Računar je i dalje za mnoge uređaj sa kojim ne žele da imaju baš previše kontakta zbog složenosti njegove strukture i procesa koje obavlja. Istina, to i jeste jedna moćna mašina, koja barata hiljadama podataka u sekundi, ali ono što treba da znamo jeste da je napravljena upravo zbog nas i naših potreba, stoga iskoristimo je u potpunosti, bez straha da ćemo nešto pokvariti. Princip funkcionisanja računara baziran je na usklađenom radu između hardvera (eng. hardware) i softvera (eng. software). Računarski hardver čine fizički elektronički delovi, odnosno opipljive komponente, dok je softver neopipljiv i predstavlja sistem algoritama koje sastavljaju programeri u nameri da se na što bolji i efikasniji način ostvari upravljanje hardverom. Ne bismo li lakše razumeli odnos hardvera i softvera, zamislimo da je hardver automobil, a vozač softver. Da bi vozač pobedio na trci, mora da bude izuzetno spretan i okretan, ali i da vozi brz auto. Poenta je u tome da je za funkcionalost i efikasnost računarskog sistema neophodan brz i stabilan hardver, ali i kvalitetni programi koji će iskoristiti puni potencijal hardvera. Osnovni elementi računarskog hardvera jesu:

centralna jedinica (napajanje, matična ploča, procesor, memorije, grafička kartica)
ulazni uređaji
izlazni uređaji

Funkcionalna organizacija računarskog hardvera

CENTRALNA JEDINICA

Čim izgovorimo reči centralna jedinica, odmah kao da nekako osetimo da je reč o sistemu najbitnijih hardverskih komponenata. Ne varamo se, centralna jedinica to zaista i jeste. Ono što je bitno napomenuti jeste to da su sve komponente centralne jedinice smeštene u kućištu. Prva i najvažnija komponenta centralne jedinice jeste napajanje. Pošto su sve komponente računara električne, one zahtevaju struju da bi funkcionisale, stoga im je neophodno obezbediti kvalitetno napajanje. Ono radi na principu ispravljača naizmenične električne struje iz mreže elektrodistribucije u niskonaponsku jednosmernu struju, neophodnu za rad svih komponenata računara. Ispravljanje struje obavlja niz elektroničkih komponenata napajanja, a jedne od vitalnih jesu tranzistori, u funkciji prekidača, kao i niskofrekventni filteri u vidu LC kola. Pošto se u Gimnaziji u okviru fizike veoma malo radi elektronika, a objašnjenje principa rada ovog tipa napajanja korak po korak zahtevalo bi njeno dobro poznavanje, nećemo mnogo zalaziti u detalje. Ko želi da sazna malo više, informacije može pronaći na linku.

Sledeća sastavna komponenta centralne jedinice jeste matična ploča. Vratimo se sada radi lakšeg razumevanja na automobilsku analogiju; napajanje bi kod našeg automobila predstavljalo rezervoar sa gorivom, a matična ploča šasiju, odnosno karoseriju u koju se dalje ubacuju preostali delovi automobila. Sad već možete nagovestiti koja je funkcija matične ploče, zar ne? Ona je tu da poveže računarske komponente u jednu funkcionalnu celinu i da im dopremi neophodno strujno napajanje. Ostale komponente hardvera se na nju priključuju pomoću priključnih mesta u vidu portova, slotova, priključaka za procesor, memoriju, diskove i tako dalje. Komunikacija i prenos informacija među njima vrši se preko razgranate mreže magistrala koje se pružaju duž čitave matične ploče. Širina magistrale meri se u bitovima i od ove veličine direktno zavisi brzina prenosa informacija. Takođe, na ploči postoji i niz elektronskih čipova u funkciji kontrolera. Naime, pošto su magistrale kao brzi autoputevi kojima, umesto automobila, informacije putuju velikim brzinama, velika je verovatnoća da će doći do gubitka određenog dela korisnog signala. Kontroleri te greške otklanjaju ukoliko nisu prevelike, a ukoliko je šteta na signalu tolika da informacija gubi smisao, kontroler javlja grešku u komunikaciji i zahteva ponovno slanje signala, a softver dalje o tome obaveštava korisnika. Kontroleri takođe služe i za otkrivanje loših kontakata među spojevima i na taj način umanjuju opasnost od varničenja i požara. Na ploči je realizovan i poseban set čipova koji upravlja celokupnim radom računara; naime, ovaj set vrši organizaciju celokupnog obradnog procesa informacija i tako u velikoj meri olakšava posao procesoru.

Matična ploča

Procesor predstavlja srce našeg računara, jer je upravo on zadužen za vršenje složenih matematičkih operacija i proračuna, na kojima se bazira obrada svih ulaznih podataka. U našoj već dobro poznatoj automobilskoj analogiji, procesor bi predstavljao ni manje ni više nego automobilski motor. Procesori današnjice izvedeni su u formi mikročipova i sposobni su za izvršavanje čak i do nekoliko miliona operacija u sekundi! Od toga koliko miliona operacija u sekundi procesor može da izvrši, zavisiće njegova brzina, koja se izražava u MFLOPS-ima (Milion Floating Point Operations Per Second). Mnogi brzinu procesora mešaju sa njegovim taktom, jer upravo od takta zavisi kolika će brzina biti. Iako brzina direktno zavisi od takta, ove dve veličine ne mogu se poistovetiti i zbog toga pazite prilikom učenja! Naime, u okviru procesora ili matične ploče postoji jedno posebno rezonantno kolo zvano sat (eng. clock) za čiji princip rada je opet neophodno poznavanje elektronike, tako da će objašnjenje ostati samo principijelno. Ovakva kola, najčešće u formi RC sprege, generišu električne impulse, odnosno signale određene frekvencije, kojima se iniciraju operacije procesora. Što je veći broj ovih impulsa, to je procesor sposobniji da izvrši više operacija. Takt sata izražava se u gigahercima (GHz) i označava broj generisanih impulsa u sekundi. Podaci koje obrađuje procesor smešteni su u komponenti hardvera koja se naziva memorija.

Memorija u računaru ima nekoliko vrsta, od kojih se svaka koristi shodno potrebi. Pri procesoru je npr. realizovan poseban tip brze memorije zvan keš (eng. cache). U ovoj memoriji čuvaju se podaci i informacije koje su često u upotrebi, te da se izbegne usporavanje rada, one se deponuju na ovoj lokaciji. Postoje i npr. memorije iz kojih je moguće samo čitanje podataka; to su takozvane ROM (eng. Read Only Memory) memorije. U njima su sistemske stavke poput izgleda slova i znakova i grafičkom podsistemu, kao i zadaci koje računar obavlja prilikom dizanja sistema. Ono što je zanimljivo za ovaj tip memorije jeste to da se podaci uskladišteni u njoj ne gube nakon gašenja računara. Sušta suprotnost ovom tipu memorije jeste RAM (eng. Random Access Memory), odnosno operativna memorija, kojoj korisnik može pristupati po volji. Prilikom gašenja računara, informacije iz RAM-a se trajno gube. Posebni delovi RAM-a nazivaju se baferi (eng. buffers). Oni služe za privremeno odlaganje i skladištenje podataka usled nemogućnosti trenutne obrade. Naime, kada se procesoru na obradu pošalje velika količina podataka, koje on ne može da obradi u vremenskom roku u kom se od njega zahteva, deo tih neobrađenih podataka deponuje se u bafer. Sam princip elektronskog pamćenja zasnovan je na upisivanju informacija na magnetnu glavu ili uz pomoć sistema kondenzatora. Sistem kondenzatora predstavlja jedan od prvih sistema skladištenja informacija i radi na sledećem principu: pošto su sve informacije u računaru u binarnoj formi (nula i jedinica), one zahvaljujući tome mogu da se prikažu kao stanja kondenzatora- pun (1) i prazan (0). Mana ovog sistema jeste što zahteva konstantno strujno napajanje, jer se vremenom kondenzator može razelektrisati i memorijski zapis se gubi. Da bi trajno sačuvali informacije, ljudi su u upotrebu uveli memorijske periferije sa feromagnetnim glavama zvane hard diskovi. Pod upisivanjem informacije na hard disk podrazumeva se proces namagnetisavanja određenog dela feromagnetne glave. Ukoliko je pojedini deo namagnetisan, to je binarna jedinica, a ukoliko nije, u pitanju je binarna nula. Pošto se za izradu glave koriste materijali koji mogu veoma dugo da zadržavaju magnetna svojstva, za ovaj vid čuvanja informacija nije neophodno konstantno strujno napajanje i informacije se pamte i nakon gašenja računara.

Naredna komponenta centralne računarske jedinice jeste grafička kartica. Ona je namenjena za obradu i prikaz vizuelnih podataka na odgovarajućim izlaznim uređajima, poput monitora na primer, a na matičnu ploču priključuje se pomoću PCI-Express slota. U principu, nije neophodna za pravilan rad računara, jer je već na samu matičnu ploču ugrađen sistem čipova koji obrađuju grafičke informacije, ali za obavljanje bilo kakvog ozbiljnijeg zadatka, njeno prisustvo je od vitalnog značaja. U suštini, ona predstavlja još jedan dodatni procesor u računaru zadužen za obradu samo vizuelnih informacija i u mnogome pomaže da se rastereti centralni procesor. Izvedena je u vidu posebne štampane pločice, sa razgranatom mrežom magistrala, koje podatke iz centralne, RAM memorije i procesora dovode do grafičkog jezgra na dalju obradu. Isto kao i centralni procesor, i grafički procesor odlikuje se određenim taktom i brzinom obrade. Takođe, grafička kartica odlikuje se i sopstvenom, veoma brzom memorijom, koja je kod najnovijih kartica izvedena u formi GDDR5 tipa memorije, zasnovanog na kondenzatorskom sistemu pamćenja (jedan bit informacije=jedno stanje kondenzatora).

ULAZNI UREĐAJI

Pod ulaznim uređajima, podrazumevaju se svi elektronički sklopovi periferije pomoću kojih korisnik izdaje određene komande računaru. Najpoznatije ulazne komponente računarskog hardvera jesu tastatura i miš. Princip na kojem je zasnovan rad na tastaturi je sledeći: ispod svakog tastera nalazi se provodni materijal, koji, kada pritisnemo taster, dolazi u kontakt sa parom provodnih linija na štampanoj ploči postavljenoj neposredno ispod. Tada se zatvara strujno kolo na ploči što dovodi do pojave struje u kolu. Ovu pojavu registruje kontrolni čip, preko kojeg je tastatura spojena sa procesorom računara. Čip dalje obaveštava procesor da je određeni taster pritisnut tako što mu šalje signal u vidu koda koji je specifičan samo za taj pritisnuti taster. Dalju obradu vrši procesor i izvršava ispis simbola na ekranu. Na istom principu bazira se i klik miša. Uloga miša je da omogući korisniku pomeranje kurzora na ekranu. Princip rada optičkog miša zasnovan je na optoelektronici, oblasti elektronike koja se bavi primenom svetlosti na rad elektroničkih uređaja. U donjem delu optičkog miša nalaze se elektronički sklopovi za emisiju i apsorpciju svetlosti. Za emisiju svetlosti služi LED dioda, a za apsorpciju optički senzori čiji je rad zasnovan na principu fotoefekta. Naime, kada korisnik u određenom smeru povlači miš, svetlost koju emituje LED dioda reflektuje se od površine podloge što detektuju optički senzori. U zavisnosti od toga u kom smeru i kojom brzinom korisnik povlači miš, zavisiće i intenzitet reflektovane svetlosti. Na primer, što korisnik brže povuče miš, to manje svetlosti uspe da se vrati do senzora i izazove fotoefekat. Pošto svaki od senzora generiše struju upravo proporiconalnu intenzitetu svetlosti koja do njega stiže, računar zna kojom brzinom i u kom smeru je korisnik pomerio miš. Za povezivanje ova dva ulazna uređaja sa računarom, najčešće se koriste PS/2 i USB port.

IZLAZNI UREĐAJI

Izlazni uređaji predstavljaju deo računarskog hardvera koji služe za prikaz procesorski obrađenih informacija. Jedni od najznačajnijih predstavnika ovog tipa hardvera jesu zvučnici i monitori.

Zvučnici služe za reprodukciju obrađenih zvučnih signala na principu elektromagnetne indukcije. Tehnička izvedba zvučnika je u formi kućišta u kom se nalazi jedan permanentni magnet u neposrednoj blizini lagane oscilatorne membrane. Za membranu je privezana jedna induktivna zavojnica koja je povezana sa računarom preko pojačala. Kada kroz žice zavojnice potekne promenljiva struja koja potiče iz računara i koja predstavlja promenljivi zvučni signal, oko zavojnice će se, po principu elektromagnetne indukcije, indukovati promenljivo magnetno polje. Jačina indukovanog magnetnog polja pokorava se zakonu po kom osciluju naelektrisanja unutar zavojnice. Ovo promenljivo magnetno polje stupa u interakciju sa nepromenljivim magnetnim poljem permanentnog magneta, a pošto je zavojnica vezana za membranu zvučnika, ova interakcija magnetnih polja manifestuje se kao oscilovanje membrane po zakonu koji diktira promenljivi zvučni signal iz kompjutera. Dalje, oscilovanje membrane primorava čestice okolnog vazduha da osciluje po istom zakonu. Na taj način, obrađeni zvučni signal iz račnara prenosi se do korisnika.

Uloga monitora jeste prikaz vizuelnih informacija. Najmanja jedinica na ekranu monitora koja je sposobna za prikaz vizuelne informacije naziva se piksel. Prikaz slike zasniva se na tome da se svakom pikselu dodeljuje niz od 24 bita u memoriji grafičke kartice, od kojih svakoj od 3 osnovne boje pripada po 8 bita. Pošto svaki bit može imati vrednost nula ili jedinica, tako svaki piksel može da prikaže 16,7 miliona boja, iz razloga što svakoj boji odgovara jedinstvena kombinacija vrednosti bitova. Informaciju o tome koja će kombinacija bitova odlikovati određeni piksel određuje grafička kartica. U zavisnosti od toga koja je tehnologija upotrebljena za prikaz slike, monitori se dele na CRT, LCD, LED i plazma monitore. Kod CRT monitora se koristi katodna cev u funkciji elektronskog topa, koji elektrone ispaljuje na fosforescentni zaslon ekrana. Koliko će elektrona pasti na koji deo ektrana, definisan je informacijom koju šalje grafička kartica. Kod LCD monitora, umesto fosforescentnog zaslona koriste se tečni kristali koji u određenoj meri apsorbuju, ali i propuštaju svetlost koju emituje pozadinski svetlosni panel, te se na taj način formira slika. LED monitori, kao što im i samo ime kaže, za formiranje slike koriste veoma male LED diode. Svaka dioda predstavlja jedan piksel i kako do nje stigne određeni signal, ona zasvetli određenim intenzitetom i bojom što dovodi do formiranja slike na ekranu. Na sličnom principu rade i plazma monitori, samo što je kod njih u funkciji piksela upotrebljena mala sijalica ispunjena gasom. Gas se, prilikom prolaska struje, odnosno signala, pobuđuje, a prilikom deekscitacije emituje svetlost određene talasne dužine što posmatrač opaža kao boju.

IZVORI TEKSTOVA:

Vikipedija
Računarstvo i informatika za I razred srednje škole, Nikola Klem
sajt1
sajt2

IZVORI SLIKA:

PRIPREMIO: Darian Pudić