Racunar

Osnovni principi Rad računara može biti zasnovan na kretanju mehaničkih dijelova, elektrona, fotona, kvantnih čestica ili neke druge fizičke pojave. Iako se računari mogu izgraditi na mnogim postojećim tehnologijama, gotovo svi današnji modeli sadrže u sebi elektroničke komponente. Kod većine današnjih računara zadati problemi se u biti rješavaju pretvaranjem svih relevantnih informacija u matematičke relacije korištenjem binarnog sistema (nula i jedan). (Međutim, računari ne mogu riješiti sve matematičke probleme.) Nakon što računar izvrši izračunavanje zadatog problema, rezultat se prikazuje na korisniku (čovjeku) pristupačan način; preko signalnih lampi, LED displeja, monitora, štampača i dr. Početnici u radu sa računarima, naročito djeca, često ne mogu shvatiti činjenicu da su računari samo uređaji i da ne mogu "misliti" odnosno "razumjeti", čak ni ono što prikažu kao rezultat svog "rada". Slike, boje, riječi i dr. koje vidimo na ekranu računarskog monitora su samo programirani prikazi koje ljudski mozak prepoznaje i daje im značenje i smisao. Računar prosto manipulira tokovima elektrona kojima, na svojoj osnovnoj razini funkcionisanja - tranzistoru, dodjeljuje logičke vrijednosti nula ili jedan, odnosno, stanju "nema napona" ili "ima napona". Do sada nam nije poznat način kojim bi se uspješno imitiralo ljudsko razmišljanje ili samosvjesnost. Neke od bitnih odrednica za konstruktivna rješenja [uredi] Binarni ili decimalni? Važan korak naprijed u razvoju digitalnog računarstva bilo je uvođenje binarnog sistema za unutrašnje numeričke procese. Ovim je prestala potreba za kompleksnim izvršnim mehanizmima koje su računari zasnovani na drugim numeričkim sistemima, npr. decimalnom ili heksadecimalnom, zahtijevali. Usvajanje binarnog sistema rezultiralo je pojednostavljenjem konstruktivnih rješenja kod implementacije aritmetičkih funkcija i logičkih operacija, znači, i pojednostavljenjem sklopova i komponenata samog računara. Mogućnost programiranja Mogućnost da se računar programira, tj. opremi nizom izvršnih instrukcija bez potrebe za fizičko-konstruktivnim izmjenama, osnovna je funkcionalna karakteristika većine računara. Ova osobina je značajno unaprijeđena njihovim razvojem do stepena na kojem su bili sposobni kontrolirati redoslijed izvršavanja instrukcija na osnovu podataka dobijenih tokom samog vršenja određenog programa. Ovo konstruktivno unaprijeđenje je još više pojednostavljeno uvođenjem (v. prethodnu cjelinu) binarne aritmetike kojom se mogu predstaviti različite logičke operacije. Pohrana podataka Tokom računskih operacija često je potrebno pohraniti među-vrijednosti ("dva pišem a jedan pamtim") koje će se upotrijebiti u daljem računanju. Performanse nekog računara su najčešće ograničene brzinom kojom se vrijednosti čitaju/zapisuju iz/u memoriju i njenim kapacitetom. Prvobitno je zamišljeno da se memorija koristi samo za pomenute među-vrijednosti, međutim, ubrzo su se i sami programi počeli pohranjivati na ovaj način i to se uveliko primjenjuje kod današnjih kompjutera. Rad računara Općeniti prikaz računarskih dijelova Monitor Matična ploča Centralni procesor ATA utori Radna memorija Dodatne kartice Napojna jedinica Optički uređaji Hard disk Tastatura Miš Iako se tehnologija izrade računara značajno izmijenila od vremena prvih elektroničkih modela sagrađenih u četrdesetim godinama XX vijeka, još uvijek je većina današnjih rješenja zasnovano na von Neumannovoj arhitekturi. Ta arhitektura podrazumijeva računar kao sklop sastavljen od četiri glavna dijela: ALU (Arithmetic and Logic Unit) Aritmetičko-logička jedinica, kontrolna jedinica, memorija i I/O (Input and output) ulazni i izlazni sklopovi. Ovi dijelovi su međusobno povezani mnoštvom žica - "bus"; magistrala/sabirnica. Svi su obično pogonjeni vremenskim uređajem (tajmer, sat, generator takta), mada i drugi "događaji" mogu pogoniti kontrolne sklopove. Memorija Ovdje se podrazumijeva da je memorija niz obrojčenih/numerisanih ćelija, od kojih svaka sadrži djelić informacije. Informacija može biti instrukcija kojom se računaru zadaje neki zadatak. Ćelija može sadržavati i podatak koji je potreban računaru da bi izvršio neku instrukciju. U svakom slučaju, bilo koja od ćelija može sadržavati djelić informacije koji u datom trenutku može predstavljati podatak a već u slijedećem - instrukciju. Znači, sadržaj memorijskih ćelija se neprestano mijenja. Veličina svake ćelije i njihov broj, razlikuje se od računara do računara a i tehnologije izrade tokom njihovog razvoja su bile bitno različite. Tako smo imali elektromehaničke memorije - releje, cijevi ispunjene živom u kojima su se stvarali zvučni pulsevi, matrice stalnih/trajnih magneta, pojedinačnih tranzistora, sve do integralnih kola sa više miliona diskretnih i aktivnih elemenata. Procesor Procesor ili CPU - central processing unit je elektronički sklop koji može izvršavati računarske programe. Ovako široka definicija se može primijeniti i na rane računare koji su postojali mnogo prije nego što je izraz "CPU" dobio široku primjenu. Pojam i skraćenica se koriste u računarskoj industriji od šezdesetih godina XX stoljeća. Oblik, arhitektura i primjena procesora su pretrpjeli ogromne promjene od vremena prvih primjeraka ali je njihovo osnovno funkcioniranje ostalo približno isto. Prvi procesori su bili rađeni po narudžbi kao dio većeg računara i ponekad su bili jedini primjerci svoje vrste. Međutim, izraditi samo jedan procesor ili tek nekoliko primjeraka namijenjenih samo određenoj aplikaciji bilo je skupo te je to otvorilo put za masovnu proizvodnju procesora koji imaju višestruku primjenu. Tranzistori, a zatim i integralna kola, omogućili su minijaturizaciju procesora i danas se ugrađuju u veliki broj uređaja: automobile, mobilne telefone, dječje igračke i sl. Artimetičko-logička jedinica (engl. ALU - arithmetic and logic unit) je sklop koji vrši osnovne aritmetičke operacije (sabiranje, oduzimanje i dr.), logičke operacije (I, ILI, NE) i upoređivanje, npr. da li se dadržaj dva bajta podudara. U ovoj jedinici se zapravo "odrađuje glavni posao". Kontrolna jedinica vodi računa o tome koji bajtovi u memoriji sadrže instrukciju koju računar trenutno obrađuje, određuje koje operacije će ALU izvršavati, nalazi informacije u memoriji koje su potrebne za te operacije i prenosi rezultate na odgovarajuća memorijska mjesta. Kada je to obavljeno, kontrolna jedinica ide na narednu instrukciju (obično smještenu na slijedećem memorijskom mjestu) ukoliko instrukcija ne govori računaru da je slijedeća instrukcija smještena negdje drugo. Kada se poziva na memoriju, data instrukcija može na različite načine odrediti odgovarajuću memorijsku adresu. Uz to, neke matične ploče podržavaju dva ili više procesora. Takve obično nalazimo kod servera. Ulaz i izlaz Putem ulaza i izlaza (I/O), računar dobija informacije iz vanjskog svijeta i šalje rezultate natrag. Postoji širok spektar I/O uređaja; od običnih tastatura, preko miševa, monitora, disketnih pogona, CD/DVD (optičkih) pogona, štampača, sve do skenera i kamera. Zajednička osobina svih ulaznih jedinica je da pretvaraju informacije određene vrste u podatke koji dalje mogu biti obrađeni u digitalnom sistemu računara. Nasuprot tome, izlazne jedinice pretvaraju podatke u informacije koje korisnik računara može razumjeti. U ovom slučaju, digitalni sistem računara predstavlja sistem za obradu podataka. Integrirana kola su srž svakog računara Laptop - prijenosni računar, bitno smanjenih dimenzija ali i često manjih mogućnosti i brzine za razliku od stolnog PC računara Instrukcije Računarske instrukcije nisu bogate kao što je ljudski jezik. Računar poznaje samo ograničen broj jasno definiranih i jednostavnih instrukcija. Evo nekoliko primjera: "kopirati sadržaj ćelije 7 u ćeliju 19", "ako je sadržaj ćelije 999 veći od 1, slijedeća instrukcija se nalazi u ćeliji 100", "sadržaj ćelije 6 oduzeti sadržaju ćelije 33 a rezultat upisati u ćeliju 50". Instrukcije su u računaru predstavljene binarnim sistemom brojeva. Operacija "kopiraj" je, npr. kod Intelovih mikroprocesora u binarnom sistemu predstavljena ovako: 10110000. Određeni niz instrukcija koje određeni kompjuter može razumjeti naziva se mašinski jezik. U stvarnosti, ljudi ne stvaraju instrukcije direktno u mašinskom jeziku već koriste programske jezike koje se prevode u mašinski jezik putem posebnih računarskih programa "prevodilaca" i kompajlera. Neki programski jezici su veoma bliski mašinskom jeziku, kao što je Assembler a drugi, kao Prolog, su zasnovani na apstraktnim principima koji imaju malo sličnosti sa stvarnim operacijama unutar računara. Arhitektura Kod današnjih računara, aritmetičko-logička i kontrolna jedinica smješteni su na jednom integralnom kolu kojeg nazivamo centralna procesorska jedinica (CPU - central processing unit). Memorija računara smještena je na nekoliko malih integralnih kola pored centralnog procesora. Nesrazmjerno veliki dio ukupne mase računara zapravo je sadržan u sistemu napajanja električnom energijom - napojna jedinica i I/O uređajima. Neki od većih računara razlikuju se od gore opisanog modela uglavnom po većem broju procesora i kontrolnih jedinica koji rade simultano. Dodajmo ovome da i neki računari, čija je isključiva namjena naučno istraživanje i računanje, imaju sasvim drugačiju arhitekturu i zbog drugačijeg, nestandardiziranog načina programiranja, nisu našli širu komercijalnu primjenu. Dakle, u biti, princip funkcionisanja računara je prilično jednostavan; kod svakog takta, računar povlači instrukcije i podatke iz svoje memorije, izvršava instrukcije, pohranjuje rezultate i ponavlja ciklus. Ponavljanje se vrši sve do nailaska na instrukciju "stop". Programi Računarski programi su zapravo duge liste instrukcija koje računar treba izvršiti, nekad uključujući i tabele podataka. Mnogo računarskih programa sadrži milione instrukcija i mnogo njih se neprekidno ponavlja. Tipični moderni personalni računar (PC - en. personal computer) može izvršiti nekoliko milijardi instrukcija u sekundi. Recimo i to da izvanredne sposobnosti računara nisu posljedica izvršavanja složenih instrukcija već miliona jednostavnih koje programeri uobličavaju u svrsishodne funkcije. Dobar programer, naprimjer, izradi niz instrukcija kojim se izvršava neki jednostavan zadatak kao što je iscrtavanje jedne tačke na ekranu i taj niz zatim učini dostupnim drugim programerima. Sadašnji računari su u stanju izvršavati nekoliko programa istovremeno. U stvarnosti, određeno kratko vrijeme procesor izvršava instrukcije jednog programa a zatim se prebacuje na drugi program i izvršava dio njegovih instrukcija. To određeno kratko vrijeme često nazivamo vremenski isječak. Ovaj način rada stvara iluziju izvršavanja nekoliko programa istovremeno a u stvarnosti se radi o tome da programi dijele procesorsko "radno vrijeme". Operativni sistem je program koji najčešće ima ulogu kontroliranja ovakvog dijeljenja procesorskog vremena. Operativni sistem Da bi računar radio, barem jedan program mora biti neprestano u funkciji. Pod normalnim uslovima, taj program je operativni sistem (OS - engl. operating system). Operativni sistem odlučuje koji će program u datom trenutku biti izvršavan, koliko i kojih resursa će mu biti dodijeljeno (memorija, I/O) i sl. OS takođe obezbjeđuje takozvani apstraktni omotač oko hardvera i programima dozvoljava pristup preko servisa kao što su kodovi (upravljački programi - "drajveri" od engl. driver) koji omogućavaju programerima pisanje programa bez potrebe za poznavanjem intimnih detalja o svim priključenim uređajima. Većina operativnih sistema koji imaju te apstraktne omotače takođe imaju i standardiziran korisnički interfejs. Najzastupljeniji operativni sistemi današnjice su Windows, slobodni Linux i Apple-ov Mac OS.