Računarski hardver

Računarski hardver je skup fizičkih elemenata koji čine jedan računarski sistem. Računarski hardver se odnosi na delove računara kao što su monitor, miš, tastatura, hard-disk, kućište (sistemska jedinica) - matična ploča, procesor, grafička kartica, zvučna kartica, memorija, čipovi itd. Tj sve što se fizički može opipati. Suprotno tome je softver koji se sastoji iz funkcija koje se skladište na hardverskim komponentama. Softver je skup instrukcija koje su čitljive za mašinu i koje upravljaju procesorom i operacijama koje on obavlja. Kombinacija hardvera i softvera je ono što čini računar upotrebljivim za korisnika. Računari su preuzeli mesto ljudima kod onih poslova koje potrebno obaviti velikom brzinom, koji se stalno ponavljaju, i koji zahtevaju veliku preciznost, ali kod poslova gde je potrebna kreativnost i kod poslova koji su različiti najviše rade ljudi. Računarska arhitektura koja se koristi u kućnim računarima se naziva Von-Neumann arhitektura. Takođe, postoje i druge arhitekture, ali se mnogo ređe koriste. Mogućnosti računara u najvećoj meri zavise od hardvera i njegovih kvaliteta.

PDP-11

Istorija

Prvi uređaji koji su se bavili proračunima bili su jednostavni uređaji poput abakusa. Potom su došli složeniji uređaji koji su mogli da obavljaju samo jednu računsku operaciju poput uređaja astrolaba. Analogni računari su korišćeni za teže proračune, poput onih za izradu balističkih tablica. Tokom 1670-ih Lajbnic je učinio korak dalje u projektovanju mehaničkih kalkulatora “Nedopustivo je da pametan čovek izgubi sate obavljajući računanje koje se može poveriti bilo kome ako se koristi mašina”. 1671 godine Lajbnic je predstavio uređaj koji je pored sabiranja i oduzimanja, mogao da obavlja i množenje, deljenje i izračunavanje kvadratnog korena.

Fon Nojmanova arhitektura

Glavni članak: Von Neumann architecture

Fon Nojmanova arhitektura.

Intel procesor

Šablon za sve današnje računare je Fon Nojmanova arhitektura, osmišljena 1945. od strane ovog Mađarskog matematičara. Ova arhitektura opisuje elektronski digitalni računar sa procesorskom jedinicom koja se sastoji od aritmetičko-logičke jedinice i procesorskih registara, kontrolne jedinice koja sadrži uputstva za registar i programski brojač, memorije za skladištenje podataka i instrukcija, spoljnu memoriju i ulazno-izlazni mehanizam.

Različiti sistemi

Postoji više različitih tipova računarskih sistema u današnjem vremenu.

Personalni(lični) računari

Harver modernog računara

1. Monitor 2. Matična ploča 3. CPU 4. RAM memorija 5. Proširujuća kartica 6. Jedinica napajanja 7. Optički disk 8. Čvrsti disk 9. Tastatura 10. Miš

Komponente unutar kućišta.

Personalni računar jedan je od najčešćih tipova računara zbog svoje raznovrsnosti i relativno niske cene. Laptop računari su generalno slični ovim računarima, iako koriste komponente manjih veličina.

Računarsko kućište

Računarsko kućište se može posmatrati kao plastična ili metalna kutija u koju su smeštene komponente računara. Kućišta su obično dovoljno mala da mogu stati ispod radnog stola. Laptop računari su u preklop formi, mogu se lakše spakovati i preneti i imaju integrisan monitor. U kućište se stavljaju sve osnovne komponente računarskog hardvera kao što su: Centralna procesorska jedinica, matična ploča, hard disk, grafička kartica, napajanje, optički disk itd. Kućišta se mogu podeliti na:

Desktop (vodoravna, horizontalna, ležeća)- ova kućišta stoje vodoravno. Ranije su kućišta bila ovakva, ali su vremenom skroz potisnuta.

Tover (vertikalna, uspravna)- ova kućišta stoje vertikalno, kao toranj (eng. Tower). Ovakva kućišta su se stavljala na sto, pored monitora, ali danas se sve češće stavljaju ispod stola. Ova kućišta se dalje mogu podeliti na mikrotover,minitover, miditover i Bigtover kućišta u zavisnosti od veličine. Tako na primer za serverske računare se preporučuju velika kućišta, dok se za kućne i kancelarijske potrebe uglavnom koriste srednja i mala kućišta.Treba napomenuti da maksimalnu veličinu matične ploče koja se može ugraditi u kućište zavisi od same veličine matične ploče.

Multimedijalna kućišta- reč je o specijalnom kućištu, budući da služi za razne multimedijalne potrebe, poput puštanja filmova. Ova kućišta su obično u obliku kocke i imaju sa prednje strane razne dugmiće.

Jedinica napajanja

Jedinica napajanja konvertuje neizmeničnu struju u niskonaponsku struju ta unutrašnje komponente računara. Laptop računari su sposobni da rade sa ugrađenim baterijama, uglavnom na period od nekoliko sati.Stepen za napajanje (Power Supply Unit) ili izvor napajanja, je osnovna komponenta računara bez koje ni jedan interni deo računara ne bi mogao da radi. Osnovna uloga stepena za napajanje je da konvertuje dolazni naizmenični (AC) napon od 220 ili 110 V u jednosmerne (DC) napone od +3.3 V, +5 V, +12 V, -5 V i - 12 V, i da ih distribuira do komponenata računara. Dolazni naizmenični napon se dovodi preko kabla za napajanje na standardizovani IEC-20 konektor. Nakon uključenja računara, jedna od funkcija POST procedure je da omogući stepenu za napajanje da pokrene test svih izlaznih jednosmernih napona. Izlazni naponi moraju da budu stabilisani i da postignu željenu vrednost, pre nego što se pokrene testiranje bilo koje komponente računara. Nakon što se postigne stabilna vrednost svih izlaznih napona signal PWR_OK (Power Good) se postavlja na vrednost od +5 V, nakon čega se resetuje centralna procesorska jedinica i počinje da izvršava instrukcije iz BIOS memorije. Kvalitetniji izvori za napajanje ne postavljaju PWR_OK signal sve dok postoji i najmanja mogućnost da neki od jednosmernih napona promene svoju vrednost.

Matična ploča

Matična ploča je glavna komponenta unutar kućišta. To je velika pravougaona ploča sa integrisanim kolom koji povezuje druge delove računara, uključujući procesor, radnu memoriju, optičke diskove, kao i sve druge periferne uređaje povezane preko slotova. Najveća štampana ploča, koja se nalazi unutar kućišta računara se naziva osnovna ili matična ploča. Matična ploča, takođe, može da bude različitih oblika i veličina. Prilikom konfigurisanja računara, neophodno je da se uskladi tip matične ploče i kućišta računara. Matična ploča je integrativni element računara i na njoj se nalaze ili se preko nje povezuju sve funkcionalne celine računara. Matična ploča je centralni deo svakog računara. Realizuje se kao višeslojna štampana ploča (PCB) i na njoj se nalaze ključne komponente računarskog sistema kao što su procesor, memorijski moduli, upravljačka kola, kontroleri i konektori za proširenja. Sve interne i eksterne računarske komponente se međusobno, direktno ili indirektno, povezuju preko matične ploče, elektronskim vezama koje su izvedene bakarnim vodovima i površinama. Elementi koji na matičnoj ploči omogućavaju priključivanje drugih elemenata računara se nazivaju konektorima ili podnožjima (slot). Pored mnogobrojnih integrisanih elemenata - čipova, na ploči se nalaze otpornici, diode, tranzistori, zavojnice i drugi elementi koji su potrebni da bi se generisali i prenosili signali potrebni za rad računara. Matične ploče se proizvode u različitim standardizovanim oblicima i veličinama. Standardom su obuhvaćene ukupne dimenzije ploče, raspored komponenti, tipovi konektora i podnožja, potrebni naponi i konektori za napajanje, pozicije otvora za montiranje i sl. Standard treba da obezbedi kompatibilnost različitih proizvođača. Originalni Intelov standard pod imenom AT (Napredna tehnologija) je 1995. godine zamenjen novim, ATH standardom koji uz manje izmene i danas određuje veličinu i dizajn savremenih matičnih ploča. Očigledno je da ovaj standard nema vrtoglavu dinamiku koja je svojstvena personalnom računaru u celini. Komponente direktno povezane na matičnu ploču su :

• Procesor - obavlja većinu proračuna koji omogućavaju da računar funkcioniše, ponekad se naziva mozak računara, obično ima ventilator koji ga hladi. Centralna procesorska jedinica, (CPU), mikroprocesor ili jednostavno procesor, različita su imena za komponentu računara koja je najodgovornija za sve što računar obavlja. Iako u računaru može da bude više procesora, na primer, na grafičkoj kartici ili na složenijoj zvučnoj kartici, pod imenom procesor, ukoliko se drugačije ne naglasi, podrazumeva se centralna procesorska jedinica Procesor je složena komponenta koja se sastoji od više stotina miliona tranzistora koji su integrisani u jedan čip. Mada funkcije procesora mogu da izgledaju impresivno, činjenica je da on može da obavlja tek nekoliko operacija: sabiranje, oduzimanje, množenje, deljenje i prihvat odnosno slanje podataka. Istina, tačnost i brzina su njegove dominantne osobine. Procesor je jedna od komponenata računara koja je imala zapanjujući razvoj što je ostavilo najznačajniji uticaj na razvoj računarske opreme. Ipak, osnovni principi rada procesora se nisu menjali od sedamdesetih godina dvadesetog veka, kada se pojavio čuveni Intelov procesor koji je nosio oznaku 8088. Procesor se, generalno gledano, može podeliti na četiri glavna elementa: Adresna jedinica- koja ima zadatak da upravlja pristupom memoriji i drugim ulazno izlaznim (U/I) komponentama. Prilikom pristupa memoriji, njen zadatak je i da proveri da li dozvoljen pristup određenoj zoni memorije, što može da bude izuzetno značajno u okruženjima gde se istovremeno izvršava više programa. Ulazno-izlazna jedinica- predstavlja mesto preko koga se procesor povezuje sa spoljašnjim komponentama, radi prijema i slanja podatka. Ova jedinica takođe pristupa instrukcijama koje se nalaze u memoriji. Instrukcijska jedinica- prihvata instrukcije koje dolaze iz ulazno-izlazne jedinice i dekoduje ih, pa ih u odgovarajućem formatu šalje u izvršnu jedinicu. Izvršna jedinica- obavlja sve poslove obrade.
• Čipset - koji obuhvata severni i južni most, posreduje u komunikaciji između procesora i ostalih komponenti sistema, uključujući memoriju. Glavni deo koji veže sve ostale delove sa procesorom i šalje CPU informacije ostalim delovima, sastoji se od dva dela: Severni most i Južni most. Severni most je direktno konektovan sa procesorom preko sabirnice što omogućava brzu dostupnost podataka iz memorije i video kartice. Južni most je sporiji od severnog mosta pa sve informacije iz procesora idu prvo preko severnog mosta pa tek onda na južni most koji je sabirnicama spojen na PCI, USB, zvučni čip, SATA i PATA konektore itd.Soket određuje koju vrstu procesora možemo priključiti na matičnu ploču. Zadnji univerzalni soket koji su podržavali svi proizvođači procesora za desktop računare je bio soket 7.Danas je nemoguće staviti AMD procesor u matičnu ploču koja podržava Intel soket i čipset. Najpoznatiji soketi su: Soket 7 - Zadnji univerzalni soket za kućne računare, Soket 478 - Za starije Pentium i Celeron procesore,Soket LGA775 - Za nove Intel Pentium 4 procesore,Soket A - Za stare AMD procesore,Soket 754 - Za AMD procesore,Soket 939 - Za AMD procesore,Soket AM2 - Za AMD procesore. Danas se postoje novi soketi za AMD kao što su: AM3+,AM4. Noviji soketi kod Intela danas su: LGA1150,LGA1151,LGA1155,LGA2011.
• Radna memorija - skladišti kod i podatke kojima aktivno pristupa procesor. Pod pojmom memorija se podrazumevaju računarske komponente koje mogu da privremeno ili trajno čuvaju podatke i programe. U memoriju personalnog računara se smeštaju programi i podaci koji su potrebni za rad računara ili su predmet obrade. Osnovna jedinica za veličinu memorije je bajt (byte) i označava se velikim slovom B. Jedan bajt sadrži osam bita koji se označava malim slovom b. Savremeni računari koriste različite tipove memorije, u zavisnosti od funkcije koju treba da obavljaju, ali je kapacitet tih memorija daleko veći od osnovne jedinice. Kapaciteti memorija se mere u kilobajtima, megabajtima i gigabajtima. U personalnim računarima se koristi nekoliko vrsta memorije. Osnovna podela memorije je na: ROM – memorija u koju se samo jednom upisuje sadržaj, a kasnije može samo da se čita i RAM – memorija u koju podaci mogu da se i više puta upisuju i iz koje mogu da se čitaju.
• Memorija samo za čitanje - skladišti BIOS koji se aktivira kada se računar startuje, ovaj proces naziva se butovanje.

Kartice za proširenje

Kartica za proširenje je štampana ploča koja može da se ubaci u slot matične ploče u cilju dodavanja funkcionalnosti računarskom sistemu.

Video kartica predstavlja interfejs između centralnog procesora i monitora. Sreće se i pod imenima displej adapter, grafički adapter, grafička kartica i sl. Njeni osnovni zadaci su: prijem digitalnih video i kontrolnih signala od centralnog procesora, obrada, uobličavanje signala, i prosleđivanje signala izlaznom uređaju za prikazivanje slike na monitoru. U poređenju sa ostalim komponentama računara, video kartica ima gotovo neprekidno angažovanje, jer treba da obezbedi ažuran prikaz informacija.

Video kartica može da se realizuje kao dodatni uređaj na kartici za proširenje ili da bude integrisana na matičnoj ploči. Mada nije dosledno, uobičajeno je da se u oba slučaju naziva video kartica ili video adapter. Video kartica realizovana na kartici za proširenje, po pravilu ima bolje karakteristika od integrisanih rešenja jer predstavlja složeni uređaj koji sadrži: grafički procesor, video RAM memoriju, kontrolnu logiku, brze interne spojne puteve, ali i one koje je povezuju sa centralnim procesorom i monitorom.

Video kartice koje su postojale u prvim personalnim računarima su bile jednostavni uređaji sa relativno skromnim mogućnostima. U to vreme su se koristili isključivo monitori sa katodnom cevi (CRT) i zadatak video kartica je bio da konvertuju dolazne digitalne signale u analogne i da ih prilagode za rad CRT monitora. Centralni procesor na matičnoj ploči je bio zadužen za obradu video signala.

Uređaji za skladištenje

Skladište računarskih podataka, često nazivano skladištem ili memorijom, odnosi se na računarske komponente za snimanje digitalnih podataka. Skladište podataka je jezgro funkcija i osnovna komponenta računara. Hard disk je elektromehanički uređaj koji se sastoji od više ploča presvučenih slojem sa magnetskim svojstvima, mehaničkih delova i elektronike. Elektronika je zadužena za upravljanje mehanikom diska i obradu podataka. Sastoji se od procesora, interne memorije i dodatne logike koja upravlja događajima bitnim za funkcionisanje HDD. Procesor koristi interni softver koji služi za upravljanje radom motora, pozicioniranje glava hard diska, čitanjem i pisanjem podataka, protokom podataka i sl. Za svoj rad, procesor hard diska koristi sopstvene resurse: RAM, BIOS i keš memoriju. Hard disk spada među najvažnije od mnogih postojećih rešenja (Flopi disk, CD, DVD, magnetne trake) za trajno čuvanje veće količine podataka na personalnom računaru. U odnosu na pomenuta rešenja najčešće je: brži, većeg kapaciteta i većih dimenzija. HDD može da čuva podatke i kada nije priključen na napajanje, mada je ono potrebno za čitanje i upis podataka.

Hard disk jedna je od komponenata personalnog računara kojoj se sa razlogom posvećuje velika pažnja. Otkaz bilo koje druge komponente može da dovede do trenutnog zastoja u radu i u najgorem slučaju problem se može rešiti kupovinom nove komponente. Otkaz hard diska znači mogućnost gubitaka podataka, a to može da ima nesagledive posledice. Podaci su često rezultat dugoročnog rada i ponekad jednostavno ne postoji način, bez obzira na uloženo vreme i novac, da se u potpunosti rekonstruišu. Zbog toga je od izuzetnog značaja redovno pravljenje rezervnih kopija i precizno definisanje procedura za rekonstrukciju podataka iz rezervnih kopija. Danas se na tržištu mogu naći dva osnovna tipa hard diska: jedan koji ima pokretne delove koji će u daljem tekstu biti označen kao HDD i drugi novije generacije, bez pokretnih delova - SSD

Fiksni mediji

Podaci se čuvaju od strane računara koristeći razne medije. Čvrsti diskovi se mogu naći u praktično svim starijim računarima zbog svog velikog kapaciteta i niske cene. Ali polu-čvrsti diskovi su brži i snažniji ali trenutno skuplji od čvrstih diskova zato se mogu ponekad naći u nekim skupljim konfiguracijama.

Prenosivi mediji

Koriste se za prenos podataka između računara, u ovu grupu spadaju USB fleš diskovi i optički diskovi. Njihova korisnost zaviti od toga da li su čitljivi na drugim uređajima. Takođe u prenosive medije mogu spadati i eksterni hard diskovi koji imaju istu funkciju kao i hard diskovi u personalnim računarima, imaju istu funkciju čuvanja i prenos podataka.

Ulazno-izlazne jedinice

Ove jedinice su obično smeštene spolja. Napravljene su tako da odgovaraju mnogim standardima i različitim računarima i proizvođačima.

Ulazni uređaji

Ulazni uređaji omogućavaju korisniku da unese informaciju ili instrukciju u sistem. Većina personalnih računara za ovu namenu ima tastaturu i miša. Ostali ulazni uređaji mogu biti kamera, džojstik i slični. Miš je ulazni uređaj i koristi se za izbor objekata na ekranu. Postoje dve vrste miševa: optički i mehanički. Mehanički miš ima kuglicu koja se rotira pri pomeranju miša. Dva senzora registruju rotaciju kuglice i kodiraju to u električni signal koji se prenosi do računara. Kod optičkog miša postoji laser koji evidentira pomeranje miša u odnosu na podlogu i to pomeranje miša kodira u električne signale koji se prenose do računara. Miš se priključuje na PS/2 ili USB port.

Skeneri su ulazni uređaji. Oni prenose sliku sa papira u digitalni oblik. Svetlosni izvor prelazi preko papira i emituje svetlost koja se reflektuje od slike i dolazi do optičkog senzora koji registruje intenzitet i boju odgovarajućeg piksela na papiru. Ovu informaciju pretvara u digitalni oblik i prenosi u računar. Slika se u računaru dobija u obliku rastera, a posebnim programima može da se obrađuje ili pretvara u znakovne ili numeričke podatke i kasnije štampa. Kvalitet skeniranja se izražava u DPI broju skeniranih tačaka po kvadratnom inču.

Izlazni uređaji

Izlazni uređaji prikazuju informacije u čitljivom obliku za čoveka. Takvi uređaji mogu da budu štampači, zvučnici, monitori i slično.

Glava hard diska

Mejnfrejm računari

An IBM System z9 mainframe

Ovo su veliki računari koji obično zauzimaju i celu sobu i koštaju više hiljada puta nego personalni računari. Oni su dizajnirani da obavljaju veliki broj proračuna u sekundi. Koriste se za velika preduzeća, kompanije, naučne svrhe i slično.

Superračunari

Superračunari su slični Mejnfrejm računarima, ali namenjeni izuzetno teškim računarskim zahtevima. Od novembra 2013. godine zvanično najbrži računar na svetu je Tianhe-2, u Kini.