Andreja Šet
VZDRŽEVANJE INFORMACIJSKE STROJNE OPREME Učbenik za poučevanje v programih Tehnik računalništva, Računalnikar in Elektrotehnik
Vsebina O učbeniku ��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������1
I. Številski sistemi ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������3
Uvod v številske sisteme ��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������5 Desetiški številski sistem ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������5 Dvojiški številski sistem ��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������6 Šestnajstiški številski sistem ����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������6 Pretvarjanje med številskimi sistemi ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������8 Pretvarjanje iz desetiškega v dvojiški sistem in obratno ��������������������������������������������������������������������������������������������8 Iz desetiškega v dvojiški sistem ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������8 Iz dvojiškega v desetiški sistem ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������9 Pretvarjanje iz dvojiškega v šestnajstiški sistem in obratno ��������������������������������������������������������������������������������� 11 Iz dvojiškega v šestnajstiški sistem ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 12 Iz šestnajstiškega v dvojiški sistem ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 13 Pretvarjanje iz desetiškega v šestnajstiški sistem in obratno ������������������������������������������������������������������������������� 14 Iz desetiškega v šestnajstiški sistem ����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 14 Iz šestnajstiškega v desetiški sistem ����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 14 Seštevanje dvojiških števil ��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 16 Predznačena in nepredznačena števila ������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 19 Negativna dvojiška števila ����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 20 Druge matematične operacije v dvojiškem sistemu ����������������������������������������������������������������������������������� 22 Odštevanje dvojiških števil ��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 22 Množenje dvojiških števil ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 24 Deljenje dvojiških števil ����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 26 Mere in enote v računalništvu ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 28
II. Uvod ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 31
Zgodovina ����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 33 Praobdobje ����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 33 Prva generacija (1945–1956) – elektronke ��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 36 Druga generacija (1956–1963) – tranzistorji ����������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 39 Tretja generacija (1964–1971) – integrirana vezja, čipi ������������������������������������������������������������������������������������������� 41 Četrta generacija (1971–do danes) – mikroprocesor ����������������������������������������������������������������������������������������������� 42 Peta generacija (od danes naprej) ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 44 Računalniki ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 45 Namizni računalnik ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 45 All-in-one (vse-v-enem) računalniki ����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 46
III
Vzdrževanje informacijske strojne opreme
Nettop ����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 46 Prenosni računalnik ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 47 Netbook ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 47 Tablični računalnik ����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 48 Dlančnik (in pametni telefon) ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������ 48 Strežnik ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 48 Superračunalnik ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 50 Delovanje računalnika ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 52 Zgradba računalnika ����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 52 Strojna oprema ����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 52 Vhodno/izhodne enote ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 53 Vhodne enote ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 53 Izhodne enote ����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 54 Matična plošča s procesorjem ����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 54 Pomnilne enote ����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 55 Programska oprema ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 56
III. Matična plošča ��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 59
Matična plošča ����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 61 Oblike (velikost) matičnih plošč ��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 61
Vrste matičnih plošč ��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 61 Zgradba matične plošče ��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 62 BIOS/EFI ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 63 Funkcije BIOS ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 63 Nastavitve BIOS ��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 64 Nadgradnja BIOS ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������ 66 UEFI ��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 67 Sistemski (vezni) nabor čipov ����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 68 Nabori za prenosnike ����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 69 Severni most ��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 69 Južni most ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 70 Danes ����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 71 Intel ����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 71 AMD ��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 72 Vodila ��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 73 Sistemsko vodilo ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 75 Front-Side Bus (FSB) ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������ 75 HyperTransport (HT) ����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 75 QuickPath Interconnect (QPI) ����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 77 Vodila, namenjena razširitvenim karticam ����������������������������������������������������������������������������������������������������� 78 ISA ����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 78
IV
PCI ����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 78 AGP ��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 79 PCI Express ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 79 Priključki, namenjeni priključitvi zunanjih naprav ������������������������������������������������������������������������������� 81 PS/2 ��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 81 Paralelna vrata ����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 81 RS-232 oziroma COM port ����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 81 USB ��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 82 Firewire oziroma IEEE1394 ����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 84 Thunderbolt ��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 84 Mrežni vmesnik in ethernet ��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 85 Krmilniki pomnilniških enot ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 86 IDE ����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 86 Kabel za priključitev disketnega pogona ����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 87 SATA ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 87 SCSI ��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 88 SAS ��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 89 M.2 ����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 90 Drugi priključki ��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 91 Priključki sprednje konzole ��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 91 Sistemski viri ��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 91 Naslovi vhodno-izhodnih naprav ��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 92 Prekinitve ��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 92 Neposreden dostop do pomnilnika ��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 94 Naslavljanje pomnilnika ��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 95
IV. Procesor ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 97
Centralna procesna enota (CPE) ��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 99 Zgodovinski pregled razvoja procesorjev ��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 99 4-bitni mikroprocesor ��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 99 8-bitni mikroprocesor �������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������100 12-bitni mikroprocesor �����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������101 16-bitni mikroprocesor �����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������101 32-bitni mikroprocesor �����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������102 64-bitni mikroprocesor �����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������105 Delitev procesorjev �����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������106 Delitev po kompleksnosti nabora ukazov ���������������������������������������������������������������������������������������������������������107 Delitev procesorjev glede na pomnilniško arhitekturo �������������������������������������������������������������������������������108 Von Neumannov model �������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������109 Harvardski model ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������110 Delovna frekvenca ali takt �����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������110
V
Vzdrževanje informacijske strojne opreme
Delitev glede na dolžino besede ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������112 Število nivojev predpomnilnika �����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������115 Število niti/jeder �������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������117 Podnožje �����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������119 Moorov zakon ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������120 Zgradba CPE �������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������121 Krmilna enota �����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������121 Aritmetično logična enota �����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������122 Registri �������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������122 Delovanje CPE ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������124 Cevovod ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������127 Delovanje ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������128 Mikrokrmilniki ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������130
V. Pomnilniški nosilci �����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������133
Računalniško shranjevanje podatkov ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������135 Primerjava med pomnilniki �������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������135 Notranji/zunanji pomnilnik ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������135 Hitrost dostopa do podatkov ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������135 Kapaciteta (velikost) pomnilniških enot �����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������136 Začasnost (minljivost) pomnilnikov ��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������136 Spremenljivost podatkov v pomnilniku �����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������137 Način dostopa podatkov �����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������137 Naključni dostop �����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������137 Zaporedni (sekvenčni) dostop ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������138 Krožni dostop �������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������138 Direktni dostop ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������138 Tehnologija ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������139 Papirnata tehnologija ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������139 Polprevodniška tehnologija �������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������139 Magnetna tehnologija �������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������140 Optična tehnologija �����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������140 Pomnilniška hierarhija �����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������141 Papirnata tehnologija �������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������143 Luknjani trakovi �������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������143 Luknjane kartice �����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������143 Polprevodniška tehnologija ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������144 RAM �������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������144 Delovni pomnilnik �������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������146 Večkanalno delovanje pomnilnika �����������������������������������������������������������������������������������������������������������������148 Grafični pomnilnik GDDR �����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������149
VI
Virtualni (navidezni) pomnilnik �����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������150 Delovanje �������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������151 ROM �����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������151 Bliskovni oziroma flash pomnilnik �����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������154 Pomnilniška kartica �����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������159 Spominski ključ USB ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������159 Pogon SSD �����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������161 Pomnilniški krmilnik v pogonu SSD ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������161 Magnetna tehnologija �������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������163 Kaseta ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������163 Disketa �������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������163 Magnetni trdi disk �������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������164 Zgradba trdega diska ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������166 Organizacija podatkov �������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������169 Branje in zapisovanje podatkov na trdem disku �������������������������������������������������������������������������������������169 Datotečni sistemi ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������170 Formatiranje trdega diska �����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������171 Fragmentacija ali razdrobljenost podatkov �����������������������������������������������������������������������������������������������172 Kapaciteta trdih diskov �����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������172 Zmogljivost trdih diskov ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������174 Proizvajalci trdih diskov ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������175 Primerjalna preglednica med trdimi diski in pogoni SSD ���������������������������������������������������������������������������175 Hibridna enota ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������177 Diskovna polja ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������178 RAID 0 ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������180 RAID 1 ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������181 RAID 2 ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������182 RAID 3 ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������183 RAID 4 ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������184 RAID 5 ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������184 RAID 6 ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������186 Omejitve �����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������186 Ugnezdeni RAID nivoji – hibridni RAID �������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������186 RAID 0 + 1 �������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������187 RAID 1 + 0 �������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������187 Primerjava ključnih lastnosti RAID polj ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������188 Optična tehnologija �������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������189 Vrste optičnih medijev �����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������189 Uporaba ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������190 Zgradba �����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������191 Delovanje �������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������191
VII
Vzdrževanje informacijske strojne opreme
Optični diskovni pogon ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������193 Hitrost optičnih diskovnih pogonov �������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������194 Medij CD �����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������196 Medij DVD �������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������197 HD DVD �������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������198 Medij Blu-ray �������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������198 Prihodnost optičnih medijev �����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������199 Primerjava med posameznimi vrstami optičnih medijev ���������������������������������������������������������������������������200
VI. Vhodne/izhodne enote ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������201
Vhodno/izhodne naprave �����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������203
Zvočna kartica ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������203 Delovanje �������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������204 Kakovost zajema �������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������204 Vrste zvočnih kartic �������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������208 Integrirana zvočna kartica ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������209 Notranja zvočna kartica ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������210 Zunanje zvočne kartice ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������211 Priključki �����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������211 Programski del zvočnih kartic ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������214 Grafična kartica ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������215 Zgodovina razvoja ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������215 Vrste grafičnih kartic �����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������216 Zgradba �����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������217 GPE �������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������218 Grafični pomnilnik �������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������219 Video BIOS �����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������221 RAMDAC ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������221 Vmesnik �����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������222 Izhodni priključki ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������222 Hladilni sistem ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������224 Napajanje �������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������225 Delovanje �������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������225 Programska oprema ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������228 Mrežna kartica ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������228 Vhodne enote �������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������231 Tipkovnica �����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������231 Vrste in razporeditev tipk �������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������231 Delovanje ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������233 Vrste tipkovnic �����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������235 Vrste tipkovnic glede na postavitev ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������235 Vrste tipkovnic glede na namembnost �������������������������������������������������������������������������������������������������������236 Priključki �����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������238
VIII
Miška ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������239 Mehanska miška �����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������240 Optična miška �����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������241 Priključki ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������242 Druge kazalne naprave ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������243 Sledna kroglica (TrackBall) �����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������243 Drsna ploščica ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������243 Krmilna pika �������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������244 Igralne naprave �������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������244 Zaslon, občutljiv na dotik �������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������246 Optični čitalec ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������247 Priključki �����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������248 Delovanje ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������248 Lastnosti zajete (skenirane) slike ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������249 Vrste optičnih čitalcev �������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������252 Ročni optični čitalec ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������252 Namizni ali ploski optični čitalnik �������������������������������������������������������������������������������������������������������������������252 Bobenski optični čitalnik �������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������253 Čitalec črtne kode ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������253 Mikrofon ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������254 Fotonaprave �������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������256 Izhodne enote �����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������258 Zaslon ��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������258 Lastnosti zaslonov ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������258 Ločljivost ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������258 Velikost ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������260 Kontrastnost slike ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������261 Svetilnost �������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������261 Kotna vidljivost (velja samo za LCD) �������������������������������������������������������������������������������������������������������������262 Odzivni čas in osveževanje ��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������262 Poraba energije �������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������263 Vgrajene naprave ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������263 Priključki ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������263 Vrteči zasloni �������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������264 Vrste zaslonov �����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������264 Monitor s katodno cevjo �������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������264 Zaslon plazma ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������266 Zaslon LCD �����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������267 Zaslon LED �����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������270 Zaslon OLED �������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������271 Primerjava med tehnologijami zaslonov �����������������������������������������������������������������������������������������������������272 Projektor ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������273
IX
Vzdrževanje informacijske strojne opreme
Tiskalnik ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������275 Matrični (iglični) tiskalnik �������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������276 Laserski tiskalnik �������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������277 Brizgalni (ink-jet) tiskalniki �����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������279 3D tiskalnik �����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������283 Zvočniki �����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������284 Slušalke �����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������285
VII. Hlajenje in napajanje ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������287
Hlajenje �������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������288 Fizikalni procesi hlajenja �������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������289
Vrste hlajenja računalnikov �������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������290 Zračno hlajenje ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������290 Hladilni elementi �����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������290 Termalna pasta ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������291 Pasivni hladilnik s hladilnimi rebri �����������������������������������������������������������������������������������������������������������������291 Ventilator �������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������292 Optimizacija zračnega hlajenja �������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������293 Redno čiščenje hladilnih elementov �������������������������������������������������������������������������������������������������������������294 Hlajenje posameznih komponent �������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������294 Zračno hlajenje CPE �����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������294 Zračno hlajenje grafičnih kartic �����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������295 Zračno hlajenje trdih diskov �����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������295 Zračno hlajenje matične plošče �����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������296 Zračno hlajenje pomnilnika �������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������296 Hlajenje prenosnih računalnikov �������������������������������������������������������������������������������������������������������������������297 Vodno hlajenje računalnikov ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������297 Delovanje �������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������298 Blok �������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������299 Črpalni sistem �����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������299 Napajanje �����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������301 Osnovne funkcije ter tehnične lastnosti napajalne enote �����������������������������������������������������������������������������������301 Pretvorba električne energije (napetosti) �����������������������������������������������������������������������������������������������������������301 Stabilnost ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������301 Nazivna moč ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������302 Energetska učinkovitost ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������303 Hlajenje �������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������304 Filtriranje ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������304 Modularni sistem kablov �������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������304 Priključki �����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������305 UPS ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������307
X
Matična plošča
III DEL
Kaj se bomo v tem poglavju naučili? Pojasnili bomo funkcije ter namen matične plošče. zz Spoznali bomo elemente na matični plošči. zz Spoznali bomo pomen sistemskega vodila za delovanja računalnika. zz Znali bomo razlikovati med kabli ter konektorji po imenu, namenu in značilnostih. zz
59
Matična plošča – Vrste matičnih plošč
I
Matična plošča
Dobrega računalniškega sistema ne zagotavlja le hiter procesor, temveč zanj poskrbi predvsem matična plošča.
II
Med svojim delovanjem mora procesor prebrati iz pomnilnika in vanj vpisati nekaj milijonov podatkov v sekundi in hkrati upravljati ter nadzirati druge enote. Ta komunikacijski promet mora potekati hitro in zanesljivo, zato je pomembno, da so enote, s katerimi procesor izmenjuje podatke, njemu čim bližje. Te enote so združene na matični plošči (angl. motherboard).
Glavna naloga matične plošče je omogočanje komunikacije med vsemi deli računalnika in distribucijo električne energije. Nanjo vgradimo ali z njo povežemo vse komponente. Format pomeni velikost matične plošče in razpored sestavin na njej. Ohišje in napajalnik osebnega računalnika se morata ujemati s formatom matične plošče.
Oblike (velikost) matičnih plošč Oblike matičnih plošč se nanašajo na samo fizično velikost, tip napajalnika, lokacijo lukenj za vijake, število priključkov na zadnji strani ohišja in na postavitev posameznih komponent, kot so npr. pomnilne reže ali podnožje procesorja. Oblike so se z leti spreminjale, prav tako se je spreminjala tudi postavitev priključkov in rež, ki se nahajajo na matični plošči. V zadnjem obdobju je najbolj uveljavljena oblika ohišja ATX. To so ohišja, ki so namenjena vgradnji matičnih plošč oblike ATX. Posebnost teh plošč je v tem, da so vsi priključki pritrjeni neposredno na matično ploščo. Če si ohišje ogledamo z zadnje strani, bomo opazili, da priključki stojijo v eni vrsti. Starejša ohišja in novejše matične plošče ATX ali novejša ohišja ATX in starejše matične plošče med seboj niso bile združljive, danes pa je ATX popolnoma univerzalna oblika.
Vrste matičnih plošč Matične plošče se razlikujejo glede na namen računalniškega sistema. Zahteve in zmogljivosti matične plošče, ki je vgrajena v strežniški sistem, se razlikujejo od npr. zahtev matične plošče, ki je vgrajena v prenosne računalnike. Glede na vrsto računalniškega sistema razlikujemo različne matične plošče: zz namizne, ki predstavljajo osnovni tip matične plošče; zz strežniške, ki izpolnjujejo zahteve po upravljanju več programov, hitrejšemu pretoku podatkov, uporabi različnih pomnilnikov; omogoča npr. uporabo več CPE in diskovnih polj; zz namenjene prenosnikom, ki imajo vgrajene naprednejše tehnologije, predvsem za manjšo porabo energije.
61
III
Matična plošča predstavlja osrednje tiskano vezje (angl. Printed Circuit Board oziroma PCB) v večini modernih računalniških sistemih. Na njej so električna in logična vezja, ki omogočajo krmiljenje in medsebojno sporazumevanje drugih naprav v računalniku.
Vzdrževanje informacijske strojne opreme – Matična plošča
Zgradba matične plošče
I
3-nožični priključek za ventilator ohišja avdio vtičnica PCIe 8 x reža PCI reži
PCIe 16 x reža
VGA priključek
različni priključki integriranih V/I naprav
PCIe 1 x reže
II
COM vtičnica eSATA/USB kombinirana vtičnica
8-nožični el. priključek za CPE 4-nožični el. priključek za CPE ventilator
CMOS baterija
zaklopka podnožja CPE
III
1394 vtičnica
podnožje procesorja severni most
4 x USB vtičnice
4 x RAM reže 4-nožični priključek za ventilator ohišja
vijak za pritrditev matične plošče
kondenzatorji 3-nožični priključek SATA priključki za ventilator ohišja dvojni BIOS vtičnica za priključke na 24-nožični el. priključek južni most primarni ATA sprednjem delu ohišja za matično ploščo (IDE) priključek
Slika 45: Primer zgradbe matične plošče
Vtičnica (angl. header) omogoča povezavo med glavno tiskano ploščo in priključki na ohišju (priključki so povezani z vtičnico s posebnimi kabli). Običajno so vtičnice nameščene vzdolž zadnjega dela matične plošče.
priključek miške (PS/2) priključek tipkovnice (PS/2)
priključek tiskalnika (paralelna vrata LPT)
serijska vrata (RS-232)
priključek USB
priključek USB
izhod S-video
priključek monitorja (VGA) priključek igralne palice (Game Port) priključek FireWire
priključek zvočnika priključek mikrofona priključek telefonske linije
priključek omrežne kartice (RJ-45)
priključek kabelske TV
Slika 46: Priključki na zadnji strani računalnika
62
Centralna procesna enota (CPE) – Zgradba CPE
Zaradi upočasnitve rasti števila tranzistorjev v procesorjih se je ta teza spremenila tako, da naj bi se v povprečju vsakih 18 mesecev procesorska moč podvojila.
Zgradba CPE Vsak procesor potrebuje vsaj: krmilno enoto, zz enoto za obdelavo podatkov – aritmetično logično enoto ali ALE (angl. Arithmetical Logical Unit ali ALU) in zz najnujnejše notranje pomnilnike (registre). zz
vhodnoizhodni vmesnik
zunanje naprave podatkovno vodilo pomnilnik
izvršilna enota
programski števec
naslov
krmilna enota
IV
registri
ALE
ukazni register
centralna procesna enota Slika 123: Zgradba CPE
Mikroprocesor je z okolico povezan prek zunanjih vodil (krmilne linije, naslovno ter podatkovno vodilo).
Krmilna enota Krmilna enota je posebno vezje, ki nadzoruje tok podatkov skozi procesor in glede na tok podatkov prilagaja delovanje enot v procesorju. Naloge krmilne enote so: zz krmili, nadzoruje in usklajuje delovanje vseh enot računalnika; zz organizira prenos podatkov; zz razpoznava in analizira ukaze (bere ukaz za ukazom iz programa, zapisanega v strojni obliki, jih dekodira) in zz z množico krmilnih signalov skrbi za pravilno izvajanje ukazov. Sestavljena je iz: jedra krmilne enote → krmili delovanje mikroprocesorja; zz ukaznega registra → sprejme naslednji ukaz, ki ga mora mikroprocesor izvesti; zz ukaznega dekodirnika → dekodira ukaz in generira krmilne signale za njegovo izvedbo in zz programskega števca → določa naslov naslednjega ukaza, ki se mora izvesti. zz
121
I
vitost delovanja celotnega CPE slabi. Cevovod (angl. pipeline) v procesorju pripomore k dvigu zmogljivosti.
Delovanje Deluje po principu tekočega traku, kar pomeni, da enota, ki trenutno izvaja ukaz, preda tega naslednji enoti, in je prosta za sprejem novega ukaza.
Primer: Imamo 5 ukazov, ki bi jih radi izvršili. IF enota začne izvrševati 1. ukaz (roza barva). Ko s tem zaključi, preda ukaz ID enoti ter prevzame naslednji ukaz (rumena barva), itn. Enako obarvani koraki pomenijo obdelavo istega ukaza. Belo obarvani koraki so koraki, ki se ne izvajajo v določenem taktu.
IF
ID
ALE
M E M
WB
IF
ID
ALE
M E M
WB
IF
ID
ALE
M E M
WB
IF
ID
ALE
M E M
WB
IF
ID
ALE
M E M
IV
II
Vzdrževanje informacijske strojne opreme – Procesor
takt Slika 133: Cevovod deluje po principu tekočega traku.
128
WB
Vzdrževanje informacijske strojne opreme – Pomnilniški nosilci
L2
/bi t
naprave za shranjevanje podatkov pogoni izmenljive omrežne trdi SSD naprave naprave diski
a tet
cen a
virtualni pomnilnik
aci
fizični pomnilnik
p /ka
II
RAM
primarne pomnilniške enote
st iko vel
V
predpomnilnik L1
hit
ros t
I
CPE
pomnilne enote za varnostno shranjevanje tračne enote
knjižnice kaset
knjižnice optičnih medijev
sekundarne pomnilniške enote terciarne pomnilniške enote
Slika 146: Pomnilniška hierarhija po vrsti pomnilnika oziroma nosilca podatkov
Z oddaljenostjo od CPE se zmanjšujeta cena in hitrost, povečuje pa se velikost pomnilnika. Na podlagi teh kriterijev delimo pomnilne enote na: zz primarne pomnilniške enote, do katerih ima CPE neposreden dostop. V njih so podatki in ukazi, ki se ravnokar izvajajo; zz sekundarne pomnilniške enote, ki so večje, počasnejše, CPE pa dostopa do njih prek V/I vmesnikov (pogonov). Imenujemo jih tudi zunanji pomnilnik, dodatni pomnilnik, pomožni pomnilnik. Primeri: trdi disk, pogon SSD, flash pomnilnik, optični pogoni, diskete; zz terciarne pomnilniške enote, ki so namenjene predvsem varnostnemu shranjevanju (arhiviranju) podatkov ali prenosom večjih količin podatkov med lokacijami. Primeri: kasete, banke medijev z robotiziranim dostopom, knjižnice magnetnih trakov ali kaset in »izklopljene« pomnilniške enote (angl. off-line storage).
142
Primerjava med posameznimi vrstami optičnih medijev Iz Slike 199 je razvidna razlika med posameznimi vrstami optičnih medijev glede uporabljene valovne dolžine laserja, velikost pike ter kapaciteta medija. Blu-ray plošča tiskana stran
V
II
I
Vzdrževanje informacijske strojne opreme – Pomnilniški nosilci
DVD
CD tiskana stran
tiskana stran podatkovna plast: 1,2 mm
podatkovna plast: 0,6 mm podatkovna plast: 0,1 mm odprtina leče: 0,85 valovna dolžina laserja: 405 nm
širina sledi 0,32 μm Kapaciteta:
25GB
odprtina leče: 0,60 valovna dolžina laserja: 650 nm
odprtina leče: 0,45 valovna dolžina laserja: 780 nm
širina sledi 0,74 μm Kapaciteta:
4,7GB
širina sledi 1,60 μm Kapaciteta:
700MB
Slika 199: Primerjava lastnosti različnih vrst optičnih medijev
Ponovimo 1. Naštejte razlike med notranjimi ter zunanjimi pomnilniki. 2. Kako bi razporedili pomnilnike glede na hitrost dostopa do podatkov? 3. Kateri pomnilniki pri določanju kapacitete uporabljajo dvojiško in kateri desetiško vrednost predpone? 4. Opišite razlike med trajnimi ter začasnimi pomnilniki. 5. Katere pomnilniške tehnologije poznamo? 6. Katere pomnilnike bi razvrstili kot polprevodniške, magnetne in optične? 7. Kaj pomeni, da je RAM izbrisljiv? 8. Kaj nam pove čas dostopa (latenca)? 9. Opišite razlike med statičnimi ter dinamičnimi pomnilniki. 10. Katere vrste pomnilnikov ROM poznate in v čem se razlikujejo? 11. Bliskovni pomnilnik lahko ima enojedrno, dvojedrno ali trijedrno celico. Opišite jih. 12. Iz katerih elementov je sestavljen trdi disk? 13. Kako so podatki na trdem disku organizirani? 14. Katere so prednosti trdih diskov in katere so prednosti pogonov SSD? 15. Katera diskovna polja poznate? Opišite njihove značilnosti. 16. Kako poteka branje podatkov pri optičnih pomnilniških nosilcih? 17. Naštejte optične medije od najpočasnejših do najhitrejših.
200