Računalo
 |
Ovaj članak ili dio člankanije pokrivenizvorima.Pomozite Wikipedijinavođenjem odgovarajućih knjiga, članaka u časopisima ili internetskih stranica. |
Računalo,razgovorno poznato i kaokompjutorilikompjuter,uređaj je koji služi za izvršavanjematematičkihoperacija ili kontrolnih operacija koje se mogu izraziti u numeričkom ili logičkom obliku. Računala su sastavljena oddijelovakoji obavljaju jednostavnije, jasno određene funkcije. Složeno međudjelovanje tih dijelova rezultira sposobnošću računala da obrađujeinformacije.
Rad računala može biti zasnovan na kretanju mehaničkih dijelova,elektrona,fotona,kvantnihčestica ili neke drugefizičkepojave. Iako se računala mogu izgraditi na mnogim postojećimtehnologijama,gotovo svi današnji modeli sadrže u sebielektroničkekomponente.
Kod većine današnjih računala zadani problemi se u osnovi rješavaju pretvaranjem svih relevantnih informacija u matematičke relacije korištenjembinarnog sustava(nula i jedan). (Međutim, računala ne mogu riješiti sve matematičke probleme.)
Nakon što računalo izvrši izračunavanje zadatog problema, rezultat se prikazuje na korisniku (čovjeku) pristupačan način: preko signalnih žaruljica,LEDdispleja,zaslona,pisačai dr.
Početnici u radu s računalima, pogotovo djeca, često ne mogu shvatiti činjenicu da su računala samo uređaji i da ne mogumislitiodnosnorazumjeti,čak ni ono što prikažu kao rezultat svog "rada". Slike, boje, riječi i dr. koje vidimo na ekranu računalnog zaslona su samo programirani prikazi koje ljudski mozak prepoznaje i daje im značenje i smisao. Računalo samo manipulira tokovima elektrona, kojima na svojoj osnovnoj razini funkcioniranja -tranzistoru- dodjeljuje logičke vrijednosti nula ili jedan, odnosno stanje "nula = nemanapona"ili" jedan = ima napona ". Do sada nam nije poznat način kojim bi se uspješno oponašalo ljudsko razmišljanje ilisamosvjesnost.
Važan korak naprijed u razvoju digitalnih računala bilo je uvođenje binarnog sustava za unutrašnje numeričke procese. Ovim je prestala potreba za složenim izvršnim mehanizmima koje su računala zasnovana na drugim numeričkim sustavima, npr.decimalnomiliheksadecimalnom,zahtijevali. Usvajanje binarnog sustava rezultiralo je pojednostavljenjem konstruktivnih rješenja kod primjenearitmetičkihfunkcija ilogičkihoperacija, znači, i pojednostavljenjem sklopova i dijelova samog računala.
Mogućnost da se računaloprogramira,tj. opremi nizom izvršnih naredbi bez potrebe za fizičko-konstruktivnim izmjenama, osnovna je funkcionalna karakteristika većine računala. Ova osobina je značajno unaprijeđena njihovim razvojem do stupnja na kojem su bili sposobni upravljati redoslijedom izvršavanja naredbi na osnovi podataka dobivenih tijekom samog vršenja određenog programa. Ovo konstruktivno unaprjeđenje je još više pojednostavljeno uvođenjem (v. prethodnu cjelinu) binarne aritmetike kojom se mogu predstaviti različite logičke operacije.
Tijekom računskih operacija često je potrebno pohraniti međuvrijednosti ( "dva pišem, a jedan pamtim" ) koje će se upotrijebiti u daljem računanju. Brzina nekog računala je najčešće ograničena brzinom kojom se vrijednosti čitaju/zapisuju iz/umemorijui njezinim kapacitetom. Prvobitno je zamišljeno da se memorija koristi samo za spomenute međuvrijednosti, međutim, ubrzo su se i sami programi počeli pohranjivati na ovaj način i to se uvelike primjenjuje kod današnjih računala.
Hrvatski nazivi:sklopovlje,očvrsje.
Iako se tehnologija izrade računala značajno izmijenila od vremena prvih elektroničkih modela sagrađenih u četrdesetim godinama 20. stoljeća, još uvijek je većina današnjih rješenja zasnovano na tzv.von Neumannovoj arhitekturi.Ta arhitektura podrazumijeva računalo kao sklop sastavljen od četiri glavna dijela:
- ALU (Arithmetic and Logic Unit) - aritmetičko-logička jedinica,
- kontrolna jedinica,
- memorija (u kojoj su podatci i programi dijele istu memoriju)
- I/O (Input and Output) - ulazni i izlazni sklopovi
Ovi dijelovi su međusobno povezani mnoštvom žica - sabirnicom (engl.bus). Svi su obično pogonjeni sinkrono tj. vremenskim uređajem ( sat,generator takta), iako i drugi "događaji" mogu pogoniti kontrolne sklopove. Postoje također i računala koja su pogonjena asinkrono.
Aritmetičko-logička jedinica(ALU - arithmetic and logic unit) je sklop unutarprocesorakoji vrši osnovnearitmetičkeoperacije (zbrajanje, oduzimanje i dr.), logičke operacije (I, ILI, NE) i uspoređivanje, npr. podudara li se sadržaj dvabajta.
Upravljačka jedinicaje ta koja pretvara naredbe u memoriji u električne impulse i određuje koje će se podoperacije i koji redosljed će te podoperacije uzeti unutar mikroprocesora. Upravljačka jedinica također upravlja s prijenosom s memorijskih lokacija unutar mikroprocesora, i obavlja ulogu čitanja i spremanja podataka iz i u glavnu memoriju. Kada je to obavljeno, upravljačka jedinica ide na narednu naredbu (obično smještenu na sljedećem memorijskom mjestu) ako naredba ne govori računalu da je sljedeća naredba smještena negdje drugdje.
Kada se poziva na memoriju, data naredba može na različite načine odrediti odgovarajućumemorijsku adresu.
Procesori su prije 80-tih godina 20. stoljeća zauzimale su po nekoliko ploča. U novije doba (2015.) mnogematične pločepodržavaju dva ili više obradnika.
Ovdje podrazumijevamo da jememorijaniz obrojčenih/numeriranih stanica, od kojih svaka sadrži djelić informacije.Informacijamože bitiinstrukcijakojom se računalu zadaje neki zadatak. Stanica može sadržavati ipodatakkoji je potreban računalu da bi izvršilo neku instrukciju. U svakom slučaju, bilo koja stanica može sadržavati djelić informacije koji u danom trenutku može predstavljati podatak a već u sljedećem - instrukciju. Znači, sadržaj memorijskih stanica se neprestano mijenja.
Veličina svake stanice i njihov broj razlikuju se od računala do računala, a i tehnologije izrade tijekom njihovog razvoja su bile bitno različite. Tako smo imali elektromehaničke memorije - releje, cijevi ispunjeneživomu kojima su se stvarali zvučni pulsevi, matrice stalnih/trajnih magneta, pojedinačnihtranzistora,sve dointegriranih sklopovas više milijuna diskretnih i aktivnih elemenata.
Putem ulaznih i izlaznih jedinica (I/O) računalo dobiva informacije iz vanjskog svijeta i šalje rezultate natrag. Neke jednice mogu biti i ulazne i izlazne. Postoji širok spektar I/O jedinica; odtipkovnica,prekomiševa,monitora,disketnihpogona, CD/DVD/BD (optičkih) pogona,pisača,sve doskeneraikamera.
Zajednička osobina svih ulaznih jedinica je da pretvaraju informacije određene vrste u podatke koji dalje mogu biti obrađeni u digitalnom sistemu računala. Nasuprot tome, izlazne jedinice pretvaraju podatke u informacije koje korisnik računala može razumjeti. U ovom slučaju, digitalni sustav računala predstavlja sustav za obradu podataka.
Kod današnjih računala,aritmetičko-logičkai upravljačka jedinica smještene su na jednomintegriranom sklopukoji nazivamosredišnja obradna jedinica(CPU - central processing unit). Memorija računala smještena je na nekoliko malih integriranih sklopova pored centralnog obradnika. Nerazmjerno velik dio ukupne mase računala zapravo je sadržan u sustavu napajanja električnom energijom -jedinica za napajanjei I/O uređajima.
Neka od većih računala razlikuju se od gore opisanog modela uglavnom po većem broju obradnika i upravljačkih jedinica koji rade istovremeno. Dodajmo ovome i da neka računala, čija je isključiva namjena znanstveno istraživanje i računanje, imaju sasvim drugačiju arhitekturu i zbog drugačijeg, nestandardiziranog načina programiranja, nisu našli širu komercijalnu primjenu.
Dakle, u biti, načelo funkcioniranja računala je prilično jednostavno; kod svakog takta, računalo povlači instrukcije i podatke iz svoje memorije, izvršava naredbe, pohranjuje rezultate i ponavlja ciklus. Ponavljanje se vrši sve do nailaska na instrukciju "stop".
Hrv. nazivi:programska oprema,softver.
Računalne instrukcije nisu bogate kao što je ljudski jezik. Računalo poznaje samo ograničen broj jasno definiranih i jednostavnih instrukcija. Evo nekoliko primjera: "preslikati sadržaj ćelije 7 u ćeliju 19", "ako je sadržaj ćelije 999 veći od 1, sljedeća instrukcija se nalazi u ćeliji 100", "sadržaj ćelije 6 oduzeti sadržaju ćelije 33 a rezultat upisati u ćeliju 50".
Instrukcije su u računalu predstavljenebinarnim sustavom brojeva.Operacija "kopiraj" je, npr. kodIntelovihmikroprocesora u binarnom sustavu predstavljena ovako: 10110000. Određeni niz instrukcija koje određeno računalo može obraditi naziva sestrojni kod.U stvarnosti, ljudi ne stvaraju instrukcije direktno u strojnom jeziku već koristeprogramske jezikekoje se prevode u strojni kod putem posebnih računalnih programa "prevodilaca" ikompajlera.Neki programski jezici su veoma bliski strojnom kodu, kao što je sabirnik (Assembler), a drugi, kaoProlog,zasnovani su na apstraktnim načelima koja imaju malo sličnosti sa stvarnim operacijama unutar računala.
Računalni programje niz instrukcija koje računalo može izvršiti. Tipično modernoosobno računalo(PC - personal computer) može izvršiti nekoliko milijardi naredbi u sekundi. Recimo i to da izvanredne sposobnosti računala nisu posljedica izvršavanja složenih naredbi već milijuna jednostavnih kojeprogrameriuobličavaju u svrsishodne funkcije. Dobar programer, na primjer, izradi niz instrukcija kojima se izvršava neki jednostavan zadatak kao što je iscrtavanje jedne točke na ekranu i taj niz zatim učini dostupnim drugim programerima.
Sadašnja su računala u stanju izvršavati nekoliko programa istovremeno. U stvarnosti, određeno kratko vrijeme obradnik izvršava naredbe jednog programa, a zatim se prebacuje na drugi program i izvršava dio njegovih naredbi. To određeno kratko vrijeme često nazivamo vremenski isječak. Ovaj način rada stvara iluziju izvršavanja nekoliko programa istovremeno, a u stvarnosti se radi o tome da programi dijele obradničko "radno vrijeme".
Operacijski sustav(OS) je skup programa koji omogućuju provođenje radnih zahvata na računalu. Zadaci OS-a su olakšavanje uporabe računala, djelotvorno iskorištavanje svih dijelova računala te višeprogramski rad. OS odlučuje koji će program u danom trenutku biti izvršavan, koliko i kojih resursa će mu biti dodijeljeno (memorija, I/O) i sl. OS također osigurava takozvani apstraktni omotač[nedostaje izvor](HAL) okohardverai programima dopušta pristup prekoservisakao što sukodovi(upravljački programi - "drajveri" od engl. driver), koji omogućavaju programerima pisanje programa bez potrebe za poznavanjem detalja o svim priključenim uređajima.
Većina operacijskih sustava koji imaju te apstraktne omotače također imaju i standardizirano korisničkosučelje.Danas je najzastupljeniji operacijski sustavWindows.Postoje i besplatne alternative, kao što jeLinux.
