PC računar -Personal Computer

1. PC računar-Personal Computer • Centralna jedinica • Periferije

2. Master cooler kućište

3. Organizacija PC računara

4. Matična ploča-mainboard (motherboard) • Štampana ploča koja se sastoji od mnoštva čipova, portova i ostalih elektronskih komponenanata • Sadrži električne vodove organizovane u magistrale koje služe za razmenu podataka između komponenata PC računara • Matične ploče se izrađuju u odnosu na važeće standarde (form factors) koji propisuju njene osnovne karakteristike, kao što su dimenzije, raspored komponenata, način povezivanja, itd.. • AT (Advanced Technology) prvi standard koji je masovno korišćen, iz njega je razvijen ATX (Advanced Technology Extended) ’95 -’96 od strane Intela, koji se i danas koristi. Razvijeni su još i LPX, NLX, BTX standardi. • ATX je prvi standard matičnih ploča koji nije samo uključivao I/O podrsku (serijska, paralelna, miš…), već je omogućio njihove direktne veze sa maticnom pločom. Raniji standardi imali su samo tastaturu direktno vezanu za matičnu ploču

5. Matična ploča-fizički izgled

6. Matična ploča-fizički izgled

7. Matična ploča-blok šema

8. Matična ploča-terminologija • RAM-Random-access memory • IDE-Intelligent Drive Electronics (Integrated Drive Electronics) • PCI-Peripheral Component Interconnect • CMOS-Complementary Metal Oxide Semiconductor • SATA-serial ATA (Advanced Technology Attachment) • AGP-Accelerated Graphics Port • USB-Universal Serial Bus • BIOS-basic input/output system • LAN-Local Area Network

9. Matična ploča-chipset • Skup čipova (integrisanih kola) na matičnoj ploči koji omogućavaju komunikaciju između blokova, ili čuvaju osnovne informacije vezane za rad matične ploče, odnosno podešavanja.

10. Matična pločaBIOS(basic input/output system) • BIOS predstavlja boot firmware. Po uključenju PC računara ovo je prvi program koji se izvršava. • Uloga bios-a je da izvrši identifikaciju, testira i inicijalizuje sistemske komponente kao što su grafička kartica, hard disk. • BIOS priprema PC računar za inicijalno stanje tako da se softver koji je lociran na odgovarajućim medijumima (hard disk, DVD, CD, USB) može učitati i izvršavati. • Proces izvršavanja firmware-a u sklopu BIOS-a se naziva butovanje (booting) • BIOS programi se nalaze u čipovima na matičnoj ploči. Sadrže male biblioteke osnovnih ulazno-izlaznih funkcija koje se mogu pozivati u procesu kontrolisanja periferija kao što su tastatura, monitor. • BIOS čipovi su memorije EEPROM tipa tako da se njihov sadržaj može menjati. Proces izmene sadržaja BIOS čipova se naziva flešovanje (flashing) i može se izvršiti programski uz poštovanje odgovarajuće procedure

11. Matična pločaBIOS čip

12. Matična pločaCMOS-BIOS • CMOS čipovi sadrže informacije koje BIOS očitava prilikom izvršanja boot sekvence. Ove informacije se mogu menjati od strane korisnika i vezane su za hardver, kao i neke karakteristike sistema (npr sistemsko vreme). Dakle BIOS je program (firmware) dok je CMOS memorija u kojoj se čuvaju parametri koje BIOS koristi.

13. Matična ploča-magistrale • Komunikacija između komponenata PC računara se ostvaruje putem magistrala. • Razlikuje se sistemska magistrala i I/Omagistrale.

14. Napajanje • Reguliše i dostavlja energiju računaru • Standardne jedinice za napajanje pretvaraju ulazni napon 110V ili 220V AC u odgovarajuce DC napone koje koriste komponente računara • Obično su dimenzionisana za oko 400W (mada postoje i drugih snaga)

15. Dimensions AC Input 140L x 150W x 86H mm Voltage Max current Frequency Protection 115/230VAC 7/3.5 A 47-63 HZ Internal fuse AC Input is switch selectable between 115V (95-132V) and 230V (190-264V). Napajanje-ATX specifikacije • Prekidačkog tipa • Ulazni napon se odmah konvertuje u DC vrednost • Prednost prekidačkih napajanja je u disipaciji, mana je povećan nivo šuma koji generiše

16. DC Outputs Voltage Max Current Min Current Max Ripple Load   Line   +3.3V 20 A 0.5 A 50 mVpp +5% +1% +5V 20 A 1.0 A 50 mVpp +5% +1% +12V1 8.0 A 1.0 A 120 mVpp +5% +1% +12V2 14 A 1.0 A 120 mVpp +5% +1% -12V 0.8 A 0.0 A 120 mVpp +10% +2% +5VSB 2.0 A 0.0 A 50 mVpp +5% +1% Napajanje-ATX specifikacije

17. RAM Memorije (Random-access) Postoje tri tipa ovih memorija • SDRAM (Synchronous Dynamic RAM) • DDR-SDRAM (Double Data Rate SDRAM) • RDRAM (RAMBUS Dynamic RAM) SDRAM Stariji tip memorije, koristila se u x486 i starijim Pentium Računarima. Proizvodile su se za rad na 66, 100 i 133Mhz. Glavna mana im je bila što su radile na učestanosti različitoj od ostalih komponenata. Rezultat toga je veliko kašnjenje zbog neadekvatne sinhronizacije sa procesorom.

18. RAM Memorije (Random-access) DDRAM Sa povećanjem brzine rada procesora povećala se potreba za brzinom skladištenja podataka. Kako bi se povećala brzina rada memorije uveden je princip dvostrukog skladištenja podataka u taktnom ciklusu, čime je udvostručena brzina rada ovih memorija u odnosu na SDRAM. Ova memorija se proizvodi za brzine PC1600 (200Mhz) PC2100 (266Mhz), PC2700 (333Mhz), PC3200 (400Mhz), PC3500 (433MHz), PC3700 (466MHz), PC4000 (500MHz), PC4200 (533MHz) and PC4400 (566MHz) i kapacitet u opsegu 64MB-2GB DDR2 memorija koristi dodatni bafer između magistrale podataka i memorijske magistrale čime se udvostručuje brzina prenosa podataka u odnosu na običnu DDR (4 transfera u taktnom ciklusu)

19. RAM Memorije (Random-access) RDRAM Razvijena od strane RAMBUSkompanije. U znatnoj meri se razlikuje od SDRAM i DDRAM memorija. Podaci se prenose u bloku od 16 bita, odnosno 2 bajta za razliku od DDRAM gde se prenos obavlja preko 64-bitnih blokova. Brzina prenosa je sa druge strane znatno veća, za osnovni tip PC800 RDRAM ona iznosi 400Mhz. RDRAM vrši prenos podataka takođe dva puta u taktnom ciklusu. Prednost RDRAM u odnosu na DDRAM se ogleda prilikom prenosa veće količine podataka u memoriju (burst režim).

20. RAM Memorije - instalacija RAM memorija se instalira umetanjem u odgovarajuće kućište na matičnoj ploči, pri čemu nije potrebno vršiti dodatna softverska podešavanja niti podešavanja u BIOSU.

21. SDRAM-principska šema Sastoji se od nekoliko memorijskih banki određenog kapaciteta (u ovom primeru 4) Dekodera adrese koji treba da selektuje odgovarajuću memorijsku banku Dekodera adrese koji treba da selektuje odgovarajuću kolonu unutar selektovane memorijske banke Kontrolnog bloka koji treba da odredi režim (upis-čitanje) na osnovuupravljačkih signala Bloka za osvežavanje

22. SDRAM-elementarna ćelija Kondenzator je memorijski element, kada je napunjen memorisana je logička 1 kada je ispražnjen memorisana je logička 0 Kondenzatorom se upravlja preko tranzistora Zbog parazirskih otpornosti naelektrisanje sa kondenzatora “curi” pa se on vremenom prazni (veoma malo vreme pražnjena) tako da je neophodno osvežavati kondenzator kako bi se zadržalo memorisano stanje

23. Hard disk • Sastoji se od jednog ili više magnetnih diskova enkapsuliranih u metalno kućište. • Koristi se za skladištenje podataka koji su validni i kada nestane napajanje (non-volatile storage). • Podaci se upisuju magnetizacijom feromagnetnog materijala (direktna magnetizacija=0, inverzna=1)

24. Hard disk • Pored magnetnih diskova HDD sadrži mehaniku koja omogućava rotiranje tih diskova • Glavu koja služi za upisivanje odnosno čitanje magnetnih sektora na diskovima • Mehaniku koja omogućava pomeranje glave • Elektroniku koja kontroliše mehaniku • Elektroniku koja omogućava komunikaciju HDD sa matičnom pločom • Priključke za napajanje i komunikaciju • Blok džampera za podešavanje parametara HDD-a

25. Hard disk

26. Hard disk • Podaci se smeštaju po koncentričnim kugovima (tracks) koji su podeljeni na elementarne jedinice sektrore (sectors) • Sektori sadrže fiksan broj bajtova npr 256, 512 • Sektori mogu biti grupisani u celine, klastere, bilo na fizičkom nivou ili logičkom nivou (u okviru operativnog sistema) • Formatiranje diska na najnižem nivou predstavlja proces uspostavljanja trekova i sektora u okviru magnetnih ploča. Ovaj proces priprema disk za skladištenje blokova bajtova • Formatiranje diska na višem nivou definiše strukturu fajlova koji će se skladištiti na HDD. Ovaj proces priprema HDD za skladištenje fajlova

27. Hard disk-interfejsi • Komunikacija između HDD i matične ploče je omogućena njihovom fizičkom vezom • Pored fizičke povezanosti postoji nekoliko standardnih protokola prema kojima se ova komunikacija ostvaruje • Paralelni ATA interfejs (PATA-Advanced Technology Attachment) koji je evoluirao od IDE (Integrated Drive Electronics) (često se ATA i IDE koriste kao sinonimi). Podaci se prenose po magistrali širine 16 bita, maximalnom brzinom do 133Mb/s. Na ATA interfejs se mogu priključiti maksimalno 2 uređaja od kojih jedan mora biti podešen kao master drugi kao slave (pošto dele istu magistralu da ne bi došlo do konflikta). Povezivanje se ostvaruje preko 40 pinskog ribon kabla

28. Hard disk-interfejsi • Serijski ATA interfejs (SATA-Advanced Technology Attachment) od 2003 potiskuje PATA interfejs. Komunikacija se ostvaruje serijskom vezom pri čemu je brzina prenosa podataka znatno veća nego u slučaju PATA interfejsa. Priključivanje uređaja na SATA kontroler se može vršiti po principu “hot plugging”, ne mora se isključivati napajanje (isto kao i kod USB). Prvi SATA standard je definisao maksimalnu brzinu od 1.5Gbits/s, poslednji SATA standard (3rd generation) je definisan 2009, predviđa brzinu 6Gbits/s. • SATA koristi point to point topologiju, konekcija između kontrolera i komponente za skladištenje podataka je direktna.

29. Hard disk-interfejsi • Konektori za SATA arhitekturu sadrže 7 pinova. Kabl za povezivanje SATA uređaja sa kontrolerom može imati maksimalnu dužinu od 1m (PATA kabl je mogao imati maksimalnu dužinu od 45cm). Kako bi se izbegao uticaj šumova prilikom prenosa koristi se tehnika “diferencijalnog signaliziranja” sa upredenim paricama

30. Hard disk-RAID strukture • RAID - redundant array of independent disks • Predstavljaju strukture povezanih HDD koji su nezavisni i čine sistem za skladištenje podataka • Podaci su u okviru RAID strukture distribuirani u okviru različitih HDD ali ih operativni sistem vidi kao da se nalaze na jednom disku • Najzastupljenije su RAID0 i RAID1 struktura • RAID0 struktura povezuje HDD tako da se poveća ukupan kapacitet i brzina pristupa pri čemu ukoliko dođe do otkaza na samo jednom HDD svi podaci u RAID strukturi se gube • RAID1 struktura povezuje HDD tako da se poveća pouzdanost (podaci su redudantni). Ukoliko dođe do otkaza nekog HDD u okviru ove RAID strukture podaci su i dalje validni. Za formiranje ove strukture potrebno je minimum dva HDD-a • Za formiranje RAID struktura potrebno je da matična ploča poseduje odgovarajući RAID kontroler (novije ploče ih poseduju), ili se može upotrebiti posebna PCI kartica. RAID strukture se mogu formirati sa HDD koji komuniciraju preko IDE/ATA, SATA, SCSI itd...

31. CD-ROM & DVD • CD-ROM - compact disc read-only memory • 1.2 mm disk od polikarbonske plastike sa tankim slojem aluminijuma koji omogućava refleksiju • Uobičajen dijametar diska je 120mm, mada postoje i manjih prečnika npr 80mm kao i raznih nestandardnih oblika • Površina diska se sastoji od mikroskopskih udubljenja koja sa osnovnim nivoom definišu podatke (1 ili 0) • Detekcija logičke jedinice se bazira na destruktivnoj interferenci na granici osnovnog nivoa i udubljenja • Kapacitet standardnog CD-ROM-a je 700MB

32. CD-ROM & DVD • DVD-ROM - Digital Versatile Disc ili Digital Video Disc read-only memory • Istih su dimenzija kao i CD-ROM • Za razliku od CD-a, laserske diode za očitavanje DVD-a generišu svetlost dužine 680nm (780nm za CD), što dozvoljava izradu manjih udubljenja čime se povećava njihova gustina a samim tim postiže veći kapacitet skladištenja podataka • Način očitavanja je isti kao kod CD-a • Kapacitet standardnog DVD-ROM-a je 4.7GB, odnosno 8.54GB za double layer

33. CD-ROM & DVD drives Za vezu sa matičnom pločom koristi IDE (ATA) ili SATA interface (eventualno SCSI-Small Computer System Interface-Scuzzy) Poseduje priključke za napajanje kao i džampere za konfiguraciju

34. Procesor-CPU (Central Processing Unit) CPU (Central Processing Unit)je srce svakog računara Iako centralni procesor nije jedini procesor (njega imaju grafičkai zvučna karticakao mnogi drugi delovi) pod imenom procesor najčešće se misli na CPU Po mnogima prvi čip koji se moze nazvati procesorom napravljen je 1971. Intel 4004, koji je mogao samo da sabira i oduzima, ali je po prvi put na jedan čip smeštenomnoštvo integrisanih kola i tranzistora Poslednjih godina u dizajnu procesora aktuelni su procesori sa 64-bita Njihova najveća prednost jeste veći adresni prostor. 32bitni procesori mogu da pristupe samo nekoliko gigabajta RAM memorije. Ovo i nije veliki problem za personalne kompjutere dok pravi probleme serverima.. 64-bit chip nema ova ograničenja

35. Procesor-CPU (Central Processing Unit) • U zavisnosti od instrukcija procesar obavlja nekoliko osnovnih operacija • Pomoću ALU (aritmetičko logičke jedinice), obavlja matematičke operacije • Premešta podatke sa jedne memorijske lokacije na drugu • Procesor moze da odlučuje i da izvršava novi skup instrukcija na osnovu ovih odluka (grananje) • Procesor salje zahtev kontroleru memorije za sadržajem memorijskih lokacijai dobija izvestaj kad će informacija biti na raspolaganju. Dužina ovog ciklusa varira u zavisnosti od brzine memorije, magistrale itd

36. CPU – arhitektura • Artimetričko logička jedinica (ALU) (Deo zadužen za sve matematičke proračune) • Registri (jednostavni flip-flop ovi, služe za privremeno smeštanje podataka koji učestvuju u operacijama koje procesor obavlja) • BUS Interface UNIT-kontrolna jedinica koja povezuje CPU sa adresnom i data magistralom • Kontrolna jedinica koja dekoduje instrukcije i generiše odgovarajuće signale koji upravljaju ALU jedinicom registrima i ostalim jedinicama • Prefetch Queue - baferska jedinica koja smešta kontinualni blok podataka iz memorije gde se na taj način ubrzava rad izvršne jedinice obzirom da se ona ne mora obraćati memoriji već potrebne podatke u okviru instrukcije prvo traži u ovoj jedinici.

37. CPU – keš memorija • Sve informacije koje obrađuje CPU se upisuju ili čitaju iz memorije. Na perfomanse sistema utiče to koliko brzo informacije putuju između CPU I memorije. Zbog toga se koristi keš memoriju • Keš memorija (Cache memory)je memorija malog kapaciteta i velike brzine koja se nalazi veoma blizu CPU. Njena uloga je da dostavlja CPU podatke koji se najučestalije koriste. Pristup ovoj memoriji je znatno brži nego pristup običnoj RAM memoriji • Keš memorija prati instrukcije,stavljajući najčešće zahtevane instrukcije na vrh svoje liste. Ukoliko je keš memorija puna,instrukcija sa najmanje zahteva se izbacuje iz keš memorije • Većina keš memorija je sastavni deo CPU.Takodje, keš se moženalazitii izvan CPU (ali u neposrednoj blizini). Keš memorija koja je najbliza CPU je označena kao Level1, sledeća najbliža Level2, itd.. • Ovo je memorija skrivena za programera, odnosno programer ne može da utiče na nju. Razlog za postojanje keš memorije je taj, što su normalni DRAM čipovi suviše spori u odnosu na frekvenciju takta procesora

38. CPU – kućište • Kućište za procesor(CPU socket /CPU slot) je u suštini konektor koji povezuje procesor sa matičnom pločom. • Većina procesora pa samim tim i kućista danas ima takozvanu pin grid array strukturu. Pinovi su sa donje strane procesora i ulaze u kućište • ZIFsocket je akronim zazero insertion force, koncept uveden da bi se izbegli mogući problemi pri postavljanju čipa • Kod običnih kućišta čipovi se prosto uguraju u kućiste.Kada integrisano kolo ima stotine pinova sila kojom čip guramo u kuciste može dovesti do ostećenja. Čak i sa malim brojem pinova vadjenje iz kućista je prilično nepraktično i može da dovede do krivljenja ili lomljenja pinova). • Sa ZIF socket-om, pre postavljanja IC-a, podigne se mala poluga koja omogućava da IC pod sopstvenom težinom legne u kućište. zatim se poluga vraća čime se uspostavlja kontakt sa pinovima i čip ostaje pričvršćen za kućište

39. CPU – kućište Karakteristike ZIF socketa za različite Intelove Procesore

40. CPU – napajanje, disipacija • U novijim procesorima se koristi dvostruko napajanje (dual voltage). Samo jezgro procesora se napaja nižim naponom 2.8V dok I/O jedinica u okviru procesora radi na 3.3V • Stariji procesori su radili na 5V. Sa povećanjem brzine rada procesora, povećava se i disipacija pa je zbog toga smanjena vrednost napona kojim se napaja procesorsko jezgro

41. CPU – napajanje, disipacija

42. CPU – zagrevanje, hlađenje • Komponente koje se najviše zagrevaju u PC računaru su CPU, chipset ICs, procesor grafičke kartice, kao i kontroler HDD • Hlađenje komponenata u PC-u se može vršiti na sistemskom nivou (u okviru kućišta) ili lokalnom nivou (svaka komponenta ima svoj sistem za hlađenje), uglavnom se kombinuju ova dva metoda • Hlađenje na sistemskom nivou se obavlja uglavnom vazdušnim putem korišćenjem ventilatora koji se smešten u kućištu. Na ovaj način se stimuliše cirkulacija hladnog vazduha po celom kućištu gde se na taj način hlade kritične komponente

43. CPU – zagrevanje, hlađenje • Lokalno hlađenje komponenata može biti pasivno i aktivno • Pasivno hlađenje podrazumeva montiranje profilisanih metalnih hladnjaka neposredno uz površinu komponente koja se zagreva (Integrisano kolo) pri čemu se koriste termoprovodne paste za povećanje termičkog kontakta između čipa i hladnjaka • Aktivno hlađenje može biti vazdušno pomoću ventilatora, koji se montiraju neposredo iznad komponenata koje se hlade, odnoso uz pomoć tečnosti gde se hlađenje ostvaruje strujanjem vode ili neke druge tečnosti sistemom cevčica koji se montira uz komponentu koja se hladi • Kod većina komponenata koje koriste aktivno hlađenje ono se ostvaruje putem ventilatora koji usmeravaju vazduh čijim se strujanjem odvodi višak toplote sa zagrejanih čipova

44. Pasivno hlađenje

45. Aktivno hlađenje – voda Hlađenje se ostvaruje stimulisanom cirkulacijom tečnosti (vode) postoji pumpa

46. Aktivno hlađenje – tečnost Hlađenje se ostvaruje prirodnom cirkulacijom tečnosti (vode) ne postoji pumpa. Zagrejana tečnost zbog manje gustine sa vrelog kraja hladnjaka prelazi na hladni da bi se po hlađenju vraćala opet u vreli kraj

47. CPU – multicore • Multi-core procesor je procesorski sistema sastavljen od dva ili više procesorskih jezgara koji funkcionišu nezavisno a integrisani su u jednom čipu • Dual-core sadrži dva jezgra, quad-core sadrži četiri jezgra • Sa pojavom multicore procesora paralelizam postaje i fizički ostvarljiv (multiprocessing) • Veza između jezgara može biti čvršća ili slabija, u nekim slučajevima dele isti keš, u nekim svako jezgro ima svoj keš • Performanse sistema koji koristi multicore procesore zavise u mnogome od realizacije softvera, ukoliko je softver tako napisan da koristi prednosti multiprocesoreske platforme učinak će biti najbolji. Ukoliko softver ne optimizuje rad za mutlicore platformu rezultati će biti isti kao i za single core platformu

48. CPU – multicore • Da bi se maksimalno iskoristio multiprocesorski sistem softver treba da bude napisan tako da u izvršavanju koristi nekoliko thread-va ili niti koje će se istovremeno izvršavati na različitim jezgrima u togu izvršavanja softvera. Na taj način se ne vrši preraspodela procesa nitima, već svaka nit ima svoj procesor na kojem se izvršava što znatno ubrzava vreme izvršavanja celog programa. Ukoliko softver ima samo jednu nit, ona će se izvršavati samo na jednom jezgru, dok će ostala biti neiskorištena pa se ne ostvaruje nikakva prednost

49. CPU – parallel programming paradigma Distribuirana memorija Deljena memorija

50. Floppy disk drive • Flopi disk je magnetni medijum koji služi za trajno skladištenje podataka. Magnetni medijum je enkapsuliran u plastično kućište kvadratnog oblika. U početku je dimenzija floppy diska bila 5¼-inch da bi kasnije standard postao 3½-inch. • Standardni kapacitet floppy diska je 1.44MB