SVEUČILIŠTE U ZAGREBU FAKULTET ORGANIZACIJE I INFORMATIKE VARAŽDIN
„Računala: razvoj, građa i princip rada“ Seminarski rad iz kolegija Informatika 1
Leda Link, G14 Broj indeksa: 38180/09-R
7. siječnja, 2010.
Sadržaj 1.
Uvod................................................................................................................................................ 3
2.
Povijest računala............................................................................................................................. 4
3.
2.1.
Turingov stroj i Von Neumannov model računala ................................................................. 4
2.2.
Generacije računala ............................................................................................................... 6
2.2.1.
Prva generacija računala ............................................................................................... 6
2.2.2.
Druga generacija računala............................................................................................. 7
2.2.3.
Treća generacija računala ............................................................................................. 7
2.2.4.
Četvrta generacija računala .......................................................................................... 8
2.2.5.
Peta generacija računala ............................................................................................... 8
2.2.6.
Šesta generacija računala (projekt) ............................................................................... 8
Računala u današnjici ...................................................................................................................... 9 3.1.
Temelj računala ...................................................................................................................... 9
3.1.1.
Hardware ....................................................................................................................... 9
3.1.2.
Software ...................................................................................................................... 16
3.2.
Princip rada računala ........................................................................................................... 18
3.2.1.
Unos podataka ............................................................................................................ 18
3.2.2.
Obrada podataka ......................................................................................................... 18
3.2.3.
Prikaz rezultata obrade ............................................................................................... 19
3.2.4.
Pohrana podataka ....................................................................................................... 19
4.
Razvoj računala u budućnosti........................................................................................................ 20
5.
Zaključak ........................................................................................................................................ 22
6.
Literatura ....................................................................................................................................... 23
2
1. Uvod Govoriti o računalnoj tehnologiji ne bi imalo svrhu ukoliko ne bismo spomenuli njezin razvoj, posebno po generacijama. Računalne generacije nam pomažu tako da nam stupnjevito prikazuju točan pregled rada i sastava računala, te tehnologiju koja se koristila u određenim vremenskim razdobljima. Čovjeku je računalo važno kao stroj koji olakšava rad, a istraživanjima i poboljšanjem tehnologije njegova tendencija je velikim dijelom ili čak u potpunosti zamijeniti svoj fizički rad računalnim radom. Upravo iz tog razloga, računalni svijet se neprekidno mijenja, istražuju se nove mogućnosti ili poboljšavaju stare, ali glavna je težnja istraživanje novih mogućnosti na poljima minimalizacije, većih mogućnosti računala, te štedljivijeg i ekološki prihvatljivijeg proizvodnog procesa, te samog rada na računalu.. U ovome seminarskom radu pokušala sam objasniti princip rada računala u današnje vrijeme, te neke osnovne dijelove bez kojih rad računala nije moguć. Isto tako, osvrnula sam se na povijest računala, prikazala neke najvažnije karakteristike generacija računala i spomenula neke pretpostavke, odnosno predviđanja kakva bi nam računalna budućnost mogla biti.
3
2. Povijest računala 2.1. Turingov stroj i Von Neumannov model računala Turingov stroj teoretski je uređaj kojeg je zamislio Alan Turing (1912. – 1954.) te svoje ideje objavio 1937. godine. Kao misaoni eksperiment, Turing je definirao uređaj koji bi bio sposoban obavljati logičke operacije bilo kojeg računalnog algoritma. Hipotetski ''automat'' kojeg je zamislio Turing zapravo koristi tablicu stanja te registre stanja, a ulazne podatke učitava s trake. Isto tako, stroj izlazne podatke bilježi na traku u obliku znakova i pomaka. Svaki dio i svaka akcija u radu Turingovog stroja je točno unaprijed određena i jednoznačna, odnosno do jednoznačnog rješenja problema dolazi se pomoću unaprijed određenih koraka. Turingov stroj značajan je radi toga što je prvi (makar hipotetski) stroj koji je imao podjelu na jedinicu za ulazne podatke, jedinicu za obradu podataka te jedinicu za izlaz podataka, te je cijelu obradu rješavao putem konačnog seta osnovnih instrukcija i konačne tablice unaprijed definiranih stanja, ukratko radi podrobnijeg definiranja računalnog algoritma u formi najsličnijoj onoj koju koristimo i danas. Univerzalni Turingov stroj, odnosno ''Univerzalni računski stroj'' je stroj koji može provesti bilo koji unaprijed određeni set instrukcija, odnosno može biti korišten kao simulator bilo kojeg specifičnog namjenskog Turingovog stroja, za što mu je potreban unos seta instrukcija kako provesti obradu, te ulaz podataka nad koje treba obraditi. Taj model stroja smatra se temeljem, odnosno teoretskom postavkom Von Neumannove arhitekture računala objavljene 1946. Temelj strukture računala, koji se zadržao u prvih četiriju računalnih generacija, opisan je u djelu „Uvodna rasprava o logičkom oblikovanju elektroničkog računalnog uređaja“ A. W. Burkesa, H. H. Goldstinea i J. von Neumanna. U djelu je opisana građa i princip rada računala opće namjene s mogućnošću pohrane programa nazvanog Von Neumannovo računalo. Arhitektura takvog računala sastojala se od aritmetičke (aritmetičkologičke) jedinice, upravljačke jedinice, memorijske jedinice i ulazno-izlazne jedinice.
Slika 1. Von Neumannova struktura računala 4
Aritmetičko-logička jedinica, upravljačka jedinica i radni registri skupno se nazivaju središnja procesorska jedinica1. Aritmetička jedinica se sastoji od sklopova koji izvršavaju osnovne aritmetičke operacije poput zbrajanja, oduzimanja, množenja i dijeljenja, i registara koji služe za privremeno pohranjivanje podataka (operanada) koji sudjeluju u operacijama. Upravljačka jedinica šalje sve potrebne signale za vremensko vođenje i upravljanje ostalim jedinicama računala. Ona upravlja radom svih dijelova računala, te ih usmjerava na izvođenje slijednih koraka algoritma. Svaki korak algoritma predstavljen je jednom instrukcijom2 ili slijedom instrukcija. Algoritam je u obliku kodova i instrukcija upisan u memoriju računala, te se iz tog razloga takvo računalo zove računalo s mogućnošću pohrane programa. Izvršavanje programa se odvija na način da upravljačka jedinica pribavlja instrukcije u kodiranom obliku, dekodira ih, te u skladu s njihovim značenjem, generira signale pomoću kojih aritmetičko-logička jedinica, memorijska jedinica i ulazno-izlazna jedinica izvode potrebne operacije. Izvršavanje instrukcija, prema H. E. Stoneu, se provodi u dvije glavne faze, u fazu pribavi i fazu izvrši. Postoje četiri aktivnosti tijekom izvođenja instrukcija. Prvi korak: iz memorije se čita instrukcija i prenosi se u instrukcijski registar. Ona sadrži adresu sljedeće instrukcije. U drugome koraku se sadržaj registra povećava za jedan i određuje instrukciju koja neposredno slijedi za instrukcijom koja je upravo pročitana. U trećemu koraku dekodira se 8-bitni operacijski kod, te je pobuđena samo ona izlazna linija dekodera kojoj odgovara operacijski kod instrukcije koja je pribavljena. U tom trenutku završava faza pribavi, te se nastavlja faza izvrši. U četvrtome koraku se pobuđuju slijedovi operacija kojima se izvršava instrukcija, npr. prijenos podataka prema memoriji, aktiviranje sklopova za izvršavanje aritmetičkih ili logičkih operacija i sl. Izvođenjem četvrtog koraka upravljačka jedinica se vraća na prvi korak, odnosno u fazu pribavi. Taj se rad ponavlja sve dok se ne izvrši instrukcija za zaustavljanje rada (eng. halt). Memorijska jedinica je organizirana kao katodna cijev za memoriranje (eng. selectron). Sastoji se od 40 selectrona, a svaki sadrži po 4096 bita. Memorijska jedinica se hijerarhijski dijeli na tri memorije: radnu (primarnu) memoriju, sekundarnu memoriju i neaktivnu memoriju. Radna memorija ima kapacitet od 4096 riječi i izravno je podržava rad središnje procesorske jedinice. Sekundarna memorija je upravljana od strane računala i ona predstavlja sastavni dio sustava, a može biti svjetlosno osjetljiv film, magnetski osjetljiva traka ili magnetna žica. Neaktivna memorija predstavlja proširenje sekundarne memorije i ona se po potrebi uključuje u računalo. Ulazno-izlazna jedinica služi za komunikaciju između korisnika i računala. Kao grafička izlazna jedinica koristio se selectron koji je prikazivao svijetlo polje ukoliko je bila upisana logička vrijednost 1 i tamno polje ukoliko je bila zapisana logička vrijednost 0. Teleprinter se upotrebljavao kao ulazno-izlazna jedinica jer je upisivao podatke s bušene vrpce na magnetsku žicu, ali i obrnuto.
1 2
Eng. CPU, Central Processing Unit Instrukcije su slijedne operacije koje računalo može izvesti
5
Von Neumannov model računala je tip računala s arhitekturom SISD3. Dakle, u fazi pribavi samo jedna instrukcija se čita (pribavlja) iz memorije. Ona se izvršava nad skupom podataka koji se redoslijedom pribavljaju iz memorije. U jednom trenutku samo jedan podatak se nalazi na spojnome putu između memorije i središnje procesorske jedinice.
2.2. Generacije računala Generacije računala ugrubo možemo podijeliti na dva računalna sustava: Von Neumannov model računalnih sustava (koji traje od prve do četvrte generacije računala) i model nove građe računalnih sustava (peta generacija i budućnost). Ne može se reći da je Von Neumannov model zadržan u potpunosti kroz prve četiri generacije, već je on razvojem tehnologije poboljšavan u najbitnijim dijelovima računalnog sustava, ali nije izgubio svoje temeljne karakteristike. Mora se napomenuti da razni stručni izvori različito definiraju broj generacija, početak i kraj era, što posebno vrijedi za novije generacije računala.
2.2.1. Prva generacija računala Započinje 1951. godine izradom UNIVAC-a, prvog računala koje nije bilo korišteno samo u znanstvene i istraživačke svrhe, već i u ekonomsko-statističke svrhe.
Slika 2. UNIVAC UNIVAC je izgrađen od strane američke kompanije Remington Rand, a temeljni element mu je bila elektronska cijev. Osnovni medij kao nosilac podataka i instrukcija bila je bušena kartica, a programiralo se u strojnom ili simboličkom jeziku. Obrada podataka bila je strogo serijska, a operativni sustavi u samom začetku stvaranja.
3
Arhitektura SISD je arhitektura s jednostrukim instrukcijskim tokom i jednostrukim tokom podataka
6
S obzirom da je temeljni element računala ove generacije elektronska cijev, karakteristike takvih računala su: velike dimenzije, ograničen vijek trajanja cijevi, ograničena memorija magnetskog bubnja, skromne mogućnosti ulaza i izlaza podataka, učestalost kvarova, velika potrošnja električne energije, mala brzina rada, te programiranje u simboličkom jeziku. Najpoznatiji modeli prve generacije računala su: EDVAC, UNIVAC i IBM 705.
2.2.2. Druga generacija računala Druga generacija računala, s početkom u 1959. godini, kao osnovni element je koristila poluvodičku napravu, tranzistor, umjesto elektronskih cijevi. Samim time smanjena je dimenzija računala i potrošnja električne energije, a povećana je sigurnost rada i brzina izvođenja računskih operacija. Važna karakteristika takvih računala je što su koristili magnetske jezgrice kao primarnu memoriju. Počinju se primjenjivati viši programski jezici kao što su FORTRAN (u znanstvene svrhe) i COBOL (u komercijalne svrhe). Javljaju se kompajleri koji služe za prijevod programa iz simboličkog u računalni jezik. Najpoznatiji modeli druge generacije računala su: IBM 7070, IBM 7090 i IBM 1401.
2.2.3. Treća generacija računala Započela je 1965. godine, a karakterizira ju upotreba integriranih krugova4 i monolitne tehnike. Računala te generacije rade na principu unutarnjeg programiranja i posjeduju mogućnost vlastitog otkrivanja pogrešaka i problema u radu. U obradi podataka je provedena podjela vremena i multiprogramiranje uz logičku podršku viših programskih jezika. Računala posjeduju kompletni operativni sustav i mogućnost korištenja vanjskih memorija s izravnim pristupom. U trećoj generaciji računala uvedeni su pisači s visokom brzinom ispisa, diskovi velikog kapaciteta i započela je integracija komunikacijske tehnologije u računalu. S trećom generacijom računala papirnata vrpca nestaje iz uporabe, a bušena vrpca polako gubi izražaj. Najpoznatiji modeli treće generacije računala su: IBM 360, CDC 3000 i Siemens 4004.
4
Integrirani krug je komadić silicija na kojemu su spojeni tranzistori u logičku cjelinu
7
2.2.4. Četvrta generacija računala Četvrta generacija računala započinje 1972. godine i ona je obilježena s tehnologijom visoko integriranih krugova koji se izrađuju na dva načina, LSI (veliki stupanj integracije)5 i VLSI (vrlo veliki stupanj integracije)6 tehnologijom. Računala četvrte generacije još uvijek sadrže neke elemente treće generacije računala, poput feritne memorije7, iz razloga što se prikazala pouzdanom ukoliko je došlo do nestanka struje ili napajanja jer nije izgubila svoj sadržaj. Ipak, krajem četvrte generacije računala su se počela sastojati od unutrašnje memorije izrađene u VLSI tehnologiji. Računala četvrte generacije obavljaju interaktivnu obradu podataka s više središnjih procesora, te je povećana primjena multiprogramiranja. Također, dolazi do primjene virtualnih memorija i vanjskih memorija pomoću novih tehnologija. Viši programski jezici imaju sve veću primjenu, te je započelo formiranje jedinstvenih i decentraliziranih baza podataka, te sustava za njihovo pretraživanje. Najpoznatiji modeli četvrte generacije računala su: Apple 1, IBM 370, Siemens 7700 i UNIVAC 100.
2.2.5. Peta generacija računala Započela je 1981. godine u Japanu kada je donesen desetogodišnji plan razvoja računala. Kao osnovni element ove generacije uzeti su super visoko integrirani krugovi koji su još više ubrzali obradu koja se sada odnosila i na dokumente, slike, govor, zvuk i sl. Grafičke mogućnosti računala su sve bolje, a isto tako javljaju se i prve zastupljenije lokalne, a kasnije i globalne mreže za prijenos podataka. Peta generacija računala se smatra početnom u preuzimanju rada čovjeka, ali isto tako i povećanju efikasnosti ljudskoga rada, nadomještajući njihovu intelektualnu funkciju i funkciju posredovanja znanjem.
2.2.6. Šesta generacija računala (projekt) Teško je točno odrediti koje bi se inovacije mogle smjestiti u šestu generaciju računala zbog vrlo brzog razvoja računala, ali isto tako i zbog njihove isprepletenosti. Ipak, razvoj bežičnih tehnologija, neuralna računala, digitalni prijenosi i umjetna inteligencija, te bio čipovi su neke od prepoznatljivih karakteristika šeste generacije računala. Procesori postaju sve manji, a njihova moć i brzina sve veća. Tendencija da se princip rada ne svodi na nule i jedinice postaje sve zastupljenija, te se one zamjenjuju znakovima što sličnijim čovjekovom razmišljanju, odnosno stvaranju umjetne inteligencije.
5
LSI (eng. Large Scale Integration) je postupak stvaranja integiranih krugova kombiniranjem stotina tranzistora na jednome čipu 6 VLSI (eng. Very-Large Scale Integration) je postupak stvaranja integriranih krugova kombiniranjem tisuća tranzistora na jednome čipu 7 Feritna memorija je memorija s magnetskim jezgricama
8
3. Računala u današnjici 3.1. Temelj računala 3.1.1. Hardware Eng. hardware, hardver, sklopovlje računala, „opipljivi dio računala“ su svi elektronički i elektromehanički dijelovi računala. Prema von Neumannu, hardver se sastoji od tri glavna dijela: središnje jedinice za obradu, jedinice za pohranu, odnosno memorije i ulazno-izlaznih jedinica. Iako se radi o podjeli koja svoj začetak ima daleke 1946. godine, sve do danas je ostala temeljna podjela arhitekture račnunala.
3.1.1.1. Jedinica za obradu podataka Eng. Central Processing Unit, središnja procesorska jedinica, tj. procesor je poluvodička komponenta kod koje su na jednoj pločici poluvodiča smješteni svi važni dijelovi središnje jedinice za obradu kao što su npr. aritmetičko-logička jedinica, upravljačka jedinica, cache memorija i sl. Ipak, suvremeni procesori se sastoje od više milijuna tranzistora smještenih na jednu pločicu tog poluvodiča. Osnovni materijal od kojega je procesor građen je silicij, a sastoji se od tankih slojeva silicija koji se zovu pločice (eng. wafer). Fotokemijskim procesom se na jednu pločicu izrađuje mnogo mikroprocesora koji se rezanjem odjeljuju jedan od drugoga, a finalni proizvod tog proizvodnog procesa nazivamo čipom (eng. chip). Procesor služi za obradu podataka, upravljanje i nadzor protoka podataka između pojedinih dijelova računala, te zapravo za kompletno usklađivanje pravilnog rada računala. Obrada podataka se vrši na način da središnja procesorska jedinica prima binarne podatke, rukuje njima na temelju naredbi, te prerađene binarne podatke predaje okolini. Postoje dvije vrste procesora s obzirom na skup naredbi koje mogu izvršavati - CISC8 i RISC . Glavna prednost CISC procesora je u sposobnosti izvršavanja složenih naredbi čime se olakšava pisanje programa za njih. Predstavnik CISC procesora je Intel 486. S obzirom da RISC procesori mogu izvršavati manje različitih naredbi, brži su, ali isto tako je njihova građa jednostavnija i zahtjeva manje logičkih sklopova, pa stoga imaju manju cijenu. Ipak, nedostatak RISC procesora je u tome što je pisanje programa prevoditelja složeno jer se sve složene naredbe moraju svesti na jednostavnije naredbe koje može izvršiti RISC procesor. 9
Procesor i radna memorija su u međusobno zavisnom odnosu jer procesor adresira svaki podatak koji ide do memorije. Sve moguće adrese koje procesor može adresirati se skupno nazivaju adresno polje procesora.
8
CISC (eng. Complex Instruction Set Computer) je vrsta procesora koja može izvršavati mnogo različitih složenih naredbi. 9 RISC (eng. Reduced Instruction Set Computer) je vrsta procesora koja može izvršavati manje različitih naredbi, ali ih može izvršavati brže.
9
3.1.1.2. Jedinice za pohranu podataka U von Neumannovom modelu računala programi i podaci se pohranjuju u memoriju računala. Ona ima sposobnost pohrane i čuvanja određene količine podataka10. Razvojem računala pojavljuje se tendencija povećanja kapaciteta memorije. Primjerice, u početku je osobno računalo IBM imalo 640 KB radne memorije, a u današnje vrijeme je nezamislivo posjedovati manje od 1 ili 2 GB radne memorije. Obzirom na izbrisivost memoriju dijelimo u dvije skupine - ROM11 i RAM12. ROM memorija ispisna je memorija, odnosno memorija u koju se podaci mogu upisati samo jednom, a nakon toga se mogu samo čitati. Iz tog razloga je primjena ove memorije ograničena na osnovne i neizostavne podatke koje mora imati svako računalo. Takva memorija je najčešće vrlo maloga kapaciteta i upisuje ju proizvođač računala. S druge strane, RAM je upisiva i izbrisiva memorija, odnosno u nju se mogu, ukoliko je potrebno, upisivati i brisati podaci. Podaci pohranjeni u ovu memoriju ostaju u njoj sve dok se ne prekine napajanje računala, tada se podaci nepovratno gube. Postoje dvije vrste RAM memorije – statička i dinamička. „Statička radna memorija je vrsta radne memorije u kojoj je svaki bit pohranjen u jednom od bistabilnih skolpova smještenih u memorijskom integriranom sklopu.“13 Takav sklop trajno zauzima jedno od dva stabilna stanja (0 ili 1). Takva memorija je jednostavno građena i može joj se brzo pristupiti. Ipak, nedostatak je velika dimenzija bistabilnog sklopa što ograničava broj bistabila koji se mogu smjestiti na jednu pločicu poluvodiča. Također, statička radna memorija je znatno manjeg kapaciteta nego dinamička memorija. „Dinamička radna memorija je vrsta radne memorije kojoj je svaki bit pohranjen kao naboj u kondenzatoru smještenom u memorijskom integriranom sklopu.“14 Razmjena podataka dinamičke radne memorije je znatno sporija zbog toga što se naboj u kondenzatoru gubi, te je potrebno često osvježavanje te memorije, što svakako, rezultira gubitkom vremena. Prednost dinamičke radne memorije su male dimenzije kondenzatora, pa ih se može smjestiti mnogo na jednu pločicu poluvodiča. Virtualna memorija je zapravo prividna memorija stvorena tako da tvrdi disk oponaša dio radne memorije, pa se tako procesoru čini da mu je na raspolaganju mnogo veća radna memorija. Prednost takve memorije je prividno raspolaganje većom radnom memorijom no što jest. Ipak, nedostatak je brzina prijenosa u odnosu na radnu memoriju. Flash memorija je posebna vrsta poluvodičkih memorija koja se najčešće koristi kao eksterna memorija, a glavna joj je značajka ponašanje kao radna memorija, ali je važna prednost što se podaci neće izgubiti prestankom napajanja. Iz takve memorije se mogu čitati podaci, ali je za pohranu novih podataka potrebno izbrisati postojeće podatke. Takve memorije se obično koriste kao zamjena za tvrdi disk malog kapaciteta, manjeg od 64 GB.
10
Količina podataka koju memorija može pohraniti popularno se naziva kapacitet memorije. Eng. Read Only Memory je memorija koja se može samo čitati. 12 Eng. Random Access Memory je memorija sa slučajnim i neograničenim pristupom. 13 Definicija preuzeta iz knjige „Kako radi računalo“ D. Grundlera 14 Definicija preuzeta iz knjige „Kako radi računalo“ D. Grundlera 11
10
Cache memorija je brza memorija relativno malog kapaciteta koja se nalazi u sklopu procesora, a pohranjuje dio sadržaja radne memorije i tako znatno ubrzava prijenos podataka između procesora i radne memorije. Princip rada je jednostavan, kada procesor zatraži razmjenu podataka s memorijom, upravljački sklop cache memorije najprije provjerava nalazi li se taj podatak u priručnoj memoriji, te ukoliko se nalazi, razmjena može započeti. Postoje tri vrste, ovisno o smještaju – primarna cache memorija, sekundarna cache memorija i cache memorija diska. Primarna cache memorija se nalazi na istoj pločici poluvodiča s procesorom i kapaciteta je od 1 do 128 KB. Sekundarna cache memorija se nalazi izvan procesora i kapaciteta je od 128 KB do 1 MB. Cache memorija diska ima zadaću ubrzati razmjenu podataka između sporog tvrdog diska i radne memorije, a nalazi se unutar sklopa za upravljanje tvrdim diskom. Kapacitet te memorije je obično između 100 KB i 32 MB.
Uređaji za pohranu podataka Razvojem računala rastu i mogućnosti pohrane sve veće količine podataka, što prati povećane potrebe sustava i korisnika. Zato su osmišljeni različiti mediji za pohranu ovisno o količini podataka koja se može zapisati na njih. Prvi takav medij je bila 3,5'' 15disketa koja je imala kapacitet od 1,44 MB, a sastojala se od magnetskog diska i polimernog kućišta, međutim danas je vrlo rijetko korištena. Tvrdi disk je okrugla ploča oblika diska presvučena magnetskom tvari i spremljena u metalno kućište. Tvrdi diskovi se u načelu rade kao uređaji za ugradnju u unutrašnjost računala, ali postoje i varijante koje se izvana priključuju u računalo. Jedna je varijanta ladica unutar računalnog kućišta u koju se tvrdi disk umeće, a druga je kućište u kojoj je tvrdi disk i takva se preko USB sabirnice priključuje u računalo (eng. portable HD). Kapacitet tvrdog diska se u današnje vrijeme mjeri u stotinama (pa i tisućama) gigabajta jer je potreba za pohranom velike količine podataka sveprisutna.
Slika 3. Tvrdi disk
15
Slika 4. Disketa
eng. 3,5¨ floppy disc, 3,5 inčna disketa; inč-odgovara dužini od 25,4 mm.
11
Magnetske kartice su mediji poput zdravstvenih i kreditnih kartica, a služe za pohranu malih količina podataka. Na njihovu poleđinu je nanesen magnetski sloj s kapacitetom pohrane podataka do nekoliko KB. Ti su podaci uneseni od strane proizvođača i ne mogu se mijenjati. Optički diskovi su uređaji za pohranu podataka čiji se rad temelji na fizikalnim svojstvima svjetlosti. Kao izvor svjetlosti, pri upisivanju i čitanju podataka, koristi se laser. Pri upisivanju podataka koristi se laserska zraka koja izobličuje površinu diska. Za čitanje podataka koristi se svojstvo refleksije laserske zrake od površine diska. CD-ROM je optički disk s tvornički upisanim podacima koji se ne mogu mijenjati. CD-R je vrsta optičkog diska na koji je moguće jednokratno upisivati podatke, za razliku od CD-RW na kojeg se mogu upisivati, brisati i ponovo upisivati novi podaci. Kapacitet CD diskova je 700 MB. DVD je optički disk sličan CD disku, ali većeg kapaciteta, u rasponu od 4,7 GB do 17 GB. Razlog većeg kapaciteta je u laseru koji može vidjeti infracrvenu svjetlost i stoga može upisivati manja udubljenja nego CD disk. Također postoje DVD-R i DVD-RW inačice koje imaju istu namjenu kao i CD diskovi tih inačica.
3.1.1.3. Ulazne i izlazne jedinice Glavna zadaća ulazno-izlaznih jedinica jest međusobno povezivanje komponenti računala i povezivanje računala s okolinom. Ulazne jedinice omogućavaju priključivanje vanjskih jedinica koje omogućavaju prijenos podataka iz okoline u računalo. Izlazne jedinice omogućavaju priključivanje vanjskih jedinica preko kojih se podaci prenose izlaznim uređajima i kasnije okolini (korisniku). Dva su najvažnija sklopa koji služe za priključivanje vanjskih jedinica – paralelni i serijski ulazno-izlazni sklopovi. „Paralelna vrata su ulazno-izlazni sklop koji omogućava razmjenu podataka između računala i okoline, pri čemu se istodobno razmjenjuje više bitova podatka.“16 U osobnim računalima istovremeno se mogu razmjenjivati 8 bitova (odnosno 1 bajt). Za svaki od tih bitova postoji poseban vodič spojen na priključnicu koja je dostupna korisniku. Ta priključnica obično ima 25 priključaka, te se popularno označava DB2517 jer je u nju spojeno još nekoliko vodiča koji prenose upravljačke i nadzorne podatke. Obično se koristi za priključivanje pisača, te joj je stoga popularan naziv „paralelna vrata pisača“. Postojeća norma za dvosmjerni paralelni prijenos podataka je norma IEEE 1284. „Serijska vrata su ulazno-izlazni sklop koji omogućava razmjenu podataka između računala i okoline, pri čemu se istodobno može razmjenjivati samo 1 bit podatka.“18 Za razmjenu podataka su dovoljna tri vodiča: vodič za slanje podataka, vodič za primanje podataka i zajednički vodič. Serijska vrata imaju ukupno 9 priključaka jer imaju spojenih još nekoliko vodiča koji prenose upravljačke i nadzorne podatke. Zato se takva priključnica popularno označava DB9, ali i DB25, jer ima mogućnost imati 25 priključaka.
16
Definicija preuzeta iz knjige „Kako radi računalo“ D. Grundlera DB25 (eng. Data Bus 25 lines) je priključnica paralelnih vrata s 25 priključaka 18 Definicija preuzeta iz knjige „Kako radi računalo“ D. Grundlera 17
12
Serijska razmjena podataka se vrši na nekoliko načina: dupleks prijenosom, poludupleks prijenosom i simpleks prijenosom. Dupleks prijenos, odnosno potupuni dvosmjerni prijenos je postupak dvosmjerne razmjene podataka u kojemu računalo istovremeno može slati i primati podatke. Poludupleks prijenos, odnosno polovični dvosmjerni prijenos je postupak dvosmjerne razmjene podataka, međutim ne istovremene, stoga je u jednom trenutku moguće ili slanje ili primanje podataka. Simpleks prijenos, odnosno jednosmjerni prijenos je postupak jednosmjernog slanja podataka. IrDA19 i Bluetooth su dva načina bežične razmjene podataka koja su sve veću primjenu pronašla u povezivanju prijenosnih računala ili u povezivanju stolnih računala s pisačima, mobilnim telefonima i sl. IrDA je norma koja propisuje način povezivanja dvaju uređaja koji podržavaju IrDA tehnologiju polu-dupleks serijskom vezom infracrvenom svjetlošću valne duljine približno 875 nm u svrhu razmjene podataka. Bluetooth je industrijska norma za bežičnu mrežu koja rabi radiovalove male snage, a služi povezivanju i razmjeni podataka na male udaljenosti. Iako Bluetooth zapravo pripada u računalne mreže, zbog malog dometa se može smatrati i ulazno-izlaznom jedinicom koji služi za povezivanje dvaju uređaja. Sabirnica (eng. bus) je normirana veza za razmjenu podataka između dvaju ili više uređaja. Postoje dvije vrste sabirnica s obzirom na mjesto razmjene podataka: unutarnje (smještene unutar kućišta) i vanjske sabirnice (smještene izvan kućišta). Unutarnje sabirnice služe za razmjenu podataka u računalu, a izvedene su kao vodovi na matičnoj ploči računala. Postoje tri glavne vrste sabirnica s obzirom na vrstu informacije koju prenose: podatkovna, adresna i nadzorno-upravljačka sabirnica. Podatkovna (eng. data bus) je skup vodiča za prijenos podataka. Broj vodiča jednak je broju bitova koje odjednom može obraditi središnja procesorska jedinica. Adresna sabirnica (eng. adress bus) je skup vodiča za prijenos adresa. Nadzorno-upravljačka sabirnica (eng. control bus) je skup vodiča koji prenosi nadzorne i upravljačke signale. Normirane unutarnje sabirnice su: PCI sabirnica, ISA sabirnica i AGP sabirnica. PCI sabirnica20 je opće namjene i dopušta najviše 16 priključnih kartica. Naziva se jos i međusabirnicom jer se njome ne priključuju dodatni sklopovi direktno na mikroprocesor. Postoje 32-bitovne i 64-bitovne PCI sabirnice. ISA sabirnica21 je uvedena 1981. godine, ali je danas gotovo u potpunosti zamjenjena PCI sabirnicom. AGP sabirnica22 je namjenjena priključivanju sklopova namjenjenih prikazu slike, odnosno grafičkih kartica. S obzirom da su zahtjevi za protok podataka suvemenih grafičkih kartica velikih mogućnosti, zauzeli bi sav kapacitet PCI kartice, te bi uvelike usporio razmjenu podataka s ostalim sklopovima. Iz tog razloga je uvedena AGP sabirnica koja se koristi samo za prikaz podataka na monitoru.
19
IrDA (eng. infrared port) – sklop koji omogućuje prijenos podataka infracrvenom svjetlosti. PCI sabirnica (eng. Peripheral Component Interconnect bus) – sabirnica za povezivanje perifernih uređaja 21 ISA sabirnica (eng. Industry Standard Architecture) – IBM-ova sabirnica iz 1981. godine. 22 AGP sabirnica (eng. Accelerated Graphics Port, Advanced Graphics Port) – sabirnica za grafičke kartice. 20
13
Vanjske sabirnice se koriste za povezivanje vanjskih uređaja s računalom. Tri su najvažnije i najčešće korištene vanjske sabirnice: USB sabirnica, IEEE 1394 sabirnica i SCSI sabirnica. USB sabirnica omogućuje da se na jedan serijski priključak priključuje više uređaja. Važna značajka USB sabirnice je tehnologija „plug and play“ koja omogućuje rad odmah nakon što se uređaj priključi, bez dodatnih instalacija i sl. USB priključak je predviđen za spajanje računala i miša, vanjskog tvrdog diska, skenera, pisača, palice za igru i sl. IEEE 1394 norma, poznatija po nazivu FireWire, je sabirnička norma za serijsko spajanje velikom brzinom prijenosa. Sabirnica IEEE 1394 ima 6 priključnica, a uređaji se priključuju u granatu strukturu. Brzina prijenosa podataka je velika, pa se stoga ovakva sabirnica ne koristi za relativno spore uređaje poput pisača, miša ili tipkovnice, već za prijenos video zapisa, primjerice videokamera. SCSI sabirnica23 je dvosmjerna paralelna sabirnica koja se koristi za povezivanje računala s primjerice magnetskom vrpcom, CD-ROM diskom, skenerom i sl. SCSI sabirnica također podržava tehnologiju „plug and play“ što bitno olakšava priključak uređaja s gledišta korisnika jer nisu potrebna podešavanja programa. Primjena takvih sabirnica u osobnim računalima nije raširena zbog visoke cijene, ali se one ipak ugrađuju u nekim osobnim računalima, primjerice kod Apple osobnih računala.
Ulazni i izlazni uređaji Ulazni uređaji su svi oni uređaji koji omogućuju unos podataka u računalo od strane korisnika. Takvi uređaji su: tipkovnica, miš, osjetilna ploha (eng. touchpad), osjetilni zaslon (eng. touchscreen), palica (eng. joystick), skener i sl. Tipkovnica je jedan od najstarijih ulaznih uređaja, a sastoji se od označenih tipki koje su mehanički povezane s pripadnim preklopnicima. Pritiskom na tipku, ostvaruje se električni kontakt koji procesor prepoznaje, te stvara prikladne električne impulse koje prosljeđuje računalu. Tipkovnice se spajaju s računalom na dva načina – preko spojnog kabela ili bežično. Pri spajanju preko kabela koriste se tri vrste priključnica – AT, PS/2 i USB priključnice, a bežično se tipkovnice mogu povezati s računalom preko Bluetootha. Raspored znakova na tipkovnici vrlo je važan zbog brzine unosa podataka, pa je stoga uveden tzv. QWERTY24 raspored. Miš je pokazni uređaj spojen za računalo pomoću kabela ili bežično. S gornje strane miša nalaze se tipke i kotačići koji služe za pomicanje kursora po zaslonu monitora, a pritiskom na tipku ili okretanjem kotačića šalju se naredbe računalu. Po istome principu radi i osjetilna ploha koja se zbog nepraktičnosti miša koristi kod prijenosnih računala. Osjetilni zaslon ima sposobnost otkriti mjesto dodira i reagirati u skladu s njim. Najčešće se koristi kod ručnih računala i mobilnih telefona, ali isto tako i na bankomatima, sustavima samoposluživanja i sl. Palica je također pokazivački uređaj, a sastoji se od kućišta koje miruje na podlozi i palice koja izlazi uspravno iz kućišta, te joj je omogućeno kretanje. Najčešće se koriste u računalnim igrama. Skener je ulazni uređaj koji korisnik koristi za unos crteža ili slike s papira ili sličnog medija u računalo. Načelo rada skenera temelji se na pretvorbi svjetla odbijenog od slike u električne impulse koje računalo može prepoznati. Postoji mnogo vrsta skenera: stolni skener, skener za filmove, ručni skener, rotacijski skener, 3D skener, skener bar koda, itd.
23
SCSI (eng. Small Computer System Interface) QWERTY potječe od slova upisanih u prvih šest tipki u drugome redu, a u Hrvatskoj je slovo Y zamijenjeno slovom Z. 24
14
Izlazni uređaji podatke iz računala pretvaraju u oblik razumljiv korisniku. Takvi uređaji su: monitor, pisač, crtalo, zvučna kartica i sl. Monitor je izlazni uređaj koji podatke iz računala prikazuje korisniku na svom zaslonu. Prikaz se sastoji od teksta, brojeva, crteža, slika, simbola i sl. Osnovni element slike monitora je zaslonska točka (eng. pixel) koja je zapravo krug promjera od 0,1 do 0,5 mm, ali može biti i pravokutnik tih dimenzija. Kakvoća monitora se mjeri u broju tih točaka, pa stoga, što je veći broj točaka, veća je kakvoća, odnosno razlučivost ili rezolucija monitora. Postoje dvije osnovne vrste monitora: CRT25 i LCD26 monitori. Pisač je izlazni uređaj koji podatke iz računala na korisnikov zahtjev ispisuje na papir. Postoji nekoliko vrsta pisača: tintni, laserski, matrični, termički, foto pisač i sl. Tintni pisač je najrasprostranjeniji za privatne korisnike zbog svoje prikladne cijene i ispisa u boji. Takvi pisači sliku na papiru stvaraju puštanjem kapljica tinte. S druge strane, najrasprostranjeniji za poslovne potrebe je laserski pisač koji radi na principu fotokopirnog uređaja pomoću poluvodičkog lasera. Ostali pisači svoju namjenu imaju u različitim područjima, ali nisu toliko rasprostranjeni kao tintni ili laserski pisači.
Slika 5. Tintni pisač
Slika 6. Laserski pisač
Crtalo je izlazni uređaj koji se koristi za ispis crteža, a koristi se primjerice u tehničkom crtanju. Temelji se na načelu pomicanja pera za crtanje u odnosu na medij po kojemu se crta. Pomak pera se ostvaruje kombiniranjem dva pomaka koji se označavaju kao x i y pravac. Zvučna kartica je elektronički uređaj koji omogućuje snimanje, reprodukciju i sintezu zvuka. Za prikaz zvuka korisniku služe zvučnici ili slušalice.
25 26
CRT (eng. Cathtode Ray Tube monitor) – monitor s katodnom cijevi LCD (eng. Liquid Crystal Display monitor) – monitor s tekućim kristalom
15
3.1.2. Software Eng. software, softver, programska podrška, dio računalnog sustava koji nije materijalan, već postoji u obliku informacija pohranjenih u računalu. Ukupna programska podrška računala može se podijeliti na dvije vrste, na sistemsku programsku podršku i aplikativnu programsku podršku.
3.1.2.1. Sistemski software Sistemska programska podrška je skup strojno orijentiranih programa koji upravljaju i kontroliraju rad strojnog sustava u cilju usklađivanja tog rada s radom aplikativnih programa. Najvažniji takav program je operativni sustav, a možemo ga opisati kao skup strojno orijentiranih programa potrebnih za kontrolu rada računalnog sustava. On predstavlja neku vrstu sučelja između korisničkih aplikativnih programa i strojne podrške (eng. hardware). Prema E. Madnicku i J. J. Donovanu operativni sustav su oni programski moduli u računalnom sustavu pomoću kojih se realizira kontrola nad sklopovskim resursima poput procesora, glavne memorije, sekundarne memorije, ulazno-izlaznih jedinica i podataka. Osnovne zadaće operativnog sustava su: upravljanje memorijom (eng. memory management), izvršavanje zadaća (eng. task management), upravljanje podacima (eng. data management), upravljanje procesorom (eng. processor scheduling), funkcija obrade prekida (eng. interrupt handling) i upravljanje ulazno-izlaznih jedinica (eng. i-o management). Operativni sustav može biti jednokorisnički, višekorisnički i mrežni. Jednokorisnički operativni sustav je takav u kojemu su svi računalni resursi na raspolaganju samo jednome korisniku. U višekorisničkim operativnim sustavima nužna je opcija zaštite korisnika i podataka od neautoriziranog korištenja. Također, u višekorisničkom OS-u postoji administrator koji kontrolira i upralja pristupom računalu, te dozvoljava, odnosno zabranjuje određene postupke drugim korisnicima računala. Mrežni operativni sustav se javlja kao mrežna poveznica između računala s različitim operacijskim sustavima. Uveden je zbog lakše komunikacije i prijenosa podataka. Najpoznatiji operativni sustavi u današnje vrijeme su: Windows (XP, Vista, 7), Linux, MAC OS, UNIX. Uslužna (pomoćna) programska podrška (eng. utility software) je dio sistemske programske podrške, a obuhvaća programe za prevođenje programa pisanih u programskom jeziku u strojni jezik, programe poslužitelje, pomoćne programe, te sustave za upravljanje bazama podataka (DBMS). Programi prevoditelji su: kompajleri, interpreteri, simulatori, emulatori i generatori. Kompajleri su takvi programi prevoditelji koji u proces prevođenja ulaze nakon cjelokupnog unosa programa u računalo. Interpreteri pristupaju leksičkoj analizi i nekim funkcijama sintaktičke analize nakon unošenja svake instrukcije izvornog programa i odmah daju povratnu informaciju korisniku o ispravnosti primljene instrukcije. Ukoliko dođe do nekakve pogreške, interpreter ju dijagnosticira, te izdaje upute korisniku o ispravljanju pogreške. Simulatori su kao programi prevoditelji implementirani u određen tip računala koji konstruiraju radne programe prikladne za obradu na računalima nekoga drugog tipa. Emulatori izvorne programe konvertiraju u radne programe u jednom čvoru mreže, a obrađuju ih u nekome drugom čvoru. Generatori služe za automatsko dodavanje određenih standardnih funkcija izvornim programima čije prevođenje obavljaju. 16
Programi poslužitelji obično sadrže različite programe za sortiranje podataka, generiranje izvještaja i upravljanje tijekom i obradom podataka. Pomoćni programi su svi softwareski dijelovi koje korisnik može koristiti za dobivanje izlaznih rezultata. Sustavi za upravljanje bazama podataka su programske cjeline koje opskrbljuju programera i krajnje korisnike traženim informacijama iz određene baze podataka. Funkcije takvih sustava su projektiranje baze podataka, obavljanje različitih operacija s podacima u bazi podataka, zaštita podataka i nadgledanje i kontrola korištenja podataka.
3.1.2.2. Aplikativna programska podrška Pod aplikativnom programskom podrškom smatramo skup korisničkih programa koji upravljaju računalnim sustavom kako bi se izvršile aktivnosti obrade podataka zadane od strane korisnika. Kreirana je da bi zadovoljila specifične potrebe korisnika, a može biti kupljena kao gotova, može biti u javnom vlasništvu, može biti naručena od strane korisnika ili napravljena od strane korisnika. Gotova (kupljena) programska podrška može biti: antivirusni software, backup software, CAD/CAE/CAM27 software, database software, PDMS software28, software za obradu tablica i analizu podataka, grafički software, programski software, mrežni software, multimedijski software, software za igru i sl.
3.1.2.3. Podaci, datoteke i baze podataka Podatak je skup znakova zapisan na nekome mediju. Podatak je dio informacije, a predstavlja znakovni prikaz činjenica promatranog objekta u vremenu i prostoru. Strukturu podatka čine: značenje (naziv i opis), vrijednost (mjera i iznos) i vrijeme. Može biti u obliku slike, teksta, zvuka i sl. Podaci unutar strukture, odnosno konteksta, čine informaciju. Postupak pretvorbe podataka u informacije nazivamo obradom podataka. Datoteka je skup podataka pohranjenih na nekome mediju. Hijerarhijski se sastoji od slogova ili zapisa (eng. record) i polja (eng. field), dakle datoteka se sastoji od slogova, a slogovi od polja. Baza podataka je skup sličnih zapisa, podataka ili datoteka pohranjen na nekome mediju, a moguće ga je pretraživati. Baze podataka su najčešće pohranjene na tvrdome disku i pristupačne su za korištenje aplikacijskim programima, poput upravljačkog sustava baze podataka (DBMS). DBMS se koristi za uređivanje baza podataka - nadopunu i korekcije, te traženje podataka.
27 28
CAD/CAE/CAM software- software za inženjerski dizajn PDMS (eng. Product Data Management System) – software za tehničke i poslovne informacijske sustave
17
3.2. Princip rada računala Kada govorimo o radu računala, o onome što računalo radi, spominjemo obradu podataka (eng. data processing). Pod obradom podataka smatamo izvođenje postupaka nad podacima koristeći neka pravila i postupke. Glavne četiri faze obrade podataka su: unos podataka, obrada podataka, prikaz rezultata obrade i pohrana podataka. Temeljni pojmovi vezani uz obradu podataka su bit, bajt, slog i riječ. Bit je temeljna jedinica za informaciju koja poprima dvije vrijednosti – 0 ili 1. Za bit se podrazumjeva jedna od binarnih znamenaka, dakle 0 ili 1, te kada je ona 1 – bit je postavljen (eng. set), a kada je 0 – bit je poništen (eng. reset). Bajt je najmanja adresna veličina u računalu, a iznosi 8 bita. Slog je binarni broj s četiri znamenke. Riječ je određena količina bitova koja se u računalu obrađuje kao cjelina. Faze obrade podataka su: unos podataka, obrada podataka, prikaz rezultata obrade i pohrana podataka.
3.2.1. Unos podataka Unos podataka je omogućen preko uređaja za unos podataka, a on može biti izravan i neizravan. Izravan unos podataka je unos u kojemu se podaci izravno unose s izvornog dokumenta u računalni sustav. Uređaji koji omogućavaju takav unos podataka su: scaneri, čip-kartice, glasovni uređaji i pokazivači. Scaneri podatke s papira čitaju, te tekst i grafičke elemente pretvaraju u računalu razumljiv oblik. Preneseni podaci se zatim mogu čitati, oblikovati, pohranjivati i sl. Čip-kartice (eng. smart cards) imaju ugrađene mikročipove koji omogućuju obradu podataka i trajno memoriranje, te ažuriranje podataka pri svakoj uporabi takve kartice. Glasovni uređaji (eng. voice input devices) pretvaraju riječi (naredbe) u zvukovnom obliku u kod razumljiv računalu, uspoređivajući zvukovni oblik izgovorene naredbe s memoriranim oblikom. Nakon pridruživanja i prepoznavanja izgovorene naredbe, računalo će ju izvršiti. Pokazivači poput miša, joysticka, touch pada i sl. služe za aktiviranje točaka na zaslonu ekrana i time se šalju naredbe računalu. Isto tako, omogućeno je unositi grafičke podatke pokazivačima.
3.2.2. Obrada podataka Obrada podataka svodi se na prikaz binarnih znamenaka, odnosno 0 i 1. Razlog tome je što računalo radi na principu binarnog brojevnog sustava i razumije jedino taj brojevni sustav, te je stoga nužno da svi podaci budu pretvoreni u taj brojevni sustav. Podaci pri obradi podataka mogu biti u različitom formatu: integer (cjelobrojna brojčana vrijednost), real (decimalna brojčana vrijednost), BCD (broj kao niz dekadskih znamenki), string (niz znakova) i boolean (logički podatak). Svi se podaci u računalnom sustavu memoriraju kao binarni nizovi, a smješteni su u memorijska polja predviđena za pohranu podataka.
18
Slova, posebni znakovi i znamenke, kada ne predstavljaju brojčanu vrijednost, pretvaraju se u binarni izraz posebnim postupkom – kodiranjem. Kodiranje je sustav pomoću kojeg se znakovi predočavaju u obliku pogodnom računalu (u binarni brojevni sustav). Najrasprostranjeniji kodirani skup znakova je ASCII kod (eng. American Standard Code for Information Interchange). Svaka kodna točka29 ASCII kodiranog skupa znakova je 7-bitni binarni broj, što znači da je omogućeno kodiranje 128 različitih znakova. Prve 32 kodne točke namjenjene su nadzorno-upravljačkim znakovima, a ostalih 96 znakovima s grafemima. S obzirom da je skup od 96 kodnih točaka postao nedostatan, uveden je prošireni ASCII kod koji koristi 8-bitne kodne točke, odnosno omogućeno je 256 različitih znakova. U proširenome ASCII kodu prvih 128 znakova je jednako kao u standardnom ASCII kodu, a ostalih 128 znakova je namijenjeno novim znakovima drugih svjetskih jezika. Nadalje, imamo EBCDIC kod, koji je prošireni binarno-decimalni kod. U kodiranju je bajt podijeljen u dvije tetrade, skupine po četiri bita i to u zonsku i brojčanu tetradu. Znakovi su poredani u zonsku tetradu, a u brojčanu tetradu su smješteni redni brojevi znaka unutar pojedine zone. Unikod je kod koji pripada novijoj generaciji kodova i za prikaz pojedinog znaka koristi 16-bitni binarni broj. Da bi se određena instrukcija izvela, procesor ju prvo mora prihvatiti iz glavne memorije, a zatim smjestiti u registar. Registri ju velikom brzinom prihvaćaju, pohranjuju i prenose podatke koje procesor dalje upotrebljava. Postoje dva ciklusa obrade podataka koji zajedno čine jedan strojni ciklus. U prvome, procesor prihvaća instrukciju i istovremeno ju dekodira (postavlja elektroničke krugove u određeno binarno stanje). Drugi ciklus je izvršavanje naredbi od strane procesora i spremanje rezultata obrade u registar. Procesor sadrži i unutarnji sat, tzv. mjerač takta koji usklađuje sve operacije strojnog ciklusa, a brzina obrade se mjeri u Mhz (1 Mhz=milijun strojnih ciklusa u sekundi).
3.2.3. Prikaz rezultata obrade Informacije dobivene obradom podataka mogu se prikazati u dva oblika privremenom (eng. softcopy) i trajnom (eng. hardcopy). U privremenom prikazu informacija su informacije namijenjene trenutnoj uporabi korisnika, a u trajnom prikazu korisnik ne mora nužno odmah upotrijebiti te informacije, već ih može koristiti kasnije. Uređaji za privremeni prikaz informacija su monitor i uređaji za zvučni i glasovni prikaz. Uređaji za trajni prikaz informacija su pisač i ploter.
3.2.4. Pohrana podataka U računalnom sustavu podaci se nakon obrade pohranjuju u primarnu i sekundarnu (vanjsku) memoriju. Magnetski nosioci podataka koji omogućavaju izravni pristup memoriranim podacima su tvrdi disk i disketa. Izravni pristup podacima je u ova dva slučaja omogućen jer su površine tvrdog diska i diskete građene od staza i sektora – koncentričnih kružnica koje su odvojene malim razmakom. Staze i sektori određuju adresu magnetskog polja na kojemu se nalazi pojedina informacija. Optički nosioci za pohranjivanje podataka koriste optičku (lasersku) zraku. Takvi nosioci su CD i DVD diskovi.
29
Kodna točka - binarni broj pridružen pojedinom znaku.
19
4. Razvoj računala u budućnosti Svakako jedna od najzanimljivijih tema vezana uz računala jest spekuliranje o mogućnostima, vrstama i općenito o razvoju računala u budućnosti. Mnogi autori dali su svoja mišljenja o tim temama, koja variraju od znanstveno-fantastičnih scenarija do sasvim logičnih i znanstveno utemeljenih tvrdnji. Između ostalih, najčešće se promišljaju teme poput umjetne inteligencije, bio-neuronski čipovi i mreže, kvantna računala, te računala i tehnologija bazirana na ugljičnim nanocijevima. Krajem devedestih godina, znanstvenici u NEC-ovim laboratorijima otkrili su zanimljive strukture koje su objedinjavale karakteristike metala i poluvodiča. Nazvali su ih „ugljične nanocijevi“ (eng. carbon nanotubes), te su pokrenuli lavinu istraživačkih radova na tom području. Prednost tih molekularnih struktura je što se istovremeno ponašaju i kao vodiči i kao tranzistori, a smatra se da će u široku uporabu ući u mnogim tehnološkim inovacijama zbog svoje male veličine (teoretski, procesori građeni od ugljičnih nanocijevi bili bi i desetak puta manji i brži), te njihove lakoće i izdržljivosti. Osim u izgradnji čipova i procesora, istražuje se njihova primjena u izradi lakih i otpornih LCD monitora, u biomedicini i energetici. Kvantna računala mogla bi promijeniti svijet nula i jedinica na kojima se trenutno temelji računalni svijet. Naime, primjenjujući zakone kvantne mehanike, znanstvenici istražuju mogućnosti praktične primjene „proširenog binarnog sustava“ koji se temelji na „kvantnim bitovima“, takozvanim „kubitima“. Kvantni tranzistor koristi promjenjivu prirodu elektrona te bi svaki elektron, ovisno o stanju predstavljao jedan kvantni bit. U kvantnom tranzistoru moguće su četiri kombinacije kubita, 0+0, 0+1, 1+0 i 1+1, što znači da brzina raste eksponencijalno u odnosu na dosadašnja dva stanja. Tako će dva kvantna tranzistora imati 16 kombinacija, tri 81, itd. Prototipi kvantnih računala trenutno koriste malen broj kvantnih bitova, no stručnjaci predviđaju da bi u idućih 20 do 30 godina kvatna tehnologija mogla ući u široku praktičnu primjenu, te svojom brzinom tehnologiju baziranu na binarnom sustavu učiniti zastarjelom. Pojam „bioračunalo“ u posljednje vrijeme sve se manje spominje u sferi znanstvene fantastike, a sve češće kao jedna od obećavajućih tehonologija budućnosti. Bioračunalo umjesto silicijskih tranzistora i procesora koristi bio-neuronsku tehnologiju, odnosno neuronsku mrežu u svojoj biti sličnu neuronima ljudskog mozga. Kapacitet i brzina obrade podataka u takvom načinu rada u teoriji znatno nadilazi mogućnosti sadašnjih računala. Princip rada bazira se na korištenju složenih proteinskih molekula u kombinaciji s posebnim vrstama gelova, što u konačnici dovodi do malih dimenzija i velikih kapaciteta pohrane. Prototip takvog uređaja razvijen u Centru za molekularnu elektroniku „W.M. Keck“ u SAD-u ima kapacitet od 1 TB, te brzinu obrade od 80 Mbit u sekundi. Ideja umjetne inteligencije, odnosno svjesnih računala, stara je gotovo koliko i sama računala. Svi dosadašnji oblici umjetne inteligencije sežu do sposobnosti rješavanja određenih specifičnih problema, te ne posjeduju vlastitu svijest i razumijevanje koje je, u teoriji, karakteristika prave umjetne inteligencije. Moderna znanost još nije pronašla način stvaranja umjetne inteligencije, tj. svjesnih strojeva, te se sve rasprave o uporabi istih (kao i moralnoetičke implikacije primjene) vode u sferi hipotetskih rasprava.
20
Umjetna inteligencija ograničenih mogućnosti, koja nam je trenutno dostupna svodi se na: ekspertne sustave, sustave zasnovane na znanju, sustave za planiranje te neuronske mreže. Mogućnosti umjetne inteligencije u računarstvu sežu do programa i sustava koji bi bili sposobni održavati sami sebe, tj. stvaranje programa koji bi bili sposobni analizirati sami sebe, samostalno programirati potrebne dodatke, prepoznavati greške u vlastitom kodu i ispravljati ih, itd. Iako nam se razvoj računala, informatičke znanosti i pratećih tehnologija u posljednjih dvadesetak (i više) godina može činiti kao strelovit, očito je da napredak znanosti, ljudska želja za novim znanjima i ostali čimbenici, taj razvoj nezaustavljivo nastavljaju s novim revolucionarnim idejama i teorijama, te primjenom istih u praksi. Sve mogućnosti koje su se do nedavno činile kao nedostižne, utopijske ideje, postaju sve izglednije kao tehnologije budućnosti sa širokim mogućnostima primjene.
21
5. Zaključak Važno je napomenuti da se razvoj računala i računalne tehnologije ne može smatrati završenim procesom, jer razvoj i dalje traje, odnosno razvoj računala napreduje sve većim koracima, a računala postaju sve moćnija, sve manja i sve pristupačnija širokim društvenim slojevima. Sa stalnim promjenama u znanosti i tehnologiji, te sa sve većom potrebom modernog čovjeka za informacijama i znanjem, računalni svijet pokušava pomiriti tendenciju rasta medija za pohranu i tehnologije za obradu podataka s potrebom i težnjom da se sve komponente računala učine manjima, povoljnijima, pa čak i ekološki prihvatljivijima. Iako postoji mogućnost da će se računala nastaviti razvijati u skladu s postojećim shemama i principima rada, isto tako ne treba isključiti mogućnost nekog velikog revolucionarog otkrića koje bi moglo promijeniti ustaljenu sliku o računalima i računalnim sustavima koje imamo danas. Trenutno se, ipak, dio, ako ne i većina istraživanja novih računalnih tehnologija smatra znanstveno-fantastičnom od strane običnih korisnika, ali to ne umanjuje mogućnost da će do takve budućnosti ipak doći.
22
6. Literatura Vitomir Grbavac: „Informatika, kompjutori i primjena“, Školska knjiga Zagreb, 1990. god. Darko Grundler: „Kako radi računalo“ , Varaždin, Pro-mil, 2004. god. Thom Luce: „Computer Hardware, System Software, and Architecture“, Mitchell Publishing Inc., Watsonville, CA, 1989. god. Slobodan Ribarić: „Arhitektura računala“, Školska knjiga Zagreb, 1990. god. Ralph M. Stair, Jr.: „Computers in today's world“, Irwin, Homewood, Illinois, 1986. god. http://en.wikipedia.org/wiki/Turing_machine , 28.12.2009. http://en.wikipedia.org/wiki/Universal_Turing_machine , 28.12.2009. http://www.plyojump.com/classes/images/computer_history/univac_1951.jpg , 7.1.2010. http://www.fahad.com/pics/fujitsu_160gb_300mbs_hard_disk.jpg , 7.1.2010. http://www.njuskalo.hr/image-w450/laser-printeri/samsung-clp-315-laserski-pisac-boji-slika1428146.jpg , 7.1.2010.
23
