog impulsa može tu iglicu pomicati. Iglice su međusobno neovisne i mogu se pomicati svaka za sebe. Djelovanjem elektromagneta iglice se velikom brzinom kreću prema papiru. Između papira i glave pisača nalazi se vrpca navlažena bojom (engl. ribbon) preko koje iglice udaraju u papir ostavljajući trag u obliku obojenih točaka. Dimenzije točaka ovise o promjeru iglice, kakvoći obojene vrpce i kakvoći papira. Nakon otiska svih ili samo nekih točaka, što ovisi o znaku koji se želi otisnuti, glava se pomiče za širinu iglica i nakon toga ostavlja sljedeći otisak. Pri tom pomaku pomakne se i obojena vrpca kako bi kod sljedećeg udara ispred iglica bio svježi dio vrpce. Kombinacijom aktiviranih iglica, odnosno ostavljenih tragova na papiru, matrični pisač oblikuje
Slika 5.39. Načelni izgled glave matričnog pisača otisnute znakove. Otisak svakog znaka glava pisača ostvaruje u nekoliko koraka u vodoravnom smjeru. Svaka tamna točka je mjesto gdje je jedna iglica udarila u papir. Broj iglica u glavi određuje najveći broj točaka koje glava može otisnuti u jednom položaju. Što je broj iglica veći, može se postići i bolji otisak jer se otisnuti znak može sastojati od većeg broja točaka. Kod suvremenih pisača broj iglica u glavi je 9 ili 24, s malo iznimaka. Protjecanjem struje kroz elektromagnete glave struja grije glavu, a to grijanje pri dugotrajnom neprekidnom radu pisača može biti znatno. Vrhovi iglica se nakon mnogo otisaka zatupljuju i oštećuju pa je tada kakvoća otiska slaba i potrebno je zamijeniti glavu. 5.3
PRO-MIL
V-47
IZLAZNI UREĐAJI
Slika 5.40. Povećani prikaz ispisa matričnog pisača na kojem su vidljivi otisci iglica Glava pisača pomiče se vodoravno slijeva udesno i obratno ostavljajući tragove u obliku niza točkica. Te su točkice dovoljno malene i dovoljno blizu da kod promatrača stvaraju dojam čitljivog znaka. Nakon otiskivanja jednog retka, transportni mehanizam matričnog pisača pomiče papir prema gore omogućavajući glavi otisak sljedećeg reda. Papir se pomiče sustavom valjaka, ako je posrijedi pojedinačni papir, ili zupčanicima ako je riječ o beskonačnom papiru. Kod nekih matričnih pisača korisnik može pomicanjem za to namijenjene ručice podesiti razmak između glave i papira. Što je razmak manji, otisak je tamniji. Matrični pisači su predviđeni ponajprije za tekstualni način rada. Iako mogu ispisivati i slike, zbog relativno velikih točkica od kojih je takva slika sastavljena kvaliteta otisnutih slika je loša. Mnogi matrični pisači mogu tiskati i na papiru u listovima i na beskonačnom papiru. Pisač se podešava za jednu ili drugu vrstu papira pomakom odgovarajuće ručice. Ručica ima dva položaja: položaj za papir u listovima (engl. cut sheet feeder) i položaj za beskonačni papir (engl. tractor).
Slika 5.41. Matrični pisač s uvedene obje vrste papira
V-48
Matrični pisač pripada u pisače koji otisak ostvaruju udarcem (engl. impact printer), za razliku od nekih drugih vrsta pisača koji za otisak ne trebaju udariti u papir (engl. non-impact printer). Buka koju pritom proizvodi matrični pisač nipošto nije zanemariva i u prostoriji u kojoj se nalazi može ozbiljno ometati rad. Izvor buke je udar iglica u papir, a ovisi o vrsti i građi pisača. Buka se obično mjeri u decibelima, a tipične
PRO-MIL
5.3
IZLAZNI UREĐAJI vrijednosti iznose od 60 dB do 75 dB. Pritom treba znati da povećanje buke za 3 dB znači dvostruko povećanje buke. Za usporedbu, buka od 90 dB može izazvati trajno oštećenje sluha. Smatra se da bi maksimalno prihvatljiva razina buke za radne prostore u kojima ljudi trajno borave, trebala biti najviše između 30 dB i 45 dB. Proizvođači malokad navode podatak o buci pisača pa korisniku jedino preostaje subjektivna ocjena. Brzina matričnog pisača mjeri se brojem znakova koje može otisnuti u jednoj sekundi (engl. characters per second, cps) pri tekstualnom načinu rada. Pri tome se ne uzima u obzir vrijeme potrebno za pomak papira na novu stranicu, preskok praznog reda itd., pa je to samo približna mjera brzine pisača. Prava brzina pisača može se dobiti samo mjerenjem trajanja pisanja nekoliko stranica teksta. Tipične vrijednosti brzine iznose od 30 cps u NLQ načinu ispisa (velika kakvoća ispisa s mnogo točkica po svakom znaku) do više od 200 cps u draft načinu ispisa (mala kakvoća ispisa s malo točaka po znaku).
Slika 5.42. Vrpce matričnih pisača
Vrpca natopljena bojom (engl. ribbon) preko koje iglice ostvaruju vidljiv ispis na papiru potrošni je dio pisača i treba je mijenjati nakon određenog broja otisaka. Cijena vrpce je mala, a zamjena jednostavna. Vrpca je se tijekom rada premata u kućištu tako da pred glavu uvijek dođe svježi dio vrpce. Napravljena je tako da je spojena u zatvorenu petlju pa se može mnogo puta prematati. Vrpca se premata istodobno s pomicanjem glave. Matrični pisač se s računalom povezuje paralelnom vezom, serijskom vezom ili u novije doba USB sabirnicom. Matrični je pisač pouzdan, trajan i jeftin u ekspolataciji, a može tiskati na bilo kojoj vrsti papira, uključivši beskonačni papir. Glavni su mu nedostaci relativno loša kvaliteta (izgled) ispisa i buka pri radu. 5.3
PRO-MIL
V-49
IZLAZNI UREĐAJI EPSON Prvi matrični pisač izrađen je za potrebe Olimpijskih igara u Tokiju 1964. godine i nazvan je EP (engl. electric printer). Pisač se pokazao tako dobrim da je proizvodnja nastavljena, a prvi komercijalni primjerci nosili su oznaku EPSON (engl. son = hrv. sin). Tako je nazvana i tvrtka koja je do danas ostala jedna od vodećih na svijetu u proizvodnji pisača. Primjerice, model Epson MX-80 koji se pojavio na tržištu 1978. godine bio je jeftin i dobre kakvoće ispisa pa je postao vrlo popularan i mjerilo mnogim proizvođačima matričnih pisača. U osamdesetim i početkom devedesetih godina dvadesetog stoljeća matrični pisač bio je najpopularniji pisač opće namjene. Danas su se matrični pisači zadržali uglavnom za ispis obrazaca koji se ispisuju u više kopija (samokopirajući obrasci), numeričkih podataka (npr. ispis računa), tablica s mnogo brojeva i sl., dok su ih za opću namjenu zamijenili pisači s mlazom tinte i laserski pisači.
Ostale vrste pisača Termički pisač (engl. thermal printer, thermal transfer printer) stvara otisak na papiru toplinskim djelovanjem termičke glave. Najčešća izvedba termičkog pisača sastoji se od mirujuće termičke glave i papira koji se pomiče ispred i u dodiru s glavom. Glava pokriva papir po cijeloj širini, a sastoji se od niza minijaturnih grijala. Ta grijala su električni otpornici koji se zagrijavaju prolazom električne struje. Grijala su izvedena u obliku kvadratića poredanih u jednu crtu postavljenu poprijeko na smjer gibanja papira. Papir na koji djeluju grijala temperaturno je osjetljiv i na zagrijanim mjestima površina papira prelazi u crnu boju. Pomicanjem papira i zagrijavanjem izabranih grijala stvara se slika na papiru. Osim te izvedbe u uporabi su termički pisači kod kojih glava putuje po širini papira i kod kojih se umjesto termički osjetljivog papira koristi obični papir i termički osjetljiva vrpca smještena između papira i glave. Dobra svojstva termičkih pisača jesu male dimenzije, bešuman rad i niska cijena. Glavni nedostaci su potreba za posebnom vrstom papira ili termičke vrpce i mala brzina. Primjenjuju se u uređajima kod kojih su dimenzija i težina uređaja ograničene, primjerice u kalkulatorima, faksimil uređajima, prijenosnim pisačima, POS pisačima itd.
V-50
Foto pisač (engl. photo printer) je vrsta pisača čiji se ispis po kvaliteti ne razlikuje od fotografija izrađenih u foto laboratoriju uobičajenim kemijskim postupkom razvijanja. Osim te značajke foto pisači se od ostalih pisača razlikuju po još nekim svojstvima. Digitalni fotoaparat može se izravno priključiti na foto pisač i tako ispisati slike bez posredstva računala, foto pisači mogu čitati memorijske kartice digitalnih fotoaparata, mogu otiskivati na malim formatima papira uobičajenim za fotografije (npr. 10 cm x 15 cm), mogu ispisivati na papiru u smotku
PRO-MIL
5.3
IZLAZNI UREĐAJI (roli), mogu otiskivati na cijeloj površini papira (bez bijelih rubova), te mogu ispisati mnogo malih sličica na jednom listu papira za pregled slika. Kako bi pisači i digitalni fotoaparati različitih proizvođača bili sukladni, donesena je norma pod nazivom PictBridge koja propisuje način razmjene podataka. Pisači i digitalni fotoaparati izrađeni prema toj normi mogu se međusobno povezivati bez obzira na proizvođača ili model. Većina foto pisača su zapravo pisači s mlazom tinte velike razlučivosti ili sublimacijski pisači prilagođeni navedenim zahtjevima. POS pisač (engl. point of sale printer) je pisač namijenjen ispisu računa u trgovinama. Malih su dimenzija, izdržljivi i ne traže održavanje. Obično ispisuju na uskom papiru smotanom u smotak (rolu). Većina POS pisača su termički pisači malih dimenzija ili iglični pisači s prikladno prilagođenim mehanizmom. Prednost termičkih POS pisača je to što treba mijenjati samo papir, dok kod matričnih treba mijenjati papir i vrpcu. Kod većeg broja ispisa skuplji je otisak termičkog pisača jer rabi poseban termički osjetljivi papir.
Slika 5.43. POS pisač
Mrežni pisač (engl. network printer) namijenjen je radu u mreži. Ima u sebi ugrađene sklopove koji omogućuju da se u mrežu uključi kao čvor mreže. To su redovito laserski pisači visoke kakvoće, brzine i izdržljivosti s ladicom za papir velikog kapaciteta. Vezani u mrežu opslužuju više korisnika pa se često rabe u uredima. Skuplji su od ostalih vrsta laserskih pisača. Linijski pisač (engl. line printer) je pisač koji otiskuje cijeli red odjednom. Osnovna im je odlika velika brzina rada u rasponu od 400 lpm do 2.000 lpm (redaka u minuti, engl. line per minute). Mogu ispisivati samo tekst i namijenjeni su za tiskanje velike količine obrazaca, računa i sl. Velikih su dimenzija, bučni su i skupi pa se rabe samo tamo gdje je u kratkom vremenu potrebno otisnuti mnogo primjeraka. Za ispis rabe razne tehnologije kojima se udarom glave za ispis ostvaruje otisak. Neki se od linijskih pisača nazivaju prema načinu na koji ostvaruju otisak pa tako postoje pisači s lancem (engl. chain printer), s bubnjem (engl. drum printer), s metalnom vrpcom (engl. band printer) i dr. 5.3
PRO-MIL
V-51
IZLAZNI UREĐAJI Sublimacijski pisač (engl. dye sublimation printer, dye sub printer) ispisuje sliku koja je najsličnija višebojnoj fotografiji. Sublimacijski pisači koriste pojavu sublimacije, tj. svojstvo nekih tvari da pod određenim uvjetima preskaču tekuće agregatno stanje. Glava sublimacijskog pisača sastoji se od grijaćih elemenata. Između glave i papira nalazi se vrpca ili folija s nanesenom bojom koja ima svojstvo sublimacije. Zagrijavanjem grijaćeg elementa isparava se boja koja se nalazi neposredno ispred tog elementa. Pare se skrutnjuju na papiru koji je neposredno uz vrpcu s bojom i tako nastaje slika na papiru. Količina isparene boje, a time i količina boje koja će se skrutnuti na papiru, ovisi o temperaturi grijaćeg elementa i o trajanju grijanja. Na jedno te isto mjesto na papiru isparavanjem se nanose četiri CMYK boje. Pojedine točke nemaju oštre rubove pa je prijelaz jedne točke u drugu praktično nevidljiv. Dok se kod ostalih vrsta višebojnih pisača pažljivim motrenjem mogu razlikovati elementarne točke otiska, kod sublimacijskog pisača to nije moguće jer se točke međusobno stapaju. Iako je u većini slučajeva to prednost, pri otiskivanju teksta i objekata gdje se traže oštri rubovi to može biti zamjetni nedostatak. Sublimacijski pisači koriste posebnu vrstu papira koji kemijski veže isparenu boju. Mjesto na vrpci s kojeg je isparena boja ne može se više upotrijebiti za tiskanje te je kapacitet vrpce mali. Cijena papira i vrpce znatno utječe na cijenu pojedinog otiska pa su otisci sublimacijskog pisača skupi. Glavna je prednost sublimacijskih pisača visoka fotorealistična kvaliteta otiska koji se odlikuje širokim rasponom boja i neprimjetnim prijelazom između točaka. Nedostaci sublimacijskih pisača su visoka nabavna cijena, visoki troškovi korištenja i sporost. Pisač s voskom (engl. thermal wax transfer printer, solid ink printer) građen je slično sublimacijskom pisaču samo što je na vrpci vosak a ne sublimacijska boja. Na sobnoj temperaturi vosak je u krutom stanju. Zagrijavanjem se vosak rastopi u tekuće stanje, pritisne na papir i tamo ohladi. Tako je moguće dobiti otisak vrlo oštrih rubova pa je pogodan za ispis gdje je to potrebno, npr. za ispis crtičnog koda ili različitih naljepnica. LED pisač građen je slično laserskom pisaču, samo što za osvjetljavanje bubnja umjesto laserske zrake koristi niz svijetlećih dioda (engl. light emitting diode printer). Diode su poredane u crtu koja je postavljena iznad bubnja i osvjetljava njegovu površinu. Diode mogu odjednom osvijetliti cijeli red, a broj dioda određuje razlučivost pisača. Svaka LED dioda stvara jednu točku na otisku pa u jednom retku pisača razlučivosti 300 x 300 dpi i formata A4 ima približno 2.500 LED dioda. U odnosu na laserske pisače s laserskim izvorom svjetla, LED pisači odlikuju se manjim dimenzijama, jednostavnijom građom optičkog dijela pisača, podjednakom brzinom te za sada višom cijenom.
V-52
LCS pisač (engl. liquid crystal shutter printer) sličan je laserskom pisaču, ali bubanj se osvjetljava neonskom svjetiljkom. Svjetlo na putu do
PRO-MIL
5.3
IZLAZNI UREĐAJI bubnja prolazi kroz zaslon izrađen od tekućih kristala u obliku crte ili niza točkastih elemenata. Svaki od tih elemenata može biti propustan ili nepropustan za svjetlo, zavisno o upravljačkom signalu. Kao i kod LED pisača odjednom se osvjetljava cijela crta bubnja. Svojstva LCS pisača odgovaraju svojstvima LED pisača.
5.3
V-53
PRO-MIL
IZLAZNI UREĐAJI 5.4. Višenamjenski uređaji – pisač/skener/faks/kopirni uređaj Višenamjenski uređaji (kombinirani uređaji, mulitpraktici, engl. all-in-one combo print/scan/fax/copy devices, multifunction machines, multifunction centre, MFC) u jednom uređaju objedinjuju pisač, skener, kopirni aparat i faksimil uređaj (faks). Tako objedinjen uređaj zauzima mnogo manje mjesta i ima nižu cijenu od skupa pojedinačnih uređaja pa popularnost takvih uređaja naglo raste. Kod nekih su višenamjenskih uređaja ugrađeni svi navedeni uređaji, a kod dugih su neki uređaji ispušteni.
Slika 5.44. Višenamjenski uređaj
U višenamjenske uređaje ugrađuju se dvije vrste pisača: pisači s mlazom tinte i laserski pisači. Prvih ima mnogo više zbog mnogo manje početne cijene, posebice ako je riječ o ispisu u boji. Prednost druge skupine je niža cijena otiska pa su oni dugoročno gledano isplativiji. Razlučivost ugrađenog pisača je velika i u razini je samostojećih pisača (npr. 2.400 x 1.200 dpi ili 4.800 x 1.200 dpi).
V-54
Ugrađeni skeneri mogu biti plošni ili s pomičnim papirom. Plošni su skeneri nalik na stolne skenere kod kojih se predložak polaže na staklo ispod kojeg putuje optička glava. Prednost plošnog skenera je mogućnost skeniranja bilo kakvih predložaka, npr. knjiga, slika koje se ne mogu savijati i sl. Skener s pomičnim papirom (engl. document scanner) ima nepomičnu optičku glavu, a predložak se sustavom valjaka pomiče ispred te glave. Može skenirati samo pojedinačne listove koji se mogu savijati što je ponekad prepreka. Prednost skenera s pomičnim papirom je mogućnost automatskog skeniranja većeg broja listova bez nadzora čovjeka. To je posebno pogodno pri slanju više stranica faksimila pa su takvim
PRO-MIL
5.5
IZLAZNI UREĐAJI skenerom obično opremljeni višenamjenski uređaji koji imaju ugrađen i faksimil uređaj. Postoji i treća vrsta višenamjenskih uređaja koji imaju obje mogućnosti: plošni skener i mogućnost automatskog uvlačenja pojedinačnih listova pri skeniranju. Razlučivost ugrađenog skenera je velika i u razini je samostojećih skenera (npr. 1.200 x 4.800 dpi). Fotokopira se tako da se dokument skenira, a zatim otisne na ugrađenom pisaču. Postupak je automatski i pokreće se jednostavnom naredbom. Fotokopirni uređaj može biti neovisan o računalu ili mora biti za svoj rad priključen na računalo. U prvom slučaju kopirati se može i kad višenamjenski uređaj nije priključen na računalo, a u drugom se dio obrade podataka pri kopiranju obavlja u računalu. Većina višenamjenskih uređaja može kopirati bez da su priključeni na računalo. Neki od višenamjenskih uređaja imaju ugrađene čitače memorijskih kartica (PC Card, SmartMedia, Compact Flash, Secure Digital idr.) pa mogu izraditi slike iz digitalnog fotoaparata bez prethodnog prenošenja slika u računalo. Kako višenamjenski uređaj dio poslova može obavljati i bez računala (slanje faksimil uređaja, fotokopiranje) na uređaj se ugrađuju gumbi za upravljanje uređajem i LCD pokazivalo na kome se mogu vidjeti potrebne informacije. Višenamjenski uređaji su formata A4 što znači da mogu skenirati i ispisivati na formatu A4 ili manjem. Višenamjenski uređaji u pravilu se s računalom spajaju posredstvom USB sabirnice, a samo iznimno mogu biti opremljeni i priključnicom za paralelna vrata ili za lokalnu mrežu.
5.5
V-55
PRO-MIL
IZLAZNI UREĐAJI 5.5. Crtalo Crtalo (engl. plotter, pen plotter) je izlazni uređaj namijenjen ispisu crteža. Sva se crtala temelje na istom osnovnom načelu: relativnom pomicanju pera za crtanje u odnosu na medij na kome se crta. Pomak u bilo kojem pravcu ostvaruje se kombinacijom dvaju neovisnih i međusobno okomitih pomaka koji se označavaju kao x i y pravac. Treba skrenuti pozornost na bitnu razliku pri nastanku crteža kod pisača i crtala. Svi pisači crtež ispisuju pomoću mnogo sitnih točaka. Uz dovoljno povećanje te je točke moguće vidjeti. Crtala pak crtež izrađuju pomicanjem pera po papiru i bez obzira na povećanje ne mogu se uočiti nikakve točke jer ih niti nema. Pogonska elektronika suvremenih crtala snažno je računalo, temeljeno na nekom od 16 ili 32-bitovnih mikroprocesora s memorijom dovoljnom za pohranu cjelokupnog crteža. Format crtala je podatak koji govori o najvećim dimenzijama papira (ili kakvog drugog medija za crtanje) koji crtalo prihvaća. Obično se izražava u normiranim formatima papira pa su tako tipični formati crtala: ISO A0, A1, A2, A3, A4, ANSI A, B, C, D, E. Brzina crtala je najveća moguća brzina pera pri crtanju. Izražava se u centimetrima u sekundi, cm/s ili u palcima u sekundi, ips (engl. inch per second). Tipične vrijednosti su od 20 do 100 cm/s. Razlučivost crtala je podatak o najmanjem koraku koje pero može napraviti. Pero crtala pomično je samo u unaprijed određenim i uvijek jednakim koracima u x i u y pravcu. Tipične vrijednosti su od 0,1 do 0,005 mm. Treba uočiti razliku u mjeri razlučivosti u odnosu na druge računalne uređaje kod kojih je razlučivost redovito broj točaka po jedinici dužine. Točnost crtala je podatak koji govori o pogreški crtala pri crtanju zadane duljine, a izražava se u postocima. Tipična vrijednost je približno 0,2 %. Tako, primjerice, crtalo točnosti od 0,2 % pri crtanju crte dugačke 10 cm smije pogriješiti najviše 0,2 mm. Suvremena crtala opremljena su s više pera, obično osam. Pera mogu biti različite debljine i različite boje. Pera su smještena u spremniku na samom crtalu odakle ih držalo pera samostalno uzima. Crtalo izmjenjuje pera kojima crta pa je tako moguće izraditi crtež u više boja i s više debljina crta. Vrsta pera ovisi o mediju na kojem se crta, a najčešće se upotrebljavaju pera s brzosušećom bojom, flomasteri, pera s uljenom bojom, svjetlosna pera itd.
V-56
Crteži se najčešće crtaju na papiru čija vrsta zavisi o namjeni i željenoj kakvoći. Običan papir izrađen od celuloznih vlakana podložan je zamjetnom izobličenju pri promjeni vlage i temperature okoline. Za
PRO-MIL
5.5
IZLAZNI UREĐAJI primjene kod kojih je posebno važno zadržati dimenzije crteža koristi se poliesterska folija debljine od 0,05 do 0,2 mm otporna na izobličenja. Površina takve folije presvučena je slojem koji osigurava dobar prihvat boje za crtanje. Kod fotocrtala medij za crtanje je fotografski film. Oblik podataka koji crtalo prihvaća zove se jezik crtala. Velika popularnost crtala tvrtke Hewlett Packard dovela je do široke prihvaćenosti jezika te tvrtke. Taj jezik se zove HP-GL (engl. Hewlett Packard graphic language) i prihvaćaju ga gotovo sva crtala na tržištu. Ostali proizvođači najčešće uz svoj vlastiti omogućavaju i upotrebu HP-GL jezika. Crtalo s nepomičnim papirom Crtalo s nepomičnim papirom (engl. flatbed plotter, XY plotter) sastoji se od nepomičnog postolja i pokretnog pera. U postolju je smješten mehanizam za pokretanje pera i pogonska elektronika.
Slika 5.45. Načelna građa crtala s nepomičnim papirom
Papir se učvršćuje na ploču postolja tako da je nepomično priljubljen uz nju. Papir se može učvrstiti pomoću mehaničkih držača, elektrostatičkim potencijalom ili vakuumom. Iznad tako učvršćenog i nepomičnog papira kreće se pero crtala. Pero crtala vezano je na mehanizam pogonjen koračnim motorima ili servomotorima. Tako se pero istodobno pokreće u dva pravca: x (usporedno s uzdužnim rubom ploče) i y (usporedno s poprečnim rubom ploče). Elektromagnet u držalu pera spušta i podiže pero tako da je pero u dodiru s papirom ili odignuto od njega. Upravljanjem pomaka pera u pravcu x i y te podizanjem i spuštanjem pera izrađuje se crtež. 5.5
PRO-MIL
V-57
IZLAZNI UREĐAJI
Slika 5.46. Crtalo s nepomičnim papirom
Prednosti crtala s nepomičnim papirom su jednostavna građa, niska cijena, mogućnost uporabe jeftinog papira i male dimenzije za manje formate papira. Crtala formata A4 i A3 često se koriste uz osobna računala i moguće ih je smjestiti na stol. Osim za izradu tehničkih crteža, ova crtala često se koriste i za izradu grafikona, tablica, dijagrama i sl. Za manje formate crteža, posebice A4, crtala s nepomičnim papirom su zamijenili pisači. Razlog tome je veliki napredak u kvaliteti ispisa pisača i sniženje cijene, posebice pisača s mlazom tinte. Crtalo s pomičnim papirom
V-58
Crtalo s pomičnim papirom (engl. pinch rolling plotter, drum plotter) prihvaća papir u sustav pokretnih valjaka koji ga pomiču u jednom pravcu. Iznad oboda glavnog valjka nalazi se pokretno pero koje se pomiče također samo u jednom pravcu i to pravcu koji je okomit na pravac kretanja papira. Pero se osim toga spušta na papir i podiže s njega. Valjci pomiču papir u pravcu y, a istodobno se pero pomiče u pravcu x, te se tako izrađuje crtež. Valjak i pero pokreću koračni motori ili, za velike brzine crtanja, servomotori. Budući da točnost crtala izravno ovisi o točnosti pomicanja pera i papira, posebna se pozornost pridaje transportnim mehanizmima. Pri tome je kod crtala s pomičnim papirom kritičniji mehanizam za pomak papira zbog mogućeg klizanja papira. Koriste se dva načina pomaka papira. Pomak trenjem prihvaća papir u sustav valjaka te ga međusobnim pritiskom pomiče u željenom pravcu. Prednost takvog transporta jest mogućnost uporabe uobičajenog papira, a nedostatak je mogućnost klizanja papira u odnosu na transportne valjke pri čestom pomicanju papira naprijed-natrag. Vjerojatnost klizanja, a time i nastanka pogreške pri crtanju, to je veća što je crtež većih dimenzija i kompleksniji. Za posebno zahtjevne primjene koristi se papir koji po svojim rubovima ima izbušene rupice za vođenje papira. To je posebno izrađen
PRO-MIL
5.5
IZLAZNI UREĐAJI i skup papir, pa se primjenjuje samo tamo gdje je nužna velika točnost. Perforirani papir transportira se zupčanicima smještenim na krajevima prijenosnog valjka. Takav način pomaka papira osigurava visoku točnost položaja i nakon višestrukog pomaka papira.
Slika 5.47. Načelna građa crtala s pomičnim papirom
Kako je pomicanje papira u pravcu y ograničeno samo dimenzijama papira, ova vrsta crtala služi za izradu crteža velikih dimenzija. Širina crteža ograničena je dimenzijama pogonskih valjaka, a duljina mu je praktički neograničena. Papir za crtanje kod ovih crtala, zbog svojih dimenzija i duljine, često nije jedan od lako dobavljivih i jeftinih normiranih formata (A0 do A5) i može predstavljati znatan izdatak.
Slika 5.48. Crtalo s pomičnim papirom 5.5
V-59
PRO-MIL
IZLAZNI UREĐAJI Prednost crtala s pomičnim papirom jest mogućnost prihvata papira velikih dimenzija, a nedostaci su mu visoka cijena i velike dimenzije. Crtalo s pomičnim papirom ne može se smjestiti na stol, već je to samostojeći uređaj koji zahtijeva odgovarajući prostor u radnoj prostoriji. Koristi se uglavnom za profesionalnu izradu crteža. U novije doba umjesto pera rabi se ispis pomoću mlaza tinte na isti način kao kod pisača s mlazom tinte. Ostale vrste crtala Fotocrtalo (engl. photo plotter) posebna je vrsta crtala koja crtež stvara na fotoosjetljivom filmu. Građeno je poput crtala s nepomičnim papirom, s tom razlikom što fotocrtalo umjesto pera ima izvor svjetla, a kao medij za crtanje film. Rezultat rada takvih crtala je film s iscrtanim crtežom. Koriste se kada je konačni rezultat potrebno snimiti na film, kao što je to slučaj kod izrade tiskanih pločica ili u tiskarskoj industriji. Klasični postupak prijenosa crteža na film sastoji se u izradi crteža na papiru te zatim snimanju tog crteža fotografskim kamerama pri čemu nastaje niz pogrešaka, primjerice nedovoljno oštar crtež zbog razlijevanja boje po papiru i pogreške nastale pri snimanju i razvijanju filma. Fotocrtala odlikuju se većom točnošću od ostalih vrsta crtala i znatno većom cijenom te odstranjuju većinu pogrešaka klasičnog postupka prijenosa crteža na film. Tipična razlučivost fotocrtala bolja je od 0,0025 mm, dok im je ponovljivost bolja od 0,01 mm. Fotocrtalo visoke razlučivosti (više od 1.000 dpi), a koje može stvarati samo slike slova i ostalih čitljivih znakova naziva se phototypesetter. Fotocrtalo visoke razlučivosti (više od 1.000 dpi) koje može, osim slova, na fotoosjetljivom filmu stvarati i crteže naziva se imagesetter. I jedna i druga vrsta crtala koristi se većinom u tiskarskoj industriji za izradu predložaka za tisak. Crtalo za izrezivanje (engl. cutting plotter) umjesto pera ima ugrađeni nožić, a kao medij za crtanje služi dvoslojna plastična folija. Crtalo izrezuje gornji sloj folije stvarajući tako crtež jasnih i oštrih rubova. Dimenzijska postojanost plastične folije osigurava točnost i trajnost crteža. Crtala za izrezivanje izrađuju se kao crtala s nepokretnom i pokretnom folijom, a koriste se za izradu predložaka u elektroničnoj i tiskarskoj industriji te za izradu reklamnih natpisa. Odlikuju se pristupačnom cijenom, jednostavnom primjenom, postojanim, oštrim i točnim crtežom. Crtalo za glodanje građeno je poput crtala s nepomičnim papirom, samo što umjesto pera ima ugrađen motor i glodalo. Medij za "crtanje" je ploča tvari koju se želi glodati. Primjenjuju se za izradu natpisnih pločica, prototipova tiskanih pločica i sl.
V-60
Crtalo s mlazom tinte (engl. ink jet plotter) vrlo je slično pisačima s mlazom tinte. Za razliku od pisača crtalo s mlazom tinte u načelu je većeg formata. Načelo djelovanja je isto kao i načelo djelovanja pisača s mlazom tinte. Većina suvremenih crtala su zapravo pisači s mlazom tinte velikog formata.
PRO-MIL
5.5
IZLAZNI UREĐAJI 5.6. Zvučna kartica Zvučna kartica (engl. sound card, sound board, audio adapter) je elektronički sklop koji omogućuje snimanje, reprodukciju i sintezu zvuka. Izrađuje se kao zasebna kartica koju je moguće priključiti na računalo posredstvom PCI sabirnice, kao sklop ugrađen na matičnu ploču računala ili kako zasebni uređaj u posebnom kućištu. Zvučna kartica može stvarati zvuk na dva bitno različita načina. Prvi je reprodukcija snimljenog zvuka, a drugi je sinteza zvuka. Pri reprodukciji snimljenog zvuka zadaća je kartice što vjernije reproducirati zvučni zapis koji je snimljen i u digitalnom obliku pohranjen na nekom od medija. Zvučna kartica može i snimiti zvuk i pretvoriti ga u prikladni digitalni oblik.
Slika 5.49. Zvučna kartica
Za kvalitetnu reprodukciju zvuka koristi se postupak digitalizacije zvuka ili uzorkovanja (engl. sampling). U prvom se koraku zvuk snimi u analognom obliku. Zatim se uzimaju uzorci zvuka u jednakim vremenskim razmacima, tj. mjeri se jakost zvuka u trenutku uzimanja uzorka. Ustanovljeno je da je za potpuno uzorkovanje zvukova koje čuje ljudsko uho potrebno uzimati uzorke s frekvencijom od najmanje 44 kHz. Svaki takav uzorak pretvara se u binarni broj kojim je zapisan iznos amplitude zvučnog signala u trenu uzimanja uzorka. Broj bita ovisi o željenoj razlučivosti, a ustanovljeno je da je za potpunu vjernost potrebno 16 bita. Tako dobiveni 16-bitovni binarni brojevi pohranjuju se u računalo. Pri reprodukciji taj se binarni zapis pretvara u zvuk vjeran originalu. Opisani postupak naziva se impulsno kodna modulacija ili skraćeno PCM (engl. pulse code modulation), a koristi se primjerice kod glazbenih CD-a. Ako računalo radi pod operacijskim sustavom Microsoft Windows, datoteka koja sadrži takav zapis ima produžetak wav pa se takve datoteke nazivaju wav datoteke (kod Macintosh računala produžetak je aiff ). Temeljni nedostatak opisanog postupka je zauzeće mnogo memorije. Za svaku sekundu mono zvučnog zapisa potrebno je više od 85 KB memorije (za stereo zapis dvostruko). Zbog toga se koriste različiti postupci kako bi se uštedjelo na potrebnoj memoriji. Ponekad se, primjerice, uzorkuje s manjom frekvencijom i s manjim brojem bita po uzorku. Time se smanjuje kvaliteta reprodukcije, ali i znatno štedi na količini potrebne memorije. Moguće je i sažimanje zvučnog 5.6
PRO-MIL
V-61
IZLAZNI UREĐAJI zapisa tako da se dio zvučnih informacija koje ljudsko uho i tako ne može čuti odstrani iz zapisa. Najpoznatiji postupak takvog sažimanja je poznat pod nazivom MP3, a datoteke sažetog zvuka imaju produžetak mp3. Treba uočiti da je postupak uzorkovanja postupak snimanja i reprodukcije, a ne sinteze zvuka. Slikovito se može reći da računalo "ne zna" o kakvom je zvuku riječ i ne može razlučiti je li riječ o, primjerice, ljudskom govoru, zvuku glasovira ili cvrkutu ptica. Digitalni zapis je jednostavno brojčani zapis razine zvučnog signala u određenim vremenskim razmacima. Pri reprodukciji se taj brojčani zapis pretvara ponovno u zvuk. Većina zvukova koji se reproduciraju pomoću zvučne kartice je ova vrsta digitalnog zapisa i reprodukcije zvuka. Bitno je drugačiji postupak nastanka zvuka sintetiziranjem zvuka. Kod sintetiziranja zvuka zvučni zapis je uputa o kojim se zvukovima radi i kako te zvukove treba reproducirati. Takav zapis sadrži naredbe oblika "proizvedi zvuk tona C glasovira i neka taj zvuk traje jednu sekundu". Slikovito se može reći da kod sinteze zvuka računalo "zna" što predstavlja zvuk. Zvučna kartica mora moći naredbe pretvoriti u odgovarajuće zvukove. Jedan od jednostavnijih i jeftinijih postupaka sinteze zvuka je postupak frekvencijske modulacije ili skraćeno FM postupak (engl. frequency modulation) sinteze zvuka. Tim se postupkom generiraju dva ili više sinusna signala određene frekvencije, a zatim se ti signali međusobno miješaju i izobličuju primjenom različitih postupaka ugrađenih u zvučnu karticu. Takvim se postupkom želi postići sličnost sintetiziranog zvuka sa zvukovima iz prirode, primjerice različitim glazbenim instrumentima, ljudskim govorom i sl. FM postupkom sinteze dobiva se osrednja kvaliteta glazbe i loša kvaliteta ljudskog govora. Sve zvučne kartice koje sintetiziraju zvuk FM postupkom zvuče vrlo slično.
V-62
Drugi postupak sinteze zvuka daje mnogo bolje rezultate. To je sinteza zvuka pomoću tablice zvukova, tzv. engl. wavetable postupak (engl. wavetable shyntesis). Tim se postupkom snimaju, digitaliziraju i u ROM (kapaciteta i do nekoliko desetaka megabajta) pohranjuju uzorci zvukova iz prirode, posebice glazbenih instrumenata. Riječ je redovito o kratkim uzorcima samo jednog tona glazbala. Pri sintezi zvuka ti se uzorci koriste za oblikovanje zvuka kako bi što više sličio izvorniku. Na temelju jednog kratkog uzorka zvuka glazbala moguće je različitim obradama reproducirati i druge zvukove istog glazbala. Npr. na temelju snimljenog zvuka jedne note glasovira mogu se dobiti i zvukovi drugih nota (npr. "ubrzanjem" reprodukcije dobije se viši ton). Kakvoća sintetiziranog zvuka ovisi o broju uzoraka pa je povoljno pohraniti što više uzoraka, no to zahtjeva mnogo memorije. Primjerice želi li se tim postupkom potpuno vjerno reproducirati zvuk glasovira potrebna je samo za to ROM memorija približnog kapaciteta 10 MB. Kako nije za razumnu cijenu moguće ugraditi memoriju tako velikog kapaciteta da
PRO-MIL
5.6
IZLAZNI UREĐAJI se vjerno pohrane zvukovi svih glazbala, zvuk sintetiziran na ovaj način uvijek je različit od stvarnog zvuka glazbala kojeg reproducira. Važno je, međutim, reći da računalni zapis sintetiziranog zvuka zauzima neusporedivo manje memorije od snimljenog uzorkovanog digitaliziranog zapisa. Kvaliteta zvuka stvorenog ovakvim postupkom veoma se razlikuje ovisno o izvedbi i proizvođaču zvučne kartice, a ovisi posebice o kvaliteti snimljenih uzoraka, broju pohranjenih uzoraka za svaki instrument i postupku sažimanja pri pohrani uzoraka. Programi za obradu sintetiziranog zvuka omogućavaju jednostavno rukovanje zvukom: generiranje, snimanje i reprodukciju zvuka, promjenu i izobličenje zvuka, sintetiziranje zvuka, pohranu zvučnog zapisa itd. Najčešće se koriste za skladanje glazbe, generiranje zvučnih efekata i sl. Ti programi zahtijevaju dodatnu sklopovsku opremu koja omogućava snimanje i generiranje zvuka i spajanje računala s elektroničkim glazbenim instrumentima, npr. s električnim orguljama. Većina zvučnih kartica opremljena je sintetizatorom pa mogu stvarati zvuk pod nadzorom programa za obradu sintetiziranog zvuka i oponašati zvukove različitih instrumenata.
MIDI Najčešće korišteni protokol za razmjenu podataka između računala i glazbenih instrumenata posredstvom serijske veze pri obradi zvuka jest MIDI norma (engl. musical instrument digital interface) objavljenja 1983. godine. Norma propisuje sklopovske i programske dijelove MIDI sukladnih uređaja. Norma omogućuje da računalo pošalje glazbenom instrumentu normiranu naredbu kakav zvuk da proizvede. Npr. računalo može poslati orguljama naredbu da odsvira određenu notu i kako dugo da nota traje. Svaki je MIDI sukladan uređaj opremljen s ulaznim (engl. MIDI in), izlaznim (engl. MIDI out) i prolaznim (engl. MIDI through) priključkom koji omogućava lančano spajanje više MIDI uređaja. Temeljna naredba MIDI norme je naredba uključi/isključi notu koja sadrži informacije o visini note, glasnoći, pritisku na tipku i dr. Zapis glazbenog djela sastoji se od međusobno nanizanih odsječaka ili sekvenci pa se program i sklopovlje kojim se MIDI zapis može stvarati i zatim pretvoriti u zvuk naziva sekvencer (engl. sequencer). Polje koje sadrži MIDI zapis obično ima produžetak .mid i zauzima mnogo manje memorije od digitalnog uzorkovanog zvučnog zapisa. Istodobno je moguće generirati zvukove na više kanala, pri čemu svaki kanal može oponašati neko od glazbala, npr. glasovir, violinu i orgulje. Da bi isti kanali oponašali ista glazbala, trebalo je na opremi različitih proizvođača propisati koji kanal pripada pojedinom glazbalu. Norma General MIDI (skraćeno GM ili GM1) propisuje raspored glazbala bez obzira na kom se sintetizatoru MIDI zapis pretvara u zvuk, tj. raspored glazbala na prvih 128 kanala sintetizatora. Time je osigurana istovrsnost izvedbe neovisno o proizvođaču sintetizatora. Pojava MIDI sukladnih uređaja izazvala je pravu revoluciju
5.6
PRO-MIL
V-63
IZLAZNI UREĐAJI u glazbenoj industriji jer je omogućila svakom tko ima osobno računalo, odgovarajući program i sintetizator mogućnost stvaranja glazbe, što je do tada bila moguće samo u stotinu puta skupljim studijima. Uz to većina zvučnih kartica ima mogućnost sintetiziranja zvuka sukladno MIDI normi pa se MIDI zapisi mogu izvoditi i bez priključenja glazbenih instrumenata. Pri tom je zvuk nešto lošiji od onog koji bi proizveli glazbeni instrumenti, ali dovoljno dobar za skladanje.
Osnovni dijelovi svake zvučne kartice jesu: • analogno digitalni pretvornik (A/D) koji ulazne analogne signale (to su u električnu struju pretvoreni zvučni valovi) pretvara u digitalni oblik (pretvara u brojčani zapis amplituda uzoraka), • digitalno analogni pretvornik (D/A) koji digitalne podatke iz računala pretvara u analognu električnu veličinu koja se može proslijediti analognim pojačalima i uređajima za reprodukciju zvuka, • DSP (engl. digital signal processor) sklop za obradu zvuka u digitalnom obliku, • ROM memorija za pohranu uzoraka zvukova (engl. wavetable) potrebnih pri sintezi zvuka, • RAM memorija koja služi kao radna memorija DSP sklopa zvučne kartice, • ulazni konektori označeni kao engl. Line In (za priključak kazetofona, vanjskog CD uređaja, MP3 vanjskog uređaja i sl.), engl. Mic In ili engl. Microphone In (za priključak mikrofona), • izlazni konektori označeni kao engl. Line Out (za priključak vanjskih analognih audio pojačala), engl. Headphones (za priključak slušalica), engl. Spk Out (za priključak zvučnika), • konektor Joystick/MIDI (za priključak MIDI uređaja i palice) ili zaseban peteropolni DIN MIDI konektor, • konektor SPIDF (ulazni priključak digitalnog zvučnog zapisa).
Sound blaster Jedna od prvih popularnih zvučnih kartica bila je Adlib kartica koja je
V-64
koristila FM metodu sinteze. Skoro sve zvučne kartice koje su se pojavile nakon Adlib kartice prihvatile su Adlib norme. Najpoznatija zvučna kartica svakako je Sound blaster tvrtke Creative Labs Inc. iz SAD-a. Mono izvedba sound blaster kartice pojavila se 1989. godine, a stereo izvedba 1991. godine. Postoje različite inačice Sound blaster kartice koje koriste opisane postupke sinteze zvuka. Popularnost te zvučne kartice je tolika da je naziv Sound blaster postao istoznačnica za zvučnu karticu. Sve suvremene zvučne kartice su sukladne Sound blaster kartici.
PRO-MIL
5.6
IZLAZNI UREĐAJI
Slika 5.50. Načelna građa zvučne kartice
SPIDIF Pojava različitih zvučnih kartica i ostalih uređaja za digitalizaciju zvuka stvorila je potrebu za normiranom razmjenom podataka između tih uređaja. Postoje dvije popularne industrijske norme za spajanje digitalnih zvučnih uređaja: AES/EBU (engl. Audio Engineering Society/European Broadcast Union) za profesionalne uređaje i S/PDIF ili SPIDIF (engl. Sony/Philips digital interface format) za uređaje široke potrošnje. Norme propisuju format digitalnih podataka tj. raspored, količinu i značenje bitova i fizički način spajanja.
Zvučna kartica stvara zvuk pod nadzorom odgovarajućih programa pa nije u stanju proizvesti zvuk prije nego se takav program pokrene, a on se pak može pokrenuti tek nakon pokretanja operacijskog sustava. Zato je prikladno imati dodatnu zvučnu signalizaciju ugrađenim zvučnikom kojim se može upravljati mimo zvučne kartice. U većinu računala je uz opisanu grafičku karticu u unutrašnjost računala ugrađen mali zvučnik. Zvuk se stvara slanjem pravokutnih impulsa određene frekvencije (visine tona) i trajanja iz mikroprocesora na ugrađeni zvučnik. Na taj je način moguće stvoriti samo tonove jednake glasnoće pa se takav način stvaranja zvuka koristi samo za zvukove upozorenja. Taj se zvučnik primjerice kratkotrajno oglasi pri svakom uključenju računala prije nego je učitan operacijski sustav čija je prisutnost nužna za funkcioniranje zvučne kartice. 5.6
PRO-MIL
V-65
IZLAZNI UREĐAJI 5.7. D/A kartice Niska cijena i velika snaga osobnih računala čini ih posebno pogodnim za upravljanje industrijskim i laboratorijskim procesima. Za tu se svrhu izrađuju D/A kartice kojima se može posredstvom računala i odgovarajućih programa upravljati vanjskim strojevima i napravama. Pritom se djeluje uglavnom na dva načina: digitalnim i analognim. Digitalno upravljanje svodi se na generiranje digitalnih izlaznih napona, što je znatno jednostavnije i jeftinije od generiranja analognih napona. Pod digitalnim naponom podrazumijeva se napon koji može biti samo u jednom od dva moguća stanja. Razina izlaznih digitalnih napona obično je TTL sukladna. Digitalni naponi najčešće se koriste za upravljanje relejima preko kojih se upravlja vanjskim uređajima. Analogno upravljanje procesom provodi se generiranjem analognog napona pomoću digitalno-analognog pretvornika (engl. digital to analog converter, D/A, DAC). Taj analogni napon služi kao upravljačka veličina pri vođenju nekog procesa kao što je to, primjerice, regulacija brzine vrtnje motora. D/A pretvornik može istodobno generirati nekoliko analognih veličina. Obično je riječ od 2 do 8 analognih veličina pa se kaže da takav D/A pretvornik ima toliko kanala. Razlučivost D/A pretvornika je broj bitova koji je na raspolaganju za pretvorbu digitalnog u analogni signal. Razlučivost određuje točnost pretvorbe digitalnog broja poslanog iz računala u analogni izlazni napon, a tipične vrijednosti su od 8 do 16 bitova. Pri razlučivosti od 8 bitova pogreška pretvorbe iznosi približno 0,4 %, a pri razlučivosti od 16 bitova približno 0,002 %. Raspon izlaznog analognog napona (engl. voltage range) D/A pretvornika je razlika između najmanjeg i najvećeg iznosa analognog napona koji se može generirati na izlazu. Tipične vrijednosti su od 0 V do 5 V, od 0 V do 10 V, od -5V do +5 V, od -10 V do +10 V. Obično se na jednu te istu D/A karticu smještaju sklopovi za digitalno i analogno upravljanje te neki dodatni sklopovi kao što su, primjerice brojila impulsa, generatori pravokutnih signala različite frekvencije itd. Ponekad je na istoj kartici i A/D pretvornik. Programska potpora važna je komponenta D/A pretvornika. Većina proizvođača D/A pretvornika isporučuje odgovarajuće pogonske programe, a postoje i neovisni proizvođači programa.
V-66
PRO-MIL
5.7
Uređaji za pohranu podataka i programa
3
25
30
31
Magnetski disk
Magnetska vrpca
Magnetska kartica
Optički disk
UREĐAJI ZA POHRANU PODATAKA I PROGRAMA
6. Uređaji za pohranu podataka i programa Razvojem elektroničkih računala neprekidno raste potreba za pohranom sve veće količine podataka. Medij za pohranu podataka mora se odlikovati sljedećim svojstvima: • Pohranjeni podaci trebaju što dulje ostati nepromijenjeni i neoštećeni, a da za njihovo održavanje nije potrebno dovoditi energiju. • Medij za pohranu mora biti jednostavan za rukovanje i mora biti što manjih dimenzija. Upis i čitanje podataka trebaju biti što brži, a priključak na računalo što jednostavniji. • Cijena ukupnog sustava za pohranu, koji se sastoji od pogonskog mehanizma i samog medija za pohranu, treba biti što niža. Cijena pohrane obično se izražava u cijeni po bitu pohranjene informacije. Navedene zahtjeve danas s uspjehom zadovoljavaju tri tehnologije: poluvodička, magnetska i optička. Poluvodička tehnologija odlikuje se najvećom brzinom, ali i najvišom cijenom pa se rabi za pohranu relativno male količine podataka u odnosu na ostale dvije spomenute tehnologije. Poluvodičke memorije opisane su u poglavlju o temeljnog građi računala pa će ovdje biti izostavljene. Magnetski mediji, koji se za pohranu podataka koriste svojstvima magnetskih tvari, najstariji su i danas već potpuno razvijeni mediji. Optička tehnologija, koja se za pohranu podataka koristi svojstvom svjetlosti, mlađa je i još je uvijek u intenzivnom razvoju.
6.1. Magnetski disk Magnetski disk je okrugla ploča izrađena od nemagnetske tvari (npr. aluminij, staklo ili polimer), presvučena vrlo tankim magnetskim slojem. Materijal magnetskog sloja obično je vrsta željeznog oksida. Disk se okreće oko svojeg središta. Iznad diska je magnetska glava koja je prislonjena uz površinu diska ili lebdi iznad nje, a može se pomicati radijalno po disku (prema središtu i od središta). Magnetska glava može pri upisu magnetizirati površinu diska, a pri čitanju registrirati magnetske čestice na površini diska. Podaci su na magnetskom disku zapisani kao niz magnetiziranih čestica smještenih u koncentričnim krugovima u magnetskom sloju diska. Magnetski disk pri upisu ili snimanju podataka koristi svojstvo magnetiziranja magnetskih tvari. Svojstvo magnetiziranja očituje se 6.1
PRO-MIL
VI-3
UREĐAJI ZA POHRANU PODATAKA I PROGRAMA u tome da pod djelovanjem magnetskog polja tvari postaju magnetizirane. Pri čitanju podataka koristi pojavu elektromagnetske indukcije. Elektromagnetska indukcija je pojava induciranja ili stvaranja električne struje u vodiču koji se nalazi u promjenjivom magnetskom polju. Pri upisu podataka kroz zavojnicu magnetske glave pušta se električna struja koja stvara magnetsko polje neposredno uz površinu glave. Budući da je glava uz površinu diska, ona magnetizira čestice u magnetskom sloju diska. Promjenom jakosti i smjera struje mijenja se magnetsko polje i tako se čestice različito magnetiziraju.
Slika 6.1. Načelni prikaz upisa podataka na magnetski medij
Pri čitanju podataka magnetizirana površina diska prolazi ispred glave i tako inducira električnu struju u zavojnici glave. Jakost struje i njezin smjer ovise o jakosti magnetskog polja, smjeru magnetskog polja, brzini promjene magnetskog polja ispred glave i udaljenosti glave od diska. Na temelju promjene jakosti i smjera inducirane struje čitaju se pohranjeni podaci.
Slika 6.2. Načelna građa magnetskog diska
VI-4
PRO-MIL
6.1
UREĐAJI ZA POHRANU PODATAKA I PROGRAMA Dobra svojstva magnetskih diskova su veliki kapacitet, dobra postojanost podataka i brzi pristup bilo kojem podatku na disku. Loša svojstva magnetskih diskova su osjetljivost na elektromagnetsko polje i nečistoće te ograničenje maksimalne gustoće podataka. Magnetski su diskovi posebno osjetljivi na elektromagnetsko polje i pri rukovanju treba to imati na umu. Disketa Disketa (savitljiv disk, meki disk, izmjenjiv disk, engl. diskette, floppy disk, FD) je magnetski disk koji se može razmjenjivati između pogonskih mehanizama. Naziv meki ili savitljivi potječe od građe diska. Izrađen je od tankog i savitljivog materijala, kao što je npr. mylar. Pogonski mehanizam diskete (engl. floppy disk drive, FDD) ugrađen je u računalo, a disketa se može jednostavno umetati i vaditi iz pogonskog mehanizma. Format i dimenzije zapisa diskete su normirane, tako da se jednostavno mogu razmjenjivati između istovrsnih računala. Danas je u širokoj uporabi disketa promjera 3,5", a prije su se koristile i diskete promjera 5,25" i 8". Oznaka " je oznaka za palac, engl. inch i odgovara dužini 25,4 mm.
Slika 6.3. 3,5" disketa
Podloga ili supstrat diskete je tanak polimerni disk. Na obje strane diska nanijet je sloj magnetske tvari, najčešće željeznog oksida. Čestice željeznog oksida su vrlo malene, a površina diskete je polirana ili izglađena kako bi se smanjilo trenje između glave i diskete. 3,5" disketa smještena je u tvrdu polimernu košuljicu dimenzija 90 mm x 94 mm koja je štiti od mehaničkih oštećenja i olakšava rukovanje. Unutrašnjost košuljice presvučena je posebnom tvari koja smanjuje trenje između košuljice i diskete, a pri okretanju čisti disketu od prljavštine. Otvor za glavu zatvoren je metalnim zasunom koji se otvara tek nakon što se disketa umetne u pogonski mehanizam pa je tako zaštićena od dodira, prljavštine i sl. Središnji otvor diskete, gdje je prihvaća vratilo, pojačan je metalnim dijelom što osigurava poboljšan prihvat i pogon diskete.
6.1
VI-5
PRO-MIL
UREĐAJI ZA POHRANU PODATAKA I PROGRAMA
Slika 6.4. Građa 3,5" diskete
Disketa se ulaže u pogonski mehanizam jednostavnim umetanjem u prorez pogonskog mehanizma. Zbog toga što je pravokutnih dimenzija, disketu nije moguće umetnuti postrance. Mehanizam prihvaća disketu u središnjem dijelu pomoću vratila koje je vezano s osovinom motora. Pogonski mehanizam okreće disketu unutar košuljice brzinom 300 okretaja u minuti (engl. rounds per minute, rpm). Brzina vrtnje diskete je ograničena zbog trenja magnetske glave i površine diskete (trošenje glave i zagrijavanje dodirnih površina). Magnetska se glava prislanja uz površinu diskete na mjestu otvora za glavu na košuljici diskete, a može se pomicati prema vratilu diskete i od nje (radijalni pomak). Pogonski mehanizam dvostranih disketa ima dvije čvrsto povezane magnetske glave, koje se gibaju istodobno, svaka s jedne strane diskete. Pri upisu podataka magnetska glava upisuje podatke u koncentričnim krugovima, tragovima ili cilindrima (engl. cylinder) u magnetskom sloju diskete. Pri čitanju diskete magnetska glava kliže po disketi po istim tim koncentričnim tragovima. Fizički položaj tragova na disketi strogo je određen, kako bi se magnetska glava u bilo kojem mehanizmu točno postavila na željeni trag. Propisana dopuštena odstupanja magnetske glave od zadanog položaja traga postavljaju stroge zahtjeve na pogonski mehanizam diskete. Razmak između dva traga kod uobičajene 3,5" diskete kapaciteta 1,44 MB je približno 0.2 mm
VI-6
Na disketi su uočljivi neki svojstveni dijelovi. Otvor za zaštitu diskete od neželjenog upisa ili brisanja treba spriječiti ili omogućiti upis
PRO-MIL
6.1
UREĐAJI ZA POHRANU PODATAKA I PROGRAMA podataka na disketu. Ako je taj otvor zatvoren, upis podataka je moguć. Pomakne li se zasun kod 3,5" diskete tako da je otvor otvoren, pogonski mehanizam prepoznaje tu disketu kao zaštićenu za upis (engl. write protect) i ne može na nju upisivati podatke. Etiketa proizvođača sadrži podatke o proizvođaču, vrsti diskete, kapacitetu, broju tragova i sl. Naljepnicu za raspoznavanje ili identifikaciju diskete popunjava korisnik i ona sadrži podatke o sadržaju diskete.
Slika 6.5. Otvor za zaštitu diskete od neželjenog upisa ili brisanja
Kapacitet diskete Tijekom razvoja diskete bilo je više popularnih modela, ali su danas u široj uporabi ostale samo 3,5" diskete kapaciteta 1,44 MB, visoke gustoće zapisa oznake HD (engl. high density) sa 135 tragova po palcu (engl. tracks per inch, tpi) i 17.434 bita po palcu dužine zapisa (engl. bits per inch, bpi). Formatirani za Microsoft Windows operacijski sustav takvi diskovi imaju 80 tragova po svakoj strani, 18 sektora po tragu i 512 bajta po sektoru. Ukupni kapacitet je dakle: 80·2·18·512=1.474.560 bajta. 1,44 MB, što navode svi proizvođači kao kapacitet disketa, rezultat je dijeljenja 1.474.560 sa 1024. To je zapravo neispravno je bi dosljedno trebalo podijeliti s 1 MB (1.048.576 bajta) čime se dobije rezultat 1,41. Unatoč tome svi proizvođači navode kapacitet 1,44 MB.
Diskete su osjetljive na vanjske utjecaje i njima treba pažljivo rukovati. Osnovne mjere opreza pri rukovanju disketama su: • • • • 6.1
uvijek čuvajte disketu na temperaturi od 100 C do 500C, uvijek čuvajte disketu na relativnoj vlažnosti od 20 % do 80 %, nikada ne dirajte prstima izloženi magnetski sloj diskete, nikada ne izlažite disketu elektromagnetskim poljima.
PRO-MIL
VI-7
UREĐAJI ZA POHRANU PODATAKA I PROGRAMA Diskete se danas rabe za prijenos manje količine podataka s računala na računalo, pričuvnu pohranu (engl. backup) manje količine podataka te distribuciju manjih programa i posebice pogonskih programa (engl. driver) uz različite uređaje. Zbog ograničenog kapaciteta disketa njihovu ulogu sve više preuzimaju optički diskovi i USB ključići (engl. USB key).
Razvoj diskete Disketa (engl. floppy disk) se pojavila 1971. godine, a proizvela ju je tvrtka IBM kao zamjenu za bušene kartice. Pogonski mehanizam je mogao samo čitati podatke s diskete promjera 8" i kapaciteta 80 KB. 1973. godine kapacitet je povećan na 256 KB, a na disketu se moglo i upisivati podatke. Tvrtka Shugart Associates je 1973. godine počela proizvodnju disketa promjera 8" za OEM tržište (engl. original equipment manufacturer). Dvije godine kasnije ista tvrtka nudi tržištu disketu promjera 8" dvostruke gustoće (engl. double density, DD) neformatiranog kapaciteta od 800 KB. Prve diskete promjera 5,25", ponajprije namijenjene uporabi kod osobnih računala, proizvodi tvrtka Shugart Associates 1976. godine. Kapacitet im je bio 110 KB, cijena 390 USD, a oglašavane su kao minifloppy. Neprestanim poboljšanjima 1984. godine 5,25" disketa dosegla je kapacitet 1,2 MB. Zbog povoljne cijene i istodobnog razvoja osobnih računala pogonski mehanizmi disketa tvrtke Shugart postigli su zapažen uspjeh. Proizvodnja pogonskih mehanizama uskoro je bila prodana japanskoj tvrtki Matsushita koja zatim postaje najveći svjetski proizvođač pogonskih mehanizama. Japanski proizvođači postaju dominantni na tržištu i danas su gotovo jedini proizvođači disketnih pogonskih mehanizama. Japanska tvrtka Sony proizvela je 1981. godine disketu promjera 3,5", tzv. microfloppy, a nedugo zatim prihvaćena je ANSI, a zatim i ISO norma (ISO 9529-1,2, 1989.) za takve diskete. Kapacitet joj je bio 1,44 MB, a brzina 300 okretaja u minuti. Iako su se javljali pokušaji proizvodnje i drugih promjera, npr. 3" kod Hitachija, danas su ostale u široj uporabi samo diskete 3,5".
VI-8
Prvo osobno računalo tvrtke IBM, čuveni IBM PC, nije tvornički imalo ugrađen tvrdi disk, nego samo disketni pogonski mehanizam. Veličina programa tada je bila dovoljno mala da stane zajedno s podacima na disketu. Pojavom programa i podataka koji su zauzimali sve više mjesta u memoriji, a posebice pojavom operacijskog sustava Microsoft Windows, diskete su postale premalog kapaciteta pa ih danas zamjenjuju drugi izmjenjivi mediji: optički diskovi i USB ključići. Neki proizvođači računala više tvornički uopće ne ugrađuju pogonski mehanizam diskete u nove modele računala.
PRO-MIL
6.1
UREĐAJI ZA POHRANU PODATAKA I PROGRAMA Iomega Zip Tvrtka Iomega je krajem 1994. godine proizvela disketu kapaciteta 100 MB. Pogonski mehanizam tih disketa, poznat pod imenom Iomega Zip Drive, bio je jeftin i praktičan, a mogao se priključiti na paralelna vrata računala ili ugraditi u računalo. Tvrtka je proizvodila pogonske mehanizme koji su se mogli jednostavno izvana priključiti na računalo pa je korisnik mogao svoje podatke i pogonski mehanizam nositi sa sobom s jednog mjesta na drugo. Diskete su bile približno jednakih dimenzija kao i uobičajene 3,5" diskete, a cijena im je bila približno dvadeset puta veća. Diskete su izrađene od meke i savitljive podloge, ali je pogonski mehanizam građen tako da se tlak zraka smanjuje na strani diskete gdje je glava zbog povećane brzine strujanja zraka. Ovu fizikalnu pojavu prvi je opisao švicarski matematičar Daniel Bernoulli u 18. stoljeću. Zrak struji povećanom brzinom u procjepu između glave koja miruje i diskete koji se brzo okreće ispod glave (glava je samo s gornje strane diska). Zbog pada tlaka s te strane diskete disketa se primiče glavi diska, ali je zbog strujanja zraka ne dotiče. Tako je moguće disketu približiti glavi na vrlo mali razmak i time postići gušći zapis. Ako se iz bilo kojeg razloga disketa uspori, tlak na strani glave poraste i disketa se odmiče od glave. Tako je izbjegnuta mogućnost dodira diskete i magnetske glave i povećana pouzdanost. Zbog pristupačne cijene, jednostavnog rukovanja i velikog kapaciteta, disketa Iomega Zip postala je popularan medij za pohranu. Iomega Zip diskete nisu sukladne ni s jednim drugim sustavom za pohranu i mogu se koristiti samo u Iomega Zip Drive pogonskom mehanizmu, što je i njihov najveći nedostatak. 1998. godine kapacitet je povećan na 250 MB, a 2002. na 750 MB. Pojavom jeftinih optičkih diskova ZIP diskete gube na popularnosti.
Slika 6.6. Zip Drive
6.1
VI-9
PRO-MIL
UREĐAJI ZA POHRANU PODATAKA I PROGRAMA Formatiranje diskete Podaci se na površinu diskete upisuju u nizu koncentričnih krugova, tragova ili cilindara. Svaki od tih tragova podijeljen je u sektore ili odsječke. Pogonski mehanizam upisuje i čita podatke po sektorima. Svi sektori na disketi imaju isti kapacitet (512 bajta). Pojavi li se potreba upisa manje količine podataka od one koju može primiti sektor, potrebno je potrošiti cijeli sektor pa radilo se i o samo jednom bajtu. Osnovni razlog takvom ustrojstvu diskete jest potreba da svaki sektor ima svoj redni broj ili adresu (kako bi ga magnetska glava mogla pronaći). Uz to zaglavlje sektora sadrži određenu količinu podataka koji na neki način opisuju taj sektor. Ako bi veličina sektora bila premala, adresa i ti dodatni podaci zauzimali bi više mjesta na disketi no sami korisni podaci. S druge strane, preveliki sektor je nepovoljan s gledišta djelotvornosti pohrane zato što je i za malu količinu podataka potrebno potrošiti cijeli sektor, kako je to gore opisano. Postupkom formatiranja disk se dijeli na sektore. Formatiranje može biti fizičko i logičko. Fizičko formatiranje (formatiranje na niskoj razini, engl. low level format) je prvi postupak koji je potrebno provesti na disketi nakon kupnje, a prije uporabe. Tim postupkom stvaraju se i označuju sektori. Svaki se sektor sastoji od zaglavlja i područja za podatke. Zaglavlje sadrži redni broj sektora, podatke za sinkronizaciju i ostale dodatne podatke, kako bi pogonski mehanizam i operacijski sustav mogli pronaći traženi sektor. U svaki sektor upisuje se redni broj sektora, dodatni podaci te niz istih bajtova (obično F6hex) u području za podatke. Njihovo upisivanje služi provjeri kvalitete magnetskog medija i pri unosu korisnih podataka umjesto praznih upisuju se korisni podaci. Ako se fizički formatira disketa na kojoj se već nalaze podaci, svi ti podaci nepovratno su izgubljeni jer se preko njih upisuje niz bajtova F6hex! Sektor možemo slikovito zamisliti kao pretinac za podatke čija unutrašnjost odgovara području za podatke, a natpis na pretincu adresi sektora. Po završetku fizičkog formatiranja disketa je formatirana, tj. magnetski podijeljena na tragove i sektore. Pod formatom diskete podrazumijeva se raspored tragova i sektora. Neki proizvođači formatiraju diskete prije prodaje kako bi uštedjeli trud korisniku. Nezgodna strana takvog postupka jest činjenica da je formatirana disketa namijenjena određenoj vrsti računala i određenom operacijskom sustavu. Korisnik može po potrebi nanovo formatirati disketu prema svojim potrebama.
VI-10
Logičko formatiranje diskete je postupak kojim se svakom od sektora pridjeljuje svrha. Fizičkim formatiranjem stvoreni su sektori i pridijeljeni su im redni brojevi tj. adrese, ali nije određeno koja vrsta podataka će se pohraniti u koji od sektora. S tog gledišta svi su sektori jednaki. Logičkim formatiranjem određuje se namjena svakog sektora, primjerice neki su sektori namijenjeni za upis sadržaja diskete (kako bi se moglo pronaći gdje se traženi podaci nalaze), drugi su sektori namijenjeni
PRO-MIL
6.1
UREĐAJI ZA POHRANU PODATAKA I PROGRAMA
Slika 6.7. Tragovi i sektori
upisu korisničkih podataka itd. Postupkom logičkog formatiranja ne dira se u zaglavlje sektora, već se samo upisuju podaci u područje podataka svakog sektora. Pojedini operacijski sustav očekuje određenu vrstu podataka u prvom sektoru, drugu vrstu podataka u drugom sektoru itd. pa je zadaća logičkog formatiranja osigurati smještaj odgovarajućih podataka na ta mjesta. Kod disketa se postupak fizičkog i logičkog formatiranja obično provodi u jednom koraku pomoću odgovarajućeg programa (npr. program format). Tvrdi disk Za razliku od diskete, tvrdi magnetski disk (engl. hard disk, hard disc, fixed disk, winchester disk) nije savitljiv i izrađen je od krutih materijala. Obično je to okrugla ploča oblika diska presvučena magnetskom tvari. Disk mora biti vrlo ravan i vrlo glatke površine, a magnetski sloj od vrlo finih čestica. Diskovi se izrađuju od legura aluminija ili kombinacije stakla i keramike. Stakleni diskovi imaju glađu površinu i manje su osjetljivi na promjene temperature, ali su skuplji. Uobičajen promjer diskova je 5,25" i 3,5" (2,5" kod prijenosnih računala).
Slika 6.8. Tvrdi disk
6.1
VI-11
PRO-MIL
UREĐAJI ZA POHRANU PODATAKA I PROGRAMA Magnetska tvar je željezni oksid kod starijih diskova ili feromagnetski materijal koji se nanosi tehnologijom tankog filma (engl. thin film medium) kod suvremenih diskova. Debljina sloja manja je od mikrometra. Na istu osovinu, jedan iznad drugoga, smješteno je nekoliko diskova (engl. platter). Za svaki disk postoje po dvije magnetske glave (za svaku stranu diska po jedna) koje su sve zajedno učvršćene u jedan sklop i pomiču se zajedno. Nosač magnetskih glava koji omogućuje njihovo pomicanje naziva se aktuator (engl. actuator arm).
Slika 6.9. Načelna građa tvrdog diska
VI-12
Magnetska glava (engl. magnetic read-write head) kod tvrdog diska ne dodiruje površinu diska, već lebdi na zračnom jastuku iznad površine. Nema dodira glave s diskom pa se tako izbjegava oštećivanje diska i glave zbog trenja i time znatno povećava trajnost diska. Razmak od glave do površine diska kod suvremenih tvrdih diskova je desetak nanometara. Za usporedbu, promjer ljudske vlasi je približno 10.000 puta veći. Tako velika blizina glave potrebna je zbog toga što se jakost magnetskog polja smanjuje eksponencijalno s udaljenošću od površine diska. Pri isključenju računala disk se prestaje okretati i glava liježe na površinu. Zbog toga se pri prestanku rada diska glava dovodi na područje diska predviđeno za spuštanje glave (engl. parking spot, landing zone) na kojem se ne nalaze podaci. Čak i kad nema napajanja zbog inercije disk se vrti još neko vrijeme i glava se dovodi u bezopasno područje diska. Kod nekih modela diskova glava se po prekidu rada podiže iznad površine i ostaje u tom položaju.
PRO-MIL
6.1
UREĐAJI ZA POHRANU PODATAKA I PROGRAMA Magnetske glave Kapacitet tvrdog diska uvelike ovisi o magnetskim svojstvima i značajkama magnetske glave pa se magnetske glave neprestano usavršavaju. Prve su magnetske glave bile tzv. kompozitne glave (engl. composite head) ili glave s procjepom (engl. metal in gap).Te se glave sastoje od feritne jezgre na koju je namotana zavojnica, a rabile su se do kraja sedamdesetih godina prošlog stoljeća. Zamjenjuju ih glave izrađene tehnologijom tankog filma (engl. thin film head, thin film inductive, TFI), koje se mogu proizvoditi sličnim tehnologijama kao i poluvodiči. One su u uporabi do polovice devedesetih, kad ih zamjenjuju magnetootporne glave (engl. magneto resistive head, MR). Osjetilni dio glave je materijal (npr. legura nikla i željeza) koji mijenja otpor ovisno o magnetskom polju. Poboljšana inačica pod nazivom GMR (engl. giant magneto resistive head) najnovija je vrsta magnetskih glava koje se ugrađuju u suvremene tvrde diskove. Takve glave mogu uz odgovarajući magnetski materijal na disku podatke spremati površinskom gustoćom od približno milijardu bita po milimetru kvadratnom!
Tvrdi disk okreće se stalnom brzinom, a glava lebdi iznad površine diska. Brzina okretanja diska je od 5.400 do 15.000 okretaja u minuti (engl. rpm), ovisno o modelu diska. Velika brzina vrtnje diska omogućava brže čitanje podataka, ali više zagrijava pogonski mehanizam. Većina suvremenih diskova za osobna računala vrti se brzinom od 7.200 okreta u minuti.
Slika 6.10. Unutrašnjost tvrdog diska
6.1
VI-13
PRO-MIL
UREĐAJI ZA POHRANU PODATAKA I PROGRAMA Neravnine diska ili prljavština na njegovoj površini mogu oštetiti disk i glavu pa se zato površina diska izglađuje (polira) do visokog stupnja. Čestice prašine iz zraka već su dovoljno velike da prouzroče oštećenje. Oštećenje diska, zbog dodira glave s površinom diska, zove se sudar glave (engl. head crash). To je redovito nepopravljivo oštećenje. Tvrdi je disk smješten u tijesno (hermetično) kućište, zbog zahtjeva za visokom čistoćom. Na kućištu postoji mali otvor s filterom koji omogućuje cirkulaciju zraka između okoline i unutrašnjosti diska, ali sprečava ulaz nečistoća. Korisnik nema pristupa do tvrdog diska pa se zato taj disk naziva neizmjenljivim. Zamjena diska moguća je samo tako da se zamijeni pogonski mehanizam zajedno s diskom i kućištem za što je potrebna stručna osoba. Pogonski mehanizmi tvrdih diskova (engl. hard disc drive, HDD) izrađuju se u načelu kao uređaji za ugradnju u unutrašnjost računala. Postoje, međutim, izvedbe tvrdih diskova koji se mogu jednostavno izvana priključivati na računalo. Postoje dvije izvedbe. Jedna je izvedba s ladicom u koju je ugrađen tvrdi disk i koja se može jednostavno umetati i vaditi iz računala. Pritom se umeće i vadi tvrdi disk s kućištem i cjelokupnim pogonskim mehanizmom, a u računalu je ugrađeno ležište u koje se umeće ladica. Nezgodna strana takvog rješenja je da se disk može umetnuti samo u računalo koje ima ležište za upravo takvu ladicu. Druga je izvedba zasebno kućište u koje je ugrađen tvrdi disk i koje se posredstvom USB sabirnice i odgovarajućeg kabela spaja s računalom.
Slika 6.11. Tvrdi disk u zasebnom kućištu (lijevo) i u ladici (desno) Tehnologija izrade tvrdih diskova toliko je usavršena da je pouzdanost suvremenih diskova približno milijun MTBF, što je više od 100 godina neprekidnog rada. Jedinica MTBF (engl. mean time between failure) jest iznos sati koji u prosjeku protekne između dva kvara. Katkad se kao mjera pouzdanosti upotrebljava jedinica FPMH (engl. failure per million hours), tj. očekivani broj kvarova u milijun sati rada.
VI-14
Kvaliteta tvrdog diska ocjenjuje se na temelju više značajki. Važnije su sljedeće:
PRO-MIL
6.1
UREĐAJI ZA POHRANU PODATAKA I PROGRAMA Kapacitet diska najveća je količina podataka koja se može pohraniti na disk. Kapacitet suvremenih tvrdih diskova je od 40 GB do više od 250 GB. Vrijeme čekanja na sektor (engl. latency, rotational latency) prosječno je vrijeme potrebno da pred glavu koja se već nalazi na dobrom tragu dođe željeni sektor. Obično se izražava kao prosječno vrijeme čekanja, a to je zapravo vrijeme potrebno da se disk okrene za pola kruga. Moguće ga je izračunati ako se zna brzina okretanja diska. Kod suvremenih tvrdih diskova iznosi nekoliko ms. Vrijeme traženja (engl. seek time) jest vrijeme potrebno glavi da se postavi na traženi trag. Kako je to vrijeme zavisno o relativnom položaju glave prema traženom tragu, obično se navodi vrijeme potrebno da glava iz početnog položaja dođe na srednji trag diska. Kod suvremenih tvrdih diskova vrijeme traženja je manje od deset ms. Vrijeme pristupa (engl. access time) jest vrijeme potrebno pogonskom mehanizmu da pronađe bilo koji podatak na disku. To vrijeme ovisi o vremenu traženja, vremenu čekanja na sektor i o tome gdje se traženi podatak nalazi u odnosu prema glavi pa se najčešće navodi srednje vrijeme pristupa (engl. average seek time). Najviše vremena pri traženju podataka glava potroši da bi se postavila iznad traga na kome se nalaze podaci pa je zato vrlo važna brzina radijalnog pomaka glave. Postoje dva osnovna načela pogona glave. Stariji pogon glave je pogon pomoću koračnog motora (engl. stepping motor) kod kojeg glava zastane nakon svakog koraka motora zbog načela djelovanja koračnog motora. Noviji i brži pogon je kontinuirani pogon (engl. voice coil) kod kojeg glava bez zastoja odlazi do željenog traga. Kod suvremenih tvrdih diskova, prosječno vrijeme pristupa iznosi manje od deset ms. Za usporedbu CD i DVD optički diskovi imaju približno deset puta veće vrijeme pristupa. Brzina razmjene podataka (engl. external transfer rate, external data rate, data transfer rate, DTR) najveća je brzina kojom je moguće izmjenjivati podatke između tvrdog diska i računala. Mjeri se u MB u sekundi i kod suvremenih diskova je od 20 MB u sekundi (engl. MBps) do 60 MB u sekundi (engl. MBps). Priručna memorija (engl. disk cache) je memorija smještena u pogonski mehanizam diska koja može ubrzati razmjenu podataka (opisano u poglavlju o temeljnog građi računala). Od navedenih značajki najvažnijima se smatraju kapacitet, brzina okretanja diskova i vrijeme pristupa pa većina proizvođača navodi te podatke. 6.1
PRO-MIL
VI-15
UREĐAJI ZA POHRANU PODATAKA I PROGRAMA
Razvoj tvrdih diskova Tvrdi magnetski disk (engl. hard disk, fixed disk) prva je proizvela američka tvrtka IBM 1956. godine pod nazivom RAMAC 305. Taj disk sastojao se od 50 ploča promjera 24". Ukupni kapacitet bio je 4,4 MB. Ista tvrtka je 1963. godine proizvela tvrde diskove promjera 14" koji su ostali u uporabi, kao jedina vrsta tvrdih diskova, sve do polovice sedamdesetih. Taj je tvrdi disk bio namijenjen velikim računalima, a zbog cijene i dimenzija bio je neprihvatljiv za osobna računala. Prvi disk zatvoren u nepropusno kućište s glavom koja lebdi iznad diska, građe slične suvremenim tvrdim diskovima, proizvela je tvrtka IBM 1973. godine. Disk se sastojao od dva diska, svaki kapaciteta 30 MB, a imao je oznaku IBM 3340. Nekako u isto vrijeme s pojavom tog diska bio je popularan film Winchester 30-30 pa je disk interno u IBM-u nazvan po tom filmu. Krajem sedamdesetih godina naziv Winchester disk koristio se za sve tvrde diskove zatvorene u nepropusno kućište. 1980. godine američka tvrtka Shugart Associates proizvela je tvrdi disk promjera 5,25" i kapaciteta 5 MB te njime postigla veliki komercijalni uspjeh. Disk je imao oznaku ST506, a bio je namijenjen osobnim računalima. Nakon toga počinje nagli razvoj tvrdih diskova, a značajnu ulogu na tržištu dobivaju japanski proizvođači. Tako se, primjerice, prvi 3,5" tvrdi disk pojavljuje 1983. godine, 2,5" 1988. godine, prvi disk s magnetskim slojem nanesenim tehnologijom tankog filma 1991. godine itd. Stalni zahtjevi za povećanjem kapaciteta tvrdog diska doveli su do različitih tehnoloških unapređenja. Broj tragova povećan je sve do 60.000 tpi (tragova po palcu dužine), a linearna gustoća zapisa na 600.000 bpi (bita po palcu dužine), uz istodobno smanjenje promjera diska na manje od 2". Broj diskova, koji se smještaju u jedno kućište dosegao je osam, a moguće je više kućišta povezati u jedinstveni sustav (niz diskova, engl. RAID). Usporedo s time povećana je trajnost i pouzdanost tvrdih magnetskih diskova na više od milijun MTBF. Danas postoji svega desetak proizvođača tvrdih diskova među kojima su najpoznatiji: Seagate, Maxtor, Western Digital, Samsung, Hitachi, Fujitsu i Toshiba.
Formatiranje tvrdog diska
VI-16
Formati tvrdog diska donekle se razlikuju od formata disketa zbog znatno većeg kapaciteta tvrdog diska. Kao i disketa, i tvrdi disk je podijeljen na strane, tragove i sektore. Za razliku od diskete, tvrdi disk može imati više od dvije strane. U kućište pogonskog mehanizma tvrdog di-
PRO-MIL
6.1
UREĐAJI ZA POHRANU PODATAKA I PROGRAMA ska ugrađene su dvije ili više ploča, svaka s po dvije strane. Računalo to "vidi" kao jedan disk s više od dvije strane pa je tako npr. tvrdi disk sa 2 ploče za računalo jedan disk sa 4 strane. Osim toga noviji tvrdi diskovi nemaju jednako sektora po tragu. Vanjski tragovi su duži pa se na njih smješta više sektora nego na manje, unutarnje. Tvrdi se disk formatira u tri koraka sljedećim redoslijedom: fizičko formatiranje, podjela diska na dijelove (particije, engl. partitions) i logičko formatiranje. Za razliku od diskete, formatiranje tvrdog diska provodi se pomoću tri potpuno odvojena programa i u tri odvojena koraka. Prvi korak je fizičko formatiranje diska ili formatiranje na niskoj razini (engl. low level formating). To je postupak kojim se na (do tada netaknutu) površinu diska upisuju zaglavlja sektora i bajtovi F6hex kao i kod diskete. Pritom program za formatiranje određuje različite parametre diska. Disk fizički gotovo uvijek formatira proizvođač diska. Korisnici najčešće ne znaju ništa o fizičkom formatiranju. Program za fizičko formatiranje nije dio redovitih naredaba operacijskog sustava. Drugi je korak podjela diska na područja (engl. partitioning). Podijeliti disk na područja može i korisnik (npr. naredbom fdisk), ali je za to potrebno određeno predznanje. Svaki od dijelova diska predstavlja zasebnu cjelinu i korisniku izgleda kao zaseban disk. Moguće je cijeli disk ostaviti kao jednu cjelinu, ali to najčešće nije dobra odluka. Tablica u kojoj je zapisano koji dio diska pripada kojem dijelu te koliko dijelova disk ima pohranjena je na samom početku diska u prvom sektoru. Posljedica naknadne promjene veličine pojedinih dijelova diska može biti gubitak svih podataka pa je važno pri podjeli diska pažljivo isplanirati veličine pojedinih dijelova. Treći korak formatiranja tvrdog diska jest logičko formatiranje (npr. naredbom format). Logički se formatira samo aktivni dio diska (aktivna particija, engl. active partition) jer računalo ne vidi ostale dijelove diska. Na taj se način svaki dio diska može logički drukčije formatirati pa je npr. moguće na istom disku imati više operacijskih sustava. Postupak logičkog formatiranja upisuje u već ranije oblikovane sektore podatke svojstvene operacijskom sustavu koji formatira, kao npr. engl. boot sektor, FAT tablicu itd. Zbog velikog kapaciteta tvrdog diska i zbog toga mnogo sektora, postupak formatiranja traje mnogo dulje od formatiranja diskete. Cjelokupan postupak formatiranja tvrdog diska, uključivši sve tri faze, provodi se najčešće kod isporučitelja diska ili računala i korisnik dobiva formatiran disk spreman za rad. Razlog je složen postupak samog formatiranja. 6.1
PRO-MIL
VI-17
UREĐAJI ZA POHRANU PODATAKA I PROGRAMA Povezivanje tvrdog diska s računalom Disk se spaja s računalom posredstvom sučelja (engl. disk interface). Sučelje osigurava točnu i brzu razmjenu podataka između pogonskog mehanizma tvrdog diska i računala. Bilo bi uzaludno u računalo ugraditi disk velikoga kapaciteta i kratkog vremena pristupa ako bi sučelje sporo razmjenjivalo podatke s računalom. Brzina razmjene podataka tvrdog diska i računala uvelike određuje brzinu cijelog računala pa je važno ostvariti brzu i pouzdanu vezu. Iako je kod nekih ovdje spomenutih sučelja zapravo riječ o sabirnici (npr. USB ili ATA), u ovom ćemo ih odjeljku zvati jedinstvenim nazivom: sučelje. Kod većine suvremenih računala diskovi su s računalom povezani ATA ili SATA sučeljem. ATA ATA (engl. parallel advanced technology attachment, parallel ATA, PATA, P-ATA) je sučelje (norma) za paralelnu razmjenu podataka između tvrdog diska i računala. Postoji mnogo inačica ATA norme, a kod suvremenih računala uglavnom se rabe inačice ATA/100 i ATA/133. Osim tvrdih diskova novije inačice ATA sučelja omogućuju spajanje i ostalih uređaja, npr. CD-ROM i Iomega Zip pogonskih mehanizama. Sva upravljačka elektronika tvrdog diska kod ATA norme smještena je na pogonski mehanizam. Sučelje između diska i računala sastoji se od jednostavnog i jeftinog digitalnog sklopa i spojnog kabela koji prenose samo digitalne signale. Sklop ATA sučelja često se ugrađuje na matičnu ploču računala pa se ugradnja tvrdog diska svodi na priključenje diska spojnim kabelom s matičnom pločom. Na jedan te isti priključni kabel mogu se priključiti dva tvrda magnetska diska (ulančiti, engl. daisy chain), pri čemu je jedan nadređeni (engl. master), a drugi podređeni (engl. slave). Ukupna cijena, računajući disk i sučelje niža je nego kod bilo koje druge norme, a priključak na računalo je jednostavan. Sve je to razlog velike popularnosti i široke uporabe ATA norme. ATA/100 je popularna inačica ATA norme uvedena 2000. godine, poznata još pod nazivima ATA-6 i UltraDMA-5. Najveća brzina razmjene podataka je 100 MB u sekundi (engl. MBps), a moguće je priključiti najviše 4 diska (2 po kanalu). Diskovi se povezuju kablovima s 80 vodiča na čijim su krajevima konektori s 40 kontakata. ATA/133 poznata još pod nazivima ATA-7 i UltraDMA 133 poboljšana je inačica ATA norme brzine 133 MB u sekundi (engl. MBps).
VI-18
Treba istaći da su navedene brzine razmjene podataka teorijske najveće vrijednosti koje se u praktičnoj primjeni malokad ostvaruju zbog ograničenja tvrdih diskova. U novije doba paralelno ATA sučelje ustupa mjesto serijskom ATA sučelju (SATA).
PRO-MIL
6.1
UREĐAJI ZA POHRANU PODATAKA I PROGRAMA SATA SATA (engl. serial advanced technology attachment, serial ATA, SATA, S-ATA) je sučelje (norma) za serijsku razmjenu podataka između tvrdog diska i računala koju je predložila tvrtka Intel. Diskovi su građeni slično kao i ATA diskovi, samo im je sučelje prema računalu različito. Zbog sukladnosti mnogi suvremeni diskovi imaju oba priključka: SATA i ATA. Najveća brzina razmjene podataka je 150 MB u sekundi (engl. MBps) s očekivanim porastom brzine u budućim inačicama norme. Moguće je priključiti više diskova, svaki na zasebni upravljački sklop zasebnim kabelom. Jedna od prednosti spajanja zasebnim kabelom i upravljačkim sklopom jest mogućnost rada svakog diska s punom brzinom razmjene podataka s računalom (za razliku od ATA sučelja kod koga diskovi dijele isto sučelje). Diskovi se povezuju kablovima sa 7 vodiča čija dozvoljena maksimalna dužina iznosi 1 metar. Tanji i duži kabel znatno olakšava povezivanje diskova, posebice kad ih je u računalu više. Uz to, naponske razine bitno su manje nego kod ATA sučelja što poboljšava pouzdanost i smanjuje smetnje i utrošak energije. Diskove je moguće mijenjati i u radu (engl. hot swapping), a SATA podržava "uključi i radi" (engl. plug and play, PnP) tehnologiju.
Slika 6.12. Izgled ATA (sivi) i SATA (crveni) spojnih kabela
Prvi SATA diskovi počeli su se isporučivati polovicom 2002. godine i ubrzo su postali vrlo popularni. Za očekivati je da će uskoro SATA sučelje u potpunosti zamijeniti ATA sučelje. Priključak SATA diska na matičnu ploču moguć je ako na matičnoj ploči postoji ugrađen odgovarajući upravljački sklop. Ako ga nema, treba u računalo ugraditi SATA karticu. Postoje i uređaji koji omogućuju da se svaki postojeći ATA uređaj (npr. tvrdi disk ili CD-ROM) poveže sa SATA sučeljem. 6.1
PRO-MIL
VI-19
UREĐAJI ZA POHRANU PODATAKA I PROGRAMA IDE i EIDE sučelje Začetkom IDE sučelja (norme) može se smatrati inicijativa tvrtke Compaq potkraj 1984. godine. Po njenom zahtjevu tvrtka Western Digital razvila je prvo IDE sučelje, a tvrtka Imprimis (kasnije Seagate) 1985. godine proizvela prvi komercijalni IDE disk pod imenom Wren. Početkom 1989. godine prvi je puta predložena službena IDE norma pod nazivom ATA (engl. AT attachment). Temeljila se na sučelju IBM AT (engl. advanced technology) računala pa je njen puni naziv engl. advanced technology attachment. Norma je donesena 1991. godine i ima oznaku ANSI X3T9.2 ATA. ATA norma šire se započela primjenjivati početkom devedesetih godina i uskoro je postala najrasprostranjenija norma za sučelja za tvrde diskove. Razvijeno je mnogo inačica norme.
Slika 6.13. Usporedba brzina razmjene podataka različitim sučeljima
Često se, pogrešno, IDE norma i ATA norma smatraju jednom te istom. ATA je norma za sučelja koja služe za priključak naprava za pohranu podataka (ponajprije tvrdog diska) na računalo. IDE jest naziv za svaki tvrdi disk koji ima u sebi ugrađen nadzorno-upravljački sklop s mogućnošću obrade podataka (engl. intelligent drive controller), pri čemu disk ne mora nužno biti sukladan ATA normi. Primjerice, tvrdi diskovi koji se povezuju s računalom SCSI ili USB sučeljem takođe su IDE diskovi. Zbog velike popularnosti i rasprostranjenosti sukladnih ATA sučelja i IDE diskova uvriježilo se mišljenje da je to jedno te isto. Slično je i s normom EIDE ili E-IDE (engl. enhanced intelligent drive electronics) koja je poboljšana inačica IDE norme. Ovu inačicu predložila je tvrtka Digital 1993. godine, a objavila 1994. godine, želeći zadržati dobra svojstva IDE sučelja i otkloniti njegove nedostatke. Dio EIDE norme je ATAPI norma pa se ponekad nazivi upotrebljavaju kao istoznačnice iako to nije ispravno. Zbog sličnosti ponekad se EIDE norma neispravno naziva Fast IDE ili ATA-2 (poboljšana inačica ATA norme). EIDE diskovi pojavili su se na tržištu prije nego je objavljena odgovarajuća ATA norma što je izazvalo dodanu zbrku s nazivljem.
VI-20
Ukratko, treba izbjegavati naziv IDE ili EIDE kao naziv konkretnog sučelja za povezivanje računala i tvrdog diska.
PRO-MIL
6.1
UREĐAJI ZA POHRANU PODATAKA I PROGRAMA SCSI sučelje rabi se za povezivanje tvrdih diskova kod računala većih mogućnosti i zahtjeva, primjerice poslužiteljskih računala (engl. server). Prednosti su brzina razmjene podataka i mogućnost povezivanja više diskova na jedno SCSI sučelje. SCSI sučelje opisano je u poglavlju o temeljnog građi računala. USB sučeljem obično se povezuju tvrdi diskovi ugrađeni u posebno kućište koji se priključuju na računalo izvana. Riječ je zapravo o diskovima s ATA sučeljem kojima je pridodan sklop za prilagodbu ATA i USB sučelja. Brzinom zaostaju za SATA sučeljem pa se diskovi ugrađeni u računalo ne povezuju USB sučeljem. USB sučelje opisano je u poglavlju o temeljnog građi računala. IEEE 1394 sučelje, poznato još i pod nazivom FireWire, ima u načelu velike mogućnosti i dobra svojstva, ali se zbog mnogo više cijene od SATA sučelja rabi malokad. IEEE 1394 sučelje opisano je u poglavlju o temeljnog građi računala. RAID Neprekidno povećanje brzine rada računala dovelo je do nerazmjera između brzine rada središnje jedinice za obradu (engl. CPU) i tvrdog magnetskog diska. Tvrdi disk, čiji rad zahtijeva gibanje mehaničkih dijelova, nije u stanju brzinom slijediti rad ostalih, u potpunosti poluvodičkih, dijelova računala. Drugi veliki nedostatak je relativno niska pouzdanost tvrdog diska u odnosu prema ostalim dijelovima računala pa se smatra da je tvrdi disk najnepouzdaniji dio računala. Navedeni nedostaci tvrdog diska osobito su izraženi kod lokalnih mreža, kod kojih je tvrdi disk ključna komponenta glede potrebnog kapaciteta, brzine rada i pouzdanosti. Potencijalna opasnost gubitka podataka pri kvaru tvrdog diska nagnala je korisnike mreža da potraže bolje i sigurnije rješenje. Jedno od rješenja navedenih problema jest niz tvrdih diskova (engl. disk array), prvi put opisan 1987. godine u radu "A case for redundant arrays of inexpensive disks (RAID)", čiji su autori Patterson, Gibson i Katz iz SAD-a. Niz tvrdih diskova (engl. RAID, engl. redundant arrays of inexpensive disks) je sustav koji povezuje i objedinjuje više tvrdih diskova čineći tako cjelinu koja se prema računalu ponaša jednako kao i jedan jedini disk velikoga kapaciteta i velike brzine rada. U odnosu prema odgovarajućem jednom tvrdom disku jednakog kapaciteta, niz tvrdih diskova ima veću brzinu, veću otpornost na pogreške i nižu cijenu. Osnovne prednosti niza tvrdih diskova jesu raspoloživost podataka (engl. data availability) i tolerancija na pogreške (engl. fault tolerance). Raspoloživost podataka postiže se povećanjem brzine rada niza tvrdih diskova u odnosu prema svakom pojedinačno ugrađenom disku. Povećanje brzine rada postignuto je istodobnim upisivanjem i čitanjem podataka s više diskova. 6.1
PRO-MIL
VI-21
UREĐAJI ZA POHRANU PODATAKA I PROGRAMA Tolerancija na pogreške postiže se zalihošću (redundancijom) podataka, tj. višestrukim upisom istih podataka. Premda je pouzdanost niza tvrdih diskova manja od svakog pojedinog diska, ukupna tolerancija na pogreške je veća jer je u slučaju kvara nekog diska moguće obnoviti podatke na temelju podataka pohranjenih na ostalim diskovima. Niz diskova mora biti građen tako da na vrijeme upozori korisnika o nastalom kvaru na jednom od diskova, kako bi ga korisnik zamijenio. Kod nekih je nizova tvrdih diskova neispravni disk moguće zamijeniti tijekom rada (engl. hot swapping) te računalo ili mreža mogu raditi bez prekida unatoč nastalom kvaru. Osnovno načelo rada niza tvrdih diskova jest raspodjela podataka na diskove (engl. striping), a sastoji se od istodobnog i usporednog upisa podataka na više diskova. Glede načina raspodjele podataka i mogućnosti naknadne obnove podataka, nizovi tvrdih diskova svrstani su u skupine nazvane RAID 0 do RAID 5.
Slika 6.14. Načelni prikaz rada RAID 0 sustava RAID 0 (engl. data striping wihout parity, DSA) raspodjeljuje podatke na diskove bez zalihosti. Takav sustav nema mogućnost obnove podataka u slučaju kvara, a i pouzdanost mu je niža od pouzdanosti svakog pojedinog diska. Jedina prednost ove konstrukcije jest povećana brzina rada i povećani kapacitet.
VI-22
RAID 1 stvara zrcalnu sliku podataka na dva diska (engl. mirroring, mirrored disk array, MDA) čime je osigurana obnova podataka u
PRO-MIL
6.1
UREĐAJI ZA POHRANU PODATAKA I PROGRAMA slučaju kvara jednoga diska. Nedostatak je gubitak kapaciteta jer RAID 1 sustav s gledišta korisnika ima kapacitet jednak polovici ukupnog kapaciteta oba diska. Kombiniranjem RAID 0 i RAID 1 sustava može se dobiti niz diskova koji ima dobra svojstva i jednoga i drugoga i ima oznaku RAID 0/1. Najveći nedostatak jest slabo iskorištenje kapaciteta diskova jer se koristi samo 50 % raspoloživog kapaciteta (pola za podatke i pola za zrcalnu sliku podataka). RAID 2 raspodjeljuje podatke na diskove za podatke i diskove za ispravku pogrešaka (engl. hamming code for error correction). Podaci se pohranjuju zajedno s Hamming kôdom, koji omogućava obnovu podataka ako je došlo do pogreške unutar jednoga bajta u jednom bitu i otkrivanje pogreške ako je došlo do pogreške u dva bita unutar jednog bajta. Složen postupak kodiranja i potreba za raspodjelom podataka za ispravku pogreške na više diskova čini ovakav sustav djelotvornim tek ako je ugrađeno više od 10 diskova pa je primjenjiv samo za veće sustave. Primjerice, sa 10 ugrađenih diskova iskoristiv kapacitet je 71 %, dok kod malo diskova postotak naglo pada ispod prihvatljive razine.
Slika 6.15. Načelni prikaz rada RAID 3 sustava RAID 3 (engl. parallel disk array, PDA) koristi samo jedan disk za ispravku pogrešaka, tzv. disk pariteta (engl. parity disk). Zbog načina rada ova vrsta niza diskova pogodna je za pohranu i dobavu veće količine podataka odjednom. Prednost pred prethodnim konstrukcijama jest bolja iskoristivost kapaciteta, koja npr. kod niza sa 5 ugrađenih diskova iznosi 80 %. 6.1
PRO-MIL
VI-23
UREĐAJI ZA POHRANU PODATAKA I PROGRAMA RAID 4 (engl. independent disk array, IDA) građom je sličan RAID-u 3, ali je bolje prilagođen razmjeni male količine podataka, što je pogodno za primjenu kod nekih mrežnih sustava (npr. Novell). RAID 5 raspodjeljuje i podatke za ispravku pogrešaka na sve diskove sustava, čime se postiže veća brzina razmjene podataka između niza tvrdih diskova i računala. Tako su objedinjena dobra svojstva svih do sada opisanih konstrukcija.Ova skupina niza diskova najbolje je prilagođena postojećim mrežnim sustavima pa je i najčešće u uporabi.
Slika 6.16. Načelni prikaz rada RAID 5 sustava
Najviše se primjenjuju RAID 0, RAID 3 i RAID 5 sustavi. Do kraja prošlog stoljeća RAID sustavi su se zbog relativno visoke cijene rabili samo za poslužiteljska računala i spajali posredstvom SCSI sučelja. Porastom računalne snage osobnih računala, povećanjem kapaciteta i smanjenjem cijene RAID sustavi sve se više primjenjuju kod osobnih računala.
VI-24
PRO-MIL
6.1
UREĐAJI ZA POHRANU PODATAKA I PROGRAMA 6.2. Magnetska vrpca Poput magnetskih diskova i magnetske vrpce za svoje djelovanje koriste fizikalna svojstva magnetskog polja. Sve vrste magnetskih vrpci u načelu rade na isti način. Uska i dugačka vrpca putuje ispred glava za upisivanje, čitanje i brisanje. Magnetskim poljem glave upisuju, brišu ili čitaju podatke s magnetske vrpce. Magnetska vrpca izrađena je od uske polimerne savitljive vrpce na koju je nanijet magnetski sloj. Magnetski sloj izrađuje se od raznih magnetskih materijala od kojih su najčešći željezni oksidi i oksidi kroma. Na magnetski sloj nanijet je zaštitni završni sloj koji smanjuje trenje vrpce s glavom i čuva magnetski sloj od mehaničkih oštećenja. Glava za upisivanje ili snimanje je zavojnica namotana na magnetsku jezgru. Jezgra je oblika prstena i ima mali zračni raspor na onom svom dijelu ispred kojeg klizi magnetska vrpca. Protjecanjem električne struje kroz zavojnicu stvara se magnetsko polje koje se na mjestu pukotine jezgre zatvara kroz okolni prostor i magnetsku vrpcu. Magnetsko polje magnetizira čestice u magnetskoj vrpci i tako upisuje podatke na vrpcu. Magnetiziranje čestica ovisi o smjeru i jakosti struje koja protječe kroz zavojnicu. Logičke su nule i jedinice upisane kao različite orijentacije magnetskih čestica. Glava za brisanje vrlo je slične građe, samo što kroz nju teče izmjenična električna struja koja demagnetizira magnetsku vrpcu. Dipoli demagnetiziranih čestica nisu jednako orijentirani pa se njihov međusobni utjecaj poništava i na površini vrpce nema magnetskog polja. Demagnetizirana magnetska vrpca nema zapisa pa se kaže da je obrisana. Glava za čitanje ili reprodukciju jednake je građe kao i glava za upis, ali kroz njezinu zavojnicu pogonski elektronički sklopovi ne šalju električnu struju. Pomicanjem magnetske vrpce ispred glave za čitanje stvara se električna struja u njezinoj zavojnici zbog promjene magnetskog polja različitih dijelova vrpce. Jačina te struje zavisi o jakosti magnetskog polja vrpce i o brzini kojom se to polje mijenja, tj. brzini kojom vrpca putuje u odnosu prema glavi. Pojava stvaranja električne struje promjenjivim magnetskim poljem naziva se elektromagnetska indukcija. Tijekom upisivanja podataka vrpca putuje ispred magnetske glave i podaci se upisuju jedan iza drugoga. Novi se podaci mogu dodati samo na kraju već postojećih podataka. Zapis, kod kojega se podaci nižu jedan iza drugoga i kod kojeg je za pristup do zadnjeg podatka potrebno pročitati (ili barem proći) sve prethodne podatke, naziva se sekvencijalni zapis. Ako se magnetska glava za čitanje nalazi na početku vrpce, a treba pročitati podatak s kraja vrpce, potrebno je premotati vrpcu do željenog mjesta. Prematanje vrpce s početka na kraj traje približno 6.2
PRO-MIL
VI-25
UREĐAJI ZA POHRANU PODATAKA I PROGRAMA jednu minutu, što je u svijetu računala vrlo dugo vrijeme. Sekvencijalni zapis je karakteristično i neodvojivo svojstvo magnetskih vrpci. Gustoća podataka magnetskih vrpci mjeri se brojem bitova koje je moguće upisati na jedinicu duljine (engl. bit per inch, bpi). Velika pozornost pridaje se postupcima ispravljanja pogrešaka koje nastaju pri upisivanju i čitanju magnetskih vrpci. Pri upisivanju upotrebljava se tzv. postupak neposredne provjere upisanih podataka. Magnetske glave građene su tako da je neposredno po upisu podataka moguće te iste podatke pročitati (engl. read after write). Ako ti podaci nisu jednaki onima koji je trebalo upisati, ponovo se upisuju sve dok se ne utvrdi da je upis izvršen ispravno. Pri čitanju pročitani se podaci provjeravaju na temelju upisanih blokova za ispravke pogrešaka (engl. error correction code, ECC). ECC blokovi omogućavaju, u velikoj mjeri, ispravljanje pogrešaka nastalih zbog oštećenja vrpce, lošeg upisivanja ili lošeg čitanja. Magnetske vrpce su osjetljive na elektromagnetsko polje. Pri rukovanju magnetskim vrpcama treba to imati na umu i paziti da magnetske vrpce ne dođu u blizinu elektromagnetska polja. Najčešća primjena magnetskih vrpci je pričuvna pohrana podataka (engl. backup). Važni podaci se jednom dnevno, tjedno ili godišnje upisuju na magnetsku vrpcu koja se zatim odlaže na sigurno mjesto. Ako dođe do kvara na računalu i oštećenja podataka na ostalim medijima pohrane, npr. neizmjenjivom disku, podaci se ponovo čitaju s vrpci. Postupak sigurnosne pohrane obvezan je postupak kod svih profesionalnih sustava za obradu podataka. Glavna je prednost magnetskih vrpci u odnosu prema drugim medijima za pohranu veliki kapacitet, niska cijena i dobro razvijena tehnologija proizvodnje. Osnovni nedostatak magnetskih vrpci je sekvencijalnost zapisa. Kod osobnih računala magnetske vrpce se rabe malokad, već se za pričuvnu pohranu podataka rabe optički diskovi. S gledišta položaja traga na magnetskoj vrpci, vrpce se mogu svrstati u dvije skupine: vrpce s uzdužnim ili longitudinalnim zapisom i vrpce s dijagonalnim ili helikoidalnim zapisom. Magnetska vrpca s uzdužnim zapisom
VI-26
Magnetske vrpce s uzdužnim zapisom su vrpce kod kojih je zapis podataka usporedan s rubovima vrpce. To je dobro poznat postupak, a koristi se i kod audio snimanja. Magnetska vrpca se kod tih sustava pomiče ispred glave koja miruje. Magnetizirani trag, koji nastaje na taj način, usporedan je s rubovima magnetske vrpce. Često se koriste sustavi s više paralelnih tragova (npr. 9), čime se dodatno povećava kapacitet.
PRO-MIL
6.2
UREĐAJI ZA POHRANU PODATAKA I PROGRAMA Kod takvih sustava za svaki trag postoji posebna magnetska glava, tako da se svi tragovi upisuju i čitaju istodobno. U prvo vrijeme vrpce su bile namotane na otvorene kolutove te su se tijekom upisivanja i čitanja prematale s jednoga koluta na drugi. Takve su vrpce bile nespretne za rukovanje i pohranu. Poboljšanjem magnetskih svojstava vrpci omogućeno je smanjenje dimenzija vrpci te njihovo pakiranje u kutije ili kasete. Pogonski mehanizam za magnetske vrpce u kasetama, bez obzira na vrstu, normu ili tip, naziva se engl. streamer. Postoji više normi koje propisuju građu, format zapisa i ostale parametre bitne za uzdužne vrpce. Prve kasete (engl. cartridge) za računala pojavile su se 1972. godine (tvtka 3M). Vrpce su bile širine 0,25" (četvrt palca, engl. quarter-inch cartridge, QIC) i kapaciteta 30 MB. Kasete su vrlo pogodne za rukovanje i ostale su u širokoj uporabi sve do danas za pričuvnu pohranu velike količine podataka. U široj su uporabi dvije vrste QIC kaseta: DC600 i DC2000 minicartridge. Odbor za normiranje QIC vrpci utemeljen je 1982. godine i otada neprekidno donosi nove norme vezane za QIC vrpce. Jedan od nedostataka QIC vrpci je mnogo normi prema kojima se proizvode (više od 120 normi) od kojih mnoge nisu međusobno sukladne.
Slika 6.17. Magnetska vrpca
Magnetska vrpca s dijagonalnim zapisom Kod magnetske vrpce s dijagonalnim zapisom trag sa zapisom podataka nije usporedan s rubovima vrpce, već je upisan pod malim kutom. Taj kut iznosi nekoliko stupnjeva (tipično 50 do 60). Odatle i naziv dijagonalni zapis jer je trag dijagonalno zapisan na vrpci. Ova vrsta zapisa naziva se još i helikoidalni zapis (engl. helical scan technology) jer je trag zapravo odsječak spirale sličan onoj koju opisuje sunce na putu kroz svemir. Najjednostavnije je taj trag zamisliti kao odsječak spiralne opruge. Sklop za upisivanje i čitanje sastoji se od okretnog bubnja u koji su po obodu ugrađene magnetske glave (od dvije do četiri). Vrpca je djelomično omotana oko okretnog bubnja za 900 ili 1800 i pomiče se sporo u 6.2
PRO-MIL
VI-27
UREĐAJI ZA POHRANU PODATAKA I PROGRAMA odnosu na bubanj. Vrpca je nagnuta prema osi okretanja bubnja za kut od približno 50 stupnjeva. Glave ispisuju helikoidalne tragove na vrpci, gusto jedan uz drugi. Glava za upisivanje i čitanje pomiče se mnogo većom relativnom brzinom (u odnosu prema površini vrpce) nego kod vrpci s uzdužnim zapisom. Poželjno je da relativna brzina vrpce bude što veća jer se tako može upisati više podataka. Vrpce s dijagonalnim zapisom odlikuju se velikim kapacitetom i niskom cijenom. Točnost vođenja vrpce u odnosu prema magnetskoj glavi ostvaruje se mehanizmom za vođenje vrpce smještenim u pogonski mehanizam, što je i glavna razlika prema vrpcama s uzdužnim zapisom kod kojih se točnost vođenja postiže složenom i skupom građom kasete.
Slika 6.18. DAT kaseta
DAT (engl. digital audio tape) naziv je za tehnologiju pohrane podataka na magnetske vrpce s dijagonalnim zapisom. DAT tehnologija pojavila se neposredno nakon pojave digitalnih audiovrpci, 1986. godine. Male dimenzije i veliki kapacitet (do 40 GB) glavne su prednosti DAT tehnologije. Širina vrpce je 4 mm, a vrpca je smještena u malu kutiju dimenzija 5 cm x 7,5 cm.
VI-28
Os okretanja bubnja s magnetskim glavama kod DAT pogonskih mehanizama nagnuta je za kut od 840 prema vrpci. Magnetske glave nagnute su prema osi okretanja bubnja (engl. alternate azimuth recording). Jedna glava je nagnuta za +200, a druga glava -200. To omogućava djelomično preklapanje tragova i time veću gustoću zapisa. Zbog različite orijentacije magnetiziranih čestica tragovi ne ometaju jedan drugoga pri čitanju, iako su snimljeni djelomično jedan preko drugoga. Bubanj na kome su smještene glave okreće se brzinom od 2.000 okretaja u minuti, a vrpca se pomiče brzinom od 8,15 mm u sekundi. Osim osnovnih tragova, DAT vrpca ima i dva pomoćna zapisa po tragu. Ti se pomoćni zapisi mogu čitati mnogo većom brzinom od tragova pa je time omogućeno brzo pretraživanje DAT vrpce. Bilo koji podatak na 1 GB DAT vrpci može se pronaći za manje od 20 sekundi, što je brže nego kod vrpci s uzdužnim zapisom.
PRO-MIL
6.2
UREĐAJI ZA POHRANU PODATAKA I PROGRAMA Sustav za otkrivanje i ispravljanje pogrešaka kod DAT tehnologije vrlo je velikih mogućnosti. Ulazni se podaci upisuju na dva susjedna traga koji se nazivaju okvir. Određeni broj okvira svrstava se u skupinu. Svakoj se skupini pridjeljuje niz bajtova koji služe otkrivanju i ispravljanju pogrešaka. Između niza ostalih postupaka primjenjuje se i postupak neposrednog čitanja podataka nakon upisa (engl. read after write). Utvrdi li se da su upisani podaci loši, ponavlja se upis tih podataka i to se ponavlja do 12 puta. Nakon 12 neuspjelih pokušaja, vrpca se proglašava neispravnom. Kod DAT tehnologije dvije su norme podjednako zastupljene: DATA/ DAT koju je razvila tvrtka Hitachi i DDS (engl. digital data storage) koju su razvile tvrtke Hewlett Packard i Sony. Norme DATA/DAT i DDS nisu međusobno sukladne.
Razvoj magnetskih vrpci Od svih medija za pohranu velike količine podataka kod elektroničkih računala, magnetske vrpce su najduže u uporabi. Prve magnetske vrpce za snimanje zvuka pojavile su se 1934. godine, a proizvela ih je njemačka tvornica BASF. Uređaje za snimanje i reprodukciju zvuka s tim vrpcama proizvela je iste godine njemačka tvornica AEG. Prve magnetske vrpce za elektronička računala proizvela je američka tvrtka IBM 1945. godine. Bile su to vrpce širine 0,5" , namijenjene primjeni kod velikih računala. Vrpce su bile namotane na kolutima promjera 7 i 10,5" i ugrađivane u složeni pogonski mehanizam. Ta vrsta vrpci ima obično 9 uzdužnih usporednih tragova, a gustoća podataka je 800, 1.600, 3.200 ili 6.250 bitova po palcu (engl. bit per inch, bpi). Tipičan kapacitet jedne vrpce gustoće 6.250 bpi namotane na kolut od 10,5" jest 180 MB. Prve vrpce u kasetama ili kutijama (engl. cartridge) proizvela je 1972. godine američka tvrtka 3M. To su bile magnetske vrpce širine 0,25". Povećanje kapaciteta vrpci u kasetama postignuto je boljim magnetskim materijalima i s više usporednih tragova. Prvu dijagonalnu ili helikoidalnu magnetsku vrpcu i odgovarajući pogonski mehanizam proizvela je američka tvrtka AMPEX godine 1956. Sustav je bio namijenjen snimanju i reprodukciji TV slike. Ista tvrtka proizvela je 1972. godine sličan sustav za primjenu kod računala pod nazivom Terabit Data Recorder. Tvrtka IBM je otkupila licencno pravo za proizvodnju tog sustava i proizvodi ga od 1974. godine. Osim popularnih QIC i DAT vrpci postoje i druge, manje rasprostranjene, vrste vrpci npr. Mammoth, Advanced Intelligent Tape (AIT), Digital Linear Tape (DLT), Super DLT, Advanced Digital Recording (ADR), Linear Tape Open (LTO), VXA itd. Kod osobnih računala magnetske vrpce se rabe malokad.
6.2
PRO-MIL
VI-29
UREĐAJI ZA POHRANU PODATAKA I PROGRAMA 6.3. Magnetska kartica Magnetske kartice (engl. magnetic card) služe za pohranu male količine podataka. Trebaju imati posebna svojstva: nisku cijenu, male dimenzije, pouzdanost i jednostavnu uporabu. Tipični primjer magnetskih kartica su, primjerice, zdravstvene iskaznice i kreditne kartice. Na njih je nanesen magnetski sloj s kapacitetom pohrane podataka od nekoliko KB. Taj se magnetski sloj dobro vidi na poleđini kartice kao tamna vrpca po cijeloj dužini kartice. Na taj se sloj podaci upisuju i s njega čitaju slično kao s magnetske vrpce. Korisnik kartice ne upisuje niti čita podatke, već su podaci namijenjeni onom tko pruža uslugu korisniku: trgovini, knjižnici, zdravstvenoj ustanovi itd.
Slika 6.19. Magnetska kartica (tamna vrpca je magnetski sloj) Postoje dvije glavne vrste čitača magnetskih kartica. Kod jednostavnijih čitača potrebno je ručno provući magnetsku karticu kroz prorez čitača. Takvi su čitači pogodni na mjestima gdje postoji uvježbana osoba koja će provući karticu pa su, primjerice, uobičajeni na blagajnama trgovina. Druga, skuplja, vrsta čitača ima pogonski mehanizam koji provlači karticu ispred glave za čitanje. Korisnik samo umetne karticu u prorez, a mehanizam provuče karticu i vrati je korisniku. Takvi su čitači uobičajeni, primjerice, u automatskim uređajima za isplatu novca (bankomatima).
Slika 6.20. Čitač magnetskih kartica s ručnim provlačenjem
VI-30
PRO-MIL
6.3
UREĐAJI ZA POHRANU PODATAKA I PROGRAMA 6.4. Optički disk Načelo djelovanja optičkog diska temelji se na fizikalnim svojstvima svjetlosti. Kao izvor svjetlosti pri upisivanju i čitanju podataka kod optičkog diska koristi se laser. Laser se rabi zbog toga što proizvodi monokromatsku svjetlost koja se može fokusirati na manju površinu od svjetlosti koja se sastoji od više valnih dužina. Osim što je monokromatska, svjetlost koju emitira laser međusobno je u fazi, pa je riječ o tzv. koherentnoj svjetlosti. Svojstvo je koherentne svjetlosti da se može usmjeriti u usku zraku koja može bez raspršenja prevaljivati velike udaljenosti.
Slika 6.21. Bijela, monokromatska i koherentna svjetlost
Podaci se upisuju brizganjem polikarbonata u kalupe ili izobličenjem podloge laserskom zrakom. Za čitanje se koristi svojstvo odbijanja ili refleksije laserske zrake od površine optičkog diska. Različiti faktori odbijanja svjetlosti tumače se kao različite informacije logičkih nula i jedinica. Ravna površina na kojoj nisu upisivani podaci odbija upadnu lasersku zraku u paralelnom snopu. Površina na kojoj su neravnine nastale upisom podataka raspršuje upadnu lasersku zraku. Mjerenjem količine odbijene svjetlosti moguće je razlučiti od kakve se površine zraka odbila, te tako čitati logičke nule i jedinice. Izvor svjetlosti je laserska dioda. To je poluvodička komponenta dimenzija približno 0,2 x 0,2 x 0,2 mm. Laserska dioda pri protjecanju električne struje proizvodi koherentnu svjetlost valne duljine od 635 nm do 830 nm (ovisno o vrsti optičkog diska) i tipične energije između 1 mW i 40 mW. Sustavom leća i polarizatora svjetlost lasera se polarizira i fokusira na željeno mjesto na površinu optičkoga diska. Laserska zraka može se fokusirati na krug promjera približno jednakog valnoj duljini, što iznosi manje od 1 µm. 6.4
PRO-MIL
VI-31
UREĐAJI ZA POHRANU PODATAKA I PROGRAMA Pri čitanju podataka upisanih na površinu optičkoga diska površina diska osvjetljava se laserskom zrakom male snage fokusiranom na površinu diska. Laserska zraka odbija se od površine diska i istim sustavom leća usmjerava na osjetilo svjetlosti (fotoćeliju) Osjetilo čita podatke na temelju primljene energije odbijene zrake. Energija odbijene zrake ovisi o svojstvima površine od koje se odbija. Disk se okreće, te se na mjestu fokusa zrake izmjenjuju mjesta različite sposobnosti odbijanja zrake. Ta mjesta predstavljaju podatke. Upisivanje podataka moguće je na više načina. Načini upisivanja objašnjeni su kod opisa različitih vrsta optičkih diskova. Sklop u koji su ugrađeni laserska dioda, sustav leća i polarizator te osjetilo naziva se optička glava (engl. optical head assembly). Nosač optičke glave koji je pomiče naziva se aktuator.
Slika 6.22. Izbočenja i zaravnjenja na površini optičkog diska
Vrijeme pristupa optičkog diska Vrijeme pristupa (engl. access time) optičkog diska mnogo je duže (od 200 do 300 ms) od vremena pristupa neizmjenjivog magnetskog diska (od 5 do 30 ms). Dva su osnovna razloga tome.
VI-32
Prvi je razlog potreba za promjenom brzine vrtnje diska pri prijelazu glave s jednoga dijela diska na drugi zbog zahtjeva za stalnom pravocr-
PRO-MIL
6.4
UREĐAJI ZA POHRANU PODATAKA I PROGRAMA tnom brzinom (vidi odjeljak o CLV-u u nastavku). Ako, primjerice, glava diska prijeđe s krajnjeg vanjskog traga na krajnji unutarnji, brzina vrtnje diska treba se povećati tri puta, za što je zbog mase diska i pogonskog mehanizma potrebno određeno vrijeme. Kod magnetskog diska, koji ima stalnu kutnu brzinu, tog problema nema. Drugi je razlog znatno veća masa optičke glave od magnetske, čime je i maksimalno ubrzanje optičke glave manje od ubrzanja magnetske glave. Treba upozoriti da različiti proizvođači navode nesukladne podatke o vremenu pristupa pa treba pažljivo proučiti o čemu je riječ. Primjerice, pod vremenom pristupa navodi se vrijeme potrebno da glava prijeđe s krajnjeg unutarnjeg na krajnji vanjski trag (engl. full-stroke), polovica ili trećina tog vremena (engl. half stroke, one third stroke), vrijeme potrebno glavi za prijelaz s jednog traga na susjedni (engl. track to track) i sl. Pogonski mehanizam optičkoga diska čita podatke brzinom od približno 150 KB u sekundi (engl. KBps) uz optičku glavu postavljenu na željeno mjesto i uz uspostavljenu brzinu vrtnje diska. Osim ove osnovne brzine čitanja, neki proizvođači koriste veću brzinu vrtnje diska i postižu višestruko veće brzine čitanja (vidi odjeljak o brzini optičkih diskova).
Slika 6.23. Optička glava (u sredini s vidljivom lećom) Mehanizam za pogon optičkoga diska ima ugrađene elektroničke sklopove koji se brinu za okretanje diska, pomicanje glave, upisivanje i čitanje, fokusiranje laserske zrake, ispravljanje mogućih pogrešaka pri čitanju te za ostale radnje nužne za ispravan rad optičkog diska. Za ispravan rad optičkog diska presudna su dva sklopa. Prvi je od njih servomehanizam koji brine o točnom vođenju glave po tragu i fokusiranju laserske zrake. Dopušteno odstupanje glave od zadanog položaja iznosi nekoliko mikrometara aksijalno i nekoliko dijelova mikrometra radijalno. Ta se točnost mora održavati po cijeloj površini diska pa je servomehanizam vrlo složen i važan. Drugi važan sklop jest sklop za ispravljanje pogrešaka. Kod optičkih diskova jedan bit podataka zauzima površinu približno 6.4
PRO-MIL
VI-33
UREĐAJI ZA POHRANU PODATAKA I PROGRAMA samo jednoga plošnog mikrometra, pa i najmanja nečistoća ili nedostatak unosi pogrešku. Razvijeni su posebni postupci i sklopovi za obnavljanje i popravljanje izvornih podataka i uklanjanje nastalih pogrešaka. Od svih opisanih sustava za pohranu velike količine podataka optički disk ima najveću gustoću pohrane podataka. Gustoća pohrane podataka je broj koji govori o tome koliko se bitova može pohraniti po jedinici površine. Zbog mogućnosti dobivanja vrlo uskog svjetlosnog snopa, mogu se postići gustoće podataka od 100 Mbita po kvadratnom centimetru. Za jednake dimenzije, u usporedbi s drugim medijima za pohranu, optički disk može pohraniti najviše podataka.
Slika 6.24. Načelna građa pogonskog mehanizma optičkog diska
VI-34
Glava za upisivanje i čitanje kod optičkog diska nije u dodiru s diskom, nego je udaljena od površine diska približno 1 mm pa ne troši i ne oštećuje disk. Zbog relativno velike udaljenosti glave izbjegnuta je i pojava pada glave na disk (engl. head crash) koja je kod magnetskog diska uzrok nepopravljivih oštećenja. Nečistoće, npr. čestice prašine, dima i slično, mnogo su manje opasne nego kod magnetskog diska jer je površina optičkog diska zaštićena slojem prozirnog polikarbonata, a glava za čitanje dovoljno daleko od površine diska da propusti prolaz takvim česticama. Zaštitni sloj ne dopušta česticama nečistoće izravni dodir sa slojem u kome su upisani podaci i izdiže ih iznad točke fokusa laserske zrake. To još više smanjuje utjecaj čestica nečistoće na ispravnost čitanja podataka i trajnost zapisa. Trajnost upisanih podataka optičkog diska je velika i procjenjuje se na razdoblje od 50 do 200 godina.
PRO-MIL
6.4
UREĐAJI ZA POHRANU PODATAKA I PROGRAMA Optički se disk može bez poteškoća i pouzdano premještati iz jednoga pogonskog mehanizma u drugi. To proširuje mogućnosti primjene na razmjenu i prijenos podataka. Zahtjev za ravnom površinom diska mnogo je manji nego kod magnetskog diska, što pojednostavnjuje i pojeftinjuje proizvodnju. Neravnine površine optičkoga diska nadoknađuje servomehanizam koji uvijek fokusira lasersku zraku na samu površinu diska, bez obzira na neravnine. Niska cijena po pohranjenom bitu podataka jedna je od najvažnijih prednosti optičkog diska pred ostalim medijima za pohranu i glavni je razlog njihove široke prihvaćenosti. Optički se disk spaja s računalom kao i tvrdi magnetski disk posredstvom ATA ili samo iznimno SCSI sučelja. CD-ROM CD-ROM (engl. compact disc read only memory) najraširenija je vrsta optičkog diska. Isporučuje se s upisanim podacima koje korisnik ne može niti mijenjati niti brisati. Podaci se upisuju kod proizvođača diska i korisnik može samo čitati podatke. To je osnovno svojstvo CD-ROM diska. Primjena CD-ROM diska zbog toga je ograničena na distribuciju različitih podataka: računalnih programa, enciklopedija, rječnika ili skupa knjiga nekog područja, baza podataka i dr.
Slika 6.25. CD-ROM promjera 80 mm i 120 mm
CD-ROM disk proizvodi se postupkom brizganja polimera, u alatima, u velikim serijama što znatno pojeftinjuje pojedini primjerak. Promjer CD-ROM diska je 120 mm, debljina 1,2 mm, a središnji je otvor promjera 15 mm. Postoje diskovi promjera 80 mm (ostale dimenzije su iste), ali su mnogo manje u uporabi od diskova promjera 120 mm. Dimenzije i format zapisa CD-ROM diska je normiran (tzv. High Sierra 6.4
PRO-MIL
VI-35
UREĐAJI ZA POHRANU PODATAKA I PROGRAMA industrijska norma iz 1985. na kojoj se temelji službena norma ISO 9660 iz 1988. godine) pa se diskovi mogu izmjenjivati između pogonskih mehanizama različitih proizvođača. Pritom je važno istaknuti da je ISO 9660 norma sukladna s praktički svim vrstama osobnih računala i operacijskim sustavima osobnih računala. Uz ISO 9660 razvijene su i dodatne norme primijenjene samo na nekim operacijskim sustavima, primjerice: Joliet za Windows 95 i novije, RRIP norma (engl. Rockridge interchange protocol) za UNIX operacijski sustav, HFS/ISO norma za Macintosh računala, ECMA 168 (ili Frankfurt) za CD-R diskove. Sve te norme, međutim, podržavaju i ISO 9660 normu kao opću i široko prihvaćenu normu za optičke diskove. Podaci su kod CD-ROM diska zapisani kao izbočenja reflektirajućeg sloja (engl. pit). Reflektirajući sloj je sloj aluminija debljine 5·10-5 mm, zaštićen od vanjskih utjecaja zaštitnim slojem debljine 10 µm. Izbočenja i zaravnjenja, odnosno podaci, proizvedeni su brizganjem u alatu u tvornici koja proizvodi diskove. Podaci su kod CD-ROM diska upisani samo s jedne strane. Druga strana diska ne sadrži podatke. Svi CD-ROM diskovi iz jednoga alata ili jedne serije su jednaki. Podloga ili supstrat diska je od prozirnog polikarbonata debljine 1,2 mm koji se odlikuje potrebnom prozirnošću, čvrstoćom i izdržljivošću. Iznad površine CD-ROM diska nalazi se optička glava. U optičkoj glavi je laserski izvor svjetlosti male snage, sustav leća i polarizatora za usmjeravanje i fokusiranje upadne i odbijene zrake te osjetilo količine odbijene svjetlosti. Valna duljina laserske svjetlosti jest 780 nm (ljudskom oku nevidljiva infracrvena svjetlost). Pogonski elektronički sklopovi brinu se o fokusiranju laserske zrake, o brzini vrtnje diska, o čitanju i tumačenju podataka i o ispravljanju pogrešaka.
Slika 6.26. Refleksija laserske zrake od izbočenja i zaravnjenja
VI-36
Podaci su upisani u neprekinutoj spirali od središta prema rubu diska. Ukupna duljina spirale je približno 5 km, a ukupan broj zavoja približno 22.000. Razmak od jedne do druge staze spirale je 1,6 µm, a širina izbočenja je približno 0,6 µm, tako da je na 1 mm širine smješteno 630 staza. Dužina izbočenja je 0,83 µm. Stanje svakog bita (nula ili jedinica) zapisano je pomoću izbočenja (engl. pit) ili zaravnjenja (engl. land).
PRO-MIL
6.4
UREĐAJI ZA POHRANU PODATAKA I PROGRAMA Format zapisa CD-DA i CD-ROM diska Podaci se čitaju u bajtovima i to tako da su 24 bajta skupljena u jedan okvir (engl. frame). Svaki okvir ima još jedan bajt pomoćnih podataka (engl. subcode) i 8 bajta za ispravljanje pogrešaka pri čitanju podataka (engl. data correction). Blok se sastoji od 98 okvira, a svaki CD-ROM disk sadrži 270.000 sektora. U svakom sektoru 288 bajtova namijenjeno je ispravljanju pogrešaka pri čitanju, 12 bajta je namijenjeno za sinkronizaciju, a 4 bajta za apsolutnu adresu. Glavna razlika CD-ROM diska prema glazbenom CD-DA disku je mnogo više bajtova namijenjenih ispravljanju pogrešaka. CD DA disk ima ukupno 2.352 bajta po sektoru za podatke. Za razliku od njega CD-ROM disk ima samo 2.048 bajta po sektoru za podatke, dok su svi preostali bajtovi namijenjeni ispravljanju pogrešaka. Brzina prijenosa podataka kod CD-ROM diska iznosi 153,60 KB u sekundi (engl. KBps). Obično se navodi zaokružena vrijednost 150 KB u sekundi (engl. KBps). Pri čitanju koristi se tzv. postupak stalne pravocrtne brzine (engl. constant linear velocity, CLV) opisan u nastavku.
Velika gustoća podataka zahtijeva visoku kakvoću izrade diska. Već i najmanja pogreška na površini diska izaziva pogrešku od više bitova jer svaki bit zauzima približno 1 plošni mikrometar površine. Velikoserijska izrada CD-ROM diskova ne omogućava izradu diskova bez pogreške, a one nastaju i pri čitanju. Zbog toga su razvijeni posebni postupci ispravljanja pogrešaka, a kod CD-ROM diskova je primijenjena tzv. Reed-Solomon ECC (engl. error correction code) metoda, posebno pogodna za ispravljanje niza uzastopno pogrešnih bitova. Iz korisnih podataka izračunava se sadržaj bajtova za ispravljanje pogrešaka koji se pohranjuju u svaki blok. Navedeni postupak ispravljanja pogrešaka omogućava ispravljanje pogreške koja je duga 450 bitova u nizu! Takva se pogreška u stvarnosti javlja malokad. Sve pogreške manje od takve, elektronički sklopovi za čitanje mogu ispraviti i obnoviti početni ispravni podatak. Mjerenja su pokazala da je vjerojatnost nepopravljive pogreške jednoga bita 10-13, što je manje nego kod magnetskog diska. Upravo je taj dobar postupak za ispravljanje pogrešaka omogućio korištenje CD-ROM diska za pouzdanu pohranu digitalnih podataka. CD-ROM i ostale vrste CD diskova spomenutih u nastavku čuvaju se u plastičnim kutijama (engl. jewel case) ili papirnatim ili plastičnim folijama (engl. sleeve). Prednosti CD-ROM diska su niska cijena, veliki kapacitet, normirani format zapisa i dugotrajnost upisanih podataka. Nedostatak je nemogućnost promjene tvornički upisanih podataka i nemogućnost upisa novih podataka te znatno manja brzina čitanja nego kod magnetskog diska. 6.4
PRO-MIL
VI-37
UREĐAJI ZA POHRANU PODATAKA I PROGRAMA
Slika 6.27. Uobičajen izgled CDROM pogonskog mehanizma za ugradnju u računalo
CD-R CD-R (engl. compact disk recordable) je vrsta upisivog optičkog diska na koji je moguće jednokratno upisivati podatke. Jednakih je dimenzija i slične građe kao CD-ROM, a isporučuje se prazan. Pomoću odgovarajućeg pogonskog mehanizma (CD pržilica, engl. CD-R burner, CD-R writer) korisnik upisuje podatke na prazan disk. Podaci se upisuju djelovanjem laserske zrake na sloj organske boje koji se pod djelovanjem topline razgrađuje i time trajno mijenja reflektivna svojstva zagrijanog mjesta. Postupak je ireverzibilan, tj. jednom upisane podatke nije moguće niti brisati niti mijenjati. Zbog toga što se pri snimanju disk zagrijava, uvriježio se naziv prženje (engl. burn) za snimanje podataka na CD-R disk. Disk s upisanim podacima jednakog je formata kao i CD-ROM i može se čitati na bilo kojem CD-ROM pogonskom mehanizmu. To je najveća prednost CD-R diska pred ostalim upisivim diskovima jer se mogu iskoristiti postojeći, jeftini i široko rasprostranjeni CD-ROM pogonski mehanizmi.
Slika 6.28. Načelna građa CD-R optičkog diska
VI-38
PRO-MIL
6.4
UREĐAJI ZA POHRANU PODATAKA I PROGRAMA CD-R disk građen je od nekoliko slojeva. Nosivi dio cijelog diska je polikarbonatni disk sa spiralnom plitkom brazdom (engl. groove, pregroove) koja ide od središta prema rubu diska, a služi za vođenje optičke glave. Ta je brazda napravljena tako da ima valovite rubove koji se pri vrtnji diska posredstvom optičke glave pretvaraju u sinusni električni signal. Frekvencija tog signala služi za mjerenje pravocrtne brzine vrtnje diska i podešavanje brzine vrtnje motora kako bi se osigurao stalan razmak između snimljenih podataka na disku. Na disk je nanesen tanak sloj organske boje koji služi za snimanje podataka. Rabe se različite vrste boja (engl. cyanine, phthalocyanine, azo, formazan). Na sloj boje nanesen je tanak sloj metala (zlato, srebro ili srebrna slitina) koji služi kao reflektivni sloj. Plemeniti se metali rabe kako bi se izbjegla korozija i oksidacija. Za razliku od CD-ROM diskova kod CD-R diskova ne rabi se aluminij jer kemijski nepovoljno reagira s bojama. Na sve to nanesen je zaštitni sloj na kojem je obično natpis proizvođača. Zbog različitih boja, metalnih slojeva i različite debljine slojeva, boje diskova za promatrača mogu biti različite. Neki proizvođači namjerno dodaju dodatne boje (egzotične boje, tamno siva) koje nemaju nikakve funkcije osim da ti diskovi kupcu djeluju drugačije od konkurencije. Bez obzira na vrstu boje i izgled svi se CD-R diskovi osvjetljavaju laserom valne duljine 780 nm pa su sve boje ostalih valnih duljina nevažne. Rezultat izlaganju laserske zrake za snimanje pojedine boje može biti različit, pa tako neke boje izblijede, a druge se zagriju i izobliče podlogu. U svakom slučaju mjesto koje je izloženo laserskoj zraci za snimanje nakon snimanja ima manju refleksiju od nedirnutih mjesta.
Slika 6.29. CD-R optički disk (obratite pozornost na oznaku CD-R)
Suvremeni uređaji za snimanje CD-R diskova prilagođavaju snagu laserske zrake i trajanje izlaganja svojstvima CD-R diska. Materijali za izradu optičkih diskova toliko su usavršeni da su svi približno jednakih svojstava te je boja diska samo još promidžbeni trik proizvođača. 6.4
PRO-MIL
VI-39
UREĐAJI ZA POHRANU PODATAKA I PROGRAMA CD-R uglavnom se rabi za izradu prototipova CD-ROM diskova u svrhu provjere sadržaja i promidžbe novih diskova, izdavanje CD-ROM diskova ograničene naklade (od 20 do 100 diskova) te za pričuvnu pohranu podataka (engl. backup). Masovnom proizvodnjom i velikim sniženjem cijene pogonskih mehanizama i medija CD-R diskovi postali su jeftin i popularan medij za pohranu podataka. Otpornost i trajnost CD-R diska odgovara onoj CD-ROM diska s izuzetkom otpornosti na toplinu i snažne izvore svjetla na što je CD-R osjetljiviji od CD-ROM-a. Svi CD-R diskovi su sukladni normi tzv. narančastoj knjizi (engl. Orange book part II, 1990.). Većina proizvođača deklarira vijek skladištenja praznih CD-R diskova od 5 do 10 godina i vijek trajanja snimljenih CD-R diskova od 50 do 200 godina. Prvi CD-R disk koji se pojavio na tržištu proizvela ja tvtka Philips 1993. godine. Približno 70% svih CD-R diskova se proizvodi na Taiwanu (stanje 2003. godine). Stariji naziv za optičke diskove na koje je jednokratno moguće upisati podatke je WORM (engl. write-once read-many-times) i OPROM (engl. optical programmable read only memory). CD-RW CD-RW (engl. compact disk rewritable, compact disk read-write) optički je disk na koji je moguće upisivati, brisati i ponovo upisivati novi sadržaj. Pogonski mehanizam kojim je moguće pisati i čitati CD-RW diskove naziva se CD-RW pržilica (engl. CD-RW drive, CD-RW burner, CD-RW writer). CD-RW pržilica može snimati podatke i na CD-R i CD-RW diskove i čitati CD-ROM, CD-R i CD-RW diskove.
VI-40
Fizikalna pojava na kojoj CD-RW diskovi temelje svoje djelovanje jest svojstvo nekih metala i njihovih slitina da mogu imati dva agregatna stanja: kristalno i amorfno (engl. phase change media, optical phase change media). Prijelaz iz jednog u drugo stanje ostvaruje se taljenjem materijala pomoću laserske zrake. Svojstvo kristalnog stanja je dobro odbijanje svjetlosti, a svojstvo amorfnog je slabo odbijanje svjetlosti. Podaci se upisuju tako da laserska zraka osvjetljava pojedine točke na površini. Na osvijetljenim mjestima metal se tali i prelazi iz jednoga u drugo stanje te se tako upisuju logičke nule i jedinice. Prijelaz u željeno stanje ovisi o snazi laserske zrake i trajanju djelovanja, tj. o temperaturi na mjestu osvjetljenja laserskom zrakom. Tipično treba laserska zraka snage 8 mW za prebacivanje iz amorfnog u kristalno stanje (snaga brisanja, engl. erase power). Pri tom se osvijetljeno mjesto zagrije na približno 2000 C. Snaga lasera od 18 mW treba za prijelaz iz kristalnog u amorfno stanje (snaga pisanja, engl. write power), a pri tom se osvijetljeno mjesto zagrije na približno 6000 C. Pri čitanju se osvjetljava površina diska laserskom zrakom male snage (snaga čitanja, engl. read
PRO-MIL
6.4
UREĐAJI ZA POHRANU PODATAKA I PROGRAMA power) koja ne može prouzročiti promjenu stanja i mjeri se količina odbijene svjetlosti. Na temelju jakosti odbijene zrake čitaju se podaci. Zbog toga što se pri snimanju disk zagrijava, uvriježio se naziv prženje (engl. burn) za snimanje podataka na CD-RW disk. CD-RW disk građeni je od šest slojeva. Nosivi dio cijelog diska je polikarbonatni disk sa spiralnom plitkom brazdom koja ide od središta prema rubu diska a služi za vođenje optičke glave. Sljedeći je sloj dielektrik (cinkov sulfid i slicijev dioksid) koji služi za odvođenje topline koja nastaje pri zagrijavanju sloja za snimanje. Na to dolazi sloj za snimanje koji je slitina indija, srebra, telura i atimona. To je sloj koji može imati dva stanja: amorfno ili kristalno i služi za upis podataka. Opet slijedi sloj dielektrika za odvođene topline. Zatim tanak sloj metala (aluminij) koji služi kao reflektivni sloj. Na sve to nanesen je zaštitni sloj na kojem je obično natpis proizvođača.
Slika 6.30. Načelna građa CD-RW optičkog diska CD-RW medij ima znatno manju refleksivnost od uobičajenog CDROM diska (15% reflektiranog svjetla kod CD-RW u odnosu na 70% reflektiranog svjetla kod CD-ROM diska) pa se može dogoditi da ga 6.4
PRO-MIL
VI-41
UREĐAJI ZA POHRANU PODATAKA I PROGRAMA stariji pogonski mehanizam CD-ROM diska ne može pročitati. Zbog toga su svi noviji pogonski mehanizmi tzv. MultiRead pogonski mehanizmi koji pomoću ugrađenog AGC sklopa (engl. automatic gain control) automatski podešavaju jakost laserske zrake, te tako mogu čitati CD-ROM, CD-R i CD-RW diskove. MultiRead je norma koju je 1997. godine propisala međunarodna udruga trgovaca optičkih diskova OSTA (engl. optical storage trade association).
Slika 6.31. CD-RW optički disk (obratite pozornost na oznaku CD-RW)
Svi CD-RW diskovi sukladni su normi tzv. narančastoj knjizi (engl. orange book part III, 1997.). Većina proizvođača deklarira vijek skladištenja praznih CD-RW diskova od 5 do 10 godina i vijek trajanja snimljenih CD-RW diskova od 20 do 100 godina. CD-RW disku moguće je približno tisuću puta promijeniti sadržaj, tj. moguće je tisuću puta obrisati i upisati nove podatke. Prvi CD-RW diskovi pojavili su se na tržištu 1997. godine. Kapacitet CD optičkih diskova U tablici su navedeni vrste CD DA i CD-ROM diskova koji se najčešće rabe. Tablica 6.1. Uobičajeni kapaciteti CD DA i CD-ROM diskova
VI-42
Promjer diska
Trajanje audio zapisa
CD DA kapacitet (bajta)
CD-ROM kapacitet (bajta)
8 cm
18 min
190.512.000
165.888.000
8 cm
21 min
222.264.000
193.536.000
12 cm
63 min
666.792.000
580.608.000
12 cm
74 min
783.216.000
681.984.000
12 cm
80 min
846.720.000
737.280.000
PRO-MIL
6.4
UREĐAJI ZA POHRANU PODATAKA I PROGRAMA Od svih navedenih najpopularniji su diskovi promjera 12 cm kapaciteta 681.984.000 i 737.280.000 bajta. Podijele li se ti brojevi s 1.048.576 (1 MB) dobiju se približne vrijednosti 650 MB i 700 MB koje proizvođači i navode na optičkim diskovima.
Kapacitet CD diskova Kapacitet CD diskova može se izračunati tako da se pomnoži broj sektora s brojem bajtova za podatke za sektor. Prema normi, tzv. crvena knjiga (engl. red book), optički disk promjera 12 cm mora imati najmanje 333.000 sektora. Jedan sektor kod CD-ROM diska ima 2.048 bajta za podatke (CD DA diskovi imaju 2.352 bajta po sektoru). Preostali bajtovi u sektoru su namijenjeni zapisu podataka za ispravljanje pogrešaka. Kapacitet takvog diska je 333.000 · 2.048 = 681.984.000 bajta (približno 650 MB). CD-ROM koji ima 360.000 sektora ima kapacitet 360.000 · 2.048 = 737.280.000 bajta (približno 700 MB).
Brzina CD optičkih diskova Za razliku od stalne kutne brzine vrtnje kod diskete i tvrdog diska, optički diskovi rabe različite brzine vrtnje. CLV (engl. constant linear velocity) je način vrtnje audio CD diskova (CD-DA). To je način vrtnje stalne prvocrtne brzine kod koje je osigurana jednaka brzina čitanja podataka bez obzira na kom su dijelu podaci pohranjeni. To je bilo nužno kod prvih CD audio pogonskih mehanizama jer oni nisu imali spremnike za podatke već su se podaci izravno prosljeđivali sklopovima za reprodukciju. Kako je unutarnji dio spirale manjeg opsega od vanjske, kutna brzina vrtnje mora biti to veća što su podaci bliže središtu diska. Kod osnovne ili jednostruke brzine vrtnje (1X) kutna brzina se mijenja od najveće 500 okretaja u minuti (engl. rpm) na unutarnjem dijelu spirale pa do 200 okretaja u minuti (engl. rpm) na krajnje vanjskom dijelu spirale. Stalna pravocrtna brzina iznosi 1,2 metra u sekundi, a brzina prijenosa podataka je 150 KB u sekundi (engl. KBps). Pri toj brzini potrebno je ukupno 76 minuta da bi se pročitali podaci s diska kapaciteta 650 MB. Želi li se povećati brzina čitanja podataka potrebno je povećavati početnu i krajnju brzinu. Primjerice kod dvadeseterostruke brzine (20X) početna i krajnja brzina su 10.000 okretaja u minuti (engl. rpm) i 4.000 okretaja u minuti (engl. rpm). Teško je proizvesti pogonske mehanizme tako velike brzine vrtnje koji mogu naglo mijenjati brzinu vrtnje primjerice pri prijelazu s unutarnjeg na vanjski obod. Zato se za veće brzine proizvođači snalaze na drugačije načine. 6.4
PRO-MIL
VI-43
UREĐAJI ZA POHRANU PODATAKA I PROGRAMA ZCLV (engl. zone constant linear velocity) je način okretanja diska kod koga se disk podijeli u područja i zatim se odredi stalna prvocrtna brzina (CLV) za svako od područja. Zona najbliža središtu diska ima najmanju stalnu prvocrtnu brzinu, a zone prema vanjskom rubu diska imaju sve veće stalne prvocrtne brzine. Broj zona na koje se disk podijeli je tipično četiri. PCAV (engl. partial constant angular velocity) je način vrtnje diska kod koga se kod podataka koji su blizu središta diska disk okreće stalnom kutnom brzinom (CAV), a pri prijelazu na vanjski dio diska vrti se stalnom pravocrtnom brzinom (CLV). Tako se isprva povećava pravocrtna brzina sve dok se ne dosegne maksimum, a zatim se brzina drži stalnom. CAV (engl. constant angular velocity) je način vrtnje diska stalnom kutnom brzinom bez obzira gdje se podaci nalaze. Brzina čitanja raste od unutarnjeg dijela diska prema vanjskom. Brzina CD-ROM pogonskih mehanizama govori o brzini čitanja podataka. Označava se brojem, npr. 52X. Slovo X označava osnovnu brzinu 150 KB u sekundi (engl. KBps). U ovom primjeru brzina je 52·150 KB u sekundi (engl. KBps) = 7.800 KB u sekundi (engl. KBps). Brzina CD-R pogonskih mehanizama (CD-R pržilica) govori o brzini čitanja i pisanja podataka. Označava se s dva broja, npr. 24X32X. Slovo X označava osnovnu brzinu 150 KB u sekundi (engl. KBps). Prvi broj označava najveću brzinu kojom se podaci mogu zapisivati na CD-R diskove. U ovom primjeru to je 24·150 KB u sekundi (engl. KBps) = 3.600 KB u sekundi (engl. KBps). Drugi broj govori o brzini s kojom se mogu čitati CD-ROM i CD-R diskovi i u ovom primjeru iznosi 4.800 KB u sekundi (engl. KBps). Brzina CD-RW pogonskih mehanizama (CD-RW pržilica) govori o brzini čitanja i pisanja podataka. Označava se s tri broja, npr. 32X24X40X. Slovo X označava osnovnu brzinu 150 KB u sekundi (engl. KBps). Prvi broj označava najveću brzinu kojom se podaci mogu zapisivati na CD-R diskove. Drugi broj označava brzinu brisanja i snimanja novih podataka na CD-RW disk. Treći broj označava brzinu kojom se mogu čitati CD-ROM i CD-R diskovi i u ovom primjeru iznosi 6.000 KB u sekundi (engl. KBps). Primjerice značajke CD-RW pogonskog mehanizma mogu biti: Pisanje Brisanje i upis Čitanje
40X (6.000 KB u sekundi, engl. KBps) P-CAV 24X (3.600 KB u sekundi, engl. KBps) P-CAV 40X (6.000 KB u sekundi, engl. KBps) CAV
VI-44
PRO-MIL
6.4
UREĐAJI ZA POHRANU PODATAKA I PROGRAMA Treba istaknuti da su navedene vrijednosti najveće moguće. Stvarne brzine ovise o tome gdje se na disku podaci nalaze i građi pogonskog mehanizma. Prosječna brzina čitanja podataka je redovito niža on najveće navedene. Brzina upisa podataka nema nikakvog utjecaja na brzinu čitanja podataka. Ona ovisi samo o građi pogonskog mehanizma za čitanje. Pričuvna memorija pogonskih mehanizama optičkih diskova Pri upisu podataka na optički disk elektronički sklopovi moraju osigurati podatke na vrijeme jer bilo kakav zastoj znači bespovratno preskakanje dijelova diska što u praksi znači da je disk neupotrebljiv. Podaci se moraju zapisivati na disk u neprekinutom nizu. Pogreška koja nastane zbog toga što podaci nisu spremni naziva se engl. buffer underrun. Kako bi se ta pogreška izbjegla, u suvremene brze pogonske mehanizme ugrađuje se pričuvna memorija (engl. cache, buffer) kapaciteta od 256 KB do 2 MB u kojoj se čuvaju podaci potrebni optičkoj glavi. Prijenos podataka iz te memorije do optičke glave je bez zastoja tako da se mogući zastoji ostalog dijela elektroničkih sklopova kompenziraju podacima iz pričuvne memorije. Norme CD optičkih diskova Razvojem CD optičkih diskova mijenjale su se i norme koje propisuju njihove značajke. Norme su poznate pod popularnim nazivima obojenih knjiga. Prva je bila tzv. crvena knjiga (engl. red book), koja je normirala CD DA diskove. Slijedile su redom: žuta knjiga (engl. yellow book, CD-ROM, CD-ROM XA), narančasta knjiga (engl. orange book, CD-R, CD-WO, CD-RW, CD-MO), bijela knjiga (engl. white book, multimedijski diskovi, npr. Video CD), zelena knjiga (engl. green book, CD-i), plava knjiga (engl. blue book, Enhanced CD), grimizna knjiga (engl. scarlet book, Super Audio CD) i ljubičasta knjiga (engl. purple book, Double Density CD, DDCD). DVD DVD (engl. digital versatile disc, digital video disc) je optički disk po mnogočemu sličan CD disku. Jednakih je dimenzija (promjera 120 mm i debljine 1,2mm) i radi na istom načelu odbijanja laserske zrake od površine diska. Glavna je razlika između DVD i CD optičkih diskova mnogo veći kapacitet DVD diskova. Postoji više vrsta DVD diskova čiji je kapacitet u rasponu od 4,7 GB do 17 GB. To je sedam odnosno 25 puta veći kapacitet od CD diskova. Glavni motiv pri razvoju DVD diskova bilo je povećati kapacitet toliko da se na njih može pohraniti cjelovečernji igrani film. Uz iste dimenzije diska kapacitet je kod DVD diska u odnosu na CD disk povećan na sljedeći način. 6.4
PRO-MIL
VI-45
UREĐAJI ZA POHRANU PODATAKA I PROGRAMA Izvor svjetlosti kod DVD je laser valne duljine 635 nm ili 650 nm (vidljiva crvena svjetlost) za razliku od CD diskova kod kojih se rabi laser valne duljine 780 nm (nevidljiva infracrvena svjetlost). Zbog kraće valne duljine svjetlost je moguće fokusirati na manju površinu pa udubljenja i ravnine na površini DVD diska mogu biti manja nego kod CD diska. Tako je, primjerice, najveća duljina udubine kod DVD diska 0,4 µm (kod CD diska 0,83 µm). Razmak između staza DVD diska smanjen je na 0,74 µm (kod CD diska 1,6 µm). Ukupna dužina spirale kod DVD diska kapaciteta 17 GB je 48 km (kod CD diska 5 km).
Slika 6.32. Usporedba dimenzija izbočina i razmaka staza CD i DVD diskova DVD ima dva sloja s podacima. Prvi je sloj poluproziran pa laserska zraka može djelomično proći kroz njega i osvjetljavati drugi sloj koji je smješten dublje u DVD disku. Laserska zraka može se fokusirati na prvi ili drugi sloj. U dva sloja može se smjestiti približno dvostruko više podataka, nego da postoji samo jedan sloj kao kod CD diskova. Kako bi se povećala pouzdanost čitanja podataka kod dvoslojnog DVD diska, duljina udubina je povećana na 0,44 µm (povećanje od 10%), pa je i kapacitet smanjen za približno 10% po sloju u odnosu na jednoslojni.
Slika 6.33. Načelni prikaz dva sloja DVD diskova
VI-46
Za razliku od CD diskova, DVD može imati podatke zapisane s obje strane diska. To se postiže tako da se spoje dva DVD diska debljine 0,6 mm. Osim povećanja kapaciteta time se postiže simetričnost diska po presjeku. To povećava njegovu pouzdanost jer se pri promjenama temperature i vlažnosti okoline dimenzije diska manje mijenjaju nego kod CD diska koji je po presjeku asimetričan.
PRO-MIL
6.4
UREĐAJI ZA POHRANU PODATAKA I PROGRAMA Slika 6.34. Načelni prikaz dvostranog DVD diska Uz izmjenu fizičkih karakteristika diska promijenjen je i način ispravljanja pogrešaka (engl. ECC, error correction code). Kako je to već opisano kod CD diska, uz podatke zanimljive korisniku na disk se spremaju i podaci za ispravljanje pogrešaka koji zauzimaju određeni dio diska i time smanjuju kapacitet za korisne podatke. Poboljšanim načinom ispravljanja pogrešaka moguće je održati odgovarajuću razinu ispravljanja pogrešaka uz bolji odnos korisnih podataka i podataka za ispravljanje pogrešaka, tako da je veći dio diska na raspolaganju za korisne podatke. Ovisno o kombinaciji navedenih tehnoloških poboljšanja, postoje sljedeće vrste DVD diskova. Tablica 6.2. Vrste DVD diskova Oznaka diska
Strana
Slojeva
Kapacitet
DVD-5
Jednostrani
Jednoslojni
4,7 GB
DVD-9
Jednostrani
Dvoslojni
8,5 GB
DVD-10
Dvostrani
Jednoslojni
9,4 GB
DVD-18
Dvostrani
Dvoslojni
17 GB
DVD diskovi se vrte stalnom pravocrtnom brzinom (engl. CLV, constant linear velocity). Kutna brzina im se mijenja od najveće 1.475 okretaja u minuti (engl. rpm) na unutarnjem dijelu spirale pa do 575 okretaja u minuti (engl. rpm) na krajnje vanjskom dijelu spirale. Zbog veće gustoće zapisa i veće brzine vrtnje pravocrtna brzina je u odnosu na CD disk povećana na 3,49 m/s, a brzina čitanja podataka na 1.350 KB u sekundi (engl. KBps).
6.4
VI-47
PRO-MIL
UREĐAJI ZA POHRANU PODATAKA I PROGRAMA
Slika 6.35. Načelni prikaz različitih vrsta DVD diskova
Kapacitet DVD optičkih diskova Kao i kod CD diskova i kod DVD diskova kapacitet se izražava tako da se kapacitet 4.700.000.000 bajta podijeli sa 1.000.000 pa se dobije 4,7 GB. Ispravno bi bilo podijeliti s 1 MB (1.048.576) čime se dobije kapacitet 4,38 GB. Slično je i za ostale uobičajene kapacitete koje navode proizvođači. DVD Video
VI-48
DVD Video optički disk namijenjen je pohrani cjelovečernjih igranih filmova. Isporučuje se s upisanim podacima koje korisnik ne može niti mijenjati ni brisati. Podaci se upisuju kod proizvođača diska i korisnik može samo čitati
PRO-MIL
6.4
UREĐAJI ZA POHRANU PODATAKA I PROGRAMA (reproducirati) zapis. Postoji više inačice DVD video diskova (vidi tablicu u odjeljku o normama DVD diskova), a na inačicu najmanjeg kapaciteta stane igrani film dužine 132 minute. Film se na DVD Video disk sprema u MPEG-2 formatu, a rezultat je kvalitetnija reprodukcija nego s VHS kaseta. Uz to DVD Video disk ima još dvije bitne prednosti pred VHS kasetama. Zapis je na DVD Video disku u digitalnom obliku pa se može presnimavati bez gubitka kvalitete. Druga je prednost što na istom DVD Video disku može biti zvučni zapis i prijevod (tekstualni potpis pod slike) na više jezika koje korisnik po želji može birati. Video zapis može biti u više omjera vodoravne i uspravne stranice slike, npr. uobičajeni 4:3 ili široki 16:9. DVD Video disk može se reproducirati u video uređajima (engl. video player) koji se izravno priključuju na televizor, može se bez prematanja doći na dio filma koji korisnik želi itd. Uz odgovarajući program DVD Video diskovi mogu se reproducirati i pomoću računala na zaslonu monitora. Postoje i tzv. engl. Blue ray DVD diskovi koji mogu pohraniti 12 sati video zapisa uobičajene DVD kvalitete ili dva sata video zapisa visoke kvalitete (engl. HDTV, high definition television). DVD Audio DVD Audio (DVD A) je norma koju je razvila tvrtka Panasonic, a namijenjena je za pohranu glazbe visoke kakvoće zvuka. Isporučuje se s upisanim podacima koje korisnik ne može niti mijenjati niti brisati. Podaci se upisuju kod proizvođača diska i korisnik može samo čitati (reproducirati) zapis. Na DVD Audio disk moguće je pohraniti glazbu dvostruko kvalitetnije nego na CD uz istodobno sedam puta veći kapacitet. Za usporedbu, DVD Audio disk sprema glazbeni zapis kodirajući ga s 24 bita (CD s 16 bita) uz učestalost uzimanja uzoraka 96 kHz (CD s 44,1 kHz), može imati šest kanala (CD dva), može pohraniti glazbu s dinamičkim rasponom 144 dB (CD s 96 dB) itd. Osim glazbe na DVD Audio disk moguće je pohraniti određenu količinu ostalih vrsta podataka, npr. slike i tekst. DVD-ROM DVD-ROM (engl. digital versatile disc read only memory) je optički disk sličan DVD Video disku, ali je namijenjen računalnoj uporabi i sukladno tome ima drugačiju logičku strukturu zapisa podataka. Isporučuje se s upisanim podacima koje korisnik ne može niti mijenjati niti brisati. Podaci se upisuju kod proizvođača diska i korisnik može samo čitati (reproducirati) zapis. Namjena mu je zamijeniti CD-ROM disk uz višestruko veći kapacitet. DVD-R DVD-R (engl. digital versatile disc recordable) je vrsta upisivog optičkog diska na koji je moguće jednokratno upisivati podatke. Prvi se put 6.4
PRO-MIL
VI-49
UREĐAJI ZA POHRANU PODATAKA I PROGRAMA pojavio na tržištu 1997. godine. Jednakih je dimenzija i slične građe kao CD-R disk, a isporučuje se prazan. Pomoću odgovarajućeg pogonskog mehanizma (DVD pržilica, engl. DVD-R burner, DVD-R writer) korisnik upisuje podatke na prazan disk. Načelo rada je isto kao i CD-R diska (vidi opis CD-R diska), a namjena mu je zamijeniti CD-R disk uz višestruko veći kapacitet. Važno je istaći da je snimljeni DVD-R disk moguće čitati na bilo kojem DVD pogonskom mehanizmu, uključujući i neračunalne video uređaje (engl. DVD video player). Postoje dvije vrste DVD-R diskova. Jedna vrsta, poznata pod nazivom DVD-R(A), namijenjena je profesionalnoj uporabi i rabi skuplji laser valne duljine 635 nm. Oznaka (A) dolazi od engl. authoring. Druga vrsta poznata pod nazivom DVD-R(G) namijenjena je kućnoj uporabi i rabi jeftiniji laser valne duljine 650 nm. Oznaka (G) dolazi od engl. general. Na diskove (A) i (G) podaci se mogu snimati samo u odgovarajućim (A) i (G) DVD pogonskim mehanizmima, ali ih je moguće čitati u bilo kojem DVD pogonskom mehanizmu. DVD+R DVD+R (engl. digital versatile disc recordable) je vrsta upisivog optičkog diska na koji je moguće jednokratno upisivati podatke. Vrlo je sličan DVD-R formatu, ali nije s njim sukladan (vidi odjeljak o normama DVD diskova). DVD-RW DVD-RW (engl. digital versatile disc rewritable, DVD-R/W, DVD-ER) je optički disk na koji je moguće upisivati, brisati i ponovo upisivati novi sadržaj. Pogonski mehanizam s kojim je moguće pisati i čitati DVD-RW diskove naziva se DVD-RW pržilica (engl. DVD-RW drive, DVD-RW burner, DVD-RW writer). Pomoću takvog pogonskog mehanizma korisnik upisuje podatke na prazan disk. Načelo rada je isto kao i CD-RW diska (vidi opis CD-RW diska), a namjena mu je zamijeniti CD-RW disk uz višestruko veći kapacitet. DVD-RW diskove moguće je čitati na bilo kojem DVD pogonskom mehanizmu. DVD-RW pogonski mehanizmi mogu snimati podatke na DVD-R, DVD-RW, CD-R i CD-RW diskove. DVD+RW
VI-50
DVD+RW (engl. digital versatile disc rewritable) je optički disk na koji je moguće upisivati, brisati i ponovo upisivati novi sadržaj. Vrlo je sličan DVD-RW formatu, a promiče ga organizacija DVD+RW Consortium čiji su članovi tvrtke Philips, Sony, Hewlett-Packard, Mitsubishi Chemical, Yamaha, Ricoh i dr. Promicatelji DVD+RW norme kao prednosti formata u odnosu na DVD-RW normu navode brzo formatiranje praznog diska, snimanje podataka 2,4 puta brže od ostalih formata
PRO-MIL
6.4
UREĐAJI ZA POHRANU PODATAKA I PROGRAMA i reprodukciju na praktično svakom DVD pogonskom mehanizmu. DVD+RW može snimati i reproducirati podatke stalnom linearnom (CLV), ako je riječ o video zapisu, ili stalnom kutnom brzinom (CAV) ako je riječ o računalnim podacima. DVD+RW pogonski mehanizmi mogu čitati DVD-ROM i sve vrste CD diskova, a najčešće mogu čitati i DVD-R i DVD-RW diskove. Ne mogu pisati ni čitati DVD-RAM diskove (vidi odjeljak o normama DVD diskova).
Slika 6.36. DVD-RAM
DVD-RAM DVD-RAM (engl. digital versatile disc random access memory) je optički disk na koji je moguće upisivati, brisati i ponovo upisivati novi sadržaj. Prvi se put pojavio 1998. godine, a od svih je višestruko zapisivih diskova najpogodniji za uporabu u računalu zbog formata zapisa podataka prilagođenog brzom pristupu podacima. Za razliku od svih do sad spomenutih vrsta optičkih diskova DVD-RAM diskovi rabe kombinaciju optičke i magnetske tehnologije (vidi opis MO diskova). DVD-RAM diskovi su, za razliku od ostalih vrsta optičkih diskova, zatvoreni u kućište (engl. cartridge). Dimenzije kućišta su 124,6 mm x 135,5 mm x 8 mm. Neka su kućišta napravljena tako da se diskovi mogu umetati i vaditi iz kućišta, a druga su takva da je disk trajno pohranjen u njihovoj unutrašnjosti (engl. sealed cartridge). Kritičari DVD-RAM diskova smatraju da je kućite veliki nedostatak jer povećava dimenzije pogonskog mehanizma i zahtijeva velike promjene u postojećim DVD pogonskim mehanizmima, ukoliko ih se želi napraviti sukladnim DVD-RAM diskovima. Pobornici DVD-RAM diskova tvrde da kućište osigurava pouzdanost diskova i da je nužno. Jedan od većih nedostataka DVD-RAM diska upravo je nesukladnost s DVD pogonskim mehanizmima, pa je za pisanje i čitanje podataka potrebno imati poseban DVD-RAM pogonski mehanizam. Na DVDRAM moguće je podatke upisati, brisati i ponovo upisati približno 100.000 puta. To je bitno više nego kod DVD-RW diskova kod kojih je to moguće 1.000 puta. 6.4
PRO-MIL
VI-51
UREĐAJI ZA POHRANU PODATAKA I PROGRAMA Brzina DVD optičkih diskova Brzina DVD-ROM/CD-R/RW kombiniranih pogonskih mehanizama govori o brzini čitanja i pisanja podataka. Označava se sa četiri broja, npr. 52X32X52X + 16X. Slovo X označava osnovnu brzinu 150 KB u sekundi (engl. KBps). Prva tri broja imaju isto značenje kao i kod CD-RW pogonskih mehanizama, a zadnji broj ispred kojeg je + je brzina čitanja DVD diskova. Važno je znati da oznaka X nema istu vrijednost kod CD i DVD diskova. Dok je kod CD diskova X = 150 KB u sekundi (engl. KBps), kod DVD diskova X = 1.350 KB u sekundi (engl. KBps). To znači da je primjerice DVD pogonski mehanizam oznake 4X približno jednake brzine kao CD pogonski mehanizam oznake 36X. Za ostale vrste diskova treba provjeriti u specifikaciji proizvođača. Primjerice, značajke DVD pogonskog mehanizma mogu biti: Upis Brisanje i upis Čitanje
DVD+R DVD-R DVD+RW DVD-RW
8X (10.800 KB u sekundi, engl. KBps) Z-CLV 4X (5.400 KB u sekundi, engl. KBps) CLV 4X (5.400 KB u sekundi, engl. KBps) CLV 2X (2.700 KB u sekundi, engl. KBps) CLV 12X (16.200 KB u sekundi, engl. KBps) CAV
Treba istaknuti da su navedene vrijednosti najveće moguće. Stvarne brzine ovise o tome gdje se na disku podaci nalaze i građi pogonskog mehanizma. Prosječna brzina čitanja podataka je redovito niže on najveće navedene. Brzina upisa podataka nema nikakvog utjecaja na brzinu čitanja podataka. Ona ovisi samo o građi pogonskog mehanizma za čitanje. Norme DVD optičkih diskova Norme DVD diskova donosi međunarodna organizacija DVD Forum (utemeljena 1995. pod nazivom DVD Consortium) u koju je učlanjeno više od 200 tvrtki iz cijelog svijeta. DVD Forum donosi i publicira DVD norme, ugovara licence za uporabu normi, upravlja radom DVD laboratorija za provjeru, održava skupove, promovira norme i dr. Norme su poznate pod nazivima knjiga označenih slovima abecede. Primjerice, knjiga A (engl. Book A, 1997.) sadrži DVD-ROM norme, knjiga B (engl. Book B, 1995.) sadrži DVD-Video norme, knjiga C (engl. Book C, 1999.) sadrži DVD Audio norme, knjiga D (engl. Book D, 1997.) sadrži DVD-R norme, knjiga E (engl. Book E, 1998.) sadrži DVD-RAM norme, knjiga F (engl. Book F, 1999.) sadrži DVD-RW norme.
VI-52
Logički format zapisa DVD diska normiran je normom UDF (engl. universal disk format) koji je dio ISO 13346 norme. To je zamjena za
PRO-MIL
6.4
UREĐAJI ZA POHRANU PODATAKA I PROGRAMA normu ISO 9660 koja se primjenjuje kod CD diskova. DVD norma usklađena je potkraj 1995. godine, a komercijalni proizvodi pojavili su se tijekom 1997. godine U trenutku pisanja ovog teksta na tržištu su se natjecale dvije norme zapisivih optičkih diskova, tzv. minus (DVD-R, DVD-RW) i plus norma (DVD+R, DVD+RW). Iako slične, norme su nesukladne pa je za svaku od njih potrebno imati poseban pogonski mehanizam. Sličnost među njima je velika, a proizvode se na sličan način kao i CD-R i CD-RW diskovi pa je moguće rabiti i istu proizvodnu opremu. Početkom 2002. godine pojavili su se pogonski mehanizmi koji su mogli pisati i čitati na DVD diskove i minus i plus norme (engl. DVD-/+RW, dual format DVD drive, combo DVD drive). Tablica 6.3. Usporedna tablica različitih normi DVD diskova Strana
Slojeva
Kapacitet
Diskovi koji se mogu samo čitati DVD-Video i DVD-ROM 1 1 4,7 GB (DVD-5) DVD-Video i DVD-ROM 1 2 8,5 GB (DVD-9) DVD-Video i DVD-ROM 2 1 9,4 GB (DVD-10) DVD-Video i DVD-ROM 2 2 17,0 GB (DVD-18) HD DVD 1 1 15,0 GB HD DVD 1 2 30,0 GB Diskovi na koje se mogu samo jednom upisati podaci DVD-R (A) 1 1 3,95 GB DVD-R (A) 1 1 4,7 GB DVD-R (G) 1 1 4,7 GB DVD-R (G) 2 1 9,4 GB DVD+R 1 1 4,7 GB Diskovi na kojima se mogu upisati i brisati podaci više puta DVD-RAM Ver. 1 1 1 2,6 GB DVD-RAM Ver. 1 2 1 5,2 GB DVD-RAM Ver. 2 1 1 4,7 GB DVD-RAM Ver. 2 2 1 9,4 GB DVD-RA (80 mm) 1 1 1,46 GB DVD-RA (80 mm) 2 1 2,92 GB Blu-ray 1 1 27,0 GB Blu-ray 1 2 54,0 GB HD DVD 1 1 20,0 GB HD DVD 1 2 32,0 GB Diskovi na kojima se mogu upisati i brisati podaci više puta DVD-RW 1 1 4,7 GB DVD+RW 1 1 4,7 GB DVD+RW 2 1 9,4 GB
6.4
VI-53
PRO-MIL
UREĐAJI ZA POHRANU PODATAKA I PROGRAMA Razvoj DVD diskova Razvoj DVD diskova posljedica je zahtjeva proizvođača igranih filmova za medijem koji bi zamijenio magnetske videokasete. Razvoj su počele dvije odvojene skupine pa su i rezultat bile dvije nesukladne norme. Na jednoj su strani bile tvrtke Matsushita Electric, Toshiba i proizvođač filmova Time/Warner sa svojom Super Disc (SD) normom, a na drugoj tvrtke Sony i Philips sa Multimedia CD (MMCD) normom. Pod snažnim pritiskom računalne industrije, koja je tražila samo jednu normu za novu generaciju optičkih diskova, donesena je 1995. godine kompromisna jedinstvena DVD norma koja je uvelike bila utemeljena na SD normi. Zahtjevi pri razvoju norme bili su: jedinstvena norma za video uređaje i računala, niska cijena medija i pogonskih mehanizama, disk bez kućišta, pouzdanost pohrane i dobave podataka, kapacitet dovoljan za pohranu 132 minute MPEG-2 video zapisa, mogućnost više zvučnih zapisa i više tekstualnih prijevoda filmova itd.
Označavanje CD diskova Uobičajeno je da proizvođač zapisivog optičkog diska (CD-R, CD-RW, DVD-R itd.) na strani diska na kojoj nisu podaci otisne svoje ime i znak, značajke diska i još neke podatke. Neki proizvođači proizvode optičke diskovi bez oznake poznate pod nazivom engl. no name ili engl. unbranded. Ti su diskovi redovito jeftiniji od označenih i prodaju se u većim pakiranjima (50 ili 100 komada u pakiranju). Postoje podvojena mišljenja o kvaliteti tih diskova, ali se u načelu može reći da nema razlike između označenih i neoznačenih diskova u pogledu kvalitete.
Kombinirani DVD/CD pogonski mehanizmi
VI-54
Jedna od temeljnih zamisli pri donošenju DVD norme bila je mogućnost uporabe istog pogonskog mehanizma za sve vrste CD i DVD diskova. Takvi pogonski mehanizmi koji mogu čitati DVD i CD diskove nazivaju se kombinirani optički pogonski mehanizmi (engl. DVD Multidrives, Multiwriters) i mogu čitati sve vrste diskova. Jedan od ključnih problema pri tome je različita valna duljina laserske svjetlosti kod CD (780 nm) i DVD (635 nm i 650 nm) diskova. Dva su načina rješavanja tog problema. Kod starijih kombiniranih pogonskih mehanizama rabile su se različite leće koje bi fokusirale lasersku zraku na odgovarajuće mjesto na disku, a kod novijih rabe se dvije laserske diode različitih valnih duljina ili holografski optički element koji je u stanju istodobno zraku fokusirati na dva mjesta.
PRO-MIL
6.4
UREĐAJI ZA POHRANU PODATAKA I PROGRAMA Treba spomenuti da službena norma DVD Foruma pod nazivom DVD Multi propisuje značajke pogonskih mehanizama koji mogu čitati sve optičke diskove pod okriljem DVD Forum-a: DVD-ROM, DVD-RAM, DVD-R, DVD-RW, CD-ROM, CD-R i CD-RW. DVD Multi norma međutim ne uključuje plus norme: DVD+R i DVD+RW, pa DVD Multi sukladan pogonski mehanizam ne jamči čitanje DVD+R i DVD+RW diskova. MO disk Disk koji za upis i čitanje podataka rabi kombinaciju laserske zrake i magnetskog polja naziva se magnetsko-optički (engl. magnetooptic, MO). Fizikalna pojava koja se koristi kod MO diska jest zakretanje ravnine polarizacije zrake svjetlosti pod djelovanjem magnetskog polja. Pojava se naziva Kerrova ili Faradayeva pojava (engl. Kerr effect, Faraday effect). Sloj za pohranu podataka, smješten u sendvič od prozirnog materijala, sastoji se od materijala koji se može magnetizirati (terbij ili željezo uz dodatak bizmuta i kobalta). Izabran je materijal takvih magnetskih svojstava da magnetsko polje glave za upisivanje ne može promijeniti orijentaciju magnetskih čestica u sloju diska kod sobne temperature. Podloga MO diska je staklo ili polimer. Staklo je kvalitetnije, ali i skuplje i složenije za proizvodnju. Prije upisivanja sve magnetske čestice u sloju orijentirane su u jednom smjeru. Postupak upisivanja sastoji se od primjene magnetskog polja suprotnog smjera na površinu diska. Zbog relativno velike dimenzije zavojnice to magnetsko polje zahvaća veću površinu diska. Laserska zraka osvjetljava pojedina mikroskopski mala mjesta na površini MO diska i zagrijava sloj za pohranu podataka do tzv. Curieve temperature (engl. Curie temperature). To je temperatura od približno 1800 C. Magnetsko polje zavojnice je sada dovoljno jako da promijeni orijentaciju magnetskih čestica zagrijanih laserskom zrakom. Nakon hlađenja te čestice ostaju u toj novoj orijentaciji. Pri čitanju podataka površina MO diska osvjetljava se laserom male snage kako ne bi došlo do zagrijavanja metala blizu Curieve temperature. Odbijenoj zraci zakreće se ravnina polarizacije, ovisno o smjeru magnetskog polja kroz koje prolazi. Budući da mjesta s upisanim podacima imaju magnetsko polje obrnutog smjera od mjesta bez podataka, i zakreti ravnine polarizacije su različiti. Ovisno o jakosti magnetskog polja taj zakret iznosi od 0,30 do 90. Glava za čitanje ima mogućnost razlučivanja te dvije zrake i na taj način mogućnost čitanja logičkih nula i jedinica. Veća gustoća zapisa u odnosu na uobičajen magnetski disk postignuta je smanjenjem područja djelovanja magnetskog polja glave, koje je ograničeno samo na područje koje zagrijava laserska zraka.
6.4
VI-55
PRO-MIL
UREĐAJI ZA POHRANU PODATAKA I PROGRAMA
Slika 6.37. MO disk
Podaci se upisuju u dva prolaza. Najprije se sva mjesta na MO disku vrate u stanje početne magnetske orijentacije, tj. disk se briše, a zatim se upisuju novi podaci. Zbog toga je upisivanje podatka bitno sporije od čitanja. Postoji i tehnologija jednoprolaznog upisa LIM-DOW (engl. light intensity modulation - direct overwrite) koja znatno ubrzava postupak upisivanja podataka. Prednosti izbrisivog magnetskog diska su velika gustoća podataka, mogućnost brisanja i promjene podataka te prilagođenost računalnoj uporabi s gledišta pristupa podacima. Važna prednost MO diska je i pouzdanost zapisa podataka. MO diskovi odmah po zapisu provjeravaju upisane podatke tako da je jamstvo točnosti upisanih podataka mnogo veće nego kod CD i DVD diskova kod kojih se podaci upisuju bez provjere (moguća je naknadna provjera, ali to traje mnogo duže nego kod MO diska). Jedan od svakako najvećih problema kod MO diska je materijal za pohranu podataka, i to uglavnom zbog oksidacije (nepostojanosti). U novije vrijeme koriste se sirovine kojih ima vrlo malo u prirodi (engl. rare earth transition metal, RE-TM). Podaci o tim materijalima čuvaju se kao stroga poslovna tajna i predstavljaju temelj kvalitete MO diska. Uočen je problem i zamora materijala nakon 100.000 upisivanja i brisanja podataka pa se taj broj navodi kao zajamčeni broj upisa i brisanja na MO disk.
VI-56
PRO-MIL
6.4
UREĐAJI ZA POHRANU PODATAKA I PROGRAMA Floptical disk Optičke diskove ne treba miješati s diskovima poznatim pod nazivom engl. floptical disk (kombinacija riječi engl. floppy disk i engl. optical). Engl. floptical disk je magnetski disk promjera 3,5" nalik na uobičajenu 3,5" disketu. Kapacitet mu je 21 MB, a podatke snima magnetski kao i uobičajena disketa. Veći kapacitet postiže se optičkim vođenjem glave po za to posebno priređenoj površini diska. Zbog točnijeg vođenja glave moguće je postići gustoću tragova od 15.000 tpi (kod uobičajene diskete 135 tpi). Engl. floptical diskovi nisu postigli veću popularnost i danas se više ne rabe.
6.4
VI-57
PRO-MIL
Povezivanje računala full duplex
asymetric digital subscriber line cijelo vrijeme povezuju
3
5
11
ISDN
13
DSL i ADSL
14
Zakupljeni vod
15
Mreža
Prijenos digitalnih podataka Modem
POVEZIVANJE RAČUNALA
7. Povezivanje računala Razvoj računala pratio je i razvoj uređaja i programa za spajanje i razmjenu podataka između računala. To su često puta bili vrlo složeni i skupi uređaji dostupni samo velikim korisnicima. Masovna uporaba osobnih računala stvorila je potrebu za jeftinim i djelotvornim načinom njihova spajanja, pri čemu su cijena te jednostavnost ugradnje i uporabe bili presudni čimbenici. Neprekidan razvoj i masovna proizvodnja doveli su do toga da su suvremeni sustavi za spajanje osobnih računala svojom cijenom i načinom uporabe posve prilagođeni korisnicima osobnih računala. Danas postoji širok raspon sustava za spajanje računala koji se međusobno razlikuju namjenom, svojstvima i cijenom. Bez obzira na vrstu, složenost ili građu, svaki sustav za razmjenu podataka ima istu osnovnu zadaću: prijenos digitalnih podataka između dvaju fizički odvojenih mjesta.
7.1 Prijenos digitalnih podataka U području računalstva pod prijenosom podataka, u užem smislu, razumijeva se prijenos podataka između računala i okoline. U ovom poglavlju pod prijenosom podataka razumijeva se razmjena digitalnih podataka između više računala ili između računala i vanjskih uređaja. Pri razmjeni podataka postoje najmanje dva sudionika: jedan koji želi predati poruku (koga ćemo zbog jednostavnosti nazvati predajnik) i drugi, kome je poruka upućena ili koji treba primiti poruku (koga ćemo nazvati prijamnik). Razmjena podataka među sudionicima moguća je ako među njima postoji veza kojom poruke putuju s jednog mjesta na drugo. Tu vezu nazvat ćemo prijenosnim kanalom. Prijenos podataka u jednom, drugom ili u oba smjera ovisi o prijenosnom kanalu i građi uređaja koji međusobno razmjenjuju podatke. S obzirom na istodobnost razmjene podataka, koju određuju predajnik i prijamnik, načelno su moguća tri slučaja. Prijenos u samo jednom smjeru, od predajnika prema prijamniku, naziva se jednosmjerni prijenos (engl. simplex). Primjer jednosmjernog prijenosa jest npr. radiodifuzija kod koje podaci mogu putovati samo od radiostanice prema prijamniku. Prijenos u isto vrijeme u oba smjera zove se dvosmjerni prijenos (engl. duplex). 7.1
PRO-MIL
VII-3
POVEZIVANJE RAČUNALA Tipičan primjer dvosmjernog prijenosa jest telefonska komunikacija. Treća je mogućnost prijenosa u oba smjera, ali ne u isto vrijeme. Takav se prijenos zove poludvosmjerni prijenos (engl. half-duplex). Primjer poludvosmjernog prijenosa je veza teleks uređaja gdje jedan može ili slati ili primati podatke, ali nikako oboje u isto vrijeme. Brzina prijenosa podataka Brzina prijenosa digitalnih signala mjeri se brojem bitova prenesenih u jednoj sekundi (engl. bps, bits per second) ili brojem bajtova u jednoj sekundi (engl. Bps, bytes per second). Katkada se za brzinu prijenosa podataka koristi jedinica baud, koja je jednaka jedinici bps samo u nekim slučajevima, pa ih nikako ne treba smatrati jednakima. Jedinica baud kod digitalnog je prijenosa jednaka broju promjena električnog signala u jednoj sekundi. Kod jednostavnijih signala odgovara upravo broju prenesenih bitova u jednoj sekundi. Postoji, međutim, mogućnost posebnog kodiranja podataka što omogućava da se za jednu promjenu električnog signala prenese više od jednog bita podataka, npr. QAM/tc modulacija koja se primjenjuje kod modema. Na taj način moguće je da jedan te isti prijenos ima brzinu od 2.400 bauda i 4.800 bps. Pri digitalnom prijenosu podataka zato je uputnije koristiti jedinicu bps jer u svakom slučaju ima jasno i nedvojbeno značenje.
VII-4
PRO-MIL
7.1
POVEZIVANJE RAČUNALA 7.2 Modem Modem je uređaj koji omogućava serijski prijenos digitalnih podataka posredstvom telefonskih linija. Uporabom modema i posredstvom javne telefonske mreže moguće je jednostavno razmjenjivati podatke između dva udaljena digitalna uređaja (npr. računala i računala). Telefonske linije građene su za prijenos govornih signala, relativno su uskog frekventnoga područja i nepogodne su za prijenos digitalnih signala. Zbog toga je prije prijenosa digitalne signale potrebno pretvoriti u signale za koje su građene telefonske linije. Na predajnoj strani modem pretvara digitalne podatke u signale zvučne frekvencije. Postupak pretvorbe digitalnih signala u signale zvučne frekvencije naziva se modulacija, a sklop koji to obavlja modulator. Na prijamnoj strani modem pretvara signale zvučne frekvencije ponovo u digitalne signale. Sklop za tu pretvorbu naziva se demodulator, a postupak demodulacija. Naziv modem nastao je iz početnih slova riječi modulator i demodulator. Digitalni podaci pretvaraju se najprije u serijski slijed bitova. Takav serijski slijed bitova prosljeđuje se modulatoru predajnog modema koji logičke nule pretvara u signal jedne zvučne frekvencije, a logičke jedinice u signal druge zvučne frekvencije. Na drugom kraju telefonske linije demodulator prijamnog modema pretvara primljene signale zvučne frekvencije u serijski slijed bitova, a zatim u paralelni prihvatljiv računalu. Signali zvučne frekvencije, koji predočuju logičke nule i jedinice, odnosno koji prenose informaciju, nazivaju se signali nositelji (engl. carrier).
Slika 7.1. Načelni prikaz prijenosa podataka posredstvom modema Najčešće se koristi dvosmjerni prijenos podataka (engl. full duplex), što znači da se istodobno prenose podaci u oba smjera. Da bi to bilo moguće, dva modema što razmjenjuju podatke moraju biti međusobno različita: jedan od tih modema zove se pozivni modem (engl. originate modem), a drugi odzivni modem (engl. answer modem). Pozivni i odzivni modem moraju biti sukladni s obzirom na brzinu prijenosa podataka, frekvencije signala nositelja, način razmjene podataka itd. Glavna razlika među njima je u frekvenciji koju pridjeljuju logičkim nulama i jedinicama. Tako npr. pozivni modem prema normi CCITT 7.2
PRO-MIL
VII-5
POVEZIVANJE RAČUNALA V.21 logičku jedinicu pretvara u signal frekvencije 980 Hz, a odzivni u signal frekvencije 1.650 Hz. Pozivni modem logičku nulu pretvara u signal frekvencije 1.180 Hz, a odzivni u signal frekvencije 1.850 Hz. To omogućuje da podaci istodobno putuju istim prijenosnim kanalom u oba smjera. Suvremeni modemi su tzv. pametni modemi (engl. smart modem), a mogu se podijeliti u dvije funkcionalne cjeline. Prva je cjelina digitalna i služi za komuniciranje s računalom i nadzor nad radom modema. Tom dijelu modema računalo može poslati naredbu za uspostavu veze i razmjenu podataka. Druga je cjelina analogna i služi za stvaranje signala koji će putovati telefonskim linijama i za upravljanje telefonskim dijelom sustava (npr. uspostavu veze). Obično su obje cjeline smještene u isti integrirani krug. Modem se može nalaziti u dva stanja. Prvo je stanje upravljačko stanje (engl. command mode) u kojem modem očekuje naredbe od računala i postupa sukladno tim naredbama. Većina modema razumije tzv. AT skup naredbi (engl. AT command set, Hayes AT commnad set). Riječ je o naredbama koje je prva primijenila tvrtka Hayes kod svojih modema, a kasnije su ih prihvatili ostali proizvođači. Svaka je naredba počinjala slovima AT (engl. atttention) po čemu je skup naredbi i dobio ime. To je industrijska norma koju svaki proizvođač primjenjuje prema svom nahođenju tako da osim temeljnog skupa naredbi, koji je uglavnom za sve modeme isti, postoje i mnoge dodatne naredbe koje se razlikuju od proizvođača do proizvođača. Drugo je stanje podatkovno stanje (engl. data mode) u kom se podaci koje računalo šalje modemu prosljeđuju telefonskom linijom drugom modemu. Obično je po uključenju modem u upravljačkom stanju u kojem očekuje naredbe od računala. Računalo šalje modemu naredbu za uspostavu veze s udaljenim modemom. Modem uspostavlja vezu i prelazi u podatkovni način rada te nakon toga podatke primljene od računala šalje drugom modemu. Modem se vraća u upravljačko stanje ako mu računalo pošalje poruku "+++" nakon koje slijedi jedna sekunda stanke bez podataka (engl. escape sequence). Glede ugradnje danas su u uporabi dvije vrste modema: unutarnji i vanjski.
VII-6
Unutarnji modem (engl. internal modem) predviđen je za ugradnju u računalo. Građen je u obliku kartice s priključnicom. Unutarnji modem ima vlastiti paralelno-serijski pretvornik, zvučnik i priključak za telefonski kabel. Glavne prednosti unutarnjeg modema su male dimenzije, vlastiti paralelno-serijski pretvornik i niža cijena od vanjskog modema. Uz to unutarnji modem ne treba posebno napajanje i ne zauzima mjesto na stolu. Nedostaci su mu mogućnost uporabe samo s jednom vrstom sabirnica računala i nemogućnost vizualnog nadzora rada modema. Posebna i danas najrasprostranjenija vrsta unutarnjeg modema
PRO-MIL
7.2
POVEZIVANJE RAČUNALA je tzv. WinModem (SoftModem, Windows modem). Ta vrsta modema rabi zvučni sustav računala i program kao zamjenu za sklopovski dio uobičajenog modema. Modem je zapravo vrlo jednostavan i jeftin sklop koji povezuje zvučni sustav računala s telefonskom linijom. Takav se modem najčešće priključuje na jednostavnu i jeftinu CNR priključnicu (engl. communication/networking riser slot). Zbog takve je građe WinModem modem vrlo jeftin pa je najrasprostranjenija vrsta modema kod računala koja rade pod Windows operacijskim sustavom. Mnogi proizvođači ugrađuju modem izravno na matičnu ploču računala. Glavni je nedostatak WinModem-a usporavanje rada računala za vrijeme rada modema jer se dio računalne snage troši na obradu i slanje podataka modemom. Taj nedostatak posebno može doći do izražaja kod računalnih igara koje se igraju posredstvom Interneta.
Slika 7.2. Unutarnji modem Vanjski modem (engl. external modem) je samostalni uređaj, smješten u prikladno kućište, opremljen nadzornim LED lampicama koje prikazuju stanje modema i priključnicama za spoj s računalom i telefonskom linijom. S računalom se povezuje posredstvom serijskih vrata ili USB sabirnicom. Prednosti vanjskog modema su neovisnost o vrsti računala kojom se koristi, mogućnost priključka bez korištenja sabirničke priključnice i vizualni nadzor nad radom modema. Nedostaci su mu veća cijena od unutarnjeg modema i zauzeće dodatnog prostora na stolu.
Slika 7.3. Vanjski modem
Postoje i modemi koji se izrađuju u obliku PC Card kartica, a namijenjeni su prijenosnim računalima. Kako praktično sva suvremene prijenosna računala imaju tvornički ugrađen modem, PC Card modemi s priključkom na fiksni telefonski sustav malokad su potrebni. U novije 7.2
PRO-MIL
VII-7
POVEZIVANJE RAČUNALA doba se rabe PC Card modemi koji u sebi imaju ugrađen mobilni telefon pa se mogu rabiti za bežično povezivanje posredstvom GSM mreže. Modemi se povezuju s računalom na dva načina. Unutarnji modemi komuniciraju posredstvom sabirnice računala ili CNR priključnice. Vanjski modemi komuniciraju s računalom posredstvom serijskih vrata ili USB sabirnice. Kako bi prijenos podataka bio što djelotvorniji i sa što manje pogrešaka, suvremeni modemi imaju ugrađen sustav za provjeru, ispravljanje i sažimanje podataka. Jedna od najpoznatijih industrijskih normi za ispravljanje pogrešaka i sažimanje podataka je MNP norma (engl. Microcom networking protocol) američke tvrtke Microcom. Postoji više MNP normi za različite razine ispravljanja pogrešaka pod oznakama MNP Class 1 do MNP Class 10. Kod modema se najviše primjenjuje MNP Class 5 norma ili skraćeno MNP5. MNP5 norma predviđa prije slanja podjelu poruke u manje cjeline ili pakete. Svakom od tih paketa dodaju se podaci za otkrivanje pogrešaka. Pri prijamu podataka provjerava se ispravnost poruke i u slučaju ustanovljenja pogreške traži se ponovno slanje paketa. Taj je postupak automatski i odvija se na razini modema. Podaci se pri slanju sažimaju, a obrnutim postupkom pretvaraju u izvorno stanje pri prijemu. Posljedica toga je mogućnost slanja veće količine podataka u istom vremenu i time povećanje brzine prijenosa uz nepromijenjena svojstva prijenosnog kanala. Modemi su redovito sukladni s jednom od dviju (ili s obje) norme: ITU (prije CCITT) ili Bell. ITU (engl. International Telecommunications Union), poznata prije pod nazivom CCITT (franc. Consultative Committee on International Telephony and Telegraphy) međunarodna je organizacija koja razvija, određuje i donosi norme za sučelja telekomunikacijskih sustava, uključujući i norme za modeme. Bell norme su skup normi koje su razvijene krajem sedamdesetih i početkom osamdesetih u tvrtki AT&T u SAD-u. Bell norme su industrijska norma u SAD-u i tek se u novije doba zamjenjuju međunarodnim CCITT normama. Praktično svi suvremeni modemi sukladni su normi ITU V.90 (najveća brzina prijama podataka 56 Kb u sekundi, najveća brzina slanja podataka 33,6 Kb u sekundi) ili ITU V.92 (najveća brzina prijama podataka 56 Kb u sekundi, najveća brzina slanja podataka 48 Kb u sekundi). Navedene brzine su najveće moguće. Stvarne brzine ovise o brzini razmjene podataka između računala i modema, stanju (kvaliteti) telefonske linije i o značajkama udaljenog modema.
VII-8
PRO-MIL
7.2
POVEZIVANJE RAČUNALA Razvoj modema Prvi komercijalni modem pod nazivom Bell 103 izradila je tvrtka AT&T 1962. godine. Prvi modem za osobna računala izradio je Dennis Hayes 1977. godine. Modem je imao oznaku 80103A, brzinu prijenosa podataka 300 bitova u sekundi, a prodavao se po cijeni od 279 USD. Bio je namijenjen ugradnji u računalo Altair 8800. Godine 1978. Hayes je proizveo modem Micromodem II za računalo Apple II. Prvi tzv. pametni modem Hayes Smartmodem proizvela je tvrtka Hayes 1981. godine. Modemi se međusobno razlikuju po brzini prijenosa, načinu modulacije, frekvenciji signala nositelja itd. Tijekom razvoja modema bilo je mnogo različitih normi pa su se i modemi međusobno razlikovali, ponekad toliko da modemi različitih proizvođača nisu mogli međusobno komunicirati. Kraj tome došao je 1988. godine kad je ITU donio normu V.90. Popularnost modema naglo je porasla porastom popularnosti Interneta, pa se modem danas najčešće rabi za povezivanje s Internetom.
Postupak digitalnog prijenosa fotografija i crteža na daljinu (obično posredstvom telefonskih linija) zove se fototelegrafija, telefoto, faksimil prijenos, telefaks ili skraćeno faks (engl. facsimile). Kao samostalni uređaji, telefaks uređaji su u uporabi već dulje vrijeme, ali su se zbog visoke cijene upotrebljavali samo za profesionalne primjene. Razvoj elektronike omogućio je potkraj osamdesetih godina građu jeftinih i za rukovanje jednostavnih telefaks uređaja koji se jednostavno priključuju na telefonsku liniju. Telefaks uređaj pretvara dokument, koji treba prenijeti na daljinu, u niz digitalnih podataka koji odgovaraju svjetlini pojedinih točaka na površini dokumenta. Digitalni signal zatim se pretvara u zvučne signale pogodne za serijski prijenos telefonskim linijama. Osobna računala s ugrađenom sposobnošću obrade podataka idealna su osnova za automatizaciju rada telefaks uređaja. Zbog toga većina suvremenih modema može, osim kao modem, raditi i kao faks uređaj pa se naziva faks modem. Prva i najvažnija prednost faks modema pred samostojećim telefaks uređajem jest ta što se, u slučaju potrebe slanja dokumenta na mnoštvo adresa, slanje može posve automatizirati, što samostalnim telefaks uređajem nije moguće. Tako, primjerice, računalo s ugrađenim faks modemom može automatski i bez ljudskog nadzora poslati željenu poruku u željeno vrijeme na više tisuća adresa koje se nalaze pohranjene u bazi podataka računala. Automatizacija takvog slanja uključuje ponovno biranje broja primatelja u slučaju zauzeća telefonske linije, slanje u doba jeftinije tarife itd. Druga je prednost faks modema ta što se može upotrebljavati u lokalnoj mreži, pri čemu jedan modem poslužuje 7.2
PRO-MIL
VII-9
POVEZIVANJE RAČUNALA više računala. Svaki od korisnika uključen u takvu mrežu može poslati i primiti telefaks poruku ne napuštajući svoje radno mjesto. Kvaliteta primljenog dokumenta redovito je bolja nego u slučaju samostalnog telefaks uređaja jer se dokument prenosi izravno iz računala u računalo bez posredstva skenera (ako je dokument nastao u računalu). Određeni nedostatak faks modema jest potreba za skenerom jer je papirnati dokument posredstvom skenera potrebno pretvoriti u digitalni oblik. Skenirati nije potrebno ako dokument postoji u računalno čitljivom obliku, npr. datoteka na tvrdom disku računala. Ako se telefaks poruke žele primati tijekom cijelog dana, računalo s ugrađenom telefaks karticom mora biti cijelo vrijeme uključeno, čime se skraćuje njegov radni vijek. Budući da su svi primljeni dokumenti u grafičkom obliku, oni zauzimaju puno memorije, tako da pri prijemu mnogo dokumenata to može predstavljati poteškoću.
VII-10
PRO-MIL
7.2
POVEZIVANJE RAČUNALA 7.3 ISDN ISDN (engl. integrated services digital network) je sustav koji omogućuje objedinjeni prijenos zvuka, slike i digitalnih podataka jednim te istim prijenosnim kanalom. Fizički medij za prijenos podataka ISDN mreže su telefonske linije, pa se sustav može primijeniti na postojećem telefonskom sustavu. Korisnik ISDN mreže može preko jednog priključka, kao što je to slučaj s telefonom, razmjenjivati zvučne informacije, slikovne informacije, faksimile, elektroničku poštu, digitalne podatke i telekse. Glavna razlika ISDN sustava prema klasičnom telefonskom sustavu je u načinu prijenosa podataka od korisnika do telefonske ili komunikacijske centrale. Kod klasičnog telefonskog sustava prenosi se analogni signal, dok se kod ISDN sustava prenosi digitalni signal. Pri uporabi ISDN sustava korisnik mora imati opremu koja analogne signale pretvara u digitalne. Podaci se ISDN sustavom prenose korištenjem dvaju kanala, nazvanih B (engl. bearer) i D (engl. delta). Kanal B je za dvosmjerni prijenos digitalnih podataka brzinom 64 Kb u sekundi. Namijenjen je prijenosu digitaliziranog zvuka ili digitalnih podataka, a veza se ostvaruje kao pri telefonskom razgovoru. Kanal D je za dvosmjerni prijenos digitalnih podataka brzinom 16 Kb u sekundi telefonskom mrežom ili 64 Kb u sekundi paketnom mrežom. Osim prijenosa podataka, kanal D namijenjen je prijenosu upravljačko-nadzornih signala, primjerice signala pri biranju brojeva, signala zvonjave i sl. Uobičajene su tri ponude ISDN usluge korisnicima: BRI ISDN (engl. basic-rate, 2B+D, dva B kanala i jedan D kanal), PRA ISDN (engl. primary-rate, 23 B kanala i jedan D kanal) i multirate ISDN (bilo koji broj B kanala i jedan D kanal). Prednosti ISDN mreže u odnosu na klasičnu telefonsku mrežu su: brže biranje, veća brzina prijenosa podataka (64 Kb u sekundi, odnosno 128 Kb u sekundi uz korištenje dva kanala) te mogućnost prijenosa zvuka i digitalnih podataka iz računala. Kanali mogu raditi neovisno pa je tako moguće npr. jednim kanalom slati računalne podatke, a drugi rabiti za razgovor. Za računalni priključak na ISDN sustav korisnik mora imati dva uređaja. Prvi od njih je mrežni zaključni uređaj (engl. network terminator, NT). To je uređaj koji isporučuje telekomunikacijska tvrtka, a priključuje se na ISDN sustav. U mrežni zaključni uređaj korisnik može uključiti do osam različitih uređaja: ISDN telefon, faksimil uređaj, ISDN modem itd. Premda svaki od tih uređaja može imati različit pozivni broj, istodobno mogu raditi samo dva od uređaja. Za slanje računalnih podataka korisnik mora imati još jedan uređaj koji se naziva ISDN modem, ISDN kartica ili TA (engl. terminal adapter). To je uređaj koji se s jedne strane povezuje s računalom posredstvom PCI ili USB sabirnice, a s druge strane s NT uređajem. Izrađuje se kao kartica za ugradnju ili 7.3
PRO-MIL
VII-11
POVEZIVANJE RAČUNALA kao vanjski uređaj. ISDN modem bitno je različit uređaj od klasičnog modema jer on ne pretvara digitalne podatke u analogne, već samo prilagođava digitalne podatke iz računala u digitalne podatke prilagođene prijenosu ISDN sustavom. Iako je naziv "modem" uobičajen, zapravo je pogrešan jer ovdje nije riječ o modulaciji i demodulaciji.
Slika 7.4. Načelni prikaz povezivanja uređaja ISDN sustavom
VII-12
PRO-MIL
7.3
POVEZIVANJE RAČUNALA 7.4 DSL i ADSL DSL (engl. digital subscriber line) je tehnologija koja iskorištava puno raspoloživo frekvencijsko područje telefonskih linija između korisnika i telefonske centrale te tako omogućuje mnogo veću brzinu prijenosa podataka od analognog modema ili ISDN sustava. Umjesto pretvorbe u analogni signal i slanja analognih zvučnih signala telefonskim linijama, DSL sustav šalje digitalne signale slično kao i ISDN. Da bi to bilo moguće, kod korisnika i u telefonskoj centrali mora postojati poseban uređaj koji omogućuje takav prijenos. Na strani korisnika postoji uređaj koji se naziva DSL modem koji podatke iz računala pretvara u oblik prikladan za prijenos DSL sustavom. Ako se uz prijenos računalnih podataka DSL sustavom želi istodobno i telefonirati, korisnik mora imati DSL djelitelj (engl. DSL splitter, DSL filter, DSL micro-filter) koji odvaja analogne signale glasovne komunikacije od digitalnih računalnih podataka. Ovisno o tome kakav sustav korisnik ima, može biti riječ o djelitelju za analogni telefonski sustav (engl. POTS splitter) ili djelitelju za digitalni ISDN sustav (engl. ISDN splitter). U telefonskoj centrali postoji pristupni multipleksor (engl. digital subscriber line access mulitiplexer, DSLAM) koji prihvaća DSL signale korisnika i prosljeđuje ih na odredište. Glavna prednost DSL sustava jest velika brzina prijenosa podataka (do 8 Mb u sekundi). Stvarna brzina za korisnika ovisi o ugovorenoj brzini s telekomunikacijskom tvrtkom. Mogućnosti DSL sustava uvelike ovisi o kvaliteti veze između korisnika i telefonske centrale. Što je ta veza duža, to je u načelu kvaliteta manja. Zbog toga je najveća dopuštena dužina telefonskih vodiča od korisnika do telefonske centrale kod DSL sustava ograničena na 5,4 km. Za razliku od ISDN sustava DSL sustav je cijelo vrijeme "na vezi", tj. nije potrebno pri svakom povezivanju na Internet ostvarivati vezu. Za razliku od analognog modema i ISDN sustava kod kojih se naplaćuje trajanje veze, DSL sustav se obično naplaćuje prema količini prenesenih podataka. Postoji više inačica DSL sustava, a najpopularniji je ADSL sustav (engl. asymetric digital subscriber line) čija je osnovna značajka različita (asimetrična) brzina prijenosa podataka pri prijamu i slanju. Uočilo se da većina korisnika pri korištenju Interneta mnogo više podataka prenosi na svoje računalo nego što ih šalje, pa je velik dio raspoloživog kapaciteta neiskorišten. Zato ADSL sustav omogućuje mnogo veće brzine prijama podataka nego slanja.
7.4
VII-13
PRO-MIL
POVEZIVANJE RAČUNALA 7.5 Zakupljeni vodovi Zakupom telekomunikacijskog voda uspostavlja se veza kvalitetom prilagođena korisnikovim potrebama. Pri tome se pod kvalitetom najčešće podrazumijeva kapacitet komunikacijskog kanala, odnosno najveća moguća brzina prijenosa podataka. Zakupljeni vodovi cijelo vrijeme povezuju dvije točke po izboru korisnika i korisnik ih može rabiti po volji. Cijena uspostave takve veze i naknada za njenu uporabu ovisi o kapacitetu komunikacijskog kanala, ali je u načelu veza bolja (brža) a cijena viša od svih do sad spomenutih veza. U SAD su popularni zakupljeni vodovi pod nazivom T1 (1,544 Mb u sekundi), T2 (6,312 Mb u sekundi), T3 (44,736 Mb u sekundi), T4 (274,176 Mb u sekundi) i T5 (400,352 Mb u sekundi). Navedeni nazivi T1 do T5 danas se uglavnom rabe kao nazivi oznaka brzina prijenosa a ne tehnologije prijenosa podataka izvorno poznate pod nazivom T1.
VII-14
PRO-MIL
7.5
POVEZIVANJE RAČUNALA 7.6. Mreža Mreža stvara okolinu u kojoj korisnici mogu djelotvorno razmjenjivati i koristiti podatke i programe. Velika rasprostranjenost osobnih računala i njihova uporaba u poslovne svrhe stvorila je potrebu njihova međusobnog spajanja. Osim računala trebalo je međusobno spojiti i njihove priključne uređaje. Tipičan je primjer za to spajanje informatičke opreme malih tvrtki, obično smještenih na jednom katu neke zgrade ili u jednoj zgradi. Znatno je složenija zadaća spajanja računala koja se nalaze u različitim zgradama, gradovima ili čak državama. I u jednom i u drugom primjeru sustav za spajanje treba omogućiti što jednostavniji, djelotvorniji i jeftiniji način razmjene podataka među korisnicima, kao i uporabu raspoloživih priključnih uređaja. Tako spojeni sustav, koji čini sklopovsku i programsku cjelinu, naziva se mreža (engl. network). Sudionike komunikacije u nekoj mreži nazvat ćemo čvorovima mreže. Čvor mreže (engl. node) prema tome je svako mjesto u mreži sposobno predavati podatke ostalim čvorovima u mreži ili primati podatke od njih. Čvor je npr. računalo ili pisač. Svaki čvor mreže ima jedinstvenu adresu (engl. data link control address, DLC address, media access control address, MAC address), kako bi podaci mogli stići do njega i kako bi se znalo tko je poslao podatke. Osnovni razlozi koji opravdavaju spajanje informatičke opreme u mrežu su sljedeći: • Što jednostavnija i djelotvornija razmjena informacija među korisnicima. Takva je razmjena podataka poznata pod nazivom elektronička pošta (engl. E-mail, electronic mail), a osim razmjene jednostavnih i kratkih poruka uključuje i razmjenu opsežnih dokumenata, crteža, zvučnih zapisa, programa itd. • Jednostavan pristup podacima koji se nalaze negdje u mreži. Svaki od korisnika ima mogućnost sa svog računala pristupiti podacima smještenim na nekom drugom računalu u mreži kao da su smješteni upravo na njegovu računalu. Tipičan je primjer istodobni rad više korisnika s nekom bazom podataka, pri čemu se njihov zajednički rad objedinjuje u svima dostupan skup podataka. • Mogućnost jednostavne uporabe skupih i korisniku nedostupnih resursa jest sljedeći važan razlog uvođenja mreže. U takve resurse ubrajaju se mediji za pohranu velike količine podataka (npr. magnetske vrpce), skupi izlazni uređaji (npr. laserski pisači, crtala i sl.), uređaji za razmjenu podataka (npr. modemi) itd. Korisnik može jednostavnom naredbom s računala za kojim radi izdati naredbu za ispis teksta, izradu crteža, slanje telefaks poruke i sl. 7.6
PRO-MIL
VII-15
POVEZIVANJE RAČUNALA • Mogućnost raspodjele opsežnih poslova obrade podataka na više računala. Takva se obrada podataka zove raspodijeljena ili distribuirana obrada podataka, a znatno unapređuje djelotvornost obrade u usporedbi s istim brojem neumreženih računala. Mreže su složeni sustavi čija djelotvornost ovisi o mnogo različitih čimbenika. Ovdje su nabrojeni oni najvažniji koji bitno utječu na karakteristike mreže i zadovoljstvo korisnika mrežom. • Brzina prijenosa podataka. Ova značajka mreže posebno je kritična ako je u mrežu uključeno mnoštvo čvorova koji razmjenjuju mnogo podataka u kratkom vremenu. Cijena i složenost mreže rastu s porastom brzine, pa korisnik mreže mora pažljivo procijeniti potrebe i izabrati mrežu odgovarajućih karakteristika. • Jednostavnost uporabe i održavanja mreže. Dok je uporaba mreže s gledišta svakog od korisnika priključenog na mrežu relativno jednostavna, instaliranje, upravljanje i održavanje mreže nipošto nije jednostavan zadatak. Često treba zaposliti visokostručnu osobu čiji je jedini zadatak upravljanje i održavanje mreže. Posebno je važna mogućnost jednostavnog i jeftinog proširenja mreže, promjena rasporeda čvorova u mreži, način njihova pristupa mreži itd. • Sukladnost mreže namjeni. Korisnik mora jasno odrediti namjenu mreže jer su pojedine mreže prilagođene određenim primjenama. Pravilnim izborom korisnik može uštedjeti znatna sredstva pri nabavi, instaliranju i održavanju mreže. S druge pak strane, pogrešan izbor može značiti veliko usporavanje rada u mreži i katkada nemogućnost djelotvornog rada. • Cijena mreže. Cijena je važan činitelj pri izboru mreže. Danas postoje mreže koje na prvi pogled obavljaju isti posao, a razlika im je u cijeni jedan prema deset. Cijena mreže zavisna je o navedenim karakteristikama mreže. Topologija mreže Topologija mreže jest struktura mreže u smislu geometrijskog rasporeda čvorova mreže i načina njihovog spajanja. Slikovito se može reći da je topologija mreže zemljovid mreže. Za veći broj sudionika komunikacije postoji mnoštvo mogućnosti međusobnog spajanja, pa će se ovdje spomenuti samo najvažnije topologije.
VII-16
Izbor najpogodnije topologije ovisi o mnogo čimbenika, od kojih su najvažniji: broj, vrsta i raspored čvorova u mreži, brzina predaje i prijama podataka, propusnost mreže, dostupnost i cijena sklopova i
PRO-MIL
7.6
POVEZIVANJE RAČUNALA programa potrebnih za pogon mreže, namjena mreže, način upravljanja mrežom itd. Najrasprostranjenije topologije suvremenih mreža su zvjezdasta i sabirnička. Osnovno svojstvo zvjezdaste mreže (engl. star network topology) jest da je svaki čvor spojen sa zajedničkim središnjim čvorom. Ovaj način spajanja naziva se još i spajanje čvor-s-čvorom (engl. point-to-point). Osnovna odlika zvjezdaste mreže jest jednostavnost spajanja, jednostavnost održavanja i upravljanja te nesmetan rad u slučaju kvara dijela mreže (osim ako to nije središnji čvor).
Slika 7.5. Zvjezdasta mreža Svi čvorovi sabirničke mreže (engl. bus network topology) spojeni su na zajednički prijenosni kanal koji se naziva sabirnica. Predajni čvor šalje poruku sabirnicom i ta je poruka na raspolaganju svim čvorovima spojenim na tu sabirnicu. Čvorovi prepoznaju poruke koje su im upućene i takve poruke prihvaćaju. Sabirnička topologija vrlo je pogodna za distribuirano upravljanje, omogućava jednostavno spajanje novih čvorova i konfiguriranje mreže te nesmetan rad mreže u slučaju kada je jedan ili više čvorova izvan pogona. Odgovarajućim protokolima (npr. CSMA/CD) izbjegava se istodobno slanje više poruka, čime bi došlo do miješanja poruka na sabirnici. Najveća opasnost za rad sabirničke 7.6
PRO-MIL
VII-17
POVEZIVANJE RAČUNALA mreže je prekid sabirnice jer on uzrokuje prekid rada cijele mreže. To je ujedno i glavni nedostatak sabirničke mreže i to treba imati na umu ako je pouzdanost od posebne važnosti.
Slika 7.6. Sabirnička mreža Mrežni protokol
VII-18
Razmjena podataka bilo koje vrste moguća je samo pod uvjetom da postoji dogovor o načinu predodžbe i vremenu razmjene podataka između predajnika i prijamnika. Pri razmjeni podataka, kod koje su uključena i računala, takav se dogovor zove mrežni protokol (engl. network protocol), mrežna norma ili nadzor nad prijenosnom vezom (engl. data link control). Protokol je skup pravila kojima se uz ostalo propisuje kako čvorovi u mreži raspoznaju jedan drugog, u kakvom obliku moraju biti podaci koji putuju mrežom te kako se podaci trebaju obraditi jednom kad dođu na odredište. Protokol ima dvije osnovne zadaće: osigurati prijenos podataka onda i samo onda kada je prijenosni kanal slobodan i prijamnik spreman za prijam te spriječiti iskrivljenje ili gubitak podataka tijekom prijenosa. Nagli razvoj sustava za prijenos podataka, njihova složenost i različiti zahtjevi s obzirom na primjenu doveli su do razvoja mnogo različitih protokola. Veliki proizvođači računala razvili su svoje protokole, proizvođači komunikacijske opreme svoje, pa čak i pojedine industrijske grane koriste svoje posebne protokole (npr. avioprijevoznici).
PRO-MIL
7.6
POVEZIVANJE RAČUNALA Treba imati na umu da postoji mnogo protokola i da se oni mogu odnositi na različite vidove prijenosa podataka. Primjerice popularni Ethernet protokol odnosi se na fizički vid ostvarenja veze, dok se TCP/ IP odnosi na način oblikovanja i rukovanja podacima. Zato je moguće da je pri prijenosu podataka potrebno sklopovlje i programe uskladiti s više protokola. Postoje dvije glavne skupine mrežnih protokola s gledišta fizičkog ostvarenja veze: deterministički i nedeterministički. Deterministički protokol dodjeljuje svakom predajniku određeno vrijeme za pristup prijenosnom kanalu pa je tako postignuto jamstvo da će svaki predajnik koji ima pripravnu poruku, bez obzira na opterećenost mreže, doći u priliku poslati tu poruku. Predajnici determinističkih mreža ne mogu započeti slanje podataka u bilo kom trenutku, već samo ako prime obavijest da im je dopušten pristup. Tu im obavijest u obliku posebnog znaka (značka, engl. token) šalje nadzorni čvor, koji se ujedno brine o tome da svi predajnici dođu na red. Ta vrsta protokola naziva se protokol prolazne poruke ili protokol s prenošenjem značke. Nedostatak determinističkog protokola je gubitak vremena kod malog opterećenja mreže na dodjeljivanje vremena neaktivnim predajnicima. Suvremeni deterministički protokoli na određeni način izbjegavaju dodjeljivanje vremena za slanje neaktivnim predajnicima i tako povećavaju djelotvornost mreže. Tipični predstavnici determinističkog protokola su primjerice IEEE 802.4 (token bus) i IEEE 802.5 (token ring). Nedeterministički (stohastički) protokol propisuje razmjenu podataka više sudionika istim prijenosnim kanalom, pri čemu je taj kanal u stanju u jednom trenutku prenositi samo jednu poruku. To je tipičan slučaj prijenosa podataka kod mreža pa su i protokoli ove vrste namijenjeni mrežama. Postupak propisan ovom vrstom protokola može se pojednostavnjeno opisati na sljedeći način. • Predajnik, koji želi poslati poruku, ispituje je li prijenosni kanal slobodan. Ako je slobodan, tj. ako kanalom ne putuje nikakva poruka, predajnik šalje svoju poruku kanalom. • Ako predajnik ustanovi da je kanal zauzet, odgađa svoje slanje za neko vrijeme te nakon toga pokušava ponovo pristupiti prijenosnom kanalu. • Ako predajnici istodobno počnu slati svoje poruke, ustanovljuju da je došlo do miješanja poruka i da prema tome slanje poruke nije uspjelo.
7.6
VII-19
PRO-MIL
POVEZIVANJE RAČUNALA Zadaća je nedeterminističkog protokola raspodijeliti između predajnika odgodu vremena ponovnog pristupa mreži tako da je prijenos podataka što djelotvorniji. Vremena ponovnog pristupa mreži određena su algoritmom protokola koji ne pruža jamstvo da će čvor u određenom vremenu naići na slobodni prijenosni kanal. Kod nedeterminističkog protokola ne postoji jamstvo da će poruka stići na odredište u određenom vremenu, a može se načelno dogoditi da pri velikom opterećenju poruka nikada na bude odaslana. To je ipak samo krajnji slučaj vrlo opterećene mreže, koji se u praksi malokad susreće. Nedeterministički protokol pogodan je za mreže s manjim opterećenjem jer je kod njih velika vjerojatnost da će predajnik, koji ima spremnu poruku, naići na slobodni prijenosni kanal i odmah započeti sa slanjem podataka. Tipični predstavnik ove vrste protokola je tzv. CSMA/CD protokol (engl. carrier sense multiple access with collision detection), što se može prevesti kao protokol višestrukog pristupa s osluškivanjem nositelja i otkrivanjem sudara. Najpoznatiji predstavnik CSMA/CD protokola je IEEE 802.3 (Ethernet) protokol.
Ethernet Uzor za oblikovanje norme IEEE 802.3 bio je komercijalni protokol Ethernet. Ethernet je nazvan po nepostojećem mediju eteru (engl. ether) za koga se nekad vjerovalo da je prijenosni medij elektromagnetskih valova. Ethernet je zamislio R. Metcalf u istraživačkom centru Xerox Parc. Pojavio se kasnih 1970. godina kada je tvrtka Xerox komercijalno nudila protokol Ethernet kao osnovnu tehnologiju za spajanje svoje uredske opreme. Prvu dokumentaciju o Ethernetu objavili su R. Metcalfe i D. Boggs 1973. godine. Inačica Ethernet Release 1.0, objavljena je 1980. godine (zajedno američke tvrtke Xerox, Digital Equipment Corporation i Intel Corporation), s namjenom spajanja DEC miniračunala. Inačica Ethernet Release 2.0 objavljena je 1982. godine, a prva IEEE službena inačica protokola objavljena je 1983. godine kao IEEE 802.3 10Base5 LAN norma. Ova norma široku popularnost zahvaljuje odličnim svojstvima i mnogim proizvođačima koji je podržavaju.
VII-20
S gledišta brzine danas su u uporabi tri vrste Ethernet protokola: 10 Mb u sekundi (Ethernet), 100 Mb u sekundi (Fast Ethernet) i 1.000 Mb u sekundi (Gigabit Ethernet). Treba istaći da svi čvorovi dijele kapacitet prijenosnog kanala, što znači da porastom prometa opada brzina svakog od čvora. S gledišta topologije i vrste veznih vodiča u uporabi su Ethernet protokoli prikazani u tablici.
PRO-MIL
7.6
POVEZIVANJE RAČUNALA Tablica 7.1. Ethernet protokoli Najveća dužina segmenta između dva čvora
Naziv
Najveća brzina Mb u sekundi
Parica (zvjezdasta topologija) 10BaseT
100 m
10
100BaseT
100 m
100
Koaksijalni kabel (sabirnička topologija) 10Base5 "thick"
500 m
10
10Base2 "thin"
185 m
10
Optičko vlakno (zvjezdasta topologija) 10BaseF
2 km
10
100BaseFX multimode
2 km
100
100BaseFX single-mode
10 km
100
Kod lokalnih mreža najčešće se rabi 100BaseT vrste mreža, kod kojih su vezni vodiči parice sa četiri vodiča (dvije parice), a svi su čvorovi vezani na koncentrator (engl. hub) ili preklopnik (engl. switch).
ISO OSI Međunarodna udruga za normizaciju ISO je 1978. godine predložila skup međunarodnih normi za razmjenu podataka pod nazivom ISO OSIRM model (engl. ISO open systems interconnection reference model) ili skraćeno ISO OSI model. Temeljna zadaća ISO OSI modela jest omogućavanje spajanja računala i računalnih uređaja različitih proizvođača te tako olakšati izgradnju računalnih mreža neovisnih o proizvođačima računalne opreme. ISO OSI model je skupni naziv za norme koje se mogu svrstati u sedam skupina. Svaka od tih skupina naziva se sloj (engl. layer), pa se ISO OSI model naziva još i model sedam slojeva. Slojevi su poredani od najvišeg prema nižem na sljedeći način: primjena (sloj primjene, engl. application layer), sjednica (sloj sjednice, engl. session layer), prijenos (prijenosni sloj, engl. transport layer), mreža (mrežni sloj, engl. network layer), podaci (sloj podatkovne veze, engl. data link layer), fizička veza (fizički sloj, engl. physical layer). Pojedini sloj očekuje podatke priređene na način propisan slojem ispod njega, a rezultat normi tog sloja je oblik podataka kakve očekuje sloj iznad njega. Tako raščlanjene norme u slojeve mogu
7.6
PRO-MIL
VII-21
POVEZIVANJE RAČUNALA znatno olakšati izradu cjelokupnog sustava za razmjenu podataka jer se pojedini dijelovi sustava mogu razvijati i po potrebi mijenjati neovisno o ostalim slojevima. Važno je samo da rezultat obrade podataka pojedinog sloja bude sukladan ISO OSI normi. Zbog nedovljne definiranosti i posebnosti postojećih mrežnih sustava na tržištu malo je proizvođača mrežne sustave izgradilo poštujući svih sedam slojeva ISO OSI norme.
TCP/IP TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol) je norma razvijena za potrebe ministarstva obrane SAD-a s namjenom povezivanja različitih računalnih sustava. Proširenjem tog sustava na sveučilišta i poslije na cijeli svijet pod nazivom Internet, TCP/IP je postao najpopularnija mrežna norma. TCP dio norme osigurava cjelovitost i ispravnost podataka na prijamnoj strani. Ako se ustanovi da primljeni podatak nije kompletan ili da sadrži pogrešku traži se od predajnika ponovno slanje, sve dok se ne primi ispravan podatak. IP dio norme brine se o putu kojim će podaci putovati i odredištu na koje moraju stići. IP norma propisuje da se svakom paketu podataka dodaje zaglavlje u kom mora biti adresa pošiljatelja i adresa primatelja. Svi čvorovi uključeni u TCP/IP mrežu moraju imati jedinstvenu adresu kako bi podaci mogli jednoznačno doći na odredište. Poruka koja se šalje podijeli se na pakete koji se onda šalju najpogodnijim putevima da bi se na odredištu ponovo sastavili u izvorni oblik (vidi opis paketnih mreža). TCP/IP norma je skup normi podijeljenih u slojeve kao i ISO OSI norma (vidi opis ISO OSI) ali nije s njom sukladna. TCP/IP norma se sastoji od tri sloja: IP sloja (odgovara mrežnom sloju ISO OSI norme), TCP sloja (odgovara prijenosnom sloju ISO OSI norme) i sloju koji sadrži mnogo normi: ftp, telnet, http i dr. (odgovara trima najgornjim slojevima ISO OSI norme).
Mrežna arhitektura
VII-22
Temeljni problem svake mreže jest zagušenje prijenosnih kanala pri povećanom prometu. Zagušenje mreže je stanje u kom je potreba za protokom podataka veća od mogućnosti mreže. S gledišta korisnika to se očituje kao usporen rad pri razmjeni podataka s ostalim čvorovima mreže. Primjerice ako u Ethernet mreži najveće brzine prijenosa podataka 10 Mb u sekundi istodobno radi 30-50 korisnika, svaki korisnik pri prosječnom prometu komunicira s mrežom brzinom od svega 2,5 Mb u sekundi. Zagušenje je posebice izraženo u mrežama upravljanim nadzornim računalom (engl. server) i u rasprostranjenim mrežama (engl. WAN). Problem povećanog prometa mrežnim kanalima, ako nije primijenjena stranka/poslužitelj (engl. client/server) tehnologija, najbolje je predočiti jednim primjerom.
PRO-MIL
7.6
POVEZIVANJE RAČUNALA Pretpostavimo da je riječ o mrežnoj bazi podataka pohranjenoj na središnjem računalu mreže. Lokalno računalo, koje želi izlučiti podatke iz te središnje mrežne baze, mora mrežnim putem pokrenuti program za obradu baze podataka. Tipično taj se program mora prenijeti iz središnjeg računala u radnu memoriju lokalnog računala, izvršiti i zatim dobaviti tražene podatke iz središnjeg računala. Važno je uočiti da se program i baza podataka nalazi u središnjem računalu, pa je potreban obiman prijenos podataka pri bilo kakvoj uporabi programa. Dodatna poteškoća jest činjenica da suvremeni programi komuniciraju s korisnikom posredstvom grafičkog korisničkog sučelja koje zahtijeva prijenos mnogo podataka iz središnjeg u lokalno računalo. Stranka/poslužitelj (engl. client/server) tehnologija dijeli obradu podataka između računala koje treba uslugu i naziva se računalo-stranka (engl. client) i računala koje pruža uslugu i naziva se poslužiteljsko računalo (engl. server). U navedenom primjeru to bi značilo da je npr. dio programa s korisničkim sučeljem pohranjen na lokalnom računalu, a dio programa za obradu baze podataka (npr. izlučivanje podataka) smješten na središnjem računalu mreže. Za razliku od prvog primjera mrežom ne putuje cjelokupni program, već samo zahtjev za podacima i rezultat obrade podataka. Podaci se prije slanja mogu sažeti i tako dodatno smanjiti opterećenost prijenosnih kanala. Bitna značajka stranka/poslužitelj tehnologije jest podjela i specijalizacija programa između dvije strane. Program na računalu-stranci (engl. client software) obično je zadužen za korisničko sučelje, slanje zahtjeva, slanje podataka i prijam obrađenih podataka. Program na poslužiteljskom računalu (engl. server software) ima zadaću primati zahtjeve, obraditi podatke sukladno zahtjevu i poslati obrađene podatke računalu-stranci. Na taj je način bitno smanjena količina podataka koja putuje prijenosnim kanalima, pa se smanjuje opasnost zagušenja mreže. Kako sav promet ide posredstvom poslužiteljskog računala, moguć je nadzor nad prometom što povećava sigurnost mreže. Kod manjih mreža moguće je nadzor mreže pridijeliti svakom računalu mreže i tako izbjeći potrebu za nadzornim računalom. Pri takvoj konfiguraciji mreže, koja se naziva engl. peer-to-peer (engl. peer = ravnopravan, jednako vrijedan), svako od računala u mreži može preuzeti ulogu nadzornog (poslužiteljskog) računala (engl. server). Osnovna prednost engl. peer-to-peer mreže jest niža cijena jer otpada potreba za snažnim nadzornim računalom mreže te povećana pouzdanost mreže jer ispadom jednog računala mreža može bez prekida nastaviti s radom. Dodatna je prednost jednostavnija instalacija i održavanje mreže u usporedbi s većinom mreža koje koriste jedno nadzorno računalo. Nedostatak je sporost mreže pri većem broju priključenih radnih mjesta, pa su takve mreže primjenjive samo kad u mreži nema više od desetak računala. 7.6
PRO-MIL
VII-23
POVEZIVANJE RAČUNALA Fizički mediji za prijenos podataka Bez obzira na vrstu, građu, topologiju i način upravljanja mrežom, svi podaci koji se prenose od predajnog do prijamnog čvora moraju proći prijenosnim kanalom. Taj prijenosni kanal je fizički medij za prijenos podataka. Svojstva fizičkog medija za prijenos određuju brzinu prijenosa i propusnost kanala. Parica je par međusobno isprepletenih izoliranih bakrenih vodiča (engl. twisted pair, TP), koristi se za priključak telefonskog uređaja. Velika prednost parica jest niska cijena i činjenica da su često parice već postavljene za telefonsku mrežu, pa se umjesto toga mogu iskoristiti za mrežu za prijenos digitalnih podataka. Osnovni nedostatak parice jest ograničenje brzine prijenosa na male i srednje brzine i ograničenje udaljenosti prijenosa na stotinjak metara. Ako se instalira parica samo za mrežu, tada se koriste dvije vrste parica: neoklopljena parica (engl. unshielded twisted pair, UTP) i oklopljena parica (engl. shielded twisted pair, STP). Oklopljena parica je oklopljena dodatnim vodljivim opletom čime se povećava brzina prijenosa podataka i smanjuju smetnje iz okoline. Prednost oklopljene pred neoklopljenom paricom je veća brzina prijenosa, a glavni nedostatak je cijena. Parice su s obzirom na najveću moguću brzinu prijenosa podataka podijeljene u kategorije označene s CAT 1 do CAT 5. Što je veći broj, to je parica bolja, a za brzine prijenosa 100 Mb u sekundi rabi se UTP CAT 5 vrsta parica. Na oba kraja parica su RJ-45 priključnice koje liče na telefonske priključnice, ali su od njih šire i imaju osam kontakata.
Slika 7.7. Parica
VII-24
Postoje dvije vrste parica s gledišta načina na koji su vodiči spojeni s priključnicom. Ako se računalo spaja s koncentratorom (engl. hub), rabi se parica kod koje su kontakti na oba kraja kabela međusobno spojeni. To znači da je kontakt broj jedan na jednom kraju spojen s kontaktom broj jedan na drugom kraju, broj dva s brojem dva itd. Takva se parica naziva izravna parica (engl. straight through UTP, patch UTP). Ako se izravno spajaju samo dva računala, bez posredstva koncentratora (engl. hub), tada se rabi tzv. križana parica (engl. crossover UTP). Kod križane parice konektori nisu spojeni tako da je svaki kontakt na jednom kraju kabela spojen s kontaktom istog broja na drugom kraju kabela, već su spojeni tako da se neke žice moraju križati (odatle i ime).
PRO-MIL
7.6
POVEZIVANJE RAČUNALA Koaksijalni kabel (suosnik, engl. coaxial cable, coax) znatno je kvalitetniji medij od parice. Ima veću otpornost na smetnje, veću brzinu prijenosa i veći propusni opseg. Sastoji se od izoliranog središnjeg vodiča omotanog drugim vodičem, a sve je skupa zaštićeno vanjskom izolacijom. Koaksijalni kabel je skuplji od parice i za razliku od parice ne postoji kao iskoristivi dio neke druge instalacije. Unatoč tome njegova primjena kod lokalnih mreža je raširena. Koriste se dvije vrste koaksijalnih kabela: tzv. debeli koaksijalni kabel (engl. thick, thicknet) promjera 12,7 mm (norma 10Base5) i tzv. tanki koaksijalni kabel (engl. thin, thinnet) promjera 4,7 mm (norma 10Base2). Prednosti debelog kabela su manje gušenje signala i time veća udaljenost prijenosa, a nedostaci su mu krutost koja otežava ugradnju i polaganje kabela te visoka cijena. Prednosti tankog kabela su niža cijena i lakša ugradnja, a nedostatak je smanjena udaljenost prijenosa (najviše 185 m i 30 priključaka).
Slika 7.8. Koaksijalni kabel Optičko vlakno (engl. optical fiber) najnoviji je fizički medij za prijenos podataka, a znatno se razlikuje od prethodna dva po fizikalnim karakteristikama signala koji se prenosi. Optičko vlakno je snop tankih staklenih vlakana zatvorenih u zaštitnu ovojnicu. Svi se podaci prije prijenosa optičkim vlaknom moraju pretvoriti iz električnog signala u svjetlost. To se obično čini pomoću laserskih dioda (engl. laser diode). Na prijamnoj strani potrebna je obrnuta pretvorba: iz svjetlosti u električni signal pomoću foto-osjetila. Optičko vlakno ima svojstva koja ga čine posebno pogodnim za primjenu u mrežama za prijenos podataka. U prvom redu to vlakno omogućava puno veće brzine prijenosa podataka. Nadalje, to je vlakno neosjetljivo na elektromagnetske smetnje, čime se uvelike poboljšava pouzdanost prijenosa. Isto tako onemogućava prisluškivanje. Optičko vlakno ima manje dimenzije i težinu u odnosu na bakreni vodič istih značajki glede kapaciteta prijenosa podataka. Najveći je nedostatak optičkog vlakna visoka cijena te cijena njegove instalacije i potrebnih priključnih sklopova.
Slika 7.9. Optičko vlakno
7.6
VII-25
PRO-MIL
POVEZIVANJE RAČUNALA Osim navedenih postoje i drugi fizički mediji za prijenos podataka. Jedan od tih medija je npr. okolni prostor kojim se rasprostire vidljivo i nevidljivo elektromagnetsko zračenje, pa tako postoje mreže koje se koriste radiovalovima i infracrvenom svjetlosti (vidi odjeljak o bežičnim mrežama). Paketna mreža Posebna vrsta mreže je paketna mreža (engl. packet switching network). Svojstvo paketne mreže jest da ona podatak koji treba prenijeti podijeli u manje cjeline (engl. packet disassembly) koje se nazivaju paketi. Svaki od tih paketa propisanog je formata i ograničene duljine. Paket se sastoji od dijela koji se zove zaglavlje i koji sadrži nadzorne podatke (npr. kome je poruka upućena), od dijela za podatke ili poruku te od završnog dijela koji služi za provjeru ispravnosti prenesenog paketa. Glavna prednost paketne mreže pred ostalim mrežama jest sposobnost slanja podataka najpovoljnijim prijenosnim putem. Pri tome je moguće da paketi putuju različitim fizičkim vezama, pa čak i da kasnije poslani paket stigne na odredište prije paketa koji je poslan prije njega. Na prijamnoj strani paketi se sastavljaju u cjelovitu poruku kakva je bila na izvorištu. Najpoznatija paketna mreža je Internet. Fizička i prividna veza
VII-26
Razmjena podataka između dva uređaja moguća je ako su ta dva uređaja na neki način spojena. Najjednostavniji način spajanja je izravno, fizičko spajanje. To je slučaj kada su dva uređaja razmjene podataka spojena vodičima. Primjer fizičke veze (engl. physical circuit) je spoj računala s pisačem. Prednost fizičke veze je neometana komunikacija između predajnika i prijamnika za cijelo vrijeme trajanja veze. Fizička veza posve je neprikladna u slučaju komunikacije većeg broja sudionika jer je tada broj spojnih vodiča neprihvatljivo velik. Prividna ili virtualna veza (engl. virtual circuit) takav je način spajanja uređaja kod kojeg se podaci prenose neizravno, posredstvom složenih sklopovskih i programskih pomagala. Primjer prividne veze je paketna mreža kod koje dijelovi poruke do prijamne strane putuju različitim fizičkim putovima, da bi se zatim na prijamnoj strani sastavili u izvorni oblik. Za razliku od fizičke veze, kod prividne veze prijenosni kanal istodobno prenosi poruke mnogih sudionika u komunikaciji. S gledišta sudionika u komunikaciji nema razlike između fizičke i prividne veze. I u jednom i u drugom slučaju korisnik ima dojam da je uspostavio izravnu vezu. Složeni sklopovski i programski dijelovi sustava brinu se o uspostavljanju veze, rastavljanju i ponovnom sastavljanju poruke, ispravljanju pogrešaka pri prijenosu itd. Korisnik pritom najčešće nije svjestan niti ga zanima je li riječ o fizičkoj ili prividnoj vezi.
PRO-MIL
7.6
POVEZIVANJE RAČUNALA Lokalna mreža (LAN) Mreže ograničene na malo zemljopisno područje, npr. uokrug nekoliko kilometara, zovu se lokalne mreže ili skraćeno LAN (engl. local area network, LAN). Tipičan primjer lokalne mreže jest mreža u jednoj zgradi. Lokalne mreže najčešće služe za spajanje informatičke opreme neke tvrtke na jednoj lokaciji. Odlikuju se pristupačnom cijenom, relativno jednostavnom instalacijom i uporabom. Izuzme li se oprema koja se spaja (čvorovi mreže), svaka se lokalna mreža sastoji od tri osnovna dijela: mrežnog sučelja, prijenosnog medija i pogonskog programa. Mrežno sučelje (mrežna kartica, mrežni adapter, engl. network interface card, NIC) pretvara podatke iz računala u oblik prihvatljiv prijenosnim kanalima i obrnuto. Mrežno sučelje šalje i prima podatke sukladno mrežnoj normi, otkriva i ispravlja pogreške nastale pri prijenosu itd. Mrežno sučelje je sklop izveden u obliku kartice za ugradnju u računalo ili kao PC Card sučelje. Ako je riječ o kartici za ugradnju, sučelje se s jedne strane priključnicom spaja sa sabirnicom računala, a s druge odgovarajućom priključnicom s prijenosnim medijem mreže. Prednost ove vrste mrežnog sučelja je niska cijena. Nedostatak je nužnost ugradnje u računalo, što kod prijenosnih računala može zbog ograničenog prostora biti uz teškoće. PC Card mrežno sučelje namijenjeno je prijenosnim računalima koja imaju PCMCIA priključak. Prednosti su mu jednostavnost ugradnje, male dimenzije i bolja djelotvornost od sučelja koje se priključuje na paralelna vrata. Nedostatak je relativno visoka cijena. Većina suvremenih računala ima tvornički ugrađeno mrežno sučelje na matičnoj ploči.
Slika 7.10. Mrežno sučelje (NIC) Prijenosni medij kod suvremenih lokalnih mreža najčešće je parica. Mnogo manje se rabi koaksijalni kabel, optičko vlakno ili bežična veza. Pogonski program lokalne mreže (engl. LAN network software) važan je dio sustava koji uvelike određuje jednostavnost uporabe i održavanja mreže, svojstva mreže, mogućnosti primjene itd. Ovisno o mrežnoj arhitekturi pogonski program namijenjen je stranka/poslužitelj (engl. 7.6
PRO-MIL
VII-27
POVEZIVANJE RAČUNALA client/server) arhitekturi ili engl. peer-to-peer arhitekturi. Suvremeni operacijski sustavi obično imaju ugrađen mrežni pogonski program. Ako je riječ o stranka/poslužitelj (engl. client/server) arhitekturi, u lokalnoj mreži mora postojati poslužiteljsko računalo. Kod manjih i manje opterećenih mreža poslužiteljsko računalo, osim nadzora mreže, može obavljati i uobičajeni posao obrade podataka, pa se zove nenamjensko poslužiteljsko računalo (engl. non-dedicated server). Kod većih ili opterećenijih mreža, poslužiteljsko računalo je potpuno posvećeno upravljanju mrežom, pa se zove namjensko poslužiteljsko računalo (engl. dedicated server). Od poslužiteljskog računala traži se velika pouzdanost, sposobnost obrade velike količine podataka u kratkom vremenu, radna memorija velikog kapaciteta, sposobnost brze pohrane velike količine podataka na medij za masovnu pohranu podataka (npr. magnetski disk) itd. Danas se proizvode računala čija je jedina namjena da budu poslužiteljska računala u mrežama te su im karakteristike u potpunosti tome prilagođene. Intranet je računalna mreža koja radi na temelju istih protokola, programa i usluga kao i Internet, ali je za razliku od njega pristupačna samo određenom krugu ovlaštenih korisnika. Redovito je riječ o određenoj organizaciji i njihovoj lokalnoj mreži. Prednost intraneta je mogućnost uporabe sklopovlja i programa koji se proizvode za Internet pa su zbog velikih serija mnogo jeftiniji od ostale mrežne opreme. Uz to postoji mnoštvo besplatnih programa namijenjenih Internetu koji se mogu rabiti i u intranet mreži. Za razliku od riječi Internet koja se piše s velikim početnim slovom uobičajeno je riječ intranet pisati s mali početnim slovom. Rasprostranjena mreža (WAN) Mreže koje pokrivaju široko zemljopisno područje uokrug nekoliko stotina kilometara pa i nekoliko tisuća kilometara zovu se rasprostranjene mreže ili skraćeno WAN (engl. wide area network) mreže. Rasprostranjene mreže znatno su složenije od lokalnih mreža, a uključuju spajanje čvorova i mreža u različitim gradovima, zemljama i kontinentima. Podaci kod takvih mreža putuju posredstvom modema telefonskom mrežom na velike daljine, a uobičajen je i prijenos podataka satelitskim vezama. Broj čvorova rasprostranjene mreže može biti vrlo velik, a u nju može biti uključeno i mnogo lokalnih mreža. Važna je činjenica da svaki od korisnika takve mreže ima dojam da radi na jednom cjelovitom sustavu, bez obzira na veliku međusobnu udaljenost čvorova mreže. Primjer suvremene WAN mreže je Internet.
VII-28
Internet je najveća i najpopularnija svjetska rasprostranjena mreža (engl. WAN) koja povezuje stotine milijuna računala i računalnih mreža. Povezuje računala praktično u cijelom svijetu, a zbog jednosta-
PRO-MIL
7.6
POVEZIVANJE RAČUNALA vne uporabe, pristupačne cijene i mnoštva usluga koje nudi doživljava nezapamćeno širenje broja korisnika. Podrobnije objašnjenje Interneta zauzima mnogo više mjesta od ovdje raspoloživog pa se čitatelj upućuje na brojnu literaturu i izvore podataka na Internetu. Mrežni uređaji Postoje mnogo različitih uređaja posebno namijenjenih povezivanju više lokalnih mreža u jedinstvenu mrežu ili povezivanje čvorova u mrežu. Koriste se različiti nazivi za takve uređaje, koji često nisu jednoznačni, pa mogu izazvati zabunu. Najčešće se u uporabi sljedeći uređaji. Koncentrator (engl. hub) je važan i nezaobilazan element većine suvremenih mreža (npr. 10BaseT i 100BaseT). Svaki čvor mreže spaja se s koncentratorom i to redovito tako da su na jedan koncentrator spojeni čvorovi koji se nalaze blizu njega. Kad čvor koji je spojen s koncentratorom pošalje podatke, koncentrator primljene podatke proslijedi svim ostalim čvorovima priključenim na taj koncentrator. Zbog toga je s gledišta čvorova riječ o sabirničkoj topologiji, iako je zapravo riječ o zvjezdastoj topologiji (npr. kvar koncentratora onesposobljuje cijelu mrežu).
Slika 7.11. Koncentrator (engl. hub)
Prednost uporabe koncentratora je višestruka. Dodavanja, ukidanje i premještanje čvorova mreže je jednostavno i neovisno o ostatku mreže jer je svaki čvor priključen na posebnu priključnicu koncentratora. Uz to, kvar jednog od čvorova ne utječe na ostatak mreže. Postoje različite vrste koncentratora koji se međusobno razlikuju glede namjene i načina djelovanja. Kod Ethernet mreža uobičajen naziv za koncentrator je engl. hub, a kod Token Ring mreža engl. MAU, multistation access unit. Jednostavni koncentratori (engl. stand-alone hub, passive hub) su najjednostavnija vrsta koncentratora. Namijenjeni su povezivanju desetak čvorova. Njihova je zadaća podatak koji pristigne od jednog čvora proslijediti svim ostalim priključenim čvorovima. Jednostavni koncentratori ne mogu se povezivati s drugim koncentratorima. Svi čvorovi mreže dijele raspoloživi kapacitet prijenosnog kanala. Treba skrenuti pozornost da jednostavni koncentratori svode brzinu razmjene podata7.6
PRO-MIL
VII-29
POVEZIVANJE RAČUNALA ka na onu najsporijeg čvora. Ako su primjerice na koncentrator priključeni čvorovi brzine 100 Mb u sekundi i samo jedan čvor brzine 10 Mb u sekundi, cijela će mreža raditi brzinom 10 Mb u sekundi.
Slika 7.12. Povezivanje u mrežu pomoću koncentratora (engl. hub) Jednostavni povezivi koncentratori (engl. linking hub) se uz mogućnosti koje ima jednostavni koncentrator mogu međusobno vezati bez mogućnosti inteligentnog razlučivanja odredišta podataka. To znači da će podatak koji pristigne u bilo koji takav koncentrator biti proslijeđen svim čvorovima svih međusobno povezanih koncentratora. Svi čvorovi mreže dijele raspoloživi kapacitet prijenosnog kanala.
VII-30
Inteligentni koncentratori (engl intelligent hub, managable hub) su oni kod kojih je moguće upravljati i nadzirati protok podataka svakog čvora neovisno. Kod takvih koncentratora osoba koja upravlja mrežom može odrediti koji će podaci biti proslijeđeni samo unutar skupine čvorova priključenih na taj koncentrator, a koji će biti poslani ostalim koncentratorima. Uz to moguće je prikupljati različite podatke o protoku podataka između čvorova, što značajno pomaže pri oblikovanju mreže. To su npr. podaci o količini podataka pojedinog čvora, vrsti podataka, pogreškama pri prijenosu i sl. Inteligentni koncentrator omogućuje bolje iskorištenje prijenosnog kanala jer usmjerava promet podatka unutar skupine. Inteligentni koncentrator ima funkciju sličnu premosniku (engl. bridge) ili preklopniku (engl. switch).
PRO-MIL
7.6
POVEZIVANJE RAČUNALA Usloživi koncentratori (engl. stackable hub) su vrsta inteligentnih koncentratora koji se mogu povezati s drugim koncentratorima, a građeni su kao uređaji u kućištu koje je moguće slagati jedan na drugog. Mogu se međusobno povezati pa služe kao središnje mjesto priključivanja čvorova mreže. Kad su povezani, ponašaju se kao jedan koncentrator kojim je moguće upravljati s jednog mjesta. Glavna im je prednost jednostavna proširivost. Naime u početku, dok je mreža mala (malo čvorova) i dok se još ne može predvidjeti ukupan broj čvorova mreže, mogu se svi čvorovi spojiti na jedan usloživi koncentrator. Kako mreža raste mogu se dodavati novi koncentratori, jednostavno slagati jedan na drugi i tako bez velikog početnog troška širiti mreža. Modularni koncentratori (engl. modular hub) su pogodni za veće mreže kod kojih se može pretpostaviti konačna dimenzija mreže i njena složenost. Sastoje se od većeg kućišta u koje se mogu umetati kartice. Svaka kartica je jedan inteligentni koncentrator. Kad se umetne u kućište svaki takav koncentrator postaje povezan s ostalim koncentratorima u kućištu i može s njima razmjenjivati podatke. Objedinjen je nadzor i upravljanje svih koncentratora u kućištu. Uz to, u istom kućištu mogu biti koncentratori za različite vrste mreža (npr. Ethernet, Token Ring, FDDI) pa se relativno jednostavno mogu povezati različite mreže. Podjela cjelokupne mreže na radne skupine uporabom inteligentnog koncentratora može bitno smanjiti zagušenje mreže. Zagušenje mreže je stanje u kojem ima više podataka koje treba razmijeniti u jedinici vremena no što to mreža može podnijeti. S gledišta korisnika to se očituje u usporenju mreže, tj. sporoj razmjeni podataka s ostalim čvorovima mreže. Prednosti podjele mreže na radne skupine može se ilustrirati jednostavnim primjerom. Neka određena mreža ima osamdeset čvorova i neka svaki čvor šalje pet milijuna bitova u sekundi (5 Mb u sekundi). Ako je riječ o sabirničkoj mreži, sabirnicom na koju su priključeni svi čvorovi treba prolaziti 80·5=400 Mb u sekundi (broj računala pomnožen s količinom podataka u jedinici vremena). To je višestruko veći protok podataka no što to može podnijeti uobičajena sabirnica (npr. kod Fast Ethernet mreže maksimalni protok je 100 Mb u sekundi). Kad se prouči protok podataka takvom mrežom redovito se može ustanoviti da ne komunicira svaki čvor sa svakim jednakim obimom. Postoje skupine čvorova, koje ćemo zvati radnim skupinama, koje međusobno razmjenjuju mnogo više podataka nego s ostalim čvorovima u mreži. Čvorovi radne skupine mogu se povezati na isti koncentrator. Neka je analizom u navedenom primjeru ustanovljeno da ima ukupno 10 takvih skupina, svaka s po 8 čvorova. Neka je dalje ustanovljeno da čvorovi unutar radne skupine razmjenjuju 80% podataka, a 20% s ostalim čvorovima drugih radnih skupina. Svaka radna skupina se poveže na jedan koncentrator, pa je unutar te skupine ukupna razmjena podataka 8·5·0,8=32 Mb u sekundi (broj računala pomnožen s količinom podataka u jedinici vremena i s dijelom podataka koji se raz7.6
PRO-MIL
VII-31
POVEZIVANJE RAČUNALA mjenjuje unutar skupine). Očigledno je da unutar radnih skupina više nema zagušenja mreže. Ostatak od 8·5·0,2=8 Mb u sekundi svaka radna skupina razmjenjuje s čvorovima iz ostalih radnih skupina. To znači da koncentratori pojedinih radnih skupina moraju biti povezani. Riječ je o inteligentnim koncentratorima koji mogu prepoznati koji su podaci namijenjeni čvorovima unutar radne skupine koja je priključena na taj koncentrator, a koji za druge radne skupine. Drugim koncentratorima prosljeđuju se samo oni podaci koji nisu namijenjeni radnoj skupini tog koncentratora. Kako je ukupno u ovom primjeru deset radnih skupina, ukupna količina podataka koja mora kolati između radnih skupina je 10·8·5·0,2=80 Mb u sekundi (broj radnih skupina pomnožen s količinom podataka pojedine radne skupine namijenjene ostalim radnim skupinama). I taj je protok podataka unutar granica koje podnosi mreža pa ni u tom dijelu mreže neće doći do zagušenja mreže. Iako je zadržan isti protok podataka svakog čvora, uvođenjem radnih skupina i inteligentnih koncentratora izbjeglo se zagušenje mreže. Kod stvarnih mreža zadatak je projektanta mreže prosuditi koje računala treba svrstati u pojedine radne skupine kako bi se mreža rasteretila. S gledišta pojedinog čvora cijela se mreža ponaša kao jedinstvena mreža. Sabirnica koja međusobno spaja pojedine radne skupine, tj. koncentratore, zove se mrežna okosnica mreže (engl. backbone) i redovito mora imati veću propusnu moć glede prijenosa podataka od sabirnica pojedinih radnih skupina. Naziv mrežna okosnica kod rasprostranjenih mreža (engl. WAN), npr. Interneta, rabi se za skup komunikacijskih kanala velikog kapaciteta koji povezuju područne skupine računalnih mreža.
Slika 7.13. Okosnica mreže
VII-32
PRO-MIL
7.6
POVEZIVANJE RAČUNALA Premosnik (most, engl. bridge) povezuje lokalne mreže na razini fizičkog (engl. physical layer) i podatkovnog (engl. data link layer) sloja ISO OSI norme. Sastoji se od sklopovlja i pogonskog programa. Može povezivati mreže koje rade po različitim normama (protokolima) fizičkog prijenosa podataka, npr. može povezati Ethernet i Token Ring mrežu. Premosnik sprema i dekodira cjelokupnu poruku i nakon toga može tu poruku proslijediti nekim drugim medijem za prijenos, omogućujući tako prijenos na velike udaljenosti. Kako se dekodira cijela poruka premosnik može poruke prosljeđivati ovisno o sadržaju poruke (npr. adresi). Premosnik prosljeđuje poruke ovisno o adresi na koju podaci trebaju stići. Ako je poruka namijenjena čvoru koji se nalazi priključen na taj premosnik, premosnik neće poruku poslati drugom premosniku. Osim toga ako je riječ o neispravnoj poruci, premosnik će zaustaviti takvu poruku i neće je proslijediti dalje. Tako se bolje iskorištava prijenosni kanal jer poruke ne putuju nepotrebno. Tek ako je poruka namijenjena čvoru koji nije priključen na taj premosnik, poruka se prosljeđuje ostalim premosnicima. Može se reći da premosnik filtrira poruke.
Slika 7.14. Premosnik (engl. bridge) Preklopnik (engl. switch) se odlikuje mogućnošću inteligentnog rukovanja podacima. Pojednostavljeno se može reći da je preklopnik neka vrsta inteligentnog premosnika s mnogim dodatnim mogućnostima. Primjerice preklopnici obnavljaju poruku na fizičkoj razini, sprečavaju prolaz neispravnih poruka, omogućuju povezivanje postojećih mreža bez potrebe za promjenom postojeće opreme u tim mrežama, raspoređuju protok podataka na najpovoljniji način, povezuju mreže koje rade po različitim normama i dr. Preklopnici mogu povezati dva čvora tako da oni u potpunosti iskoriste kapacitet prijenosnog kanala jer njihove poruke prosljeđuje samo njima, a ne svim računalima mreže.
7.6
VII-33
PRO-MIL
POVEZIVANJE RAČUNALA
Slika 7.15. Preklopnik (engl. switch)
Lokalne mreže koje rade po istoj normi mogu se povezati poveznikom (ruter, engl. router) koji ih povezuje na mrežnoj razini (engl. network layer) ISO OSI norme. Poveznici međusobno razmjenjuju informacije o stanju opterećenosti međusobnih veza i na temelju odredišne adrese mogu odrediti put kojim će putovati podaci do odredišta. Propusnost poveznika (količina podataka koja može proći kroz poveznik u jedinici vremena) u načelu je mnogo manja od propusnosti premosnika. Iako su složeniji i skuplji od premosnika, brzi poveznici su najrasprostranjenija vrsta uređaja za povezivanje mreža. Poveznici koji mogu povezivati mreže koje rade po različitim normama nazivaju se višenormni poveznici (engl. mulitprotocol router).
Slika 7.16. Poveznik (engl. router)
VII-34
Mreže koje rade po različitim normama logičke građe podataka (izgled paketa i način njihova sastavljanja) spajaju se prolaznikom (engl. gateway, protocol converter). Prolaznici pretvaraju jednu normu prije-
PRO-MIL
7.6
POVEZIVANJE RAČUNALA nosa podataka u drugu na razini sjednice (engl. session layer) ISO OSI norme. Primjerice prolaznik može povezati mreže koje rade po TCP/IP, X.25, AppleTalk i Ethernet normama.
Slika 7.17. Prolaznik (engl. gateway) Bežične mreže (WLAN) Bežične mreže (engl. WLAN, wireless LAN) su računalne mreže koje kao prijenosni medij koriste prostor, a podaci se prenose radiovalovima. Iako je tehnologija prijenosa podataka radiovalovima stara i dobro poznata, tek se u novije doba može po razumnim cijenama primjenjivati kod računalnih mreža. Potreba za bežičnim mrežama naglo je porasla uporabom prijenosnih i ručnih računala. Sve više korisnika nosi računalo sa sobom i želi se povezivati u mrežu ili spajati na Internet bez nespretnog povezivanja žicama. Primjer popularne uporabe bežičnih mreža je u hotelima ili restoranima gdje se namjernici mogu bežično vezati u mrežu i na Internet. To je postalo toliko popularno da većina javnih prostora u velikim gradovima bogatih zemalja (posebice SAD-a) ima mogućnost bežičnog umrežavanja.
IEEE 802.11 Većina suvremenih bežičnih mreža sukladna je nekoj od skupa 802.11 normi. Riječ je o skupu normi za bežične mreže koje je propisala organizacija IEEE. Prva je norma objavljena 1997. godine pod nazivom 802.11b. Prvi popularni komercijalni uređaj sukladan 802.11b normi bio je proizvod tvrtke Apple Computer pod nazivom AirPort. Područje bežičnih mreža je relativno novo i u punom je razvoju tako da je za očekivati skoro donošenje novih normi. Trenutno se šire se rabe norme 802.11b i 802.11g.
7.6
VII-35
PRO-MIL
POVEZIVANJE RAČUNALA Tablica 7.2. 802.11 norme Približni doseg u zatvorenom prostoru
Brzina Mb u sekundi
Frekvencija
1 ili 2
2,4 GHz ili IR
802.11b
1, 2, 5.5, 11
2,4 GHz
30 m
802.11a
6, 9, 12, 18, 24, 36, 48, 54
5 GHz
20 m
802.11g
1, 2, 5.5, 11; 6, 9, 12, 18, 24, 36, 48, 54
2,4 GHz
30 m
Naziv 802.11y (lecacy)
Brzina prijenosa podataka 802.11 sukladnih mreža ovisi o udaljenosti uređaja. Što je udaljenost između uređaja veća, brzina je manja. Osim toga stvarna brzina prijenosa podataka ovisi o količini prometa u mreži i redovito je znatno manja od najveće moguće brzine. Tablica 7.3. Primjer brzina i udaljenosti prijenosa podataka 802.11 sukladnih mreža 802.11b Brzina prijenosa Mb u sekundi
Udaljenost
5,5
45 m
11
35 m 802.11a
24
15 m
54
6m
Gore navedene udaljenost su uz uporabu neusmjerenih antena. Udaljenost između dvaju čvorova može se bitno povećati (na desetak kilometara ako postoji optička vidljivost) uporabom usmjerenih antena, ali onda je riječ o vezi samo između dva čvora.
VII-36
Uređaji koji rade sukladno nekoj od 802.11 normi mogu raditi na dva načina. Prvi je tzv. infrastrukturni način rada (engl. infrastructure mode) kod koga uređaji pristupaju mreži posredstvom pristupnog čvora (pristupne točke, engl. access point). Taj je pristupni čvor žicom vezan za mrežu, a bežično komunicira s bežičnim uređajima. Na taj način može u bežičnu mrežu biti uključeno mnogo uređaja.
PRO-MIL
7.6
POVEZIVANJE RAČUNALA
Slika 7.18. Infrastrukturna bežična mreža
Slika 7.19. Pristupni čvor (engl. access point) 7.6
VII-37
PRO-MIL
POVEZIVANJE RAČUNALA Drugi je način rada tzv. ad hoc način rada (engl. ad hoc, peer-to-peer) u kome dva bežična 802.11 uređaja komuniciraju međusobno bez pristupnog čvora. Na taj je način moguće povezati do osam uređaja. Kako podatke razmjenjuju dva po dva uređaja, zapravo nije riječ o mreži već o povezivanju dvaju 802.11 uređaja. To je pogodno za kratkotrajnu uspostavu veze u novom okolišu u kom ne postoji pristupni čvor. Nedostatak ad hoc načina rada je sporiji rad od infrastrukturnog zbog često nepotrebne razmjene podataka svakog sa svakim. Prednost je niža cijena sustava jer nije potreban pristupni čvor. Bežične mreže sukladne 802.11 normama poznate su još i pod nazivom Wi-Fi (Wi-fi, WiFi, Wifi, wifi, engl. wireless fidelity). Trgovci bežičnih uređaja osnovali su udrugu pod nazivom Wi-Fi Alliance koja, uz ostalo, provjerava sukladnost uređaja 802.11 normi i ako je sukladnost zadovoljena izdaje odgovarajuće uvjerenje. Takav uređaj može nositi Wi-Fi oznaku i jamči sukladnost s ostalim Wi-Fi uređajima. Često se Wi-Fi uređaji rabe za bežični pristup Internetu. To, primjerice, omogućuje korisniku koji je u okrugu desetak metara od Wi-Fi pristupnog čvora da pomoću ručnog ili prijenosnog računala ostvari vezu s Internetom. U primjeru povezivanja na Internet pristupni čvor naziva se vruća točka (engl. hotspot). Prednost Wi-Fi tehnologije je mnogo pouzdanih i jeftinih uređaja na tržištu. Nedostaci su uporaba frekvencijskog područja 2,4 GHz koje rabe i drugi uređaji (Bluetooth, mikrovalne pećnice, bežični telefoni i dr.). Zbog toga može doći do sporijeg prijenosa podataka od najveće mogućeg. Daljnji je nedostatak relativno velika potrošnja energije što može biti poteškoća kod prijenosnih uređaja koji se napajaju baterijama.
VII-38
PRO-MIL
7.6
