YOU ARE DOWNLOADING DOCUMENT

Please tick the box to continue:

Transcript
Page 1: Uporaba informacijske komunikacijske tehnologije

       

Uporaba informacijske komunikacijske tehnologije

 

Gradivo za interno uporabo

Miran Špička

Page 2: Uporaba informacijske komunikacijske tehnologije

OSNOVE IKT - osnovni pojmi 1

PREDGOVOR

Skripta je sestavljena kot dopolnilo k lažjemu spremljanju predavanja in spremljanju podajanja snovi. Vsebina skripta je sestavljena iz gradiva različnih avtorjev. Obsežnost snovi za posamezno področje je po povzetih avtorjih preobširna in se podaja snov v skrajšani obliki. Podana snov v skripti služi za splošno razgledanost in poznavanje. Slikovni in drugi elementi dopolnjujejo besedilo, da si bralec lažje predstavlja smisel branega besedila. Danes skorajda ni več osebe, ki ne bi uporabljala sodobne informacijske tehnologije in znanja za lastno rast in napredek.

Page 3: Uporaba informacijske komunikacijske tehnologije

OSNOVE IKT - osnovni pojmi 2

VSEBINA

1  OSNOVE IKT - OSNOVNI POJMI ....................................................................................................... 6 

1.1  Informacijska doba ..................................................................................................................................... 6 1.2  Informacijska družba ................................................................................................................................. 6 1.3  Računalništvo in informatika ..................................................................................................................... 6 1.4  Informacijska in informacijsko komunikacijska tehnologija .................................................................... 6 1.5  Podatek in informacija ............................................................................................................................... 7 1.6  Informacijski sistem ................................................................................................................................... 7 1.7  Multimedijsko komuniciranje .................................................................................................................... 8 1.8  Strojna oprema ........................................................................................................................................... 8 1.9  Računalniška programska oprema - programi .......................................................................................... 8 1.10  Računalniško omrežje ................................................................................................................................ 9 1.11  Računalnik ................................................................................................................................................. 9 

2  ZGODOVINSKI RAZVOJ ................................................................................................................... 10 

2.1  Mehanski računalniki ............................................................................................................................... 10 2.1.1  Abakus ..................................................................................................................................................... 10 2.1.2  Pascalov seštevalni stroj........................................................................................................................... 10 2.1.3  Charles Babbage analitični stroj .............................................................................................................. 10 2.2  Elektro-mehanski računalniki .................................................................................................................. 11 2.2.1  Konrad Zuse Z3 ....................................................................................................................................... 11 2.2.2  Harvard Mark 1 ........................................................................................................................................ 11 2.3  Elektronski računalniki (elektronke) ........................................................................................................ 11 2.3.1  ENIAC ..................................................................................................................................................... 12 2.4  Elektronski računalnik s shranjenim programom ..................................................................................... 12 2.4.1  Edvac ....................................................................................................................................................... 12 2.4.2  IAS ........................................................................................................................................................... 12 2.4.3  Mikroračunalniki ...................................................................................................................................... 13 2.4.4  Osebni računalnik (PC) ............................................................................................................................ 13 2.5  Zgodovina strojne opreme računalnika .................................................................................................... 14 

3  RAZVRŠČANJE RAČUNALNIKOV ................................................................................................. 15 

3.1  Razvrstitev po načinu zapisa .................................................................................................................... 15 3.2  Razvrstitev po namenu ............................................................................................................................. 15 3.3  Razvrstitev po velikosti in zmogljivosti ................................................................................................... 15 3.3.1  Super računalniki ..................................................................................................................................... 16 3.3.2  Strežniki ................................................................................................................................................... 16 3.3.3  Delovne postaje ........................................................................................................................................ 16 3.3.4  Namizni računalniki ................................................................................................................................. 16 3.3.5  Prenosni računalniki - prenosniki............................................................................................................. 16 3.3.6  Ultra ali mini prenosniki .......................................................................................................................... 17 3.3.7  Tablični računalnik .................................................................................................................................. 17 3.3.8  Pametni telefoni ....................................................................................................................................... 17 

4  FUNKCIJE RAČUNALNIKA .............................................................................................................. 18 

4.1  Obdelava podatkov .................................................................................................................................. 18 4.2  Shranjevanje podatkov ............................................................................................................................. 19 4.3  Prenos podatkov ....................................................................................................................................... 20 

5  ENOTE ZA MERJENJE INFORMACIJE ......................................................................................... 22 

5.1  Vrste zapisa informacij ............................................................................................................................ 22 5.2  Merjenje informacij ................................................................................................................................. 22 5.3  Enote za merjenje informacij ................................................................................................................... 23 5.4  Številski sestavi ........................................................................................................................................ 23 5.4.1  Desetiški sestav ........................................................................................................................................ 23 5.4.2  Dvojiški sestav ......................................................................................................................................... 24 

Page 4: Uporaba informacijske komunikacijske tehnologije

OSNOVE IKT - osnovni pojmi 3

5.4.3  Osmiški sestav ......................................................................................................................................... 25 5.4.4  Šestnajstiški sestav ................................................................................................................................... 25 5.4.5  Primeri pretvarjanja med različnimi številskimi sistemi .......................................................................... 26 

6  OSNOVNI PRINCIP DELOVANJA RAČUNALNIKA .................................................................... 28 

6.1  Von Neumannov model računalnika ....................................................................................................... 28 6.2  Centralna procesna enota ......................................................................................................................... 28 6.3  Glavni pomnilnik ..................................................................................................................................... 29 6.4  Vhodno-izhodni sistem ............................................................................................................................ 29 6.5  BIOS ........................................................................................................................................................ 29 

7  ZGRADBA RAČUNALNIKA – STROJNA OPREMA ..................................................................... 31 

7.1  Računalniške komponente ....................................................................................................................... 31 7.2  Mikroprocesor .......................................................................................................................................... 32 7.2.1  Zgradba mikroprocesorjev ....................................................................................................................... 33 7.2.2  Delitev mikroprocesorjev ......................................................................................................................... 34 7.2.3  Registri ..................................................................................................................................................... 36 7.3  Sodobni procesorji ................................................................................................................................... 37 7.3.1  Takt .......................................................................................................................................................... 37 7.3.2  Tehnologija izdelave ................................................................................................................................ 37 7.3.3  Predpomnilnik .......................................................................................................................................... 38 7.3.4  Širina naslovnega vodila .......................................................................................................................... 39 7.3.5  Širina podatkovnega vodila ...................................................................................................................... 39 7.3.6  Velikost registrov ..................................................................................................................................... 39 7.3.7  Paralelizem ............................................................................................................................................... 39 7.4  Pomnilniki ................................................................................................................................................ 40 7.4.1  Kapaciteta pomnilnika ............................................................................................................................. 41 7.4.2  RAM ........................................................................................................................................................ 41 7.4.3  ROM ........................................................................................................................................................ 44 7.4.4  Trdi disk ................................................................................................................................................... 45 7.4.5  CD ROM in CD-R ................................................................................................................................... 57 7.4.6  Bliskovni (flash) pomnilnik ..................................................................................................................... 59 7.5  Vhodne naprave ....................................................................................................................................... 67 7.6  Izhodne naprave ....................................................................................................................................... 69 7.7  Druge naprave .......................................................................................................................................... 69 7.8  Osnovne plošče osebnih računalnikov ..................................................................................................... 70 7.8.1  Sistemski nabor ........................................................................................................................................ 72 7.8.2  Procesorska podnožja ............................................................................................................................... 73 7.8.3  Pomnilniške reže ...................................................................................................................................... 73 7.8.4  Razširitvene reže za grafične kartice ........................................................................................................ 73 7.8.5  Vhodno izhodni priključki ....................................................................................................................... 73 7.8.6  Priključki za diske in CD/DVD enote ...................................................................................................... 74 7.8.7  Hlajenje .................................................................................................................................................... 74 7.9  Napajalniki ............................................................................................................................................... 74 7.10  Sistemi za brezprekinitveno električno napajanje .................................................................................... 75 

8  ZGRADBA RAČUNALNIKA – PROGRAMSKA OPREMA ........................................................... 77 

8.1  Zagon računalnika .................................................................................................................................... 77 8.2  Operacijski sistem .................................................................................................................................... 77 8.3  Delitev operacijskih sistemov .................................................................................................................. 81 8.4  Operacijski sistemi na delovnih postajah ................................................................................................. 82 8.5  Operacijski sistemi na strežnikih ............................................................................................................. 82 8.6  Najbolj razširjeni operacijski sistemi ....................................................................................................... 85 8.7  Microsoft Windows strežniški sistemi ..................................................................................................... 86 8.8  Sistemska orodja ...................................................................................................................................... 86 8.9  Pomožni programi .................................................................................................................................... 86 8.10  Uporabniška programska oprema ............................................................................................................ 86 8.11  Internetni brskalniki in iskalniki .............................................................................................................. 87 8.12  Drugi splošni programi ............................................................................................................................ 88 8.13  Namenski programi .................................................................................................................................. 88 

Page 5: Uporaba informacijske komunikacijske tehnologije

OSNOVE IKT - osnovni pojmi 4

8.14  Pravna zaščita programske opreme .......................................................................................................... 88 8.15  Programski jeziki in programiranje .......................................................................................................... 89 

9  RAČUNALNIŠKA OMREŽJA ............................................................................................................ 90 

9.1  Enakovredno in strežniško omrežje ......................................................................................................... 90 9.2  Lokalno in globalno omrežje ................................................................................................................... 91 9.3  Strojna oprema v omrežju ........................................................................................................................ 92 9.4  Tipi omrežja ............................................................................................................................................. 94 9.5  Omrežja – topologija ................................................................................................................................ 94 

10  INTERNET ............................................................................................................................................. 96 

10.1  Tehnološke storitve .................................................................................................................................. 96 10.2  Svetovni splet ........................................................................................................................................... 97 10.3  Elektronsko komuniciranje ...................................................................................................................... 97 10.4  Elektronska pošta ..................................................................................................................................... 97 10.5  Internetna telefonija ................................................................................................................................. 99 10.6  Forumi .................................................................................................................................................... 100 10.7  Klepetalnice ........................................................................................................................................... 100 10.8  Videokonference .................................................................................................................................... 100 10.9  Spletno poslovanje ................................................................................................................................. 101 

11  INFORMACIJSKA VARNOST ......................................................................................................... 103 

11.1  Varovanje podatkov ............................................................................................................................... 103 11.2  Pomen uporabniških imen in gesel ........................................................................................................ 104 11.3  Arhiviranje podatkov ............................................................................................................................. 104 

12  ZAŠČITA RAČUNALNIŠKEGA SISTEMA .................................................................................... 105 

12.1  Napadi na sistem .................................................................................................................................... 105 12.1.1  Socialni inženiring ............................................................................................................................. 106 12.1.2  DoS .................................................................................................................................................... 106 12.1.3  Skeniranje vrat ................................................................................................................................... 106 12.1.4  Prevare IP .......................................................................................................................................... 107 12.1.5  Škodljivi programi ............................................................................................................................. 107 12.2  Protivirusna programska oprema ........................................................................................................... 107 12.3  Požarni zid ............................................................................................................................................. 107 12.4  Vloga uporabnikov ................................................................................................................................. 107 12.5  Skrbno ravnanje z mediji in opremo ...................................................................................................... 107 12.6  Previdnost in zaupljivost ........................................................................................................................ 108 12.7  Uporaba gesel ........................................................................................................................................ 108 

13  VARNOST INTERNETNIH STORITEV ......................................................................................... 109 

13.1  Delo z elektronsko pošto ........................................................................................................................ 109 13.2  Varna uporaba drugih internetnih storitev ............................................................................................. 111 

14  ŠKODLJIVA PROGRAMSKA OPREMA ....................................................................................... 112 

14.1  Virusi ..................................................................................................................................................... 112 14.2  Črvi ........................................................................................................................................................ 112 14.3  Trojanski konji ....................................................................................................................................... 112 14.4  Parazitni programi .................................................................................................................................. 112 

15  ZAKONODAJA ................................................................................................................................... 114 

15.1  Zaščita avtorskih pravic ......................................................................................................................... 114 15.2  E-poslovanje .......................................................................................................................................... 114 15.3  Varovanje podatkov ............................................................................................................................... 114 

16  VIRI ...................................................................................................................................................... 116 

 

Page 6: Uporaba informacijske komunikacijske tehnologije

OSNOVE IKT - osnovni pojmi 5

UVOD

Na področju računalništva in informatike je razvoj izjemno hiter. Vsak dan nastajajo novi pojmi, kratice, nove storitve. Oprema in znanje izjemno hitro zastarata. Po drugi strani pa aktualno znanje ni bilo še nikoli tako blizu, kot je danes. Prek iskalnikov in spletnih virov lahko izvemo skoraj vse, kar potrebujemo za obvladovanje tega področja. Vendar pa najprej potrebujemo temelje, na katerih lahko kasneje svoje znanje aktualiziramo, dograjujemo in nadgrajujemo. Informatika in informacijske tehnologije povzročajo v zadnjih letih revolucionarne spremembe v globalnem merilu, in to ne samo na poslovnem področju, temveč v družbi nasploh. V sodobnem poslovnem svetu je postala nuja biti priključen na globalno računalniško omrežje. Razvoj informacijskih sistemov je s pojavom globalnega omrežja potisnil podjetja in celotno družbo v povsem novo obdobje. V današnjem družbenem okolju se izobraževanje vse bolj pojmuje kot osrednje sredstvo za zagotavljanje človeškega in nacionalnega kapitala. Nove veje industrije na področjih kot sta biotehnologija ter informacijska in komunikacijska tehnologija, napredni proizvodni postopki in novi materiali zahtevajo visoko izobražene in motivirane kadre. Temeljito izobražena delovna sila je prožnejša in inovativnejša, kar podjetjem omogoča, da naglo prilagajajo delovne postopke in v proizvode stalno uvajajo novosti, s tem pa proizvajajo visokokakovostne izdelke in storitve. Nezadostno vlaganje v izobraževanje zmanjšuje posameznikovo - in v nekaterih primerih narodovo - sposobnost uspešno tekmovati za zaposlitve, za katere je potrebna visoka stopnja usposobljenosti. Eden največjih izzivov za prihodnost je, kako uravnovesiti potrebo po izobraževanju, ki je usmerjeno k ustvarjanju človeškega kapitala, s potrebo po takem izobraževanju, ki stremi k polnemu razvoju človekovih potencialov in pozitivnim družbenim posledicam. Prihodnje gospodarsko zdravje države je odvisno tudi od usposobljenosti njenih državljanov in učinkovitosti temeljev, ki jih zagotavlja izobraževalni sistem.

Page 7: Uporaba informacijske komunikacijske tehnologije

OSNOVE IKT - osnovni pojmi 6

1 OSNOVE IKT - OSNOVNI POJMI

Najprej bomo spoznali osnovne pojme in temeljne kratice s področja računalništva in informatike kot so: računalništvo, informatika, IT, IKT, informacijska infrastruktura, informacijska družba, informacijski sistem. Opredelili bomo pojme podatek – informacija, strojna in programska oprema računalnika. V smislu osebnostnega/družbenega razvoja moramo biti samokritični in uporabiti vse možnosti sodobnega načina komuniciranja zato je potrebno, da spoznamo prednosti in slabosti vseh. Kot orodje moramo spoznati vrste računalnikov ter pomen in načine povezovanja računalnikov v različna omrežja.

1.1 Informacijska doba

Informacijska doba je zgodovinsko obdobje v človekovem obstoju v katerem prevladuje znanje na področju komuniciranja, prostem pretoku izmenjave podatkov in informacij.

Izraz informacijska doba se v glavnem nanaša na obdobje po letu 1972. V poznih 70 letih je postal opazen prehod iz industrijske v informacijsko dobo. Informacijska doba zahteva usklajevanje in povezovanje informacij z različnih področij, s tem pa tudi komuniciranje na različnih ravneh. Zato pravimo informacijski dobi tudi informacijsko-komunikacijska doba. Glavni viri informacijsko-komunikacijske je informacija oziroma informacije in z njimi odnosi, na katerih temeljijo vsa področja človekovega življenja in dela. Znanje in informacije se s komuniciranjem dograjujejo, izpopolnjujejo in poglabljajo, s čimer se večata moč in pomembnost informacij, ki so v vsakdanjem življenju bistvenega pomena. Za informacijsko dobo je značilna tako imenovana informacijska revolucija, ki je v naša življenja vnesla že veliko sprememb, na katere se bolj ali manj uspešno navajamo in jih poskušamo uporabljati sebi v prid. Značilnosti informacijske dobe se izražajo v spremenjenem načinu dela, ki je podprto s tehnološko opremo, ki omogoča hitrejše in učinkovitejše sprejemanje informacij, v spreminjajočem se načinu učenja, praktično bi lahko rekli, da se spreminja način življenja nasploh.

1.2 Informacijska družba

Naša družba je informacijska družba. Mobilni telefoni, internet in sistemi za hitro digitalno zagotavljanje podatkov omogočajo dostop do informacij in komuniciranje kadar koli, kjer koli in skoraj s komer koli. Vse to je povzročilo spremembe na vseh področjih človekovega delovanja: doma, v šoli in v službi. Informacijska družba je družba, v kateri je upravljanje z informacijami pomembno ekonomsko, politično in kulturno delovanje.

1.3 Računalništvo in informatika

Računalništvo je veda o delovanju računalnikov in o njihovi uporabi, kar vključuje strojno in programsko opremo. V praksi je računalništvo povezano z mnogimi drugimi vedami, npr. z matematiko, elektroniko, informatiko. Informatika je veda o podatkih in informacijah, ki vključuje razlago, analizo, hranjenje in dostop do njih. Informatika služi kot znanstvena podlaga analizi komunikacij in podatkovnih zbirk. Raziskuje vrste in značilnosti informacij glede na njihovo vsebino, obliko, način posredovanja in hranjenja. Pri tem se naslanja na številne druge discipline, npr. na matematiko, računalništvo in psihologijo.

1.4 Informacijska in informacijsko komunikacijska tehnologija

Informacijska tehnologija (IT) je tehnologija, ki omogoča zbiranje, obdelavo, shranjevanje, razpošiljanje ter uporabo podatkov in informacij. IT delimo na strojni in programski del. IT je

Page 8: Uporaba informacijske komunikacijske tehnologije

OSNOVE IKT - osnovni pojmi 7

torej splošen izraz, ki označuje naprave (radio, magnetofon, telefon, telefaks, modem, digitalne avdio in video naprave, računalnike ...) in programe s katerimi je mogoče opravljati zbiranje, shranjevanje, obdelavo in prenos informacij. Z izrazom informacijsko komunikacijska tehnologija (IKT) pa združujemo informacijsko in telekomunikacijsko tehnologijo, ki v sodobnih časih omogoča hiter prenos informacij znotraj poslovnih sistemov in navzven. Informacijsko infrastrukturo sestavljajo procesi, metode, pripomočki in tehnologija, ki omogoča ustvarjanje, uporabo, prenos, hranjenje in uničenje informacij.

1.5 Podatek in informacija

V računalništvu in informatiki obstaja med besedama podatek in informacija temeljna razlika. Podatek je lahko karkoli: črka, številka, zvok, znak ... Poenostavljeno bi lahko rekli, da je podatek dejstvo, ki nima jasnega pomena. Na primer: 5o. Ker ne vemo, na kaj se ta podatek nanaša, ni koristen. Če pa npr. zapišemo, da je bilo dne 20. 09. 2013 ob 7.00 v Ljubljani 5oC, to ni več podatek, temveč informacija. Informacija je vsak podatek, ki ga lahko interpretiramo in ki nam pove kaj novega. V prosti enciklopediji Wikipedia je podatek opredeljen kot: simbolična predstavitev preprostih spoznanj o obravnavanem svetu;

poljubna predstavitev s pomočjo simbolov ali analognih veličin, ki mu je pripisan ali se mu lahko pripiše nek pomen;

predstavitev dejstva, koncepta ali navodila na formalen način;

dejstvo, predstavljeno z vrednostmi (številke, znaki, simboli). Informacija = naše predznanje + podatek Informacija nosi poleg dejstev še dodano vrednost. Uporabnik lahko na podlagi informacij sprejema odločitve. V primeru, ki smo ga navedli, se npr. na podlagi prejete informacije pred odhodom od doma toplo oblečemo. Serija številk v kodiranem sporočilu obveščevalne službe so očitno podatki. Za nas nimajo pomena, če ne najdemo ključa, po katerem lahko te podatke dekodiramo. Ko nam to uspe, lahko preberemo sporočilo, ki sedaj za nas predstavlja informacijo. Vidimo, da je to, ali podatek za nekoga pomeni informacijo ali ne, zelo odvisno od posamezne situacije, zato pojma informacije ne bomo uporabljali. Namesto tega bomo govorili o podatkih. Podatki so v računalnikih urejeni v zbirkah podatkov, kjer so na nek smiseln način organizirani. O zbirkah podatkov se bomo več naučili v nadaljevanju. Znanje je skupek urejenih informacij, ki privedejo do razumevanja.

1.6 Informacijski sistem

Informacijski sistem (IS) je urejen in organiziran sistem, ki uporabnike oskrbuje z vsemi potrebnimi informacijami za izvajanje procesov, upravljanje in odločanje. Osnovne aktivnosti informacijskega sistema so zbiranje, shranjevanje in obdelava podatkov ter posredovanje rezultatov končnim uporabnikom. Z izrazom informacijski sistem ne označujemo le programske opreme, temveč: podatke in informacije,

Page 9: Uporaba informacijske komunikacijske tehnologije

OSNOVE IKT - osnovni pojmi 8

strojno, programsko in komunikacijsko opremo, ki omogoča hranjenje, obdelavo in prenos podatkov,

uporabnike in

metode upravljanja z informacijami.

1.7 Multimedijsko komuniciranje

Podatke posredujemo prejemniku vedno na kakem sredstvu ali mediju, ki nam služi za njihov prenos. Besedilo napišeš na list papirja, slikar nariše sliko na platno, glasbenik posname glasbo na zgoščenko. Zanimivo pri tem je, da si prejeto informacijo mnogo bolje zapomniš, če ti je bila posredovana prek več medijev. Če poteka komuniciranje prek več medijev, ki jih upravljaš z računalnikom, govorimo o multimedijskem komuniciranju. Tako komuniciranje je bolj kakovostno od tistega, pri katerem poteka izmenjavanje informacij le preko enega medija.

1.8 Strojna oprema

Pod strojno opremo uvrščamo računalniške naprave, ki so osnovni del računalnika in naprave, ki so nanj priključene. Sem torej spadajo vse elektronske komponente, ki sestavljajo računalnik. Lahko bi rekli, da je strojna oprema materializirani del računalniške opreme. Kakor bomo kasneje spoznali, obstaja še programska oprema, ki predstavlja nematerializiran del računalniške opreme.

1.9 Računalniška programska oprema - programi

Računalniški program si lahko predstavljamo kot zaporedni seznam navodil, ki jih izpolnjuje strojna oprema. Sezname takih navodil obdeluje procesor, ki daje navodila ostalim napravam znotraj in zunaj računalnika. Programska oprema računalnika je nabor vseh programov, ki so nameščeni na določenem računalniku. S pojmom programska oprema ali programje pa označujemo programe na splošno. Med najbolj znane vrste programov sodijo namenski programi, operacijski sistemi, programski jeziki ... Več se bomo o programski opremi naučili v nadaljevanju.

Slika 1: Informacijski sistem Vir: Spremenjen

Page 10: Uporaba informacijske komunikacijske tehnologije

OSNOVE IKT - osnovni pojmi 9

1.10 Računalniško omrežje

Računalniško omrežje (ali skrajšano omrežje) lahko definiramo kot sistem med seboj neodvisnih računalnikov, ki so povezani za izmenjavo podatkov in skupno rabo perifernih enot, kot so trdi diski in tiskalniki, ali računalniških programov. Ključna izraza v definiciji sta izmenjava in skupna raba. Računalniško omrežje sestavljata strojna in programska oprema.

1.11 Računalnik

Računalnik je elektronska naprava za avtomatsko obdelavo, hranjenje in prenos podatkov. Sestavljen je iz strojne opreme. Z njegovo zgradbo, delovanjem in uporabo se ukvarja računalništvo. Računalnik je splošno orodje za reševanje nalog. Večino nalog rešuje v simbolični obliki. Vhodno informacijo predela v izhodno informacijo, lahko rečemo, da tako komunicira z drugimi. Podatki in programi so v računalniku predstavljeni v dvojiški (binarni) številski obliki (10010011101100...). Računalnik zato imenujemo digitalen (številski).

Page 11: Uporaba informacijske komunikacijske tehnologije

Zgodovinski razvoj 10

2 ZGODOVINSKI RAZVOJ

3000p.n.š. - 1900 (Abacus, Johan Napier)

1800 – 1900 (Blaise Pascal, Charles Babbage, George Boole)

1900 – 1945 (Elektronke, ENIAC)

1946 – 1955 (John von Neumann, EDVAC & IAS)

1956 – 2000 (Tranzistorji, SSI, MSI vezja, LSI, VLSI vezja) 

Človek je začel že zelo zgodaj razmišljati, kako bi si poenostavil računske operacije. Tako smo dobili prvo napravo, ki jo lahko uvrstimo kot prvi pripomoček za računanje, že 2.000 let pred našim štetjem. Z razvojem novih tehnologij so se začeli pojavljati mehanski računalniki. Z odkritjem elektrike je nastopila doba elektro-mehanskih ter elektronskih računalnikov. Zadnja doba se imenuje doba mikroelektronskih digitalnih računalnikov.

Eden starejših pripomočkov za štetje dni je Stonehenge, ki so ga postavili okrog leta 2800 p.n.š.. Z njimi je bilo moč izdelati enostaven koledar.

2.1 Mehanski računalniki

2.1.1 Abakus

"Abakus je mehanska naprava za zapis števil, ki so jo iznašli Babilonci okrog 2000 pr. n. št. Ime izhaja iz perzijske besede za gladko peščeno površino. Nekateri posredniki v azijskih državah ga zaradi enostavnega in hitrega izračunavanja še vedno uporabljajo kot pripomoček za računanje na borzi. Zanimivo je, da sodobni računalniški registri delujejo na podobnem principu" (Jarc, 2003).

2.1.2 Pascalov seštevalni stroj

Pascalov seštevalni stroj je sestavljen iz vzvodov in koles na oseh. Lahko je sešteval 5-mestna števila. Kasneje so ga nadgradili tako, da je lahko sešteval celo 8-mestna števila. Izdelal ga je matematik Blaise Pascal, sin francoskega davkarja.

2.1.3 Charles Babbage analitični stroj

"Charles Babbage je izumil analitični stroj, ki sicer nikoli ni ugledal luči sveta. Temeljil je na principih delovanja sodobnih računalnikov. Vseboval naj bi centralno enoto, ekvivalent centralne procesne enote v modernem računalniku. Analitični stroj se je dalo programirati s sistemom luknjanih kartic, ki ga je povzel iz tkalskega sistema statev. Glede na tehnologijo tedanjega časa je analitični stroj temeljil na zobatih kolesih, tako kot Pascalov seštevalni stoj" (Jarc, 2003).

Slika 2: Stonehenge Vir: http://goo.gl/7EnIhO

Slika 3: Abacus Vir: http://goo.gl/ew3pT8

Slika 4:Pascalov seštevalni stroj Vir: http://goo.gl/GXlbeS

Slika 5: Analitični stroj Vir: http://goo.gl/hBrjcm

Page 12: Uporaba informacijske komunikacijske tehnologije

Zgodovinski razvoj 11

Alan Turing je leta 1836 zasnoval analitični stroj, ki je bil nadgradnja analitičnega stroja Charles Babbage ter neodvisen od problema.

Stroj je imel:

vhodne enote,

centralno procesno enoto,

krmilno enoto,

pomnilnik,

izhodno enoto.

2.2 Elektro-mehanski računalniki

Eno od prvih uporab elektrotehnike za računanje predstavlja uvedba elektromotorjev za pogon mehaničnih kalkulatorjev. Drugo področje uporabe pa je pojav naprav na osnovi luknjanih kartic, s pomočjo katerih je bilo mogoče sortirati in tabelirati velike količine podatkov. Kot smo videli, je uporabo luknjanih kartic predlagal že Babbage.

"V obdobju druge svetovne vojne se je začela velika potreba po računalnikih, ki bi se uporabljali za vojaške namene. Ker so se začela uporabljati nova orožja, so nujno potrebovali računalnike, s katerimi so lahko računali koordinate in podobne stvari" (Jarc, 2003).

2.2.1 Konrad Zuse Z3

Konrad Zuse je skonstruiral prvi delujoči stroj, ki je temeljil na Babbagejevi filozofiji. Za takratni čas se je revolucionarno odločil za binarno in ne decimalno aritmetiko. Poleg tega je Konrad Zuse prvi uporabil aritmetiko s plavajočo vejico v zelo podobni obliki kot jo poznamo še danes. Leta 1941 je dokončal elektromehanski stroj Z3, ki je bil prvi delujoči programsko vodeni računalnik za splošne namene.

2.2.2 Harvard Mark 1

Vzporedno z razvojem Konradovega elektromehanskega računalnika Z3 je na drugi celini v ZDA potekal razvoj na računalniku Harvard Mark I. Takrat so Američani mislili, da je prvi delujoči programsko vodeni računalnik. Za celoten projekt izgradnje računalnika Harvard Mark 1 je bilo zadolženo podjetje IBM. Gradnjo elektromehaničnega programsko vodenega računalnika za splošne namene se je pričelo leta 1939 ter končalo maja 1944. Harvard Mark 1 je ostal v redni uporabi na Harvardu do leta 1959.

Harvard Mark 1 je bil ogromen stroj, ki je bil dolg preko 15 m in visok ter širok več kot 2 metra. Njegov pomnilnik je obsegal 72 desetiških števil, ukaze pa je dobival preko luknjanega traku.

Če gledamo s sedanjega stališča, je bil Harvard Mark 1 zgrešena pot, saj je uporabljal desetiško aritmetiko s fiksno vejico. Njegov evropski konkurent Z3 je uporabljal binarno aritmetiko s plavajočo vejico. Oba sta kot medij za shranjevanje ukazov uporabljala luknjani trak.

2.3 Elektronski računalniki (elektronke)

Osnovni razlog za hiter zaton elektromehaničnih računalnikov je, da uporaba elektronike odstrani dve veliki pomanjkljivosti:

hitrost računanja je zaradi vztrajnosti gibajočih delov omejena,

Page 13: Uporaba informacijske komunikacijske tehnologije

Zgodovinski razvoj 12

zanesljivost delovanja je slaba zaradi velikega števila mehanskih elementov.

V elektronskih računalnikih prenašajo informacijo elektroni. Informacija se prenaša s hitrostjo, ki je skoraj enaka svetlobni hitrosti (300.000 km/s). Prvi elektronski elementi, ki so se uporabljali kot preklopna stikala so bili releji in vakuumske elektronke. S pomočjo elektronk so lahko začeli graditi elektronske pomnilniške elemente. Hitrosti delovanja elektronk je bila neizmerno večja in zanesljivejša kot elektromehanske naprave. 

2.3.1 ENIAC

Za današnje razmere je bil prava pošast, saj je bil dolg več kot 30 m, visok 3 m, širok 1 m. Tudi njegova masa ni bila zanemarljiva, saj je presegala 30 ton. Za delo je potreboval okoli 180 kW električne moči. Ni se uvrščal med zanesljivejše stroje, saj je povprečno potreboval na 30 minut zamenjavo elektronke. ENIAC je bil stroj z 18.000 elektronkami in 1.500 releji. K nadaljnjemu razvoju je veliko pripomogel izum tranzistorja leta 1948, ki je bil veliko bolj zdržljiv kot elektronka in je porabil tudi veliko manj energije. ENIAC je vseboval elektronski pomnilnik v katerega je bilo možno shraniti 104 12-mestnih desetiških vrednosti. Programiranje je bilo ročno s postavljanjem stikal in povezovanjem kablov.

Za vnos podatkov je služil čitalnik luknjanih kartic.

2.4 Elektronski računalnik s shranjenim programom

2.4.1 Edvac

Edvac je bil binaren stroj, zgrajen iz približno 3.000 elektronk. Edvac je imel za tedanje razmere izredno velik glavni pomnilnik, saj je lahko shranil 1024 16-bitnih besed. Uporabil je tako imenovano dvonivojsko hierarhijo pomnilnika. Vseboval je še 20 KB pomožnega pomnilnika, realiziranega z magnetnimi žicami.

2.4.2 IAS

Glavna prednost računalnika IAS je bila v njegovi tehnološki rešitvi pomnilnika. Imel je glavni pomnilnik na osnovi elektrostatične cevi. Velika prednost te vrste pomnilnika v primerjavi z tedanjim je v tem, da je čas dostopa do poljubne lokacije bil neodvisen od naslova prejšnje lokacije. Istočasno je tehnologija omogočila sočasno branje cele pomnilniške besede, kar omogoča paralelno (vse bite naenkrat) obdelavo. Paralelna obdelava pa je veliko hitrejša kot zaporedna. IAS je bil paralelni računalnik, nekajkrat hitrejši od Eniaca.

Slika 7:ENIAC Vir: http://goo.gl/GBAVCn

Slika 6: Rele in elektronka Vir: http://goo.gl/harjcm

Slika 8: Čitalnik luknjanih kartic in kartica Vir: http://goo.gl/GBAVCn

Page 14: Uporaba informacijske komunikacijske tehnologije

Zgodovinski razvoj 13

2.4.3 Mikroračunalniki

Mehanske računalnike so ovirale omejitve mehanskih delov. Z elektronkami smo pridobili na hitrosti, a so bile nezanesljive in porabile preveliko količino električne energije. Tranzistor je povečal zanesljivost, zmanjšal porabo energije, a je bil še vedno prevelik element. Pravi razmah nove tehnologije so prinesla tiskana vezja ter miniaturizacija polprevodnih elementov.

Poleg tehnoloških rešitev so postale zrele tudi arhitekturne osnove za izgradnjo sodobnih računalnikov. Spoznanje o prednosti splošno namenskega procesorskega elementa, podprtega s pomnilniškimi elementi, je ključnega pomena pojav mikroprocesorjev. Prvi mikroprocesor je bil znan pod oznako 4004, ki ga je pripravil Hoff1.

2.4.4 Osebni računalnik (PC)

Osebni računalnik si je leta 1981 izmislilo podjetje IBM, ko je leta 1981 začelo prodajati računalnike za osebno uporabo. Za današnje čase je vseboval skromnih 16 KB pomnilnika in disketno enoto z zmogljivostjo 160 KB. Zanimivo pri prvem osebnem računalniku je, da je prvi operacijski sistem zanj napisal Bill Gates in tako začel graditi svoj veliki Microsoftov imperij. Vgrajen je bil tudi programski jezik Basic. Njegove zmogljivosti so za današnje čase izredno skromne (ni imel diska, frekvenca delovanja 4,77 MHz).

                                                            1 Leta 1971 Ted Hoff izumi mikroprocesor Intel 4004; to je bila centralno procesna enota realizirana na enem samem čipu.  

Slika 9: Elektronski elementi (tranzistor, integrirano vezje, mikroprocesor)

Slika 10: Prvi slovenski osebni računalnik Partner Iskra Delta Vir: http://goo.gl/ApRTsW

Page 15: Uporaba informacijske komunikacijske tehnologije

Zgodovinski razvoj 14

2.5 Zgodovina strojne opreme računalnika

Tabela 1: Zgodovina strojne opreme računalnika

Prva generacija (mehanični/elektromehanični)

Računala

pascaline, arithmometer, diferenčni stroj, Quevedov analitični stroj

Programabilne naprave Jacquard loom, Analytical engine, IBM ASCC/Harvard Mark I, Harvard Mark II, IBM SSEC, Z3

Druga generacija (vakuumske cevi oz. elektronke)

Računala Atanasoff–Berry Computer, IBM 604, UNIVAC 60, UNIVAC 120

Programabilne naprave

Colossus, ENIAC, Manchester Small-Scale Experimental Machine, EDSAC, Manchester Mark 1, Ferranti Pegasus, Ferranti Mercury, CSIRAC, EDVAC, UNIVAC I, IBM 701, IBM 702, IBM 650, Z22

Tretja generacija (diskretni tranzistorji in SSI, MSI, LSI integrirana vezja)

Osrednji računalniki IBM 7090, IBM 7080, IBM System/360, BUNCH

Miniračunalnik PDP-8, PDP-11, IBM System/32, IBM System/36

Četrta generacija (VLSI integrirana vezja)

Miniračunalnik VAX, IBM System i

4-bitni mikroračunalnik Intel 4004, Intel 4040

8-bitni mikroračunalnik Intel 8008, Intel 8080, Motorola 6800, Motorola 6809, MOS Technology 6502, Zilog Z80

16-bitni mikroračunalnik Intel 8088, Zilog Z8000, WDC 65816/65802

32-bitni mikroračunalnik Intel 80386, Pentium, Motorola 68000, ARM

64-bitni mikroračunalnik[53] Alpha, MIPS, PA-RISC, PowerPC, SPARC, x86-64, ARMv8-A

Vgrajeni računalnik Intel 8048, Intel 8051

Osebni računalnik namizni računalnik, hišni računalnik, notesnik, dlančnik, prenosni računalnik, tablični računalnik, nosljivi računalnik, pametni telefon

Teoretični/eksperimentalni kvantni računalnik, kemijski računalnik, DNK računalnik, optični računalnik, računalnik temelječ na spintroniki

Page 16: Uporaba informacijske komunikacijske tehnologije

Razvrščanje računalnikov 15

3 RAZVRŠČANJE RAČUNALNIKOV

Računalnike razvrščamo po več kriterijih in različni avtorji uporabljajo različna merila.

http://www.geministyle.si/print/racunalnistvo/splosno/vrste-racunalnikov.html

3.1 Razvrstitev po načinu zapisa  

 

 

 

Analogni – Analogni obdelujejo fizikalne količine npr. hitrost, el. napetost, ki so v računalniku zapisani analogno, izvajajo operacije dodajanja, odvzemanja, primerjanja. So zelo hitri, izvajajo več operacij hkrati in so dragi, se skoraj ne uporabljajo več (1950 - 1960).

Digitalni – Digitalni računalniki imajo podatke zapisane v digitalni obliki, izvajajo naenkrat le 1 operacijo. So počasnejši in cenejši od analognih. Danes največ uporabljamo digitalne računalnike (uveljavljeno ime: računalnik).

Hibridne – Hibridni računalnik je kombinacija analognega in digitalnega računalnika.

3.2 Razvrstitev po namenu

 

 

 

 

Specialni – namensko grajeni računalniki za določene naloge z veliko zmogljivostjo, opravljajo najzahtevnejše obdelave podatkov.

Splošni – njihova sestava je sicer namenska za širšo uporabo in se izdelujejo v serijah kar pomeni cenovno dostopnost večine ljudi.

3.3 Razvrstitev po velikosti in zmogljivosti

 

 

 

RAČUNALNIK

ANALOGNI HIBRIDNI DIGITALNI

RAČUNALNIK

SPECIALNI SPLOŠNI

RAČUNALNIK

VELIKI

Mainframe

DLANČNI

Palmtop

PRENOSNI

Latop

OSEBNI

Personal Computers

MINI

Minicomputers

Slika 11: Razvrstitev računalnikov po načinu zapisa

Slika 12: Razvsrtitev računalnikov po namenu

Slika 13: Razvrstitev računalnikov po velikosti in zmogljivosti

Page 17: Uporaba informacijske komunikacijske tehnologije

Razvrščanje računalnikov 16

3.3.1 Super računalniki

So računalniki, ki so najhitrejši in najmočnejša vrsta sposobna procesne ukaze izvrševati v pikosekundah (10–12) ps. Hitrost drugih se meri kot zelo uspešna v ns (10– 9). Za doseganje zadanih parametrov ti računalniki uporabljajo več procesorjev in druge tehnološke prijeme kot so podhlajevanje procesorjev in elektronskih vezij. Superračunalniki se na primer uporabljajo pri napovedovanju vremena, dinamiki tekočin, aerodinamiki, termodinamiki, umetni inteligenci, simulacijah,… Znani proizvajalci te vrste računalnikov so CDC (Control Data Coproration) , Fujitsu, Hitachi, IBM, Intel, NEC, …

3.3.2 Strežniki

So računalniki, ki morajo opravljati različna in kompleksna opravila. Uporabljajo se za splošne namene in svoje storitve – hranjenje podatkov in dajanje v skupno rabo. Načrtovanje velikosti in opravilne dejavnosti so povezane s področji uporabe in od omrežja v katerem delujejo kot primarni. Načrtovani morajo biti tako, da je možna njihova nadgradnja in razširitev.

3.3.3 Delovne postaje

Delovne postaje so zmogljivi računalniki namenjeni osebnemu delu z zelo zahtevnimi nalogami na področju 2D in 3D grafike, znanstvenemu raziskovanju, inženirskemu delu za načrtovanje in spremljanje projektov.

3.3.4 Namizni računalniki

Veljajo za najbolj množično vrsto do sedaj. Gre za zmogljiv računalnik prilagojen splošnim potrebam uporabnikov in dosegljiv s sprejemljivo ceno. Kot celoto tvorijo to vrsto računalnika škatlasto ohišje, monitor, tipkovnica in miška. PC je razširjen tako v osebnem kot poslovnem okolju.

3.3.5 Prenosni računalniki - prenosniki

Po namenu in zmogljivosti so prenosniki ekvivalentni namiznim računalnikom.

Slika 14: Super računalnik Vir: http://goo.gl/k4rFI5

Slika 15: Strežnik Vir: http://goo.gl/pcBTco

Slika 16: Delovna postaja Vir: http://goo.gl/GogdDt

Slika 17: Namizni računalnik Vir: http://goo.gl/4Zhq6j

Slika 18: Prenosni računalnik Vir: http://goo.gl/ic0LWj

Page 18: Uporaba informacijske komunikacijske tehnologije

Razvrščanje računalnikov 17

3.3.6 Ultra ali mini prenosniki

Ti računalniki so pomanjšana različica prenosnikov. Namenjeni so stalni prisotnosti pri uporabniku vendar so zaradi manjše zmogljivosti namenjeni bolj brskanju po internetu, pregledovanju e-pošte, pisanju besedil in sporočil,.. Prednost pred prenosnikom je tudi cenovni razred.

3.3.7 Tablični računalnik

To je majhen prenosni računalnik z zaslonom na dotik ali grafično tablico kot glavno vhodno napravo namesto miške in tipkovnice. Običajno je izdelan v enem kosu. Zelo znan tablični računalnik je Applov iPad. Tablični računalniki naj bi v prihodnje nadomestili knjige, vendar se z večanjem njihovih lastnosti spreminja tudi namembnost.

3.3.8 Pametni telefoni

Pametni telefoni so mobilni telefoni, ki ponujajo naprednejše računalniške sposobnosti in povezljivost kot osnovno-funkcijski telefoni. Pametni telefoni so znani kot dlančniki, ki imajo vgrajen mobilni telefon.

Slika 19: Mini prenosnik Vir: http://goo.gl/2wpDI8

Slika 20: Tablični računalnikVir: http://goo.gl/KKjFM5

Slika 21: Pametni telefoniVir: http://goo.gl/3Vb9Qq

Page 19: Uporaba informacijske komunikacijske tehnologije

Funkcije računalnika 18

4 FUNKCIJE RAČUNALNIKA

Danes je definicija računalnika precej bolj zahtevna kot pred desetletji. V zgodnjem obdobju je bila računalniku dodeljena vloga stroja za obdelavo podatkov v smislu preračunavanja. Ta vloga mu je bila dodeljena glede na takratne tehnološke zmožnosti. S tehnološkim razvojem je računalniku bila dodeljena še funkcija pomnjenja podatkov in v sodobnem času še funkcija prenosa. To so danes tri značilne funkcije naprave (obdelava, pomnjenje, prenos), ki jo imenujemo računalnik.

 

4.1 Obdelava podatkov

Funkcija se nanaša na vnos oziroma zajemanje podatkov. Zajemanje se vrši s pomočjo vhodnih naprav. Ti podatki se v računalniku obdelajo, shranijo ali pa se v novi obliki posredujejo uporabniku. S pomočjo računalniške obdelave podatkov je bilo delo človeštvu olajšano na veliko področjih pa sploh omogočeno. Takšna obdelava podatkov je privedla do novih znanj in spoznanj le te pa so imele za posledico še hitrejši napredek in razvoj človeške vrste. Obdelava podatkov danes zahteva zelo zmogljive računalniške naprave, ker je količina podatkov s katerimi opisujemo določena stanja, dejanja, pojave zelo velika. Podatek, ki ga vnesemo v računalniški sistem ima vrednost le, če ga ustrezno obdelamo in ovrednotimo.

Moč računalniške obdelave podatkov se lahko prikaže tudi skozi šahovsko igro, ki velja za izjemno zahtevno miselno sposobnost uspešnih igralcev. Precej časa so bili strokovnjaki

Slika 22; Funkcije računalnika Vir: http://goo.gl/KJpUAh

Slika 22: Podatkovna baza Vir: Lasten

Page 20: Uporaba informacijske komunikacijske tehnologije

Funkcije računalnika 19

mnenja, da računalnik s svojo programirano logiko ni sposoben premagati najboljše igralce. Prvi računalnik, ki je premagal šahovskega prvaka, je bil Deep Blue. Premagal je Gasparija Kasparova leta 1997.

4.2 Shranjevanje podatkov

Vprašanje trajnega pomnenja podatkov (klasična, elektronska, druge oblike,..)

Razvoj informacijske tehnologije je prinesel številne novosti v delovanje poslovnega, javnega in osebnega sveta. Korenito se je spremenil način komuniciranja. Delo računalnika – pomnenje je povezano s podatkovnimi bazami in dokumenti v elektronski obliki in takšen način izpodriva klasično pisarniško delo. Marsikatero do takrat nepogrešljivo delo je postalo nepotrebno in govorimo o izumrtju poklicev in izobraževanj. Postavlja pa se vprašanje trajnega pomnenja podatkov, ki jih lahko navežemo na nepredvidljive naravne nesreče in temeljna čleveška nesoglasja, ki privedejo do vojn. Globalizacija v smislu poenotenja medijev, ki jih uporabljamo v namen komuniciranja je povzročila, da vse več uporabnikov tako v osebnem kot poslovnem življenju uporablja različne naprave za enotno elektronsko komunikacijo.

Prednosti in slabosti elektronskega pomnenja podatkov in primerjava med klasičnim

Z uveljavitvijo elektronskega poslovanja se je uveljavila tudi elektronska hramba podatkov in dokumentov v celoti. Ta hramba je bistveno učinkovitejša (dostopni časi, kraj dostopa, prostorska zasedenost,..). Možna je izguba shranjenih podatkov. Izgubimo jih lahko zaradi okvare opreme, izgube energije,.. Podatke lahko hranimo na zmogljivih strežnikih v varnem okolju in neprekinjenem delovanju. Vsekakor obstajajo pravila – standardi, ki določajo kako je potrebno hraniti podatke javnega značaja (hramba na različnih lokacijah). S tega stališča je hramba elektronskih podatkov varnejša od hrambe podatkov v drugih oblikah.

Z elektronsko hrambo klasičnega gradiva prihranimo precej prostora in časa ter s tem seveda denarja. Taka hramba je primerna predvsem tam kjer imamo velike količine gradiva. Zakonodaja v RS in tudi drugje izenačuje elektronske oblike s papirnato, kar pomeni, da ima elektronska oblika pravno veljavo tako kot klasična. Od leta 2000 velja enakovrednost zapisov tako elektronkega kot klasičnega. Tako vsak izvirnik v elektronski obliki šteje za izvirnik. Če na papirju razlikujemo med izvirnikom in kopijami, takšnega razlikovanja v elektronski obliki zakonodaja ne predvideva. Če so nekoč veljale knjižnice za največja skladišča človeškega znanja, danes to vlogo prevzema svetovni splet. Splet preko računalniškega omrežja vsebuje ogromne količine podatkov, ki so tako krajevno, časovno neomejeno dosegljive.

Prednosti elektronskega hranjenja podatkov v primerjavi s klasično papirno hrambo:

kratki dostopni časi krajši dostop do hrambe podatkov manjše prostorske zahteve – prihranek na prostoru hranjenje kopij na različnih mestih vsak izvirnik v el. obliki pomeni izvirnik neomejen dostop iz kateregakoli mesta na Zemlji

Page 21: Uporaba informacijske komunikacijske tehnologije

Funkcije računalnika 20

Slabosti elektronskega hranjenja podatkov v primerjavi s klasično papirno hrambo:

izguba podatkov zaradi okvare opreme, nedostopnost zaradi prekinitve napajanja, varnost in zasebnost podatkov na strežnikih, trajnost zapisov pomnilnih medijev, berljivost podatkov in medijev zaradi tehnološkega napredka.

4.3 Prenos podatkov

Prenos podatkov se predvsem nanaša na izmenjavo podatkov med računalniki. Če želimo prenašati podatke, moramo računalnike povezati med sabo preko omrežja. Omrežja so lahko lokalna, mestna in svetovna. O lokalnih povezavah govorimo takrat, ko manjšo skupino računalnikov povežemo med sabo bodisi kot samostojne ali kot delovne postaje (službeno omrežje, učilnica,..).

Omrežna skupina tega tipa se imenuje LAN (Local Area Network – obseg nekaj Km). Mestna omrežja, ki povezujejo med sabo računalnike v širšem območju (mesto, upravne enote,..). Omrežna skupina tega tipa se imenuje MAN (Metropolitan Area Network – obseg nekaj 10 Km). WAN (World Area Network) pa so omrežna skupina širšega območja – nad 10 Km. Največje računalniško omrežje, ki se razprostira preko celega sveta je Internet. Izmenjava podatkov danes omogoča, da uporabniki informacijske tehnologije lahko svoje potrebe po izmenjavi podatkov kupujejo, sodelujejo, poslujejo, igrajo,.. Tako informacijska tehnologija uporabnikom omogoča in ustvarja navidezne ali virtualne svetove v katerih pa se najde vsak posameznik, skupina, društva, ustanove. Takšni svetovi nam korenito spreminjajo naš način življenja saj je prejemanje, iskanje, posredovanje informacij hitro in cenovno ugodno.

Slika 23: Omrežje Vir: http://goo.gl/a3VAbw

Slika 24:Internet Vir: http://goo.gl/pPWE9D

Slika 25:Omrežje ARNES Vir: http://goo.gl/pPWE9D

Page 22: Uporaba informacijske komunikacijske tehnologije

Funkcije računalnika 21

Zanesljiva in zmogljiva infrastruktura je osnova za uspešno zagotavljanje storitev. Sem štejemo tako vozlišča omrežja, povezave med vozlišči, mednarodne povezave in povezave do drugih ponudnikov v Sloveniji kot tudi varen in zanesljiv sistemski prostor, potreben za namestitev strežnikov in ostale aktivne opreme.

Večina teh dejavnosti nosi predpono »e« (e-šolstvo, e-pošta, e-bančništvo,..). Za vse storitve je značilno da temeljijo na prenosu podatkov med računalniki po omrežju. Primer elektronskega poslovanja je način poslovanja, ki za svoje delovanje uporablja informacijsko tehnologijo. Primer poslovanja trgovin (kupec – trgovina – banka).

Prenos podatkov vpliva tudi na socialno komunikacijo med ljudmi – nov način komuniciranja in sodelovanja (Družbeni mediji). Takšna omrežja omogočajo posameznikom in skupinam, da med sabo klepetajo, si izmenjujejo koristne informacije in znanja (elektronska pošta, takojšnje sporočanje, igranje,..) in niso omejeni glede materialnih resursov, bližine in začasnosti. Posameznik ima preko socialnih omrežij možnost navezovanja in ohranjanja stikov z drugimi ljudmi, ki jih sicer ne bi videl niti jih imel možnost spoznati ali srečati. Posameznik si lahko tako gradi novo lastno omrežje poznanstev in prijateljstev. Ti stiki so lahko trajni ali pa jih posameznik lahko po mili volji prekine v kolikor mu niso všeč oziroma posegajo v njegov socialni krog.

Slika 26: Infrastruktura – osnova za zagotavljanje storitev Vir: http://www.arnes.si/infrastruktura.html

Page 23: Uporaba informacijske komunikacijske tehnologije

Enote za merjenje informacije 22

5 ENOTE ZA MERJENJE INFORMACIJE

5.1 Vrste zapisa informacij

Informacije prikazujemo v osnovi na dva na načina in ju tudi najpogosteje srečujemo v naravi in v našem vsakdanjem življenju. Pogled na našo uro na zapestju in pogled na uro v našem mobilnem telefonu. Pogled na števec hitrosti v avtomobilu in na merilnik nivoja goriva. Informacije so prikazane v analogni in digitalni obliki.

… …  

 

 

 

 

 

5.2 Merjenje informacij

Osnovna enota merjenja informacij je Bit. 1 bit informacije dobimo z odgovorom na vprašanje, pri katerem sta možna natanko dva enako verjetna odgovora.

I - količina informacije [bit] n - število enakovrednih izidov

Število kovancev Število možnih izidov

n

Vrednost informacije / bit

I

2 1

4 2

8 3

Količino informacij lahko tudi računsko ovrednotimo z enačbo 2I = n.

Slika 27: Analogni in digitalni prikaz merjene veličine Vir: Lasten

Slika 28: Vrednost informacije Vir: Lasten

Page 24: Uporaba informacijske komunikacijske tehnologije

Enote za merjenje informacije 23

5.3 Enote za merjenje informacij

Tabela 2:Enote za merjenje informacij

Predpona Ime Velikost

1 b bit 0 ali 1 1 B byte (zlog, byte) 8 bitov 1 KB kilobyte 210 B = 1024 B = 8192 b 1 MB megabyte 220 B = 104856 B = 1024 KB 1 GB gigabyte 230 B = 1.073.741.824 B = 1024 MB 1 TB terabyte 240 B = 1024 GB 1 PB petabyte 250 B 1 EB exabyte 260 B 1 ZB zetabyte 270 B 1 YB yotabyte 280 B Vir: Lasten

5.4 Številski sestavi

Za predstavitev podatkov in naslovov uporabljamo v računalništvu dva številska sestava:

dvojiški ali binarni šestnajstiški ali heksadecimalni

redkeje pa desetiški in osmiški.

5.4.1 Desetiški sestav

Nam zelo dobro poznan pozicijski številski sestav je desetiški številski sestav, katerega strukturo lahko predstavimo s polinomom oblike:

N = anBn + ... + a2B2 + a1B1 + a0B0 + a-1B-1 + a-2B-2+ ... kjer pomenijo posamezne oznake:

N ... desetiški zapis števila, a ... koeficient polinoma, n ... stopnja polinoma oziroma število celih mest števila, B ... baza ali osnova številskega sestava (za desetiški sestav je osnova 10), Bn-1, Bn-2, ... ,B0, B-1 ... utežna vrednost.

Primer: Zapis števila 236,12 v polinomski obliki

236,12 (10) 2x102 3x101 6x100 1x10-1 2x10-2 2 x 100 3x10 6x1 1x0,10 2x0,01 236,12 (10) 200 30 6 0,1 0,02

236,12 = 2·102 + 3·101 + 6·100 + 1·10-1 + 2·10-2

Page 25: Uporaba informacijske komunikacijske tehnologije

Enote za merjenje informacije 24

Na zgledu desetiškega sestava prikazana organizacija zapisa števila velja za vse pozicijske sestave, razlikujejo se le v osnovi ali bazi sestava ter v vrednostih koeficientov polinoma. V desetiškem sestavu je osnova 10, koeficienti pa lahko zavzamejo vrednosti 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, kar je deset različnih vrednosti, ki jih imenujemo tudi števke ali cifre številskega sestava.

5.4.2 Dvojiški sestav

Osnova ali baza B dvojiškega sestava je 2, zapis poljubnega celega števila N pa oblikujemo po naslednji vrsti:

N = an·2n + ... + a2·22 + a1·21 + a0·20 + a-1·2-1 + a-2·2-2+ ... kjer pomenijo posamezne oznake: 

an – koeficient, 2 – osnova, n – mesto v zapisu.

V tem zapisu lahko ai zavzame le vrednosti 0 in 1 ter predstavlja koeficient polinoma dvojiškega zapisa, števka 2 pa predstavlja osnovo ali bazo dvojiškega sestava (B), n pa je število mest v zapisu.

Primer: Zgled dvojiškega zapisa z decimalnim delom

101,01(2) 1x22 0x21 1x20 0x2-1 1x2-2

1x4 0x2 1x1 0x0,5 1x0,25

5,25 (10) 4+ 0+ 1+ 0+ 0,25

 

101,01 = 1·22+0·21+1·20+0·2-1+1·2-2

Primer: Pretvori desetiško število 178910 v dvojiški številski sistem

1789 : 2 = 894 ost. 1 894 : 2 = 447 ost. 0 447 : 2 = 223 ost. 1 223 : 2 = 111 ost. 1 111 : 2 = 55 ost. 1 55 : 2 = 27 ost. 1 27 : 2 = 13 ost. 1 13 : 2 = 6 ost. 1 6 : 2 = 3 ost. 0 3 : 2 = 1 ost. 1 1 : 2 = 0 ost. 1 178910 = 110111111012

Primer: Pretvori dvojiški sistem 110111111012 v desetiški

210 29 28 27 26 25 24 23 22 21 20

1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1

Page 26: Uporaba informacijske komunikacijske tehnologije

Enote za merjenje informacije 25

110111111012 = 1*210 +1*29+0*28 +1*27 +1*26 +1*25 +1*24 +1*23 +1*22 +0*21 +1*20 = 1024 + 512 + 0 + 128 + 64 + 32 + 16 + 8 + 4 + 0 + 1 = 178910

5.4.3 Osmiški sestav

Osnova ali baza B tega sestava je 8, zapis poljubnega celega števila N pa oblikujemo po naslednji vrsti:

N = an·8n + ... + a2·82 + a1·81 + a0·80 + a-1·2-1 + a-2·2-2+ ...

V tem zapisu lahko ai zavzame vrednosti med 0 in 7 ter predstavlja koeficient polinoma osmiškega zapisa, števka 8 pa predstavlja osnovo ali bazo osmiškega sestava B, n pa je število mesta v zapisu.

Primer: zgled osmiškega zapisa z decimalnim delom

402,6 (8) 4x82 0x81 2x80 6x8-1 4x64 0x8 2x1 6/8 258,75 (10) 256+ 0+ 2+ 0,75 Primer:

1789 : 8 = 223 + 5 223 : 8 = 27 + 7 27 : 8 = 3 + 3 3 : 8 = 0 + 3 178910 = 33758

Primer: pretvorba osmiškega števila 33758 v desetiško število

33758 = 5*80 + 7*81 + 3*82 + 3*83 = 5 + 56 + 192 + 1536 = 178910

5.4.4 Šestnajstiški sestav

Osnova ali baza B tega sestava je 16, zapis poljubnega celega števila N pa oblikujemo po naslednji vrsti:

N = an·16n + ... + a2·162 + a1·161 + a0·160 + a-1·16-1 + a-2·16-2+ ...

V tem zapisu lahko ai zavzame vrednosti: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E, F ter predstavlja koeficient polinoma šestnajstiškega zapisa, števka 16 pa predstavlja osnovo šestnajstiškega sestava B, n pa je število mesta v zapisu. V literaturi se pogosto uporablja oznaka h ali $ za označevanje šestnajstiškega ali heksadecimalnega zapisa.

Na primer: 1C(16) lahko zapišemo $1C ali 1Ch. Šestnajstiške števke A, B, C, D, E in F smemo pisati tudi z malimi črkami a, b, c, d, e, f. Primer: 1789 : 16 = 111 + 13 111 : 16 = 6 + 15 6 : 16 = 0 + 6 6 15 13 = 6FD16

Primer: pretvori šestnajstiško število 6FD16 v desetiško število

Page 27: Uporaba informacijske komunikacijske tehnologije

Enote za merjenje informacije 26

6FD16 = 13*160 + 15*161 + 6*162 = 13 + 240 + 1536 = 178910

5.4.5 Primeri pretvarjanja med različnimi številskimi sistemi

Pretvori dvojiško število 10111101112 v : a. osmiški številski sistem, b. desetiški številski sistem in c. šestnajstiški številski sistem.

a. osmiški številski sistem

10111101112 = 1 011 110 111 =1(=1) 011(=3) 110(=6) 111(=7) = 13678

b. desetiški številski sistem 10111101112 = 1*20 + 1*21+ 1*22+ 0*23 + 1*24 + 1*25 + 1*26 + 1*27+ 0*28 + 1*29 = 1 + 2 + 4 + 16 + 32 + 64 + 128 + 512 = 75910

c. šestnajstiški številski sistem 10111101112 = 10 1111 0111 =10(=2) 1111(=F) 0111(=7) = 2F716

Pretvori osmiško število 30378 v : a. dvojiški številski sistem, b. desetiški številski sistem in c. šestnajstiški številski sistem.

a. dvojiški številski sistem

30378 = 011(=3) 000(=0) 011(=3) 111(=7) = 110000111112 b. desetiški številski sistem

30378 = 3*83 + 0*82 + 3*81 + 7*80= 1536 + 24 +7=156710 c. šestnajstiški številski sistem

30378 = 011(=3) 000(=0) 011(=3) 111(=7) = 110 0001 11112 = 61F16

Pretvori šestnajstiško število 3AE v a. dvojiški številski sistem, b. desetiški številski sistem in c. osmiški številski sistem.

a. dvojiški številski sistem,

3AE16=11 1010 1110 = 11101011102

b. desetiški številski sistem 3AE16 = 14*160 + 10*161 + 3*162 = 14 + 160 + 768 = 94210

c. osmiški številski sistem 3AE16= 11101011102 = 1 110 101 110 = 16568

Pretvori dvojiško število 101,1012 v desetiško število. 101,1022 = 1*22 + 0*21 + 1*20 +1*2-1 + 0*2-2 + 1*2-3 = 5.67510

Pretvori dvojiško število 1101101,11 v šestnajstiški številski sistem! 1101101,11 [2] = 0110 1101 , 1100 [2] 6 D , C [16] 1101101,11 [2] = 6D,C [16] Pretvori dvojiško število 1101101,11 v osmiški številski sistem! 1101101,11 [2] =

Page 28: Uporaba informacijske komunikacijske tehnologije

Enote za merjenje informacije 27

001 101 101 , 110 [2] 1 5 5 , 6 [8] 1101101,11 [2] = 155,6 [8] Pretvori desetiško število 109,75 v dvojiški številski sistem! 109,75 [10] = ? [2] Celi del: 109 : 2 = 54, ostane 1 54 : 2 = 27, ostane 0 27 : 2 = 13, ostane 1 13 : 2 = 6, ostane 1 6 : 2 = 3, ostane 0 3 : 2 = 1, ostane 1 1 : 2 = 0, ostane 1 1101101 Neceli del: 0,75 2 = 1,5 0,50 2 = 1,0 0,00 2 = 0,0 0,11000... Rezultat: 109,75 [10] = 1101101,11 [2] Pretvori desetiško število 6,562510 iz decimalnega sistema v dvojiški sistem. Pretvorba celoštevilčnega dela:

6=2*3+0 3=2*1+1 1=2*0+1 R:110

Pretvorba decimalnega dela: 0,5625*2=1 ,1250 0,1250*2=0 ,2500 0,2500*2=0 ,5000 0,5000*2=1 ,0000 R:1001

R: 110,1001

Page 29: Uporaba informacijske komunikacijske tehnologije

Osnovni princip delovanja računalnika 28

6 OSNOVNI PRINCIP DELOVANJA RAČUNALNIKA

Spoznali bomo model računalnika, po katerem je danes grajena velika večina sodobnih računalnikov. To je običajno eno od uvodnih poglavjih v računalništvo. Spoznali bomo tudi njegove pomanjkljivosti in alternativne rešitve.

6.1 Von Neumannov model računalnika

Tradicionalna zgradba računalnika, imenovana po njenem tvorcu, Johnu (Josephu, Jacsiju) von Neumannu, ki je leta 1945 napisal predlog za gradnjo novega elektronskega računalnika. Leta 1946 je von Neumann objavil delo v katerem je podrobno opisal princip delovanja računalnika. Velika večina današnjih računalnikov se uvršča v skupino tako imenovanih von Neumannovih računalnikov, ki imajo skupnega predhodnika v računalniku IAS.

Računalnik je sestavljen iz treh sestavnih delov: vhodno-izhodnih enot, centralno-procesne enote in glavnega pomnilnika. Računalnik uporablja enoten pomnilnik za pomnjenje tako ukazov kot podatkov. Centralna procesna enota je ločena od pomnilnika. Do danes še ni nihče predlagal boljše arhitekture kot je arhitektura po von Neumanu, ki je kot izhodišče postavil naslednje zahteve:

sestavljajo ga 3-osnovni deli: CPE, glavni pomnilnik in V/I enote, to je stroj, s shranjenim programom v glavnem pomnilniku in vodi delovanje stroja, ukazi, ki sestavljajo program se izvajajo zaporedno eden za drugim, za prenos podatkov in ukazov se uporablja enotno vodilo med sestavnimi deli, zato do

podatkov in ukazov ne moremo priti sočasno ( to je tudi ozko grlo von Neumanovega modela, ki omejuje hitrost obdelave).

 

 

6.2 Centralna procesna enota

Centralna procesna enota (CPE) prejema ukaze iz pomnilnika in jih izvršuje drugega za drugim v taktu, ki ga določa ura. CPE pogosto pravimo kar procesor. V von Neumannovem računalniku se večina dogajanja odvija v CPE ali pod njenim nadzorom. Osnovna funkcija CPE je, da iz glavnega pomnilnika jemlje ukaze in jih izvršuje. Beseda centralna se uporablja zato, da poudarimo dejstvo, da je večina kontrolnih funkcij nekega računalnika koncentrirana v tej enoti.

Slika 29: Von Neumannov model računalnika Vir: http://goo.gl/WHSwcM

Slika 30: CPE Vir: http://goo.gl/WHSwcM

Page 30: Uporaba informacijske komunikacijske tehnologije

Osnovni princip delovanja računalnika 29

Centralno procesno enoto običajno delimo na tri dele: krmilno (kontrolno, upravljalno, nadzorno) enoto, aritmetično-logično enoto in registre.

Krmilna enota nadzoruje in usklajuje delovanje posameznih enot računalnika. Bere ukaze iz programa, zapisanega v strojni obliki, jih dekodira in krmili njihovo izvajanje. Funkcije krmilne enote:

krmili, nadzoruje in usklajuje delovanje vseh enot računalnika, organizira prenos podatkov, razpoznava in analizira ukaze, skrbi za pravilno izvajanje ukazov.

Aritmetično-logična enota je namenjena računanju s celimi števili. Opravlja operacije seštevanja, odštevanja, množenja, deljenja, ugotavljanje relacij enakosti, večjega in manjšega. Registri so hitre pomnilne celice in so integrirane v CPE.

6.3 Glavni pomnilnik

Glavni pomnilnik je primarni ali hitri pomnilnik. V glavnem pomnilniku se nahajajo ukazi in operandi, ki jih uporablja CPE. Besedo glavni uporabljamo zato, da ga razlikujemo od pomožnega pomnilnika in tudi od drugih pomnilnikov, ki nastopajo v današnjih računalnikih.

Večina računalnikov ima več nivojsko pomnilniško hierarhijo. Vsak nivo ima svoj namen, drugačno hitrost in velikost. Glavni pomnilnik je razdeljen na pomnilniške besede ali lokacije, od katerih ima vsaka svoj enoličen naslov.

6.4 Vhodno-izhodni sistem

Vhodno-izhodni sistem služi za prenos informacije med zunanjim svetom ter CPE in pomnilnikom. Del vhodno-izhodnega sistema so pogosto tudi vhodno-izhodne naprave (npr. tipkovnica, miška, tiskalnik, prikazovalniki, magnetni diski, telefonske linije, monitor, …), ki pretvarjajo informacijo iz oblike, ki jo uporablja CPE v obliko, ki je primerna za človeka ali kakega drugega uporabnika (npr. CNC stroje, merilne instrumente). Vhodno-izhodne naprave, ki jih včasih imenujemo tudi periferne naprave, so pri večini računalnikov najvidnejši in fizično največji del računalnika.

6.5 BIOS

BIOS (Basic Input Output System) je bralni pomnilnik, iz katerega lahko samo beremo, ne moremo pa vanj vpisovati. Tovrstni pomnilnik v osebnem računalniku se imenuje ROM-BIOS. V njem so shranjeni podatki o strojni opremi in osnovna navodila za zagon računalnika. Podatki se v ROM po navadi zapišejo že med postopkom izdelave računalnika. Prav tako se ti podatki ne izbrišejo, ko ugasnemo računalnik! Aplikacijski programi zato v ROM ne morejo zapisovati podatkov.

Ko zaženemo računalnik se izvede več korakov, kot so inicializacija BIOS-a, nalaganje operacijskega sistema, inicializacija naprav in prikaz pogovornega okna za vnos gesla za prijavo. Takoj po zagonu računalnika se najprej izvede POST (Power On Self Test) rutina.

Slika 31: Pomnilniška hierarhijaVir: http://goo.gl/B4CiI3

Page 31: Uporaba informacijske komunikacijske tehnologije

Osnovni princip delovanja računalnika 30

POST preveri, koliko pomnilnika je na voljo in ali so prisotne vse naprave potrebne za zagon operacijskega sistema (npr. tipkovnica).

"Takoj po tej rutini BIOS v računalniku poišče zagonski disk. To je lahko trdi disk, disketa, CD-ROM - odvisno od nastavitev v BIOS-u. Na tem mestu bomo privzeli, da se operacijski sistem nahaja na trdem disku, zato se najprej prebere prvi sektor diska, ki vsebuje Master Boot Record in tabelo particij (Partition Table). BIOS nato preda nadzor MB zapisu" (Bergles in Bojanc, 2006).

Page 32: Uporaba informacijske komunikacijske tehnologije

ZGRADBA RAČUNALNIKA – strojna oprema 31

7 ZGRADBA RAČUNALNIKA – STROJNA OPREMA

V tem poglavju se bomo učili o računalniški arhitekturi. Spoznali bomo bistvene naprave in sestavne dele računalnika. Računalnik v ožjem smislu sestavljajo deli, ki so vgrajeni v njegovo ohišje. Vendar pa nanj priključujemo tudi druge naprave, ki olajšajo uporabo računalnika ali/in omogočajo izvajanje različnih opravil kot npr. zajem podatkov, prenos podatkov, tiskanje, poslušanje glasbe…

7.1 Računalniške komponente

 

 

 

 

 

 

 

V ohišju računalnika najdemo matično ploščo (angl. motherboard, tudi mainboard), ki vsebuje vsa potrebna vodila in sisteme za povezavo ostalih delov. Po navadi vsebuje: ležišče za procesor,

ležišča za RAM module,

AGP ležišče za grafično kartico,

PCI ležišča za ostale (razširitvene) kartice,

priključke vodil EIDE in SCSI za trde diske, disketne enote, CD-ROM enote, DVD enote...,

priključke za napajalnik,

BIOS – ROM z osnovnim operacijskim sistemom za delovanje vhodno/izhodnih enot,

osnovna vhodno/izhodna vrata (tipkovnica, miška, vzporedna in zaporedna vrata, USB...).

Na matični plošči je nameščen procesor, RAM, ROM-BIOS, grafična kartica, zvočna kartica. Nanjo so priključene pomnilniške naprave (npr. trdi disk, DVD pogon) in periferne ali zunanje naprave (npr. tipkovnica, miška, zaslon, tiskalnik, risalnik, optični čitalnik, digitalni fotoaparat). Periferne naprave delimo glede na smer komunikacije človeka z računalnikom na:

vhodne, preko katerih dajemo računalniku navodila (tipkovnica, miška, optični čitalnik, digitalni fotoaparat,…),

izhodne, preko katerih računalnik posreduje rezultate dela (zaslon, tiskalnik, risalnik…),

vhodno-izhodne, preko katerih dajemo računalniku navodila, računalnik pa posreduje rezultate obdelav (zaslon na dotik,…).

Slika 2: Sestavni deli računalnika Vir: http://goo.gl/QxHm5i

Page 33: Uporaba informacijske komunikacijske tehnologije

ZGRADBA RAČUNALNIKA – strojna oprema 32

7.2 Mikroprocesor

Mikroprocesor predstavlja možgane in pogonsko silo vsakega osebnega računalnika. V računalniku nadzira vse periferne naprave, skrbi za pravilno izvajanje programske kode, in izvaja zapletene aritmetične operacije.

Prvi mikroprocesor je izdelal Intel leta 1971, ki ga je poimenoval Intel 4004. Procesor so v osebnih računalnikih, kot ga je standardiziral IBM, uporabili šele 10 let kasneje. Poleg podjetja Intel je tu še proizvajalec AMD, ki ne predstavlja resne konkurence. Ob prelomu tisočletja je obstajalo še podjetje VIA/Cyrix, ki pa ni zmoglo tekmovati s proizvajalcema Intel in AMD. Poleg Intela je svojo moč kazalo tudi podjetje Motorola s procesorjem MC6800, ki se je uporabljal bolj v tehničnih napravah kakor računalnikih.

V dobrih tridesetih letih od nastanka prvih procesorjev se je zmogljivost teh naprav več tisočkrat povečala in snovalci prvega procesorja si verjetno niti približno niso mogli predstavljati revolucije, ki so jo sprožili s svojim izdelkom. Procesorji so prodrli na številna področja našega življenja, čeprav velika večina ob procesorjih pomisli predvsem na tiste, ki so vgrajeni v računalnikih. Najdemo jih v gospodinjskih aparatih, avtomobilih, krmilnih napravah, industrijskih strojih itd. Nostalgiki se gotovo še spomnijo predhodnikov današnjih osebnih računalnikov:

Leta 1981 je IBM za svoje osebne računalnike (PC) izbral Intelov procesor 8088, ki je deloval s frekvenco 4,77 MHz, kar je določilo začetno prevlado Intel. Prvi PC tedaj je vseboval operacijski sistem DOS 1.0, ki ga je razvilo podjetje Microsoft, od tod tudi naveza Intel-Microsoft. Prvi mikroračunalnik je bil sestavljen iz nabora štirih čipov:

4001 - programski ROM pomnilnik,

4002 - podatkovni registri,

4003 - vhodno-izhodne razširitve,

4004 - centralna procesna enota.

Zgodovina osebnih računalnikov sovpada z zgodovino mikroprocesorjev za osebni računalnik. Tabela 2. prikazuje modele procesorjev, njihove frekvence delovanja ter letnico prihoda na tržišče.

Slika 33: Shema povezljivosti pomnilnika in drugih naprav Vir: Škraba, 2002, 23

Page 34: Uporaba informacijske komunikacijske tehnologije

ZGRADBA RAČUNALNIKA – strojna oprema 33

Tabela 3: Frekvence delovanja procesorjev in letnica izdelave

Tip procesorja Frekvenca Leto Bitov

4004 (50 kHz) 1969 4 bitni

8008 (200 kHz) 1972 4 bitni

8080 (2 MHz) 1974 8 bitni

8086/88 XT (4 MHz) 1978 16 bitni

80286 AT (12 MHz) 1982 16 bitni

80386 (25 MHz) 1984 32 bitni

80486 (120 MHz) 1989 32 bitni

Pentium (233 MHz) 1993 32 bitni

Pentium 2 (450 MHz) 1997 32 bitni

Pentium 3 (1266 MHz) 1999 32 bitni

Pentium 4 (3.6 GHz) 2000 32/64 bitni

Pentium Dual Core (2.2GHz) 2003 32/64 bitni

Pentium Quad (2.8 GHz) 2006 32/64 bitni

Vir: Mueller, 2008, 801

 

Poleg hitrosti, so nekatere generacije procesorjev skozi obdobje razvoja pridobivale tudi nove tehnološke rešitve. Povečuje se velikost predpomnilnika, dodajajo se cevovodi.

7.2.1 Zgradba mikroprocesorjev

Mikroprocesor je centralna procesna enota, sestavljena na eni ali več polprevodniških ploščicah ali čipih. Vsak procesor vsebuje vsaj krmilno enoto, enoto za obdelavo podatkov (ALU) ter najnujnejše notranje pomnilnike – registre.

 

 

 

Krmilna enota usklajuje delovanje posameznih delov mikroprocesorja po navodilih programske kode. Krmilna enota bere ukaz za ukazom iz programa, zapisanega v strojni obliki, jih dekodira in preko množice krmilnih signalov krmili njihovo izvajanje. Sestavljena je iz:

jedra krmilne enote: krmili delovanje mikroprocesorja,

ukaznega registra: sprejme naslednji ukaz, ki ga mora mikroprocesor izvesti,

ukaznega dekodirnika: dekodira ukaz in generira krmilne signale za njegovo izvedbo,

programskega števca: določa naslov naslednjega ukaza, ki se mora izvesti.

Slika 34: Osnovne komponente v mikroprocesorju Vir: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/sl/c/cd/Zgradba_cpe.png

Page 35: Uporaba informacijske komunikacijske tehnologije

ZGRADBA RAČUNALNIKA – strojna oprema 34

Aritmetična enota skrbi za izvajanje operacij nad podatki, ki jih obdeluje program. Ta je sposobna opraviti različne matematične in logične operacije nad podatki. Starejši procesorji imajo samo eno tako enoto, novejši pa jih imajo več. Več aritmetično logičnih enot poveča zmogljivost, saj se lahko izvršuje več ukazov naenkrat.

Registri služijo za začasno hranjenje in obdelavo podatkov in njihovih naslovov. Izvedeni so kot zelo hitre pomnilne celice. Določeni registri so programerjem dostopni, določeni so namenjeni izključno za interno rabo procesorja.

Registre v CPE lahko razdelimo v dve skupini glede na to, ali so vidni oziroma dostopni gledano s strani programerja. V prvi skupini so programsko dostopni registri, v katere programer v skladu s potrebami shranjuje operande in nad katerimi izvaja operacije. V drugi skupini so registri, ki jih programer ne vidi, torej programsko nedostopni, vendar so nujno potrebni za delovanje CPE. Taki registri so na primer naslovni (adress register, AR), podatkovni (data register, DR), in ukazni register (instruction register, IR). Poleg njih pa še drugi, ki so skriti v logiki aritmetično-logične enote in kontrolne enote in na katerih vsebino programer ne more neposredno vplivati (čeprav ukazi vplivajo na registre posredno).

7.2.2 Delitev mikroprocesorjev

V grobem delimo mikroprocesorje glede na dolžino besede, glede na nabor ukazov in glede na pomnilniško arhitekturo.

(Prva delitev) Glede na dolžino besede jih delimo na 4, 8, 16, 32, 64-bitne. Razlikovati moramo med dolžino notranje in zunanje besede. Dolžina notranje besede je določena z arhitekturo mikroprocesorjev (širino notranjih poti, velikostjo registrov, dolžino besede, ki jo lahko v enem koraku obdela aritmetična enota), dolžina zunanje besede pa s številom podatkovnih priključkov na čipu. Za označevanje procesorjev jemljemo običajno zunanje poti, še popolnejše pa je omeniti oboje. Važen podatek je tudi dolžina naslova, ki omejuje količino neposredno naslovljivega pomnilnika.

(Druga delitev) Po kompleksnosti nabora ukazov, načinov naslavljanja operandov in po sorodnih značilnostih delimo mikroprocesorje na CISC (Complex Instruction Set Computers) in RISC (Reduced Instruction Set Computers). Nastanek RISC mikroprocesorjev je bil odgovor na hitro naraščajočo kompleksnost zaradi povečevanja števila ukazov in načinov naslavljanja ob pojavu 16-bitnih mikroprocesorjev. Na osnovi statističnih rezultatov o pogostosti posameznih ukazov so sestavili njihov najožji možni nabor, s čemer se bistveno zmanjša kompleksnost poveča hitrost pripadajočega dekodirnika ukazov.

CISC (Compex Instruction Set Computer): veliko ukazov, kompleksni ukazi (veliko strojnih ciklov za izvajanje ukaza), lažje programiranje, dražja izdelava.

RISC (Reduced Instruction Set Computer): malo ukazov, preprosti ukazi (hitrejše izvajanje), težje programiranje, cenejša izdelava.

Slika 35: Vodila in sestava računalniške besede Vir: http://goo.gl/xDRqSn

Page 36: Uporaba informacijske komunikacijske tehnologije

ZGRADBA RAČUNALNIKA – strojna oprema 35

(Tretja delitev) Po načinu hranjenja podatkov in programske kode. Von Neumannov model hrani podatke na istem mestu kot programsko kodo, Harvardski model strogo ločuje podatke in programsko kodo.

Vsak računalnik, ki je skladen s Von Neumannovo arhitekturo, deluje tako, da vsak ukaz v obdelavi vzame iz glavnega pomnilnika. Ukazi se v pomnilniku nahajajo eden za drugim, razen v primeru, ko skok ali prekinitvena rutina spremenita tok izvajanja ukazov.

Pri vsakem ukazu razlikujemo naslednja dva koraka:

Jemanje ukaza iz pomnilnika (angl. fetch). V prvem urinem ciklu prevzamemo ukaz. Ukaz oziroma koda ukaza se vedno vzame iz tiste lokacije glavnega pomnilnika, na katero kaže programski števec PC. Programski števec PC vsebuje naslov aktualne pomnilniške lokacije, iz katere se prebere ukaz.

Izvrševanje ukaza (angl. execution). Ko je ukaz dospel v ukazni register, se lahko ukaz izvede. Za izvedbo ukaza po navadi potrebujemo še operande, nad katerimi se ukaz izvrši. Niso pa vsi ukazi takšni, ki bi potrebovali operande. Po končanju izvrševanja ukaza se naslov programskega števca poveča za ena ter tako kaže na naslov naslednjega ukaza.

Procesor torej v bistvu izvaja dve operaciji, "fetch" in "execute", ki ju stalno ponavlja. Zaporedno izvajanje ukazov se spremeni le v primeru skoka na izvajanje prekinitvene rutine ali če naleti na ukaz za skok "jump". Pri veliki večini programov prihaja do prekinitev razmeroma redko, npr. enkrat na 10.000 ali več ukazov.

Von Neumannovi računalniki se zaradi zaporedja izvajanja "fetch" in "execute" ukazno-pretokovni računalniki. To pomeni, da se ukazi izvajajo pod nadzorom programskega

Slika 37: Von Neumannov in Harvardski model hranjenja podatkov Vir: Škraba, 2002, 22

Slika 36: CISC in RISC Vir: http://goo.gl/vulCBo

Page 37: Uporaba informacijske komunikacijske tehnologije

ZGRADBA RAČUNALNIKA – strojna oprema 36

števca. Nasprotno od ukazno-pretokovnih računalnikov so tako imenovani podatkovno pretokovni, ki predstavljajo eno od predlaganih rešitev za ne-von Neumannove računalnike.

Za povečanje hitrosti CPE imamo na voljo naslednja dva načina:

z uporabo hitrejših logičnih elementov,

z uporabo večjega števila logičnih elementov (cevovod).

7.2.3 Registri

Registre si lahko predstavljamo kot pomnilniške lokacije, ki se nahajajo v notranjosti procesorja. Ker se registri nahajajo znotraj procesorja, so zelo hitro dostopni. Njihov namen je shranjevanje operandov CPE.

7.2.3.1 Akumulator

Akumulator pomeni univerzalni register za operande, nad katerimi se izvajajo aritmetične in logične operacije. Mnogi sodobni procesorji imajo po več akumulatorjev, v katerih so določene operacije dovoljene samo na nekaterih akumulatorjih.

7.2.3.2 Programski števec PC

Naloga programskega števca ali PC (angl. program counter) je, da vedno kaže na naslov pomnilniškega ukaza, ki se bo naslednji izvedel. Prvi računalnik, ki ga je uporabil je bil IAS. Vsak procesor, ki ima Von Neumannovo arhitekturo vsebuje programski števec. V različni literaturi imenujejo programski števec tudi ukazni števec (angl. instruction counter), ker kaže na naslove ukazov.

7.2.3.3 Indeksni register

Indeksni register je potreben v ukazih, ki uporabljajo indeksno naslavljanje. Pri tej vrsti naslavljanja ukaz vsebuje pomnilniški naslov, ki mu pravimo odmik.

7.2.3.4 Skladovni kazalec

Sklad je posebna podatkovna struktura, katero programerji zelo radi uporabljajo. Na sklad se podatki nalagajo zaporedno ter se iz njega jemljejo v obratnem vrsten redu kot so bili v sklad položeni.

Druga uporaba sklada je procesne narave in se uporablja pri prekinitvah. Ko procesor pride do prekinitve, naloži vse svoje registre na sklad ter jih povrne nazaj, ko se prekinitvena rutina konča. Za delo s skladom potrebujemo kazalec, ki kaže na zadnji podatek na skladu. Tak register se imenuje skladovni kazalec (angl. stack pointer). Pri nalaganju podatka pa se mora kazalec sklada spremeniti.

7.2.3.5 Statusni register

Centralna procesna enota shrani opis zadnjega izvedenega ukaza v statusni register. Bitom v tem registru pravimo zastavice. Različni procesorji imajo različne zastavice. Večinoma pa nastopajo naslednji štirje:

nič (angl. zero),

negativno (angl. negative),

prenos (angl. carry),

preliv (anl. overflow).

Page 38: Uporaba informacijske komunikacijske tehnologije

ZGRADBA RAČUNALNIKA – strojna oprema 37

7.2.3.6 Naslovni register

Naslovni register (adress register AR) hrani pomnilniške naslove operandov in ukazov. S pomočjo naslovnih registrov procesor dostopa do podatkov v glavnem pomnilniku. V prvem urinem ciklu se vpiše naslov želene pomnilniške lokacije v naslovni register. V naslednjem urinem ciklu se prenese podatek iz naslovljene pomnilniške lokacije v register procesorja.

7.2.3.7 Podatkovni register

Podatkovni register vsebuje podatek, ki ga procesor želi vpisati v pomnilnik ali pa vsebuje vsebino pomnilniške lokacije, ki jo je prebral iz pomnilnika.

7.2.3.8 Ukazni register

V ukaznem registru (angl. instruction register) se nahaja ukaz, ki ga procesor prenese iz glavnega pomnilnika.

7.3 Sodobni procesorji

Procesor velja za srce računalnika in pogosto enačimo zmogljivost računalnika kar z zmogljivostjo procesorja. Bitka med obema največjima izdelovalcema, Intelom in AMD, se bije že dolgo časa, tako da je na trgu pestra ponudba različnih procesorjev.

Takt delovanja je najbolj očiten podatek ob izbiri procesorja. Gre za vrednost, ki pove, s kakšno frekvenco niha urni signal procesorja. Nekdaj so procesorji v enem urinem signalu lahko izvedli le en ukaz. Dandanes to ne drži več, kljub temu pa je takt še vedno eden poglavitnih pokazateljev zmogljivosti procesorja in pri procesorjih z enakim jedrom lahko rečemo, da večji takt delovanja pomeni tudi večjo zmogljivost.

7.3.1 Takt

Pri frekvenci delovanja procesorjev poznamo notranji takt in zunanji takt delovanja. Procesorji, ki jih največ najdemo v današnjih osebnih računalnikih, delujejo z notranjim taktom od 2 do skoraj 4 GHz, takt pomnilniškega vodila pa je navadno 133 MHz, podatkovnega vodila za druge naprave pa 33 MHz.

7.3.2 Tehnologija izdelave

V zadnjem času je največ govora o tehnologiji izdelave procesorjev oziroma velikosti polprevodniških elementov procesorja. Podatek o tehnologiji izdelave nam pove, kako veliki so posamezni elementi na siliciju. Dosedanji procesorji so imeli 130 nanometrov velike tranzistorje. Gre za proizvodni proces, ki je že dodobra preizkušen in ga uporablja velika večina izdelovalcev zmogljivih polprevodniških čipov. Prehod na 90-nanometrski proces izdelave je bil nujen zaradi porabe energije. 130-nanometrski procesorji so namreč dosegli meje zmogljivosti, saj se procesorji s takti delovanja 3 GHz in več pri delu zelo grejejo, poleg tega pa porabijo tudi precej energije. Večina modernih procesorjev je zgrajena na 90 ali celo 65-nanometerski tehnologiji.

Slika 38: Procesorska rezina sodobnega procesorja

Vir: Mueller, 2008, 813

 

Page 39: Uporaba informacijske komunikacijske tehnologije

ZGRADBA RAČUNALNIKA – strojna oprema 38

Procesorji, ki so zgrajeni z manjšo nanotehnologijo, za delovanje potrebujejo manjšo napetost in porabijo manj energije. Posledica tega je, da se med delovanjem manj grejejo. Poleg tega je površina procesorja z manjšimi sestavnimi deli manjša, tako da lahko iz ene silicijeve rezine dobimo več procesorjev oziroma posameznemu enako velikemu procesorju dodamo več elementov ter s tem povečamo njegovo zmogljivost.

Za ilustracijo povejmo, da je Intel na konferenci ISSCC 2011, prvič razkril podrobnosti v zvezi z novo generacijo procesorjev Itanium. Aktualna linija z razvojnim imenom Tukwila, je po številnih prilaganjih in zamudah na trg zakorakala v začetku novega leta 2011. Tukwila je 4 jedrni procesor proizveden v 65-nanometerski tehnologiji in za naslednjo generacijo bo načrt dokaj podoben.

Z novimi procesorji Itanium s kodnim imenom Poulson, Intel prehaja neposredno na 32-nanometersko tehnologijo, a žal druge podrobnosti za enkrat še niso znane. Poznano je le, da bo novi Poulsen premogel 8 fizičnih jeder in skupno kar 3,1 milijarde tranzistorjev. Takt je višji od današnjih 1,73 GHz, medtem ko so se prvi sistemi, ki so temeljili na tehnologiji novih procesorjev pojavili nekje v letu 2012.

Podjetje Intel je vse doslej diktiralo razvoj osebnih in strežniških računalniških sistemov in kot vse kaže bo temu tako tudi v prihodnje. Že v naslednjem letu bo podjetje Intel ponudilo v prodajo procesorje družine Kaby Lake, ki bodo izdelani s pomočjo 14-nanometrske tehnologije in bodo iz prodajnih polic trgovin izpodrinili procesorje družine Skylake. Če bo šlo vse po načrtih, bo računalniški gigant prešel na 10-nanometrsko tehnologijo že leta 2017, na njeni osnovi pa bodo izdelane kar tri družine procesorjev, ki bodo občutno zmogljivejši od zdajšnjih, hkrati pa bodo pri delovanju znatno varčnejši z električno energijo, kar posledično pomeni, da se bodo pri tem manj segrevali.

Prva družina Intelovih procesorjev, izdelanih s pomočjo 10-nanometrske tehnologije, bo Cannonlake, pri čemer bodo ti na voljo v drugi polovici naslednjega leta. Nato bodo sledili procesorji družine Icelake, ki naj bi bili naprodaj v letu 2018, leto kasneje pa naj bi Intel ponudil v prodajo še procesorje družine Tigerlake. Še večji preskok na področju procesorske tehnologije pa se bo zgodil v letu 2020, saj bo podjetje Intel ponudilo v prodajo procesorje, izdelane s pomočjo 5-nanometrske tehnologije. Razvojna koda za te procesorje računalniškega giganta pa žal javnosti še ni bila razkrita.

7.3.3 Predpomnilnik

Na hitrost delovanja zelo vpliva tudi predpomnilnik. Gre za pomnilnik, vgrajen v jedro procesorja, v katerem so shranjeni podatki, do katerih ima procesor pogosto dostop.

Večji predpomnilnik navadno pomeni manj dostopov do glavnega pomnilnika, seveda pa le, če so podatki, ki jih procesor potrebuje, že v predpomnilniku. Pri tem precej pomagajo sodobni algoritmi, ki na podlagi že izvedenih ukazov predvidevajo, katere podatke bo procesor še potreboval, in jih predčasno prenesejo iz glavnega pomnilnika v predpomnilnik. Tipično ima današnji procesor med 2 MB in 8 MB predpomnilnika.

Predpomnilnik je pri procesorjih navadno večstopenjski (večinoma ima dve stopnji). Takt pomnilniškega vodila vpliva na to, kako hitro se podatki iz pomnilnika prenašajo v procesor in nasprotno. Povezava med procesorjem in pomnilnikom je že nekaj časa ozko grlo računalnikov, tako da je zelo pomembno, da je prenos podatkov po pomnilniškem vodilu čim

Page 40: Uporaba informacijske komunikacijske tehnologije

ZGRADBA RAČUNALNIKA – strojna oprema 39

hitrejši. Današnji pomnilniški krmilniki navadno omogočajo tudi dvokanalni dostop do pomnilnika, tako da v enem ciklu prenesemo dvakrat toliko podatkov.

L1 cache je vgrajen v sredico mikroprocesorja in dela na isti frekvenci kot mikroprocesor. Je RAM velikosti od 64 KB do 1024 KB. L1 je običajno razdeljen na dva dela, eden je za podatke, drugi pa za navodila.

L2 cache je običajno precej večji, velikosti od 1 MB do 8 MB. Namen L2 predpomnilnika je, da neprestano bere podatke iz RAM-a, da so vedno na voljo L1 predpomnilniku.

7.3.4 Širina naslovnega vodila

Širina naslovnega vodila pove, kakšno količino pomnilnika zmore naslavljati procesor. Procesor s 16-bitnim naslovnim vodilom lahko naslavlja največ 216 B pomnilnika, se pravi 64 KB.

7.3.5 Širina podatkovnega vodila

Širina podatkovnega vodila pove, koliko podatkov lahko procesor naenkrat prebere v pomnilniku. Podatkovna vodila so pri procesorjih navadno enako široka kakor naslovna vodila. Širina podatkovnega vodila v bitih je vedno potenca števila dve (pri naslovnem to ni nujno). Današnji procesorji, ki imajo navadno 64-bitno podatkovno vodilo, lahko naenkrat preberejo ali zapišejo osem 8-bitnih ali dve 32-bitni vrednosti iz pomnilnika ali vanj.

7.3.6 Velikost registrov

Velikost registrov pove, nad kakšnimi celimi števili lahko procesor izvaja operacije. Današnji procesorji, združljivi z Intelovo arhitekturo x86, imajo 32-bitne registre, kljub 64-bitnemu podatkovnemu vodilu. To je posledica združljivosti s procesorjem 386, ki je bil Intelov prvi pravi 32-bitni procesor. Vsi današnji programi, pisani za Intelove in združljive procesorje, tečejo tudi v računalnikih s procesorjem 80386, seveda pa je hitrost izvajanja veliko počasnejša. V prihodnjih letih je pričakovati preskok na 64-bitne procesorje, ki pa ne bodo strojno združljivi z zdajšnjo programsko opremo, oziroma jo bodo poganjali počasneje kakor bi dopuščala zmogljivost procesorja

7.3.7 Paralelizem

Frekvenca delovanja Pentiuma 4 se je približala 4 GHz in hkrati prišla do svojega konca, saj je poraba energije in preveliko gretje doseglo mejo vzdržljivosti. Vsi izdelovalci procesorjev, soočeni z izjemno težavnostjo nadaljnjega dvigovanja hitrosti, so odgovor našli v paralelizmu. Novembra 2002 je Intel predstavil procesor Pentium D s tehnologijo "Hyper Threading-HT", s katero so dosegli okoli 25 % pohitritev. Gre za prvi komercialni procesor, ki je imel podvojene funkcionalne dele znotraj procesorja. Podvojene je imel:

notranje registre,

krmilno napravo,

arhitekturo.

Računska, ALU naprava ter predpomnilnik sta ostala v skupni rabi. Kje je vrzel, ki jo je izkoristil Intel? Pentium D s HT tehnologijo izkorišča čakalni čas med branjem in zapisovanjem v polnilnik.

Leta 2005 je Microsoft predstavil prvi procesor s Core 2 Duo tehnologijo, ki je prvi vseboval podvojen procesor na isti osnovi.

Page 41: Uporaba informacijske komunikacijske tehnologije

ZGRADBA RAČUNALNIKA – strojna oprema 40

Core 2 družina Intelovih procesorjev vsebuje sledeče razrede:

Core 2 Duo,

Core 2 Quad,

Core 2 Extreme.

7.4 Pomnilniki

Pomnilnike delimo na notranje in zunanje. Po namembnosti pa so namenjeni začasnemu ali trajnemu hranjenju podatkov. Notranji pomnilnik je eden najpomembnejših delov računalnika. Vgrajen je v vsak računalnik. V njem so shranjeni ukazi in podatki od vseh aplikacij, ki se v danem trenutku izvajajo v računalniku. Zato mora biti dovolj velik, da vanj spravimo vse potrebne programe, podatke in rezultate obdelav. Notranji pomnilniki: RAM,

ROM. Zunanji pomnilniki: trdi disk,

spominske kartice (CF, SD, MMC ...),

USB ključ,

magnetni trak,

drugi prenosni mediji (disketa, zgoščenka ... ). V nadaljevanju bomo opisali najpomembnejše med pomnilniki. Bistveni lastnosti pomnilnikov sta hitrost in kapaciteta. Pri današnjih računalnikih imamo namesto enega glavnega pomnilnika več nivojsko pomnilniško hierarhijo. Pomnilniško hierarhijo sestavljajo predpomnilniki, glavni pomnilnik in pomožni pomnilnik. Pomnilniška hierarhija je iz CPE videti kot en sam pomnilnik. Razlika med glavnim pomnilnikom in pomožnimi pomnilniki so, da do glavnega pomnilnika CPE ima neposreden dostop s strojnimi ukazi, tako da poda pomnilniški naslov, do pomožnega pomnilnika (magnetni diski, trakovi, CD in DVD) je dostop posreden preko V/I ukazov, ki prenesejo naslovljeno besedo in še več sosednjih besed v glavni pomnilnik, potem pa je šele možen neposreden dostop. Razlogi za delitev so včasih bili tehnološki (z obstoječo tehnologijo ni bilo mogoče izdelati glavni pomnilnik večji od nekaj tisoč besed), danes ekonomski (cena enega bita na disku je približno 250-krat nižja kot cena v glavnem pomnilniku).

Slika 39: Shema procesorja sestavljenega iz več jeder Vir: Mueller, 2008, 822

Page 42: Uporaba informacijske komunikacijske tehnologije

ZGRADBA RAČUNALNIKA – strojna oprema 41

Glavni pomnilnik običajno imenujemo tudi pomnilnik z naključnim dostopom (Random Access), kar pomeni, da je vsaka pomnilniška lokacija dostopna preko naslovne logike v enakem času. Fizično je en bit shranjen v eni pomnilniški celici z lastnostmi, da je v vsakem trenutku celica v enem od dveh možnih stabilnih stanj, ki predstavljata vrednost 0 in 1, vanjo je možno pisati (vsaj enkrat) in s tem določiti stanje 0 ali 1 in stanje v katerem je celica, je možno prebrati oz. zaznati.

7.4.1 Kapaciteta pomnilnika

Kapaciteto oz. zmogljivost pomnilnika merimo v B in večjih enotah. Računalnik lahko obdeluje le dvojiška števila oz. binarno kodirane podatke. Zato mora vse podatke (števila, besedilo, slike, zvok ...), pa tudi navodila za delo (programe) zapisati s točno določeno kombinacijo enk in ničel. Osnovna enota je 1 b (oznaka: b). 1 bit ima lahko le dve vrednosti: 0 ali 1. Za kodiranje znakov je izbrana predstavitev z osmimi biti (1 B), s katerimi lahko predstavimo 28, se pravi 256 znakov. Npr. 00000000 = A; 00000001 = B; 00000011 = C. V 1 B (oznaka: B) pomnilniškega prostora lahko spravimo eno črko ali številko. Za eno tipkano stran bi potrebovali kakšnih 3000 B, torej 1 GB predstavlja več kot milijardo znakov.

7.4.2 RAM

RAM (angl. Random Access Memory) je pomnilnik (pomnilniški čip) z naključnim dostopom, ki je v osebni računalnik vgrajen v obliki integriranega vezja. Imenujemo ga tudi delovni pomnilnik. V njem so podatki shranjeni začasno, dokler ne izklopimo električnega napajanja. Za trajno shranjevanje podatkov pa uporabljamo trdi disk. Več kot je programov sočasno v uporabi, več RAM-a potrebujemo za nemoteno delo. Čim več imamo v računalniku vgrajenega RAM-a, tem več podatkov lahko vanj spravimo in manj je potrebno posegati na disk. Iz tega sledi naslednje: ob enakem procesorju pomeni več RAM-a zagotovo večjo hitrost delovanja računalnika.

Slika 3:RAM

Slika 40: Tri nivojska pomnilniška hierarhij

Slika 41:Princip branja in pisanja z naključnim dostopom

Page 43: Uporaba informacijske komunikacijske tehnologije

ZGRADBA RAČUNALNIKA – strojna oprema 42

Kakšen RAM potrebujemo je odvisno od računalnika, ki ga imamo in od njegovih komponent ter namena uporabe. Izbiro določajo tip procesorja in matična plošča. Kateri moduli so združljivi z našo strojno opremo nam pokaže QVL (Qualification Vender List). Spisek primerjamo na domači spletni strani proizvajalca matične plošče. Na trgu najdemo različne proizvajalce od katerih najbolj izstopajo Corsair, Patriot, Geil, Crucial, Kingston, OCZ, Mushkin in Transcend.

Pri vgradnji moramo vedeti o RAM-u:

kateri tip rabimo (DDR, DDR2, DDR3 in DDR4), koliko modulov rabimo (single/dual/tripple oz. eno/dvo/trokanalna podpora matične

plošče), potrebna velikost spomina (od 512MB - 4GB), takt spomina (od 400MHz - 2GHz+) in CAS/CL/čas pomnilniškega cikla, hlajenje (brez, kovinski odvajalniki toplote/heat spreaders, zračno), kateri RAM že imamo v primeru nadgrajevanja računalnika, kako ga namestiti.

Dandanes se še tu pa tam najde DDR kateremu so šteti dnevi in ga ne bomo preveč omenjali. Potem so pa najbolj razširjeni DDR2 in trenutno popularni DDR3 in DDR4 pomnilniki. Torej je DDR2 naslednik oziroma druga generacija DDR spomina. Njegov najnižji takt spomina se začne pri 400MHz in je najvišji možen takt njegovega predhodnika DDR. Ampak je zanimivo pri tem, da je DDR z najvišjim taktom spomina hitrejši od DDR2 z najnižjim taktom spomina za kar je pa kriv CL. Ampak dejstvo je, da se DDR2 že pri naslednjem taktu (533MHz) odreže bolje. Drugi generaciji sledi seveda tretja generacija imenovana DDR3. Njegov najnižji takt se začne pri 400MHz in z njo dosega hitrost prenosa podatkov 800Mbps. So pa na voljo že tudi vrtoglave številke takta, ki se gibljejo nad 2000 MHz.

Tabela 4: Primerjava med DDR 2 in DDR3 moduli

Tip Takt spomina /MHz

BUS takt / MHz

Hitrost prenosa / Mbps

Ime modula

DDR2- 400 100 200 400,000,000 PC2-3200 DDR2- 533 133 266 533,000,000 PC2-4200 DDR2- 667 166 333 667,000,000 PC2-5300 DDR2- 800 200 400 800,000,000 PC2-6400 DDR2-1066 266 533 1,066,000,000 PC2-8500 DDR3- 800 100 400 800,000,000 PC3-6400 DDR3-1066 133 533 1,066,000,000 PC3-8500 DDR3-1333 166 667 1,333,000,000 PC3-10600 DDR3-1600 200 800 1,600,000,000 PC3-12800 DDR3-1800 225 900 1,800,000,000 PC3-14400 DDR3-1866 233 933 1,866,000,000 PC3-14900 DDR3-2000 250 1000 2,000,000,000 PC3-16000

Slika 4:Tip RAM-a Vir: http://goo.gl/3ERsd

Vir: http://goo.gl/ADs2gf

Page 44: Uporaba informacijske komunikacijske tehnologije

ZGRADBA RAČUNALNIKA – strojna oprema 43

Za lažje razumevanje kakšna je razlika v delovanju med DDR2 in DDR3 RAM-i si poglejte spodnjo sliko 44.:

Koliko modulov rabimo je odvisno od količine RAM-a, ki jo rabimo in matične plošče. Če nam matična plošča nudi dvo-kanalno arhitekturo (Dual-Channel) je priporočljivo imeti par modulov (2;4;6). V primeru, da nam nudi tro-kanalno arhitekturo (Triple-channel) je pa priporočljivo imeti tri module (3;6;9), da omogočimo njegovo delovanje.

Dual-channel arhitektura opiše tehnologijo, ki podvoji pretočnost podatkov iz spomina v spominski kontroler. Da se ne bomo preveč zanašali na besedo "podvoji" vam podamo še podatek, ki govori, da so sintetični testi RAM-a pokazali le ~5% pridobitev v hitrosti. Torej omogočeni dvo-kanalni kontrolerji uporabijo dva 64-bit podatkovna kanala, kar znese 128-bit podatkovno širino.

Triple-channel arhitekturo trenutno uporablja Intel Core i7 družina procesorjev (9xx), katero najdemo na LGA1366 platformi (X58) in je hitrejša od vseh njenih predhodnikov. V triple-channel načinu spomin zmanjša latenco zaradi "prepletanja", kar pomeni, da je vsak modul dostopen zaporedno medtem, ko se podatki razprostirajo med moduli v izmeničnem vzorcu.

Primer za Dual-channel:

- za 1GB - 2x modul po 512 MB spomina, - za 2GB - 2x modul po 1GB spomina ali 4x 512 MB, - za 4GB - 2x modul po 2GB spomina ali 4x 1 GB, - itd. Primer za Triple-channel:

- za 1,5GB - 3x modul po 512 MB spomina - za 3GB - 3x modul po 1 GB spomina, - za 6GB - 3x modul po 2 GB spomina, - itd. Kolika je potrebna velikost delovnega spomina je odvisna od potreb, zakaj računalnik uporabljamo (operacijski sistem, uporabniški programi,…). Ker je pa postal RAM dandanes finančno dosegljiv se količina RAM-a na današnjih sistemih za domačo uporabo giblje od 1 do 16GB.

Hitrost RAM-a izražamo v MHz. Večja je frekvenca RAM-a, hitrejši je prenos podatkov. Je pa to, odvisno tudi od drugih komponent. Pri DDR2 RAM-ih ta sega od 400 do 1033MHz, pri DDR3 pa od 800 do 2000+MHz. Hitrost RAM-a pogojuje procesor (CPU). Če ima CPU privzeto hitrost BUS-a 1333MHz potrebujemo pri RAM-u hitrost vsaj 667MHz za normalno

Slika 5: Ponazoritev razlike v delovanju med DDR2 in DDR3 Vir: http://goo.gl/j32sSDrz

Page 45: Uporaba informacijske komunikacijske tehnologije

ZGRADBA RAČUNALNIKA – strojna oprema 44

delovanje. (Info: BUS = hitrost/frekvenca s katero se podatki prenašajo po matični plošči med komponentami).

Na tržišču je že veliko število DDR4 modulov vendar se bo še kar nekaj časa uporabljal DDR3 modul. DDR4 deluje na nižji napetosti 1,2 V, DDR3 na 1,5 V. Razlika res ni velika za domačega uporabnika je pa občutna pri strežniških farmah kjer je v uporabi na tisoče modulov, ki povečujejo skupno porabo energije.

Hitrost je druga občutna razlika men moduloma tipa DDR3 in DDR4. Hitrost prenosa DDR3 je od (800 do 2133) Mbps. Spodnja meja hitrosti prenosa DDR4 je zgornja meja DDR3 to je 2133 Mbps. Testi kažejo, da je razlika hitrosti med obema moduloma zelo mala.

7.4.3 ROM

Slovenski izraz za ROM (angl. Read Only Memory) je bralni pomnilnik, saj iz njega lahko samo beremo, ne moremo pa vanj vpisovati podatkov. Tovrstni pomnilnik se v osebnem računalniku imenuje ROM-BIOS (angl. Basic Input Output System). V njem so shranjeni podatki o strojni opremi in osnovna navodila za zagon računalnika. Podatki se v ROM zapišejo že med postopkom izdelave računalnika. Prav tako se ti podatki ne izbrišejo, ko ugasnemo računalnik. Aplikacijski programi zato v ROM ne morejo zapisovati podatkov. Ker je program tehnološko vnesen naj bi bil čas pomnjenja 40 let in več, odlikuje pa ga tudi velika hitrost.

Imamo več vrst ROM pomnilnikov.

PROM - Programirljiv bralni pomnilnik PROM (Programmable Read-Only Memory) je vrsta bralnega pomnilnika ROM, ki omogoča enkratno zapisovanje podatkov. To se naredi s PROM programatorjem, preden se čip vgradi v vezje (npr.: računalnik). Vsebina je nespremenljiva. Dobra lastnost je nizka cena.

 

EPROM - Zbrisljiv in programirljiv bralni pomnilnik EPROM (Erasable Programmable Read-Only Memory) je vrsta bralnega pomnilnika PROM, ki omogoča večkraten zapis podatkov. Pomnilnike pobrišemo z UV-svetlobo, ki preko odprtine na čipu toplotno ogreje pomnilne celice. Sledi programiranje z enakim programatorjem, kot za PROM pomnilnike pri napetosti (10 - 15)V. Število programiranj je več kot 10,000.

Slika 45: ROM Vir: http://goo.gl/j5ADrz

Slika 46: programirna naprava galep-5d-60 primerena za prom, eprom, eeprom, flash pomnilnik, nv-ra 190637-6 Vir: http://goo.gl/j356sio

Page 46: Uporaba informacijske komunikacijske tehnologije

ZGRADBA RAČUNALNIKA – strojna oprema 45

EEPROM - Električno zbrisljiv in programirljiv bralni pomnilnik EEPROM (Electricaly Erasable Programmable Read-Only Memory) je vrsta pomnilnika EPROM, ki ga brišemo in ponovno vpisujemo s programatorjem (pred običajno uporabo oz. branjem). Brisanje je mnogo hitrejše kot pri EPROM pomnilniku, možno pa je tudi izbrisati in vpisati le en del (na primer eno četrtino) EEPROM-a, ne pa tudi posameznih lokacij.

Flash RAM - Je vrsta ROM-a, ki omogoča večkratno brisanje in zapisovanje med obratovanjem brez dodatnega vezja - programatorja. Edina pomanjkljivost v primerjavi z RAM pomnilnikom je omejeno število vpisov. Najbolj znani primeri uporabe so USB ključi v MP3 predvajalnikih, digitalnih fotoaparatih in v mobilnih telefonih.

Programiranje je veliko hitrejše v primerjavi z ostalimi.

Tabela 5: Povzetek lastnosti polprevodniških pomnilnikov

Vrste pomnilnika

Dostop Brisanje vsebine Način pisanja Obstojnost vsebine

RAM Bralno-pisalni pomnilnik

Električno posamezni bit Električno Neobstojna

ROM Bralni pomnilnik Ni možno Maska pri izdelavi

Obstojna

PROM Električno

EPROM Pretežno bralni pomnilnik

UV svetloba-cel čip

EEPROM Električno-posamezni bit

Flash Električno-posamezni bloki

7.4.4 Trdi disk

Trdi disk (Hard Disk) je najbolj razširjena vrsta zunanjega pomnilnika, ki ob izklopu ohrani vsebino. Vsi podatki na trdem disku, naj gre za besedilo, sliko, film, zvok, programe, gonilnike ... so zapisani v datotekah.

Zgodovina trdih diskov

Prvi trdi disk se je pojavil pred pol stoletja. IBM je predstavil prvi pomnilniški medij z vrtečimi magnetnimi ploščami, ki so ga kasneje poimenovali trdi disk (hard disc). Prvi disk je tehtal skoraj tono, za tedanje čase pa je lahko hranil ogromno podatkov - celih 5 MB. V disku je bilo 50 plošč s premerom 24 palcev, plošče prevlečene z magnetno snovjo pa so se vrtele s hitrostjo 1,200 vrtljajev na minuto. IBM-ova tedanja naprava je nosila ime RAMAC (Random Access Method of Accounting and Control). V primerjavi s tedanjimi pomnilniškimi

Slika 47: USB bliskovni PROMVir: http://goo.gl/j356sio

Slika 48: Prvi trdi disk Vir: http://goo.gl/dFG92j

Page 47: Uporaba informacijske komunikacijske tehnologije

ZGRADBA RAČUNALNIKA – strojna oprema 46

napravami je trdi disk nudil pomembno novost, vsak podatek je bil dosegljiv naključno, medtem ko so drugi nudili pretežno sekvenčni dostop. Leta 1980 je bil prav tako IBM prvi, ki je diske prinesel v svet osebnih računalnikov. Prvi diski za PC-je je bil prav tako velik 5 MB, le da je bil v precej manjšem ohišju - diski so imeli premer 5,25 palcev.

Pogled v trdi disk

Disk v osnovi sestavljajo:

okrogle plošče iz nemagnetne kovine, na katere je nanesena magnetna plast,

bralno/pisalne glave, drsnikov ročic in aktuatorjev,

motor za pogon plošč krmilnik trdega diska predpomnilnika vmesnik za priklop

Osnovni principi zapisa podatkov na trdi disk

Trdi disk uporablja okrogle plošče, ki so prevlečene na obeh straneh s posebno magnetno prevleko za shranjevanje informacij v obliki magnetnih vzorcev. Plošče imajo v svojem središču luknjo, skozi katero so nasajene na vreteno. Vrtijo se z visokimi hitrostmi, poganja pa jih motor, ki je pritrjen na vreteno. Posebne elektromagnetne bralno/pisalne naprave, imenovane bralno/pisalne glave, so pritrjene na drsnike in se uporabljajo za pisanje podatkov na plošče in branje z njih. Drsniki so pritrjeni na ročice, oboji skupaj z glavami vred pa predstavljajo celoto. Ročice so povezane z aktuatorjem, ki služi za pozicioniranje bralno/pisalnih glav. Krmilnik nadzoruje aktivnosti vseh komponent in komunicira s preostalimi deli računalnika. Vsaka površina plošče trdega diska lahko hrani več deset

Slika 49: Zgodovinski potek dogodkov v razvoju trdih diskov Vir: http://goo.gl/jAS3256s

Slika 50: Sestavni deli diska Vir: http://goo.gl/jAS3256s

Page 48: Uporaba informacijske komunikacijske tehnologije

ZGRADBA RAČUNALNIKA – strojna oprema 47

bilijonov posameznih magnetnih domen. Te so organizirane v večje gruče zaradi večje izkoriščenosti in za lažje in hitrejše dostopanje do informacij. Vsaka plošča ima dve bralno/pisalni glavi, eno z gornje in drugo s spodnje strani. Informacije na plošči so zapisane v koncentričnih krogih, imenovanih sledi. Vsaka sled je nadalje razdeljena v manjše enote, imenovane sektorji, vsak od njih pa hrani 512 bajtov podatkov. Celoten trdi disk mora biti proizveden natančno zaradi izjemne majhnosti komponent in pomembnosti trdega diska v računalniku. Glavni deli trdega diska so ločeni od okolice, da na plošče ne pridejo kakršnekoli nečistoče, kar bi lahko povzročilo poškodbo bralno/pisalnih glav. V nadaljevanju je predstavljen primer, ki v grobem prikazuje, kaj se dogaja v trdem disku, vsakič ko je s plošče prebrana informacija. Gre za zelo posplošen primer, ker ignorira faktorje, kot so predpomnenje, popravljanje napak in več ostalih posebnih tehnik, ki jih uporabljajo današnji sistemi za povečanje zmogljivosti in zanesljivosti. Na večini računalnikov se namreč sektorji ne berejo individualno, pač pa so grupirani skupaj v gruče. Tipični opravek, kot je nalaganje datoteke v program za preglednice, lahko vključuje na tisoče ali celo milijone individualnih dostopov do diska in nalaganje 20 MB velike datoteke po 512 bajtov naenkrat bi bilo preveč neučinkovito:

V prvem koraku pri dostopanju do diska je potrebno ugotoviti, kje na disku iskati določeno informacijo. Za določitev, s katerega dela plošče je potrebno brati podatke, skrbijo aplikacija, operacijski sistem, sistemski BIOS in včasih poseben programski gonilnik za trdi disk.

Lokacija na plošči mora nato prestati enega ali več korakov translacije, preden se disku pošlje končna zahteva z naslovom, izraženim v smislu njegove geometrije. Le ta je izražena s številko cilindra, glave in sektorja. Zahteva je poslana disku preko vmesnika trdega diska s posredovanjem tega naslova in z zahtevo po branju sektorja.

Kontrolni program trdega diska najprej preveri, če je zahtevana informacija že v predpomnilniku trdega diska. Če se tam že nahaja, potem krmilnik dostavi informacijo takoj, ne da bi moral brati s površine plošče.

V večini primerov se plošče že vrtijo. Če pa se ne, ker so izklopljene zaradi varčevanja z energijo, potem mora krmilnik aktivirati motor za pogon plošč, da se le te začnejo vrteti z delovno hitrostjo.

Krmilnik prepozna naslov, ki ga prejme za branje podatkov in izvede razne dodatne ukrepe, ki upoštevajo posebne lastnosti trdega diska. Logika programa trdega diska nato preveri zadnjo številko zahtevanega cilindra. Ta številka pove trdemu disku, s katere sledi mora brati podatke. Krmilnik nato pošlje zahtevo aktuatorju, da postavi bralno/pisalne glave na zahtevano sled.

Ko so glave na pravi poziciji, krmilnik aktivira glavo za branje podatkov. Nato začne z branjem, tako da poišče zahtevan sektor. Počaka, da se plošča v krogu zavrti na točno številko sektorja in ko pride ta sektor pod glavo, prebere njegovo vsebino.

Krmilnik tok podatkov, prebranih s plošče, shrani v začasno hranilno področje oz. predpomnilnik. Potem pošlje podatke preko vmesnika trdega diska, navadno v sistemski pomnilnik, s čimer je izvršena sistemska zahteva po podatkih.

Vzdolžni magnetni zapis

Več let so trdi diski uporabljali vzdolžni magnetni zapis, pri katerem je namagnetenje bitov usmerjeno vzdolžno glede na smer premikanja plošče. Površinska gostota se je pri tej tehnologiji povečevala približno za 100% na leto, vendar je dosegla zgornjo mejo, zato se je pojavila potreba po novih tehnologijah. Za povečevanje površinske gostote pri vzdolžnem magnetnem zapisu morajo biti podatkovni biti vedno manjši in bližje en drugemu. Obstaja pa spodnja omejitev velikosti bita in če so le ti premajhni, se lahko zgodi, da postane magnetno

Page 49: Uporaba informacijske komunikacijske tehnologije

ZGRADBA RAČUNALNIKA – strojna oprema 48

polje bita prešibko in termična energija atomov čez čas povzroči razmagnetenje. Ta pojav imenujemo superparamagnetizem. Da bi se temu izognili, so proizvajalci povečevali koercitivnost trdega diska. Izraz koercitivnost pomeni jakost magnetnega polja, potrebno za zmanjšanje namagnetenje magnetnega materiala na nič po tem ko doseže zasičenost. Današnja gostota vzdolžnega magnetnega zapisa presega 100 Gbit/palec2.

Pravokotni magnetni zapis

Leta 1976 je bil pravokotni magnetni zapis prvič preizkušen kot nova zanimiva tehnologija zapisovanja, poimenovana pravokotni magnetni zapis. V osemdesetih letih se je uporabljala v gibkih diskih, leta 2005 pa je bila prvič uporabljena v trdih diskih. Pravokotni magnetni zapis omogoča večjo površinsko gostoto, ter izboljša zanesljivost in robustnost. V nasprotju z vzdolžnim magnetnim zapisom je pri pravokotnem orientacija bitov usmerjena gor ali dol pravokotno glede na ploščo.

Posebnost pri pravokotnem magnetnem zapisu je mehko magnetna spodnja plast (SUL). Ta plast prevaja magnetni tok brez težav. Ko je pisalna glava spodbujena (pod napetostjo), se tok zbere pod majhnim vrhom pola in ustvarja močno magnetno polje v majhni reži med vrhom pola in mehkomagnetno spodnjo plastjo. Zapisovalna plast, ki hrani podatke, je direktno v tej reži, kjer je polje najbolj močno. Močnejša polja dovoljujejo uporabo medijev z višjo koercitivnostjo. Tak medij zahteva močnejše polje za usmeritev namagnetenja, ampak ko je usmerjeno, je le-to posledično bolj stabilno. Prisotnost mehkomagnetne spodnje plasti prav tako ojača povratne signale in pomaga zmanjšati motnje v sosednji sledi.

Zapisovalni medij - plošče

Trdi disk vsebuje eno ali več plošč, ki so na skupni osi in se uporabljajo za hranjenje podatkov. Plošča je sestavljena iz več plasti:

substrata (podlage), ki daje plošči stabilno obliko

Slika 51: Zapisovalni medij ter bralna in pisalna glava pri vzdolžnem magnetnem zapisu Vir: http://goo.gl/AD90sdg

Slika 52: Zapisovalni medij ter bralno in pisalna glava pri pravokotnem zapisu Vir: http://goo.gl/sd78gbj

Page 50: Uporaba informacijske komunikacijske tehnologije

ZGRADBA RAČUNALNIKA – strojna oprema 49

magnetne prevleke, ki služi za shranjevanje podatkov zaščitnih plasti

Trdi diski so dobili ime po togosti plošč v primerjavi z gibkimi diski, katerih plošče so fleksibilne. Plošče so visoke kvalitete, magnetna prevleka pa je zelo natančno izdelana. Trde diske sestavljajo v čistih sobah, da se zmanjša možnost kakršnekoli nesnage ali prahu na ploščah. Velikost plošč v trdih diskih se določa po njihovih fizičnih dimenzijah, poimenovanih tudi faktor oblike (standardne velikosti). Večina trdih diskov se proizvaja v eni od standardnih velikosti, vse plošče v določenem trdem disku pa imajo isti premer. Prvi namizni računalnik je uporabljal trde diske s premerom plošč 5.25 palcev, medtem ko danes prevladujejo plošče premera 3.5 palcev. Premer plošč trdih diskov v prenosnih računalnikih je običajno manjši, ker proizvajalci težijo k lažjemu in manjšemu in znaša 2.5 palca ali manj. V mobilnih napravah, kot so dlančniki in kamere pa se uporabljajo plošče s premerom 1.8 palca in 1.0 palca.

Trdi diski imajo lahko eno ali več plošč, odvisno od kapacitete. Navadno je število plošč med ena in pet, v starejših trdih diskih in diskih za strežnike pa še več. V vsakem trdem disku so plošče nameščene na skupno os, tako da tvorijo celoto, ki se vrti kot ena enota, poganja pa jo motor za pogon plošč. Plošče se držijo narazen z uporabo razmikalnega obroča, ki je del vretena. Celotna sestava je na vrhu zavarovana s pokrovom. Vsaka plošča ima dve površini in navadno se obe uporabljata za hranjenje podatkov, ni pa nujno. Pri nekaterih starejših trdih diskih, ki uporabljajo »vsebovan servozapis«, je ena površina namenjena za hranjenje servo informacije – servo površina. Z inženirskega stališča obstaja več faktorjev, ki vplivajo na število plošč. Trdi diski z večjim številom plošč so težji za projektiranje zaradi večje mase in potrebe po popolnem poravnanju vseh plošč ter težav pri zmanjševanju hrupa in obvladovanju vibriranja. Ker je pri več ploščah masa večja, se plošče zaganjajo in ustavljajo počasneje, kar se lahko kompenzira z močnejšim motorjem vretena. V bistvu gre današnji trend proti diskom z manjšim številom plošč. Površinska gostota še naprej raste, kar omogoča trde diske z veliko kapaciteto in manjšim številom plošč. Velik vpliv na število plošč ima tudi faktor oblike. Ker je višina trdega diska omejena na 1 palec, je s tem tudi omejeno število plošč, medtem ko imajo večji diski za strežnike višino 1.6 palca, imajo lahko tudi več plošč kot diski za namizne računalnike.

Magnetni vzorci, ki predstavljajo podatke, se zapisujejo na zelo tanko magnetno plast na površini plošče. Material večjega dela plošče se imenuje substrat (podlaga) in nima druge vloge, kot da nosi magnetno plast. Ta podlaga mora biti toga, lahka, stabilna, magnetno inertna (neaktivna) in poceni. Pri starejših trdih diskih je bil najbolj pogosto uporabljen material za izdelavo plošč aluminijeva zmes, ki izpolnjuje vse omenjene pogoje. Zaradi hitrosti, s katero se plošče vrtijo in bralno/pisalnimi glavami lebdečimi tik nad njimi, morajo biti plošče izredno gladke. Ker se višina lebdenja glav niža in hitrost vrtenja plošč povečuje, se povečuje tudi možnost trkov glav s ploščo. Zaradi tega je podlago iz aluminijeve zmesi

Slika 53: Struktura snovi zgradbe plošče Vir: http://goo.gl/sd78gbj

Page 51: Uporaba informacijske komunikacijske tehnologije

ZGRADBA RAČUNALNIKA – strojna oprema 50

zamenjalo steklo oz. magnezijeva zmes. V primerjavi z aluminijevimi, imajo steklene plošče več prednosti, te so lažja obdelava, izboljšana togost, tanjše plošče in termična stabilnost. Magnetna plast je zelo tanka prevleka, debeline samo nekaj milijonink palca. Starejši trdi diski so uporabljali oksidno plast, in sicer železov oksid, ki je poceni, vendar ima nekaj pomanjkljivosti. Prva je ta, da je mehak material in se hitro poškoduje ob kontaktu z bralno/pisalno glavo, druga pa je, da je uporabna samo za relativno nizke gostote zapisa, zato se danes zamenjuje z drugimi snovmi.

Pri današnjih trdih diskih se uporablja več metod nanosa tanke plasti magnetne prevleke. Ena je galvanizacija oz. nanos tanke kovinske prevleke, druga pa brizganje, ki uporablja proces usedline hlapov, kar naredi zelo tanko plast magnetnega materiala. Brizgane plošče imajo prednost bolj enotne in ravne površine kakor plošče s kovinsko prevleko. Zaradi povečane potrebe po visoki kvaliteti novejših trdih diskov je brizganje primarna metoda kljub njeni visoki ceni. V primerjavi z oksidnim medijem je medij s tanko prevleko magnetne plasti veliko bolj homogen in gladek. Ima tudi boljše magnetne lastnosti, ki dovoljujejo večjo površinsko gostoto. Je trši in bolj trpežen material kot oksid in zaradi tega veliko manj občutljiv na poškodbe. Po nanosu magnetne plasti, se površina vsake plošče premaže s tanko zaščitno plastjo, narejeno iz karbona. Na vrhu tega je dodana izjemno tanka mazivna plast. Ti materiali se uporabljajo za zaščito plošč pred poškodbami, ki lahko nastanejo ob dotiku bralno/pisalne glave s ploščo. Leta 2000 so IBM-ovi raziskovalci razvili novo substanco, ki je zamenjala medije s tanko magnetno prevleko. Namesto brizganja kovinske plasti se nanašajo na plošče organske molekule in delci železa ter platine. Ta zmes se raznese in segreje, nato pa se železovi in platinasti delci spontano porazdelijo v mrežo kristalov, vsak od njih pa je zmožen hraniti magnetno polje. IBM imenuje to strukturo super-mreža nano kristalov. S to tehnologijo se je povečala površinska gostota zapisovalnega medija trdega diska za 10 do 100 krat v primerjavi s prejšnjimi tehnologijami.

Bralno/pisalne glave

Bralno/pisalne glave trdega diska so vmesnik med magnetno ploščo in preostalimi elektronskimi deli trdega diska. Električne signale pretvarjajo v magnetne impulze in jih zapisujejo na plošče, pri branju pa je postopek ravno obraten. Z leti so se razvijale ter postale izjemno napredne in zahtevne. Nove tehnologije bralno/pisalnih glav so prispevale k povečanju hitrosti prenosa podatkov in kapacitete modernih trdih diskov. Načeloma je zgradba bralno/pisalnih glav relativno preprosta. So energijski pretvornik oz. drobcen elektromagnet, ki pretvarja električne signale v magnetne ter obratno.

Starejše bralno/pisalne glave delujejo z uporabo dveh glavnih načel elektromagnetike. Prvo načelo je, da električni tok skozi tuljavo proizvede magnetno polje, kar se uporablja pri zapisovanju na ploščo. Smer proizvedenega magnetnega polja je odvisna od smeri toka, ki teče skozi tuljavo. Obratno je pri branju, ko sprememba smeri namagnetenja povzroči inducirano napetost.

Novejše MR in GMR glave ne uporabljajo inducirane napetosti v tuljavi za branje informacij, temveč uporabljajo princip magnetne upornosti, kjer nekateri materiali pri spremembi smeri magnetnega polja spremenijo električno upornost. Starejše bralno/pisalne glave so izvajale operaciji branja in pisanja z istim elementom, novejše MR in GMR glave pa uporabljajo različne elemente, posebej za branje in posebej za pisanje. Efekt magnetne upornosti deluje samo v načinu branja. S povečevanjem površinske gostote so biti manjši, veliko bolj skupaj in šibkejši, zato morajo biti glave bolj občutljive, da lahko preberejo ta šibkejša magnetna polja. Temu ustrezajo MR in GMR glave, ki so bolj občutljive in so lahko zelo majhne, da ne berejo bitov s sosednjih sledi. Za pretvorbo šibkih električnih signalov v ustrezne digitalne signale,

Page 52: Uporaba informacijske komunikacijske tehnologije

ZGRADBA RAČUNALNIKA – strojna oprema 51

ki predstavljajo realne podatke, se uporablja posebni ojačevalnik. Zaradi vse šibkejših signalov pa se mora uporabljati tudi zaznavanje in popravljanje napak. Nekatere novejše glave imajo nameščene magnetne ščite na obeh straneh bralne glave, da se izognejo vplivom sosednjih magnetnih polj.

Pojavljajo se še nove tehnologije z namenom zgostitve zapisov, hitrosti branja in zapisovanja in omogočajo presenetljive zmogljivosti. Pogosto pa nove tehnologije predstavljajo tveganja v zanesljivosti.

Drsniki, ročice in aktuator

Bralno/pisalne glave so montirane na drsnik, le ta pa je pritrjen na konec ročice. Vsi trije skupaj so mehansko združeni v enotno strukturo, ki se premika čez površino diska s pomočjo aktuatorja. Te tri komponente trdega diska igrajo pomembno vlogo pri delovanju in zmogljivosti trdega diska.

Bralno/pisalne glave trdega diska so premajhne, da bi bile pritrjene direktno na ročico. Zaradi tega je vsaka glava trdega diska nameščena na posebno napravo, imenovano drsnik. Naloga drsnika je, da fizično podpira glavo in da se pri vrtenju plošče med njim in ploščo ustvari zračna blazina (zračni ležaj), ki drži drsnik in glavo na določeni razdalji nad ploščo. Z zmanjševanjem bralno/pisalnih glav se je zmanjšala tudi velikost drsnikov. Največja prednost uporabe manjših drsnikov je manjša teža, kar omogoča hitrejše premike bralno/pisalnih glav, kar izboljša tako hitrost pozicioniranja kot natančnost. Velikost drsnikov se je od začetka razvoja trdih diskov zmanjšala za več kot desetkrat.

Ročice so tanek kos kovine, običajno trikotne oblike, na katerih konec so pritjeni drsniki. Za eno bralno/pisalno glavo se uporablja ena ročica, vse ročice pa so skupaj pritrjene na aktuator, s katerim skupaj tvorijo eno enoto. To pomeni, da ko se premakne aktuator, se hkrati premaknejo tudi vse ročice z glavami. Glave ne morejo istočasno brati oz. pisati na sledi različnih naslovov.

Aktuator je naprava za pozicioniranje ročic na sled oz. cilinder na površini plošče. Je zelo pomemben del trdega diska, ker je premikanje med različnimi sledmi poleg vrtenja plošče edina operacija trdega diska, ki zahteva aktivno gibanje. Preklapljanje bralno/pisalnih glav je elektronska funkcija, menjavanje sektorjev pa vključuje čakanje, da se plošča zavrti naokrog in da pride sektor pod glavo, za kar ni več potrebno premikanje bralno/pisalnih glav. Premikanje glav na različne sledi mora biti izvedeno hitro in natančno. V primerjavi s spremembami električnih signalov je fizično gibanje zelo počasno.

Kot aktuator se uporablja koračni motor in zvočniška tuljava. Glavna razlika med obema izvedbama je, da je koračni motor absolutni pozicijski sistem, medtem ko je zvočniška tuljava relativni. Zaradi možnosti raztezanja sledi pri temperaturnih spremembah je pri pozicioniranju s koračnimi motorji možna veliko manjša gostota sledi kot pri zvočniški

Slika 54: Princip pravokotnega magnetnega zapisovanja Vir: http://goo.gl/sd78gbj

Page 53: Uporaba informacijske komunikacijske tehnologije

ZGRADBA RAČUNALNIKA – strojna oprema 52

tuljavi. Zato se pri vseh modernih trdih diskih uporablja aktuator z zvočniško tuljavo. Koračni motorji pri večjih gostotah niso dovolj natančni in stabilni za pravilno delovanje. V nasprotju z njimi so aktuatorji z zvočniško tuljavo veliko bolj prilagodljivi in neobčutljivi na termalne spremembe, pa tudi veliko hitrejši in bolj zanesljivi.

Pozicioniranje aktuatorja je dinamično in temelji na povratni informaciji o dejanski poziciji bralno/pisalne glave glede na sled. Ta zaprti krog sistema povratne informacije o položaju se imenuje servo pozicijski sistem in se uporablja v tisočih različnih aplikacijah, kjer je pomembno natančno pozicioniranje.

Motor za pogon plošč

Motor za pogon plošč mora zagotavljati stabilno, zanesljivo in konsistentno moč obratovanja za tisoče ur nepretrganega delovanja in omogočati, da trdi disk pravilno funkcionira. Največ odpovedi se zgodi prav zaradi motorja za pogon plošč. V zadnjem desetletju so proizvajalci povečevali hitrosti vrtenja plošč zaradi izboljšanja zmogljivosti. Višje hitrosti imajo za posledico povečevanje toplotnih izgub in vibracij. Zaradi tega morajo biti ti motorji visoke kvalitete, da lahko delujejo tisoče ur in dopuščajo tisoče start in stop ciklov brez odpovedi. Delovati morajo brez pretresov z minimalnim številom vibracij. Prav tako ne smejo proizvajati preveč toplote in hrupa ter porabiti preveč energije. Hitrost vrtenja mora biti nadzorovana, da se plošče vrtijo s konstantno hitrostjo. Vsem tem zahtevam ustrezajo servo/krmiljeni enosmerni (DC) motorji. Servo sistem je povratni sistem z zaprto zanko, podoben sistem se uporablja tudi pri aktuatorjih z zvočniško tuljavo. Za povratno informacijo se pri teh motorjih uporablja senzor hitrosti, ki zagotavlja, da se motor vrti s točno določeno hitrostjo.

Plošče so pritrjene neposredno na os motorja, med sabo pa so ločene z ločitvenimi distančniki, ki ohranjajo pravilno razdaljo med njimi in prostorom za ročice. Količina dela, ki ga mora opraviti motor za pogon plošč, je odvisna od številnih faktorjev. Prvi je velikost in število plošč. Večje kot so in več kot jih je, večjo maso mora motor poganjati, zato mora imeti večjo moč. Pri današnjih ekoloških zahtevah o upravljanju z energijo je želja uporabnikov, da plošče dosežejo potrebno hitrost v čim krajšem času, kar zahteva hitrejše in zmogljivejše motorje. Današnje visoke hitrosti vrtenja plošč povzročajo več hrupa in večje oddajanje toplote. Hrup je lahko nadležen, toplota pa lahko sčasoma poškoduje trdi disk. Novejši trdi diski z visokimi hitrostmi vrtenja skoraj vsi uporabljajo hladilnik in dušilec zvoka. Kritična komponenta motorja za pogon plošč je množica ležajev. Obstajata dve vrsti ležajev – kroglični ležaji in tekočinski ležaji.

Glavna slabost motorjev s krogličnimi ležaji so prevelike neponovljive napake pri pozicioniranju (Non Repeatable Run/Out – NRRO) bralno/pisalnih glav na sled. Motorji s krogličnimi ležaji izkazujejo večji NRRO zaradi napak (asimetrije) v geometriji kroglic in plasti mazivne prevleke. Obstaja zgornja meja površinske gostote, pri kateri kroglični ležaji zaradi prevelikih napak v pozicioniranju niso več uporabni. Trenutno se s krogličnimi ležaji velikost NRRO giblje v območju 0.1 mikro/palca (= 2,5 nm). S povečevanjem hitrosti vrtenja in večanjem površinske gostote se je pojavila potreba po izboljšanju ležajev. Kroglične ležaje so nadomestili tekočinski ležaji (Fluid Dynamic Bearings / FDB). Pri teh ležajih se namesto kroglic uporablja olje, kar znatno zmanjša hrup, prav tako pa podaljša življenjsko dobo ležajev.

Slika 55: Struktura motorja s krogličnim ležajem Vir: http://goo.gl/GF786bl

Page 54: Uporaba informacijske komunikacijske tehnologije

ZGRADBA RAČUNALNIKA – strojna oprema 53

Pri motorjih s tekočinskimi ležaji se velikost NRRO zmanjša za faktor 10 in se tako giblje v območju 0,01 mikro palca (=0,25 nm), kar omogoča večje gostote sledi in s tem večjo površinsko gostoto. Prav tako pa uporaba tekočinskih ležajev zmanjša nivo hrupa in poveča odpornost proti udarcem, kar je posebno pomembno pri uporabi diskov v mobilnih napravah.

Hitrost plošč se je povečala na 3600 obr/min in kmalu za tem na 5400 obr/min, ki je bila standardna več let. Najprej so se začele višje hitrosti vrtenja uporabljati v SCSI trdih diskih, ki so se uporabljali v zahtevnejših aplikacijah, šele kasneje pa tudi v IDE/ATA. Današnja standardna hitrost vrtenja plošč v namiznih računalnikih je 7200 obr/min, pri SCSI trdih diskih in diskih za strežnike pa 10000 obr/min in tudi 15000 obr/m.

Krmilnik trdega diska

Vsi moderni trdi diski imajo krmilnik, ki je vgrajen v enoto trdega diska. To je elektronsko vezje, ki omogoča procesorju komunikacijo s trdim diskom. Starejši trdi diski niso imeli vgrajenega krmilnika, ampak je bila kontrolna logika za nadzor nameščena na posebni kartici, ki je bila priključena na sistemsko vodilo na matični plošči. Krmilna elektronika trdega diska vsebuje mikroprocesor, pomnilnik, vmesni pomnilnik (predpomnilnik) ter ostale strukture, za nadzor funkcij trdega diska. Danes imajo vsi trdi diski vgrajeno elektroniko krmilnika in vmesnika na tiskanem vezju, ki je sestavni del diska. Krmilnik trdega diska izvaja naslednje funkcije:

nadzor motorja za pogon plošč, vključno z nadzorom, hitrosti vrtenja, nadzor gibanja aktuatorja, da se bralno/pisalne glave premaknejo na želeno sled, upravljanje vseh bralno/pisalnih operacij, upravljanje porabe energije, preračun geometrije, upravljanje s predpomnilnikom in optimizacija dodatnih funkcij, kot je branje vnaprej

(prefetch), koordiniranje in integriranje ostalih funkcij, kot so pretok informacij preko vmesnika

trdega diska, optimizacija hkratnih zahtev, pretvorba podatkov v in iz oblike, ki jo zahtevajo bralno/pisalne glave,

krmiljenje delovanja za doseganje čim boljše zmogljivosti in zanesljivosti (detekcija in korekcija napak.

Predpomnilnik

Prvič je bil predpomnilnik v krmilniku diska uporabljen leta 1985 v diskih IBM 3880 in IBM 3990. Danes vsi sodobni trdi diski vsebujejo vgrajen predpomnilnik, pogosto imenovan tudi

Slika 56: Struktura motorja s tekočinskim ležajem Vir: http://goo.gl/K245ij2

Slika 57: Hitrost plošč in namen Vir: http://goo.gl/oiz56AS

Page 55: Uporaba informacijske komunikacijske tehnologije

ZGRADBA RAČUNALNIKA – strojna oprema 54

»buffer«. Njegova funkcija je delovati kot vmesni izenačevalni pomnilnik med relativno hitro in relativno počasno napravo. Na tem disku se predpomnilnik uporablja za shranjevanje zadnjih prebranih podatkov s plošč in tudi za branje vnaprej (prefetch). Pri branju vnaprej se z diska ne prebere samo želeni sektor, temveč tudi nekaj naslednjih sosednjih sektorjev, ker je velika verjetnost, da bodo v bližnji prihodnosti, potrebni tudi naslednji sektorji takoj za pravkar zahtevanim. Uporaba predpomnilnika izboljša zmogljivost vsakega trdega diska, s tem da zmanjša število fizičnih dostopov do plošč pri ponavljanih branjih in da dovoljuje neprekinjen prenos podatkov s plošč, ko je vodilo zasedeno. Velikost predpomnilnika je bila na začetku 512 KB, sedaj pa ima večina trdih diskov 8 MB ali 16 MB velik predpomnilnik. Razlog, da je predpomnilnik trdega diska tako pomemben, je zaradi razlike v hitrosti trdega diska in vmesnika trdega diska. Iskanje podatka na trdem disku vključuje pozicioniranje bralno/pisalnih glav na želeni sektor, kar traja nekaj milisekund. Prenos 4 KB velikega bloka preko vmesnika je vsaj 100/krat hitrejši od iskanja in branja le tega s plošče.

Temeljno načelo delovanja preprostega predpomnilnika je zelo enostavno. Branje podatkov s trdega diska se običajno izvaja v blokih različnih velikosti, ne samo po en sektor 512 KB. Predpomnilnik je razdeljen v segmente, od katerih vsak vsebuje blok podatkov. Ko pride do zahteve po določenem podatku na trdem disku, pošlje vezje predpomnilnika najprej povpraševanje, če je podatek v katerem od segmentov predpomnilnika. Če je, se posreduje krmilniku in ni potreben dostop do plošč. V nasprotnem primeru, če podatka ni v predpomnilniku, ga je potrebno najprej prebrati s plošče in shraniti v predpomnilnik, v primeru da bo prišlo do ponovne zahteve po istem podatku. Zaradi omejenosti velikosti predpomnilnika je v njem le toliko podatkov, kolikor je velikost predpomnilnika, nakar se podatki prepišejo z novejšimi. Prepisovanje podatkov gre na krožni način, po pravilu prvi/noter prvi/ven (FIFO).

V prizadevanju za izboljšanje učinkovitosti, so proizvajalci implementirali izboljšave vezja predpomnilnika.

Vmesnik za priklop

Trdi diski se uporabljajo na različnih mestih za veliko različnih namenov. Razviti so bili različni vmesniki z namenom rešiti ta problem raznolikosti. ATA (paralelni) vmesnik je bil razvit za interne trde diske namiznih računalnikov, medtem ko je bil SCSI (paralelni) za strežnike in sisteme velikega obsega. Z namenom povečanja hitrosti prenosa sta ta dva paralelna vmesnika zamenjala serijska. SCSI je zamenjal Fibre Channel in Serial Attached SCSI (SAS), medtem ko je ATA zamenjal SATA. PATA je starejša tehnologija in uporablja široke trakaste kable (Ribbon cable). Še vedno se uporabljajo zaradi naprav, ki še vedno dobro delujejo. Največja hitrost delovanja je 133MB/s. IDE, EIDE, ATA, ATAPI, ATA-33, Ultra ATA/133...so nazivi za družino vmesnikov PATA.

Trenutno so standardizirane tri verzije SATA vmesnikov in vmesnik eSATA za povezovanje z zunanjimi napravami: SATA 1.0 s hitrostjo prenosa 1,5 Gb/s SATA 2.0 s hitrostjo prenosa 3 Gb/s SATA 3.0 s hitrostjo prenosa 6 Gb/s

Slika 58: Vmesnika SATA in PATA Vir: http://goo.gl/oiz56AS

Page 56: Uporaba informacijske komunikacijske tehnologije

ZGRADBA RAČUNALNIKA – strojna oprema 55

Ključna značilnost SATA vmesnika, omogoča sortiranje in dodajanje prioritet več ukazom naenkrat ter zmanjšanje mehanske obrabe trdega diska. Ostale značilnosti so priklop med delovanjem (hot plug), razporejen (zakasnjen) zagon plošč v primeru več trdih diskov v sistemu.

Pri omenjenih vmesnikih (paralelni ATA, serijski ATA, paralelni SCSI in serijski SCSI) omenimo še FC ( �Fibre Channel) vmesnik, ki združuje značilnosti hitrega podatkovnega kanala in značilnosti omrežja. Omogoča povezavo na večje razdalje. Prenosna hitrost FC vmesnika je bila na začetku 200 MB/s, trenutno pa je 5,1 GB/s (leto 2008). Ta povezava podpira sočasne dvosmerne komunikacije z neodvisnimi operacijami pošiljanja in sprejemanja. Za prenos se uporabljajo single-mode in multi-mode optični kabli in laserski oddajniki z valovnimi dolžinami od 850 nm do 1300 nm. Možne so tri vrste topologij, ki določajo kako so vozlišča povezana med seboj v mrežo (točka-v-točko, zanka, povezava preko stikal). Topologije se lahko medsebojno prepletajo, tako da je mreža konceptualno podobna Ethernet omrežju. Uporablja se Fiber Channel Protocol (FCP), ki je podoben protokolu TCP, ukazi pa so večinoma enaki SCSI ukazom.

Pomembne lastnosti trdega diska so:

zmogljivost (kapaciteta) trdega diska se običajno meri v GigaBytih (GB), kratki dostopni čas (pod 10 ms) in velike hitrosti vrtljajev na minuto (5.400 in naprej), zunanja velikost trdega diska je največkrat 3,5", za prenosne računalnike pa 2,5", priključitev prek vmesnikov, najbolj znani so ATA, SATA in SCSI, zanesljivost (zelo pomembna za strežniške sisteme). Podatek MTBF (Mean Time

Between Failures) nam pove koliko časa povprečno preteče med dvema napakama. Današnji zmogljivi diski (predvsem SCSI) se ponašajo z vrednostmi, kot je 1,2 milijona ur, to je celih 137 let, MTBF povprečnih diskov ATA pa 500.000 ur ali 57 let. Bolj poštena do uporabnikov je vrednost CDF (Cumulative Distribution Function), ki jo navajajo nekateri izdelovalci. Prav tako gre za statistično meritev, a je podana v bolj razumljivih in primerljivih enotah - npr. "4 % v petih letih". Tak disk ima torej 4 % možnosti, da bo v naslednjih petih letih odpovedal.

Varovanje podatkov na disku se izvaja v praksi tako, da se izdelujejo sprotne/občasne varnostne kopije, z redudančnim zapisom RAID in z nadzorom zanesljivosti delovanja S.M.A.R.T.. Kaj nas čaka v prihodnosti?

Klasični trdi diski so poleg visoke energijske porabe, žal najpogostejši krivci tudi za "relativno" počasno delo osebnih računalnikov in so žal na prvem mestu tudi pri razlogih za izgubljanje podatkov. Čeprav ni mogoče reči, da trdi diski niso tehnološko napredovali, pa so to v osnovi še vedno mehansko-magnetne naprave. V zadnjih letih so proizvajalci s pravokotnim (perpendikularnim) načinom zapisovanja na magnetne plošče dosegli rešitev za dodatno 10-kratno povečanje kapacitete v naslednjih letih, kar jim bo uspevalo ob nadaljnjem manjšanju fizične velikosti diskov in, kot so nakazali z najnovejšimi izdelki, z optimiranjem delovanja tudi zmanjševanju energijske porabe.

Največja nevšečnost mehanskih diskov pa je njihova občutljivost na tresljaje, udarce, padce – kar je pri uporabi v prenosnih računalnikih in navsezadnje tudi v prenosnih zunanjih diskih lahko ključnega pomena. Že leta imajo proizvajalci v diske vdelane mehanizme za parkiranje glave, ko je disk neaktiven (ugasnjen). Navajajo, da mehanizmi ščitenja zdržijo pospeške do

Page 57: Uporaba informacijske komunikacijske tehnologije

ZGRADBA RAČUNALNIKA – strojna oprema 56

več 100 g, a vse to ni vredno nič, ko vam disk z metra in pol (iz rok) pade na trda tla. Udarec je prevelik in podatki so najverjetneje izgubljeni (ali pa je z njihovo obnovitvijo vsaj veliko dela in stroškov).

Mehanskih diskov se želimo znebiti še zaradi hitrosti, saj je splošno mnenje, da so ozko grlo, ter seveda zaradi energijske porabe, kjer pa so tudi eden od večjih porabnikov. Zeleni diski

V zadnjem času se je veliko zgodilo tudi na področju energijske varčnosti v trdih diskih, saj so se proizvajalci zganili in na trg poslali tako imenovane zelene diske. Ti vsebujejo posebno logiko, ki odvisno od bremena (ali uporabnik dostopa do podatkov ali so samo občasne zahteve) prilagaja hitrost vrtenja plošč ter s tem uravnava optimalno porabo energije. Če uporabnik začne z množičnim dostopanjem do podatkov, se plošče diska začnejo vrteti z najhitrejšimi vrtljaji (7.200 obratov na minuto - rpm), sicer se upočasnijo na 5.400 rpm.

Hibridni diski

Koncept hibridnih diskov se je pojavil z Intelovo tehnologijo Robson, ki že dve leti napoveduje povezavo bliskovnega pomnilnika z matično ploščo. Glavni katalizator izrabe tehnologije flash pri dostopu do mehanskih medijev naj bi bil sistem Windows Vista, vendar se po njegovem prihodu o tem govori manj kot prej. Razlogov je več, osrednji pa je ta, da rezultati v praksi ne govorijo o drastičnem upadu energijske porabe oziroma o blazno hitrejšem delovanju računalnika, nalaganju aplikacij in zaganjanju operacijskega sistema – kar naj bi se sicer zgodilo.

Hibridni trdi disk je običajni trdi disk, ki ima na tiskanem vezju poleg 8 ali 16 MB hitrega predpomnilnika še 128−1024 MB bliskovnega pomnilnika. Tja beleži najpogosteje uporabljene zapise oziroma ob zaporednih sekvenčnih branjih podatkov, vanj pred samo zahtevo naloži podatke, za katere predvideva da jih bo sistem zahteval v prihodnosti. Če je ta sistem predvidevanja uspešen, se lahko disk ustavi, in medtem ko uporabnik prazni podatke iz bliskovnega predpomnilnika, varčuje z energijo.

SSD - naslednja generacija

Trdi diski bodo verjetno prej ali slej izumrli, nadomestili jih bodo pomnilniški diski SSD (Solid State Disk) - vsaj tako zatrjujejo izdelovalci, ki to potrjujejo s tem, da je že nekaj časa moč kupiti prenosne računalnike, ki take diske tudi že čisto zares vsebujejo. Danes je SSD diske že moč kupiti kot komponente.

Diski SSD, ki temeljijo na tehnologiji flash, lahko uporabljajo dva tipa pomnilnih celic NAND-MLC (Multi Level Cell) in SLC (Single Level Cell). Prvi tip polnilnika v eni sami celici hrani tri ali več bitov, zato je cenovno ugodnejši, vendar porabi več električne energije, je počasnejši in zdrži manj pisalnih ciklov. Pomnilne celice SLC po drugi strani hranijo le po en bit, vendar so zato veliko hitrejše in bolj zanesljive - žal tudi dražje, saj potrebujemo več celic za hranjenje enake količine podatkov.

Slika 59: SSD diski Vir: http://goo.gl/L65PZdf

Page 58: Uporaba informacijske komunikacijske tehnologije

ZGRADBA RAČUNALNIKA – strojna oprema 57

Najnovejši modeli SSD diskov so postali hitri tudi pri zapisovanju podatkov. To omogoča interna tehnologija, ki je podobna RAID 0 oz. stripingu pri trdih diskih.

Najbolj pričakovani mejnik v bližnji prihodnosti so torej diski, v celoti sestavljeni iz bliskovnega pomnilnika. Če so prve naprave uporabljale pomnilnik tipa NOR, pa so se kasneje zaradi nižje cene ter višje kapacitete in hitrosti premaknili na tip NAND. Edina slabost slednjega je da ne omogoča neposrednega dostopa do katerekoli pomnilne lokacije, temveč se je treba ukvarjati z bloki podatkov, velikimi več tisoč ali milijonov bitov. SSD-diski so zaradi svojih prednosti: neverjetna hitrost pri dostopu do naključnih podatkov, ter predvsem zanesljivost v težkih pogojih (teren) že vrsto let prisotni v specializiranih področjih (vojaška letalska in vesoljska industrija).

7.4.5 CD ROM in CD-R

Ločiti moramo med medijem in enoto (pogonom), ki je vgrajena v računalnik in lahko bere in/ali zapisuje podatke na medij, ki ga imenujemo zgoščenka (angl. CD, Compact Disc). Zgoščenka je optični disk, ki ga uporabljamo za zapisovanje digitalnih podatkov. V osnovi je bil razvit za shranjevanje digitalnega zvočnega zapisa. Zgoščenke imajo navadno premer 120 mm, a obstajajo tudi 80-milimetrske različice. Običajna zgoščenka sprejme okrog 74 minut zvočnega zapisa. Tehnologija glasbenih zgoščenk je bila kasneje prilagojena za shranjevanje podatkov v računalništvu. V računalništvu se uporabljajo zgoščenke CD ROM in CD-R. Na CD ROM-ih so običajno posneti računalniški podatki ter programi in ne glasba. Kapaciteta take zgoščenke je od 650-800 MB. Na zgoščenke oz. CD ROM ne moremo zapisovati podatkov, razen če uporabljamo poseben CD–R zapisovalnik in posebne zgoščenke, namenjene zapisovanju. Podobno kot diskete, so tudi zgoščenke danes že zastarele. Nadomestili so jih na videz zelo podobni DVD-ji. Osnovni principi zapisa podatkov na CD in DVD

Zgoščenka je sestavljena iz treh različnih plasti. Med dvema plastičnima masama, ki skrbi predvsem za zaščito, je odbojna plast, ki ni ravna, vendar je polna izboklin. Zgornja plast je namenjena predvsem informaciji o vsebini zgoščenke in je zato po navadi potiskana. Spodnja plast pa je prozorna in prepušča bralni laserski žarek. Ker je spodnja plast debelejša kot zgornja je zato manj občutljiva na zunanje vplive. Na odbojno plast sveti šibak laserski žarek. Kadar

sveti na ravno površino, se svetloba odbije nazaj v senzor, če pa zadene na prehod iz podlage v izboklino, ali obratno, se svetloba razprši. Prvo nam predstavlja dvojiško vrednost 0, drugo pa 1. Izboklinice oz. luknjice so na zgoščenki razporejene v spiralo, ki se enakomerno odvija iz notranjosti proti zunanjosti. CD-R je nosilec, na katerega lahko zapisujemo podatke in jih kasneje beremo, vendar jih ne moremo izbrisati. Zaradi tega pa se teh diskov prijelo ime WORM (Write Ones-Read Many times.). CD-R nosilci se v praksi obnašajo kot "navadne" CD plošče, mogoče pa jih je brati skoraj v vseh predvajalnikih.

Slika 60:CD ROM Vir: http://goo.gl/ZS98dsx

Slika 61:Prerez zgoščenke Vir: http://goo.gl/GFsc768

Page 59: Uporaba informacijske komunikacijske tehnologije

ZGRADBA RAČUNALNIKA – strojna oprema 58

Navadne CD plošče so narejene v tovarni, kjer podatke tiskajo na podatkovno površino. Postopek izdelave je podoben sitotisku kjer se najprej izdela izvirnik nato matrika, ki služi za izdelavo od 5000 do 30000 zgoščenk. Pri izdelavi se matriko zaliva s tekočo plastiko. Po strditvi se v jamice nanese tanka plast aluminija. Debelina aluminijaste plasti je okrog 100 nm. Aluminij v luknjicah odbija svetlobo, poleg tega je termično zelo prevoden, tako da je manjša možnost, da bi se med branjem toplotno poškodoval. Sledi še nanos tanke zaščitne plasti laka.

Za CD-RW lahko rečemo, da je naslednik CD-R. Najprej so ga poimenovali CD-E (Compact Disk Erasable). Ker izdelovalci niso želeli, da bi se ljudje bali, da lahko podatke kar tako zbrišemo, so jih preimenovali v CD-RW. Enote CD-RW temeljijo na tehnologiji faznih sprememb. Za razliko od CD-R, pri katerih v organsko snov delamo luknjice, pri nosilci CD-RW spreminjamo stanje uporabljene snovi iz amorfne v kristalno. Tako dosežemo razpršitev ali odboj laserske svetlobe, ki jo oddaja.

Nosilec DVD je po zunanjosti povsem podoben CD plošči, vendar se DVD odlikuje z neprimerno večjo gostoto zapisa, ki omogoča pri enakih fizičnih merah kar 4.7 ali več GB pomnilniškega prostora.

Tehnologija, ki je osnova za delovanje pogona DVD, je podobna tehnologiji, uporabljeni v pogonih CD. Pri obeh so podatki fiksno zapisani na plošči, oz. natančneje, nanizani so na spirali, ki teče od notranjega roba plošče proti zunanjosti. Osnova razlika med obema tipoma plošč je velikost podatkovne vdolbinice, ki je pri ploščah CD 0.384 do 3.058 nm, pri DVD pa 0.4 do 2.128 nm, ter širini podatkovne poti, ki je 1.6 nm pri ploščah CD in samo 0.74 nm pri DVD ploščah.

Obstaja pa še ena pomembna razlika med obema ploščama. Plast, v kateri so zapisani podatki na DVD plošči, je za polovico tanjša od tiste pri ploščah CD. Zaradi tega je mogoče dve taki plasti preprosto zlepiti med seboj in tako dobimo dvostransko ploščo DVD.

Slika 62: Primerjava zapisa na CD in DVD plošči Vir: http://goo.gl/GFsc768

Slika 63: Prerez enostranskega, enoplastnega nosilca DVD in Prerez enostranskega, dvoplastnega nosilca DVD

Vir: http://goo.gl/GFsc768

Page 60: Uporaba informacijske komunikacijske tehnologije

ZGRADBA RAČUNALNIKA – strojna oprema 59

Tabela 6: Značilnosti različnih tipov DVD plošč

Ime Premer plošče Kje so podatki Kapaciteta DVD-5 12 cm SS / SL 4.38 GB DVD-9 12 cm SS / DL 7.95 GB DVD-10 12 cm DS / DL 8.75 GB DVD-18 12 cm DS / DL 15.9 GB DVD-1 8 cm SS / SL 1.36 GB DVD-2 8 cm SS / DL 2.48 GB DVD-3 8 cm DS / SL 2.72 GB DVD-4 8 cm DS / DL 4.95 GB DVD-R 12 cm SS / SL 3.68 GB DVD-R 12 cm DS / SL 7.38 GB DVD-R 8 cm SS / SL 1.15 GB DVD-R 8 cm DS / SL 2.29 GB

DVD-RAM 12 cm SS/ SL 2.40 GB DVD-RAM 12 cm DS / SL 4.8 GB

Vir: http://goo.gl/GFsc768

LEGENDA: SS ... enostransko, SL...enoplastno, DS...dvostransko, DL dvoplastno

Tehnične lastnosti DVD-jev:

VIDEO (PAL): kodeki: MPEG1 in MPEG2 resolucije: - MPEG1: 352x288

- MPEG2: 720x480, 704x480, 352x480, 352x240 vzorčenje: 25 slik na sekundo prenos: 3000~9000 kbit/s

AUDIO: kodeki: MP1, MP2, AC3, DTS, PCM velikost: 30 - 70 MB/min prenos: 192~448 kbit/s

Poznamo še druge tipe zgoščenk (DVD+R, DVD-RW, DVD+RW). Zgoščenke in DVD-je uporabljamo predvsem za prenos programov in podatkov, pa tudi za varnostno hranjenje podatkov. Tak način varnostnega hranjenja podatkov izberejo predvsem domači uporabniki in mala podjetja. Vendar se moramo zavedati, da ima zapis na DVD-jih omejen rok trajanja. Slik, ki smo jih danes shranili na DVD, čez trideset let verjetno ne bomo več prebrali.

7.4.6 Bliskovni (flash) pomnilnik

Zadnja tehnologija pomnilnikov, ki ji rasteta priljubljenost in uporabnost, je tako imenovana flash ali bliskovna tehnologija. Flash pomnilnik je računalniški pomnilnik, ki ga je mogoče večkrat zapisovati, prepisovati ali brisati. Tehnologija se uporablja predvsem v spominskih karticah in USB ključih. Flash spominske kartice so namenjene predvsem prenosu in izmenjavi podatkov med računalnikom in drugimi napravami, npr. med računalnikom in digitalnim

Slika 64: Bliskovni pomnilniki Vir: http://goo.gl/KLo8I9P

Page 61: Uporaba informacijske komunikacijske tehnologije

ZGRADBA RAČUNALNIKA – strojna oprema 60

fotoaparatom, pa tudi shranjevanju podatkov v digitalnih napravah, kot so digitalni fotoaparati in kamere. Flash spominskih kartic in USB ključev ni priporočljivo uporabljati za trajno hranjenje in arhiviranje podatkov. Možnost izgube podatkov zaradi okvar je npr. na USB ključu bistveno večja kot na trdem disku. Kapacitete spominskih kartic in USB ključev se merijo v GB in ves čas naraščajo. Za ilustracijo si poglejte razvojne možnosti in ideje za pomnilnike v nadaljevanju ali na spletnem naslovu: http://www.mojmikro.si/v_srediscu/tehnologije/nasledniki_bliskovnega_pomnilnika Nasledniki bliskovnega pomnilnika

ʺElektronske pomnilnike, radi jih imenujemo pogoni SSD, najdemo v vseh mobilnih napravah, prodirajo pa tudi v svet namiznih računalnikov, saj uporabniki spoznavajo njihove prednosti. Vendar tehnologija bliskovnih (flash) pomnilnikov ni najprimernejša za tovrstne naloge, saj ni bila oblikovana kot sredstvo hranjenja velike količine podatkov. Računalniška industrija se srečuje z vprašanjem, katera od tehnologij v razvoju (s katerimi se zaradi visokih stroškov razvoja ukvarjajo le velika podjetja, kot so IBM, Toshiba ali Fujitsu) je najprimernejša za zamenjavo tehnologije »flash« in kako hitro lahko pride iz laboratorijev na trg.

Osnovni element bita v bliskovnem pomnilniku je tranzistor, enak kot tisti v procesorju ali pomnilniku računalnika (DRAM), le da v teh delujejo tudi do dvajsetkrat hitreje. Obstoječi elektronski pomnilniki so hitrejši od trdih diskov pri branju podatkov, pred njimi imajo tudi druge prednosti, ki so posledica dejstva, da nimajo premičnih mehanskih delov, po drugi strani pa so razmeroma počasni pri zapisovanju podatkov, pri čemer je potrebna za okolje računalnika razmeroma visoka napetost, in so podvrženi »obrabi«.

Naslednik bliskovnega pomnilnika je nujno potreben, ker je njegov potencial že skoraj dosežen. Še ga je možno pomanjševati in s tem dosegati večje velikosti pomnilnika, nič več pa ne morejo storiti glede življenjske dobe in porabe energije. Razlog je v načinu delovanja pomnilniške celice, ki je v bistvu tranzistor s tremi vrati, vhodnimi, izhodnimi in nadzornimi. Zadnja odločajo, ali skozi tranzistor teče tok ali ne, s tem pa, ali je v celici zapisana logična ničla ali enica. Tranzistor pa izgubi »podatek«, če ni priključen in ni električnega toka, zato je v pomnilniški celici dodaten element, tako imenovana »plavajoča vrata« (tranzistor s plavajočimi vrati), ki stalno hrani električni naboj v obliki shranjenih elektronov, ki jih napolni napetost med 10 in 20 volti.

Celico beremo s šibkim merilnim tokom. Če merilni tok pride skozi celico, to pomeni, da »plavajoča« vrata niso nabita, to pa pomeni logično enico, če pa ga na izhodu ne moremo izmeriti, potem so vrata nabita z elektroni in celica hrani logično ničlo. Da elektroni ne bi »izginjali« iz plavajočih vrat, so ta ločena s tanko plastjo neprevodne (izolativne) snovi. Ko v celico pišemo ali brišemo podatke iz nje, je potrebna višja napetost, da elektroni lahko

Page 62: Uporaba informacijske komunikacijske tehnologije

ZGRADBA RAČUNALNIKA – strojna oprema 61

premagajo trenje pri prehodu skozi izolacijsko plast. Višja napetost upočasni proces pisanja oziroma brisanja, hkrati pa se pri vsakem takem ciklu nekoliko izrabi izolacija in zaradi tega ima tipična celica življenjsko dobo okoli 10 tisoč zapisovanj. Občutljivost celic je razlog, zakaj imajo bliskovni pomnilniki elektroniko, ki enakomerno razporeja zapisovanje v celice, tako da so vse celice približno enako obremenjene. Kar spet vpliva na porabo energije in hitrost zapisovanja. Pomanjševanje celic v želji po večji gostoti zapisa problem vzdržljivosti pomnilnika stopnjuje, saj se pri zmanjševanju gradnikov celice, tanjša tudi izolacijska plast.

Tehnologije elektronskih pomnilnikov v razvoju so zato usmerjene predvsem v treh smereh: kako pisati podatke v celico hitreje, kako izdelati celice bolj robustno in povečati število pisanj ter kako še zmanjšati porabo energije, saj je ta ključna pri mobilnih napravah. Čeprav smo pred časom nekatere od njih že omenili in zapisali, da bi se lahko nekatere pojavile že letos, se je napoved spremenila.

SONOS − ujeti elektroni za višjo učinkovitost

Silicij-oksid-nitrid-oksid-silicij ali SONOS je tip elektronskega pomnilnika, ki je po strukturi podoben bliskovnim pomnilnikom, vendar v primerjavi z njim prepolovi potrebo po energiji in za nekaj tisočkrat izboljša vzdržljivost pomnilniške celice. »Plavajoča vrata« niso iz silicija kot pri bliskovnem pomnilniku, temveč iz silicijevega nitrida, ki ima enotnejšo molekularno strukturo in bolje »zadržuje« elektrone. Zaradi tega je izolacijska plast tanjša, za zapisovanje oziroma brisanje pa je dovolj napetost med petimi in osmimi volti.

Ideja pomnilnika SONOS izvira iz leta 1960, prvi tak pomnilnik, ki jih uporabljajo za vojaške in vesoljske namene, pa so izdelali deset let pozneje. Za splošno uporabnost pa je tehnologija še vedno pred izzivoma, kako izdelati dovolj majhne pomnilniške celice in kako narediti proizvodnjo stroškovno učinkovito.

FeRAM – »preklapljanje« molekul

Page 63: Uporaba informacijske komunikacijske tehnologije

ZGRADBA RAČUNALNIKA – strojna oprema 62

Pri tem tipu elektronskega pomnilnika se število zapisov v pomnilniško celico, preden se ta »pokvari«, meri v trilijonih, s tehnologiji pa se ukvarjajo podjetja Ramtron, Fujitsu in Texas Instruments. V primerjavi z bliskovnim pomnilnikom in pomnilnikom SONOS se zapis podatka spreminja s »premikanjem« atomov. Prototipi pomnilnika obstajajo že od osemdesetih let prejšnjega stoletja, stopnja pomanjševanja pa se je ustavila pri 130 nm. Ker je strošek na pomnilniško celico še vedno visok, ta tip pomnilnike uporabljajo v aplikacijah, kjer cena ni problem, na primer za nadzorno elektroniko varnostnih zračnih blazin avtomobila ali v medicinskih napravah. Glavni prednosti sta nizka napetost, predvsem v procesu zapisovanja, kar pomeni, da pomnilnik odlikuje energetska učinkovitost in visoka hitrost zapisovanja (spreminjanja stanja). Celica je sposobna svoje stanje spremeniti v 150 ns, kar je občutna prednost pred celico bliskovnega pomnilnika, ki je to sposobna storiti v 10 ms.

Pomnilnik FeRam je oblikovan tako, da merilni tok (branje) teče skozi feroelektrično snov, v kateri lahko zapisovalni tok »premika« atome gor oziroma dol, s čimer se spreminja njeno električno prevodnost. Zapis poteka prek električnega polja na ploščah kondenzatorja, ki prisili dipole v izolatorju, da se uredijo v smeri polja (gor ali dol), kar povzroča majhne premike atomov in spremembo distribucije polja v kristalu. Ko polja ni več, orientacija dipolov ostane, kar pomeni, da se podatki ohranijo tudi, ko na pomnilniku ni električnega toka. Pri branju pa želi tranzistor umetno spremeniti stanje celice, na primer v stanje nič. Če je celica že v tem stanju, se ne zgodi nič, če pa je v stanju ena, pa se sprememba orientacije zazna kot kratek električni impulz na izhodnih povezavah. Ker se v tem primeru spremeni prvotni zapis v celici (branje je destruktivni proces), mora elektronsko vezje v takem primeru ponoviti originalni zapis podatka.

MRAM – magnet za vedno shrani podatke

Magnetno odporen pomnilnik deluje podobno kot FeRAM, oba pa sta oblikovana za hitro delovanje in dolg vek trajanja. Ideja zanj izhaja iz magnetnih pomnilnikov v petdesetih letih prejšnjega stoletja, le da je »princip« prenesen v mikroskopski svet integriranih vezji. Podatek pomeni magnetna polariteta, ki jo je moč hitro spremeniti iz enega stanja v drugo in se ohrani,

Page 64: Uporaba informacijske komunikacijske tehnologije

ZGRADBA RAČUNALNIKA – strojna oprema 63

tudi če na pomnilniku ni toka, hkrati pa ta proces ne »uničuje« pomnilniške celice. Lahko bi dejali, da je ta pomnilnik večen.

Zapis podatka v celici ne pomeni električno, temveč magnetno polje. Celico, magnetni element, gradijo dve »plošči« iz feromagnetne snovi in plast izolatorja med njima. Ena od plošč je stalno namagnetena z določeno polariteto, polariteta druge pa je odvisna od polja, »pripeljanega« nanjo. Ko spremenimo polariteto plošče, ta ostane tudi, ko pomnilnik ni priključen na električni tok. Zapis je moč izvesti na več načinov. Najpreprostejši je prek dveh »zapisovalnih žic« pod celico, ki sta med seboj pod pravim kotom. Tok, ki teče po njih, inducira magnetno polje na točki stika žic, ta pa se nato »prenese« na »zapisovalno« ploščo – tisto, katere polariteta ni stalna.

Branje je izvedeno prek merjenja električne upornosti celice. Tok, ki ga žalimo »pripeljati« prek celice do ozemljitve, je na svoji poti bolj ali manj oviran, saj zaradi tako imenovanega magnetnega tunelskega efekta, magnetna orientacija obeh plošč vpliva na električni upor celice. Tipično logično ničlo pomeni primer, ko sta obe plošči enako orientirani, enico pa, ko sta polariteti nasprotni.

Tudi pomnilnike tega tipa že izdelujejo, vendar le za posebne namene, kot so vesoljski programi. Ker pa se z njim ukvarja nekaj večjih podjetij, med katerimi so najbolj poznana Toshiba, IBM in NEC, obstaja upanje, da bodo na voljo že v nekaj letih.

Fazno spremenjeni pomnilnik

 

Večina naslednikov bliskovnega pomnilnika izkorišča električne ali magnetne lastnosti za hranjenje podatka, ne pa tudi fazno spremenjen pomnilnik. Ta fizično spremeni snov, natančneje snovi, ki so lahko v dveh stanjih – v kristalnem, kjer so atomu urejeni in snov dobro prevaja električni tok, ter v neurejenem, amorfnem, ki elektrike ne prevaja.

Ko smo leta 2008 prvič pisali o tem pomnilniku (http://tinyurl.com//wsz6u7/), smo optimistično napovedali, da bodo kmalu na trgu. In udarili mimo. Očitno je bilo s postopkom

Page 65: Uporaba informacijske komunikacijske tehnologije

ZGRADBA RAČUNALNIKA – strojna oprema 64

zapisovanja − ki vključuje dolgo lasersko obsevanje (dolg impulz) snovi, ki to popolnoma stopi in jo spremeni v neurejeno stanje, in krajši impulz, ki segreje snov z nižjo temperaturo, ravno tolikšno, da se atomi v snovi uredijo − še veliko praktičnih težav. Kaj je zapisano v celici, enica ali ničla, izvemo z merjenjem njene električne upornosti.

In kje smo danes? IBM-ovi raziskovalci so dosegli hitrost zapisa v celico, ki je stokrat hitrejša od hitrosti zapisa bliskovnega pomnilnika. Samsung, Hynic in Intel pa že imajo 64 MB pomnilniške čipe, narejene s to tehnologijo, zato utegne biti tehnologija fazno spremenjenega pomnilnika prva izmed vseh, ki bo komercialno na voljo.

ReRAM in CeRAM – stavi na pomanjševanje

Veliko predlaganih tehnologij pomnilnikov se prej ali slej srečajo z mejo, pod katero pomanjševanje ni več mogoče. »Uporni pomnilnik« (Resistive RAM) in pomnilnik s »prevodnim premoščanjem (Conductive Bridging RAM) ima veliko manjšo strukturo, velikosti nekaj ionov. Tehnologiji sta si med seboj podobni, največja razlika je v snoveh, ki ju uporabljata.

V pomnilniku ReRAM je uporabljena dielektrična snov, ki v osnovi deluje kot izolator, ko pa nanjo pripeljejo visoko napetost, v njej nastane kanal, ki prevaja električni tok. Če snov blokira merilni (bralni) tok med dvema elektrodama, to pomeni, da celica vsebuje logično ničlo, če pa obstaja kanal, po katerem lahko tok steče, logično enico. Kanal zruši napetost z nasprotnim predznakom. Pomnilnik CBRAM deluje podobno, le da ena elektroda vsebuje elektrokemično aktivno snov, kot je srebro, druga pa neaktivno, kot je volfram. Med elektrodama je elektrolit, ki je hkrati tudi izolator. Tudi v tem primeru celica vsebuje logično ničlo, če merilni tok ne »pride« skozi njo, kar pomeni, da je njena električna upornost visoka. Visoka napetost na elektrodah pa povzroči, da se prosti ioni v elektrolitu uredijo v nanokanal, upornost celice se zmanjša in merilno tok steče skozi njo. Prevodni kanal podre napetost z nasprotnim predznakom.

Največje prednosti obeh tehnologij v primerjavi z bliskovnimi pomnilniki so višja hitrost delovanja, daljša življenjska doba pomnilnika in veliko prostora za pomanjševanje. Stan Williams, znanstvenik pri HP-ju, je pred kratkim napovedal, da bo prvi pomnilnik ReRAM v obliki memristorja na voljo leta 2013.

Page 66: Uporaba informacijske komunikacijske tehnologije

ZGRADBA RAČUNALNIKA – strojna oprema 65

Še bolj nore ideje

Nanopomnilnik (Nano-RAM) se zgleduje po načelu mehaničnih stikal, saj izkorišča dejstvo, da električna napetost upogne nanocevko v enega od dveh možnih položajev, pri čemer ima v vsakem drugačno električno upornost. Tehnologija teoretično omogoča veliko gostoto zapisa podatkov, že zaradi majhnosti nanocevk, vendar je podjetje Nantero naredilo le prototip.

Na obzorju pa sta še dve tehnologiji, ki pa načelo delovanja trdih diskov pomanjšata v nanosvet. Pomnilnik Racetrack (»dirkališče«) tako kot trdi disk podatke shranjuje v zaporedne celice z različno magnetno orientacijo, vendar so celice v nanožici, skozi katero teče rok, bralno-pisalna glava pa se giblje vzporedno z njo. Velika teoretična gostota zapisa je posledica tega, da lahko veliko nanožic postavijo vzporedno eno z drugo.

Page 67: Uporaba informacijske komunikacijske tehnologije

ZGRADBA RAČUNALNIKA – strojna oprema 66

Veliko gostoto zaradi možnosti vzporednega zapisa podatkov na dani površini obljublja tudi pomnilnik Millipede (»stonoge«). Biti podatkov so zapisani v obstoječi ali neobstoječi vdolbinici na pomnilniški ploščici. Vdolbino naredi močno segreta konica tipala, ki pritisne ne površino snovi, odstrani pa jo segrevanje mesta, saj površinska napetost snovi povzroči, da se spet zravna. Branje poteka tako, da tipalo preveri, ali je pod njo vdolbinica ali je ni. Preprosto povedano, kot luknjičaste kartonske kartice iz zgodovine računalništva, le da v mikroskopskem svetu.

Vse tehnologije pomnilnikov, ki jih omenjajo za naslednika bliskovnega pomnilnika, obljubljajo predvsem hitrost in obstojnost. Kar ni čudno, saj je bil stari dobri »flash« bolj kot ne potisnjen v pogone SSD, ker nič boljšega (in cenejšega) ni obstajalo, proizvajalci pa so vedeli, da ljudje želijo hitrejše pomnilnike od trdih diskov. Če pa so potencialne tehnologije znane, to še ne pove dosti, saj je trenutno le HP napovedal, kdaj bo začel prodajati pomnilnike ReRAM. Za druge pa teh napovedi ni. Morda pa bomo čez tri leta spet pisali o teh tehnologijah kot o potencialnih »ubijalkah« pomnilnikov FLash, kot smo to počeli leta 2008. Danes je edina razlika v tem, da takrat pogonov SSD še ni bilo (oziroma so se šele pojavljali), pa tudi USB-ključki in pomnilniki mobilnih naprav so bili neprimerno manj zmogljivi. Ker tehnologije bliskovnega pomnilnika ni mogoče več veliko izboljševati, je morda res že čas za nekaj popolnoma novega.

Page 68: Uporaba informacijske komunikacijske tehnologije

ZGRADBA RAČUNALNIKA – strojna oprema 67

7.5 Vhodne naprave

Vhodne računalniške naprave skrbijo za zvezo računalnika z okoljem. S pomočjo vhodnih naprav vnašamo podatke in upravljamo delovanje računalnika. Sem spadajo nepogrešljive: tipkovnica,

miška, in manj pogosto uporabljane, ki imajo podobno vlogo kot miška: sledilna kroglica,

sledilna blazinica,

igralna palica,

svetlobno pero. V novejšem času podatke vnašamo tudi s pomočjo optičnih čitalnikov in z digitalnim zajemanjem slik. Vhodne naprave so tudi: optični čitalnik,

digitalni fotoaparat,

digitalna kamera. Tipkovnica

Tipke na tipkovnici so razvrščene v več skupin. Alfa numerična skupina je v osrednjem delu in je namenjena vnosu besedil.

Numerična skupina je namenjena lažjemu vnosu številk in izvajanju osnovnih računskih operacij. Razpored tipk je podoben kot pri kalkulatorju. Na tipkovnici je ta del nameščen na skrajni desni.

Posebne tipke so tipke s puščicami, Insert, Delete, Home, End, Page Up, Page Down, Print Screen, Scroll Lock in Pause, ki jih večinoma uporabljamo pri delu z besedili.

Funkcijske tipke imajo oznako F1, F2 ..., F12 in so na tipkovnici zgoraj. V vsakem programu imajo lahko drugačno funkcijo. Tipka F1 ima v večini programov pomen POMOČ (HELP). Po pritisku na F1 program poskuša pomagati, če pri uporabi programa zaidemo v težave.

Dodatne tipke kot npr. bližnjica do e-pošte, sporočilnega sistema, niso standardne. Namenjene so hitrejšemu zagonu programov in orodij na računalniku.

Miška je nepogrešljiva, saj omogoča hitro vnašanje ukazov. S premikanjem po podlagi se premika kazalnik na zaslonu. Ukaze vnašamo s klikom in dvoklikom na levi gumb. S klikom

Slika 65: Tipkovnice

Page 69: Uporaba informacijske komunikacijske tehnologije

ZGRADBA RAČUNALNIKA – strojna oprema 68

na desni gumb sprožamo menije, premikanje koleščka pa povzroča premikanje strani na zaslonu. Sledilna blazinica je podobno kot miška namenjena premikanju kazalnika (puščice) po zaslonu. Občutljiva je na dotik s prstom in je zelo primerna kot nadomestilo miške na prenosnih računalnikih.

Igralna palica se uporablja pri igranju iger, kjer lahko enostavneje krmilimo dogajanje v igri.

Svetlobno pero najpogosteje uporabljamo za lažje vnašanje ukazov na dlančnikih. Uporablja se podobno kot miška, torej za vodenje kazalca miške na ekranu in za izbiro ukazov s posebnih grafičnih podlog.

Optični čitalnik je periferna enota. Z njeno pomočjo pretvorimo sliko, risbo, fotografijo ali dokument v obliko, ki jo lahko obdela računalnik. Pravimo mu tudi "skener" in slikovni bralnik. V praksi deluje podobno kot fotokopirni stroj, le, da je rezultat "fotokopirana" slika na monitorju in ne dvojnik originalnega lista na papirju!

Za digitalno zajemanje statičnih ali gibljivih slik uporabljamo različne naprave, kot so fotoaparati, kamere in mobilni telefoni z vgrajenimi fotoaparati. Digitalni fotoaparati se od klasičnih razlikujejo v zajemanju, obdelavi in shranjevanju slike. Omogočajo fotografiranje brez uporabe filma. Slike shranimo na pomnilne kartice in jih lahko kasneje shranimo na trdi disk v računalnik. Slike je z računalniškimi programi mogoče nadalje obdelati in jih spreminjati.

Slika 66: Miška, igralna palica, svetlobno pero, optični čitalnik, sledilna blazinica 

Slika 67: fotoaparati, kamere in mobilni telefoni z vgrajenimi fotoaparati

Page 70: Uporaba informacijske komunikacijske tehnologije

ZGRADBA RAČUNALNIKA – strojna oprema 69

Digitalne kamere delujejo na podoben način in omogočajo snemanje filmov. Imajo veliko več pomnilnika za shranjevanje kot fotoaparati. Za shranjevanje posnetkov imajo male diske kapacitete 30 GB in več. Večina mobilnih telefonov ima vgrajen tudi fotoaparat ločljivosti zajemanja slik 3 milijonov pik in več. Slike in večpredstavna sporočila (MMS) lahko pošiljamo po mobilnem omrežju oz. jih s pomočjo interneta pošljemo po elektronski pošti.

7.6 Izhodne naprave

Izhodne naprave skrbijo za zvezo računalnika z okoljem. Prek izhodnih naprav računalnik komunicira z uporabnikom, posreduje rezultate obdelav ipd. Vse, kar se dogaja z računalnikom, lahko spremljamo na zaslonu, medtem ko končni izdelek na papir natisnemo s pomočjo tiskalnika. Najpogostejši izhodni napravi sta: zaslon (monitor),

tiskalnik. Zaslon je običajno le izhodna naprava. Vendarle pa obstajajo tudi zasloni, ki omogočajo vnos podatkov z dotikom (s prstom ali pisalom). V tem primeru je zaslon vhodna in izhodna naprava.

Tiskalniki so nepogrešljivi. Glede na tehnologijo izdelave se uporabljajo naslednje vrste tiskalnikov: matrični (iglični) tiskalniki,

brizgalni,

laserski. Matrični tiskalniki se vse manj uporabljajo. Njihovo delovanje je hrupno, kakovost tiska slaba, a so ponekod nepogrešljivi pri tiskanju na več plasti. Na ostalih področjih pa so jih izpodrinile druge vrste tiskalnikov. Laserski tiskalniki so danes najpogosteje uporabljeni tiskalniki za poslovno rabo. Dajejo najkakovostnejši izpis. Delujejo na podoben način kot fotokopirni stroji. Odlikujejo jih naslednje prednosti v primerjavi z matričnimi ali brizgalnimi tiskalniki: kakovostnejši izpis.

hitrejše delovanje,

tišje delovanje,

cenejše vzdrževanje.

Laserski tiskalniki so lahko črno beli ali barvni. Brizgalni (ink-jet) tiskalniki delujejo na principu brizganja črnila. Kakovost tiska se zelo približa laserskemu izpisu, a se sveže črnilo rado razmaže. Omogočajo poceni možnost kakovostnega barvnega tiska.

7.7 Druge naprave

Računalnik je postal sodobna multimedijska naprava. Razen za delo, ga uporabljamo tudi za zabavo, sprostitev in izobraževanje. Z računalnikom gledamo filme, poslušamo glasbo, predvajamo multimedijske animacije, se učimo, na internetu spremljamo novice in odlomke poročil ter za sprostitev zaigramo kakšno igrico. Zato potrebujemo različne multimedijske

Slika 68: Zaslon

Slika 69:Tiskalnik

Page 71: Uporaba informacijske komunikacijske tehnologije

ZGRADBA RAČUNALNIKA – strojna oprema 70

periferne naprave, ki so danes obvezni del vsakega računalnika, brez katerih si težko predstavljamo resnejše delo. Med druge pomembnejše periferne naprave štejemo: grafično kartico,

zvočno kartico,

mrežno kartico. Grafična kartica

Grafična (VGA) kartica je obvezen del računalnika, ki je nameščen na osnovni (matični) plošči računalnika. Za npr. grafične oblikovalce, arhitekte, strojnike ter otroke potrebujemo zmogljivejše VGA-video kartice, ki omogočajo hitrejšo obdelavo video signala. Nekatere grafične kartice (TV kartice) omogočajo tudi priklop običajnega TV sprejemnika, kar je posebej primerno za ogled video posnetkov. Zvočna kartica

Zvočna kartica omogoča predvajanje zvoka z računalnikom. Potrebujemo še zvočnike. Prenosniki imajo zvočnike vgrajene v ohišju. Za namizne računalnike jih moramo dokupiti. Pri izbiri zvočne kartice moramo biti pozorni predvsem na izhodne priključke. Za odlično kakovost zvoka je zaželen optični izhod. Mrežna kartica

Mrežna kartica je naprava, ki je v današnjem času del osnovne plošče računalnika. Z njeno pomočjo računalniki komunicirajo med seboj in dostopajo do interneta. Mrežne kartice se razlikujejo po fizični topologiji, ki jo vzpostavljajo (obroč, zvezda ...); maksimalni hitrosti delovanja in mediju, na katerem delujejo (bakrena žica, optika, zrak). Danes so najbolj razširjene Ethernet mrežne kartice, ki omogočajo hitrost prenosa do 1Gb/s.

7.8 Osnovne plošče osebnih računalnikov

Matična plošča je najpomembnejši del vsakega osebnega računalnika, na katero zelo radi pozabimo. Tudi matične plošče se razvijajo z enako ali celo večjo hitrostjo kot vse ostale komponente računalnika. Razvoj matičnih plošč mora slediti razvoju vsaki posamezni komponenti, ki se priklopi na njo.

Razvoj matičnih plošč se je začel z Baby AT, sledil Full-size AT ter danes se uporablja ATX zadnja različica osnovne plošče. Gre za standarde, ki določajo velikost, tip ter konektorje, luknje v plošči ter ostale karakteristike, ki omogočajo da matično lahko vstavimo v računalniško ohišje.

Slika70: Grafična kartica

Slika 71: Zvočna kartica

Slika 72: Mrežna kartica

Page 72: Uporaba informacijske komunikacijske tehnologije

ZGRADBA RAČUNALNIKA – strojna oprema 71

 

 

 

 

 

 

Razvoj matičnih plošč je v zadnjih letih močno napredoval tako po številu priključkov, ki jih vsebuje, kakor tudi po funkcionalnih zmožnostih. Danes že težko najdemo osnovno ploščo, na kateri ne bi našli že integriranih komponent (mrežne kartice, zvočne kartice, VGA kartice). 

Osnovne plošče so postale danes preobilne in nasičene s funkcijami, ki imajo vedno več dodatkov in hladilnih teles, kar posledični povzroča večjo porabo energije. Vsaka matična plošča vsebuje sledeče glavne sestavne elemente:

podnožje za procesor,

reže za pomnilnik,

reže za dodatne kartice,

veznega nabora (ChipSet),

priključke za trde diske, CD/DVD naprave (IDE, Sata),

priključka za tipkovnico in miško,

vhodne in izhodne priključke (USB, FireWire, LPT, PS2, COM),

video izhod (VGA, DVI),

izhod za zvok,

hladilna telesa,

BIOS,

priključek za napajanje.

Slika73: Matična plošča

1. Podnožje za procesor

2. Sistemski (vezni) nabor čipov

3.Reža za bralno pisalni pomnilnik (RAM)

4.Reža za grafično razširitveno kartico (AGP)

5. Pet rež za razširitvene kartice (PCI)

6. Reža za modem (CNR)

7. Zvočni čip

8. Vhodno-izhodni (vmesniški) čip 9. BIOS čip

12. Dva ATA priključka za trdi disk oz. CD/DVD

Page 73: Uporaba informacijske komunikacijske tehnologije

ZGRADBA RAČUNALNIKA – strojna oprema 72

 

 

 

 

 

 

7.8.1 Sistemski nabor

Sistemski nabor je skupek več čipov, ki so vsi namenjeni opravljanju določenih nalog in se tudi prodajajo kot en skupni izdelek.

V osebnem računalništvu je sistemski nabor navadno sestavljen iz dveh čipov, ki ju imenujemo severni most (angl. northbridge) in južni most (angl. southbridge). Vsaka matična plošča vsebuje tudi vezni nabor čipov (angl. chip set), ki skrbi za povezavo med vgrajenimi komponentami na osnovni plošči.

Vezni nabor si lahko predstavljamo kot podvozje avtomobila, kjer procesor predstavlja motor avtomobila. Vsa komunikacija med perifernimi napravami poteka s pomočjo veznega nabora. Glavni proizvajalci veznega nabora so Intel, Nvidia, AMD in SIS. S pomočjo veznega nabora nastavljamo hitrost ter način delovanja vseh naprav, tudi procesorja. Poznavalci računalniških komponent v prvi vrsti izberejo matično ploščo z ustreznim veznim naborom, ki omogoča maksimalno izkoriščanje vseh naprav, ki so priključene na osnovni plošči.

Severna stran (northbridge) povezuje hitro procesorsko vodilo s pomnilniškim vodilom ter z AGP in PCI-e vodilom. Južni pol (southbridge) povezuje PCI s počasnim ISA vodilom in USB priključkom.

Ime obeh čipov izhaja iz shem osnovnih plošč. Na vrhu plošče je bil navadno narisan procesor, pod njim je severni most s pomnilnikom in grafičnim

Slika 74: Shematični prikaz vhodnih priključkov matične plošče Vir: Mueller, 2008, 756

Slika 75: Shema priklopov naprav na severni in južni most

Vir: INTEL P945 Mother Board Manual

 

Page 74: Uporaba informacijske komunikacijske tehnologije

ZGRADBA RAČUNALNIKA – strojna oprema 73

vmesnikom, na dnu plošče pa južni most, na katerega je priključena druga zunanja oprema računalnika

7.8.2 Procesorska podnožja

Dva glavna proizvajalca aktualnih procesorjev Intel in AMD določata razvoj procesorski podnožij. Zadnjih nekaj let se procesorska podnožja niso drastično spremenila.

Pri podjetju AMD je zadnje podnožje AM2+, ki je popolnoma enako kakor AM2, le da plus pomeni podporo novim procesorjem Phenom. Na svojem podnožju vsebuje 939 priključkov za procesorske nožice. Pred tem podnožjem je AMD uporabljal podnožje 939, pred njim pa 745. Podjetje AMD že razvija novo podnožje z nazivom AM3.

 

Slika 7: podnožja za procesorje

Vir: Mueller, 2008, 852

 

 

 

 

Trenutno zadnje podnožje pri podjetju Intel je LGA 775 ali Socket T. Pred njim je kraljevalo podnožje z nazivom LGA 478.

7.8.3 Pomnilniške reže

Razvoj pomnilnika je zaznamovala dvojna propustnost (DDR), ki se je ohranila do danes v svoji prvotni obliki. Pomnilniku DDR je sledil DDR 2, čigar hitrost se je ustalila pri 1200 MHz. Generacija pomnilnika DDR 3 dosega hitrosti čez 2000 MHz in naslednika DDR4 katerega spodnja meja je 2000 MHz.

7.8.4 Razširitvene reže za grafične kartice

Trenutno najbolj aktualna razširitvena reža je še vedno PCI. Zaradi majhnih hitrosti določenih perifernih naprav se bo še vedno obdržala na tržišču. Za zahtevne naprave jo je že izpodrinila PCI Express.

7.8.5 Vhodno izhodni priključki

Na zadnji strani matične plošče se nahajajo vhodno izhodni priključki kot so USB, Firewire, COM, PS2 in LPT. Klasični priključki kot so LPT, COM ter PS2 počasi izginjajo iz matičnih plošč. Zanesljivo jih nadomešča USB priključek. Sodobna matična plošča ima vsaj 4 USB priključke, ki jih lahko dodatno še razširimo.

Slika 8: Razširitvene reže Vir: http://www.freewebs.com/

 

Slika 76: Procesorska podnožja

Page 75: Uporaba informacijske komunikacijske tehnologije

ZGRADBA RAČUNALNIKA – strojna oprema 74

7.8.6 Priključki za diske in CD/DVD enote

Razvoj priključkov za diske in optične enote je do sedaj naredil le en korak naprej. Do še predkratkim smo uporabljali široke IDE povezovalne kable, na katere smo lahko priključili sočasno maksimalno štiri diske in CD/DVD naprave. IDE je izpodrinil priključek Sata, ki je veliko tanjši ter ni potrebno preklapljati stikal na Master ali Slave. Sata je napredoval v standard Sata2, ki dovoljuje večje hitrosti prenosa.

7.8.7 Hlajenje

Hlajenje matične plošče ter ostalih naprav je postalo pri velikih frekvencah delovanja nujno potrebno.

Včasih smo hladili samo napajalnik. Počasi je dobil svoje hladilno telo še procesor, grafične kartice ter celo matična plošča. Problem hlajenja so glasni ventilatorji, ki se morajo vrteti z velikimi hitrostmi, če želijo odvajati zadostno količino toplote. K boljšemu hlajenju prispeva tudi nova tehnologija cevk (angl. heat pipe).

 

7.9 Napajalniki

Napajalniki – včasih manj pomembni del osebnega računalnika, danes izredno pomemben del, ker naprave zahtevajo stabilno napajalno napetost ter sodobni procesorji in grafične kartice potrebujejo tudi veliko moč. Včasih smo bili zadovoljni s 350 W danes so napajalniki v računalnikih vsaj 2 x močnejši. Seveda ne smemo zanemariti tudi hladilnih sistemov, od katerih zahtevamo tiho delovanje in hitro odvajanje toplote.

Za izbiro procesorja, diska, grafične kartice, monitorjev ipd. navadni porabimo velike količine časa, medtem, ko na napajalnik praviloma pozabimo. Napajalnik predstavlja jedro vsake elektronske naprave tudi računalnika, saj brez njega ni energija za kakršnekoli operacije. Kakovost napajalnika ne smemo ocenjevati samo po moči, temveč predvsem po konstantni in enakomerni napetosti brez nihanja.

Dovoljeno odstopanje znaša do 5 %, dobri napajalniki povečajo kvaliteto celo do 1 % odstopanja od nazivne vrednosti.

Osnovna funkcija napajalnika je, da pretvarja izmenično električno energijo, ki jo dobimo v vtičnicah v +3,3 V, +5 V in +12 V enosmerne napetosti. CHipSets, Dimm in PCI/AGP uporabljajo napetost 3,3 V, diski in SIMM uporabljajo 5 V ter ventilatorji in ostale naprave pa 12 voltov.

Slika 78: SATA priključki na osnovni plošči

Vir: Mueller, 2008, 611

Slika 79: Hladilnik za procesor s HeatPIPE tehnologijo

Vir: Mueller, 2008, 699

Slika 80: ATX napajalnik v osebnem računalniku

Vir: Mueller, 2008, 352  

Page 76: Uporaba informacijske komunikacijske tehnologije

ZGRADBA RAČUNALNIKA – strojna oprema 75

Prvi podatek, ki ga na napajalniku opazimo, je nazivna izhodna moč. Običajni napajalniki imajo nazivno moč od 500-600 W, boljši pa celo tam do 1500 W. Odločitev po nazivni moči napajalnika je odvisna od porabe računalniških komponent priključenih na računalnik.

Hitri večjedrni procesorji in zmogljive grafične kartice potrebujejo zmogljive napajalnike.

Če dodamo še kopico ventilatorjev in svetlobnih teles, bo napajalnik z nazivno močjo pod 500 W težko ustregel vsem potrebam. Če bo že uspel dovajati dovolj energije, ga lahko uniči pretirano gretje, nas pa bo motilo glasno vrtenje ventilatorja, ki ga ohlaja.

Določene naprave potrebujejo drugačne napetostne potenciale, zato obstajajo na ploščah dodatni napetostni regulatorji (DIMM 2,5 V, AGP 4x 1,5 V, procesorji okrog 1,3 V …). Mnogi napajalniki so zmožni poleg enosmerne napetosti proizvajati tudi negativno. Gre za ISA standard, ki pa se danes na osnovnih ploščah že opušča. Spodnja tabela prikazuje povprečno porabo moči posameznih strojnih komponent.

Tabela 7: Povprečno porabo moči

 

 

 

 

 

 

 

7.10 Sistemi za brezprekinitveno električno napajanje

Neprekinjena oskrba z električno energijo se nam zdi samoumevna, a to iz različnih razlogov ni vselej nujno. Kljub samoumevnosti pa tu in tam prihaja do večjih ali manjših motenj v preskrbi. Večina izpadov je lokalne narave, to pomeni, da je omejen z okolico: na stanovanje ali poslopje "pregorela varovalka", nevihtno območje izpad transformatorja. Take motnje lahko sami hitro prepoznamo in jih tudi sami odpravimo, vendar bi kot napredni računalniški uporabniki radi več. Želimo, da bi naši računalniki vsaj omejeno časovno obdobje delovali nemoteno tudi takrat, ko se zgodijo motnje.

Pri delu z računalniki si namreč pogosto ne moremo dovoliti, da bi bilo naše delo izgubljeno zaradi napake pri oskrbi računalnika z električno energijo.

Lahko smo skrbniki strežnika, za katerega želimo, da je v vsakem trenutku na voljo odjemalcem. Po drugi strani si tudi pri kaki dolgotrajnejši obdelavi podatkov na samostojni delovni postaji ne moremo predstavljati, da bi šlo v nič nekaj ur dela (npr. obdelava plač v podjetju). V takih primerih moramo uporabiti sistem za brezprekinitveno električno napajanje UPS (Uninterruptible Power Supply).

Komponenta Poraba

Matična plošča 50W- 75W

Procesor 25W-150W

Ram 5W-15W

Trdi disk/CD/DVD 15W-30W

USB/Fire 2W-5W

Grafična kartica 25W-200W

PCI kartica 5W-15W

PCIe kartica 10W-25W

Hlajenje 2W-50W

Page 77: Uporaba informacijske komunikacijske tehnologije

ZGRADBA RAČUNALNIKA – strojna oprema 76

Moderni sistemi UPS opravljajo poleg osnovne naloge – nepretrganega zagotavljanja električne energije – še tri dodatna opravila:

preprečujejo prevelike odmike izhodne napetosti od nazivne vrednosti (230V),

vzdržujejo stalno frekvenco izmeničnega toka (50 Hz),

nudijo prenapetostno zaščito.

Taki brezprekinitveni napajalniki imajo vgrajeno tehnologijo samodejnega napetostnega krmiljenja AVR (Automatic Voltage Regulation), ki filtrira umazano omrežno napetost ter na izhodu daje napetost s sinusnim potekom.

Sistemi za brezprekinitveno napajanje so na računalnik priključeni navadno prek zaporedne ali USB povezave (seveda pa tudi z električnim kablom, prek katerega pošiljajo računalniku električni tok). A ob daljših prekinitvah oskrbe z električno energijo tudi klasični brezprekinitveni napajalniki ne zagotavljajo nemotenega dela, saj je čas njihovega delovanja omejen z zmogljivostjo akumulatorja.

Tipični čas samostojnega delovanja UPS naprave je nekaj deset minut.

Da bi zagotovili nemoteno oskrbo tudi pri večurnih prekinitvah delovanja javnega električnega omrežja, moramo uporabiti generatorje električnega toka. Zmogljivost naprav sega od 350 VA pa do več tisoč VA za naprave, ki oskrbujejo več računalnikov v strežniških omarah.

Slika 81: Brezprekinitveni napajalniki Vir: APC system manual 2003, 3

Page 78: Uporaba informacijske komunikacijske tehnologije

ZGRADBA RAČUNALNIKA – programska oprema 77

8 ZGRADBA RAČUNALNIKA – PROGRAMSKA OPREMA

Računalniški program (ali samo program) je zaporedje kodiranih ukazov, ki jih lahko izvede računalnik oziroma procesor. Programerji pišejo programe v programskih jezikih, npr. Visual Basic, C#, C, C++, Java, JavaScript. Ti se nato s pomočjo prevajalnikov prevedejo v strojno kodo, ki jo lahko izvede procesor (sl.wikipedia.org, 2008). Z uporabo različnih prevajalnikov lahko program, napisan v enem od programskih jezikov, prevedemo v strojno kodo. Izvršljive programske datoteke imajo v okolju Microsoft Windows končnice exe, com, bat, cmd, dll. Programsko opremo imenujemo tudi programje.

8.1 Zagon računalnika

Ko vključimo oz. zaženemo računalnik, se najprej izvede inicializacija BIOS-a in POST (Power On Self Test) rutina. POST preveri pomnilnik in prisotnost potrebnih naprav (npr. grafična kartica, tipkovnica, disk). Takoj nato BIOS v računalniku poišče zagonski disk. To je običajno trdi disk (lahko bi bil tudi CD-ROM - odvisno od nastavitev v BIOS-u). Nato se prebere prvi sektor diska, ki vsebuje glavni zagonski zapis (angl. Master Boot Record). S tem se vloga BIOS-a pri zagonu računalnika zaključi. Naloge pa prevzame operacijski sistem.

8.2 Operacijski sistem

Operacijski sistem (kratica OS) je sistem temeljnih programov, ki omogočajo osnovno delovanje računalnika. Brez njega računalnik sploh ne bi deloval, samo z njim pa ne moremo narediti nič koristnega. Zato potrebujemo še aplikacije oz. uporabniške programe, s katerimi urejamo dokumente, spremljamo računovodstvo podjetja, programiramo, opravljamo druge delovne naloge ali pa se le zabavamo. Operacijski sistemi so narejeni tako, da čim bolj učinkovito izkoristijo strojno opremo sistema in na drugi strani ustvarjajo okolje, v katerem bo uporabnik čim lažje in udobneje rešil želeno nalogo. Operacijski sistem je programska oprema, ki nadzira delovanje strojne opreme in služi kot vmesnik med: uporabnikom in strojno opremo in

zagnanimi aplikacijami in strojno opremo.

Slika 82: Vrste programske opreme

Page 79: Uporaba informacijske komunikacijske tehnologije

ZGRADBA RAČUNALNIKA – programska oprema 78

Operacijski sistem omogoča uporabnikom enako okolje, ne glede na strojno opremo. Vloga operacijskih sistemov je med drugim: organizacija podatkov na disku,

kontrola vseh sestavnih delov računalnika (monitor, tiskalnik, tipkovnica ...),

kopiranje in premikanje podatkov med pomnilniki (npr. z diska na USB ključ)

prenos podatkov v pomnilnik (kopiranje, premikanje, shranjevanje podatkov ... ),

dodeljevanje virov in časovno razporejanje opravil,

reševanje konfliktnih situacij (sočasni dostopi do virov),

optimizacija in nadzor uporabe virov,

zagon uporabniških (aplikativnih) programov, omogočanje izvajanja uporabniških programov,

učinkovita izraba strojne opreme.

Najpomembnejše naloge operacijskega sistema: skrb za normalno delovanje strojne opreme, skrb za delovanje notranjih operacij računalnika, skrb za ustrezno povezavo med računalnikom in uporabnikom.

Za uporabnika najpomembnejši funkciji sta:

Upravljanje sredstev računalnika Procesor, pomnilnik, diskovni pogoni, V/I naprave,… Zaznavanje pritiska tipk, pisanje na diske, itn. V večopravilnih in večuporabniških sistemih skrbi za učinkovito porazdeljevanje sredstev.

Uporabniški vmesnik

Ustvarjanje okolja v katerem uporabnik dela Zagon programov, delo s podatki, datotekami, itn. Sprejema ukaze OS

Če računalnik nima operacijskega sistema, ga ne moremo uporabljati. V sodobnih operacijskih sistemih se nam večine ukazov ni potrebno naučiti in jih natipkati, ampak jih sprožamo s pomočjo klikov z miško na ikone. Pravimo, da imajo sodobni operacijski sistemi slikovni (grafični) vmesnik (angl. Graphical user interface, kratica: GUI). Naštejmo nekaj operacijskih sistemov, ki jih danes najdemo na osebnih računalnikih in strežnikih: operacijski sistemi podjetja MICROSOFT (Windows Vista, Windows XP, Windows 7,

Windows 8, Windows 10, Windows Server 2003, 2008, …),

Slika 83:Ukazni in grafični vmesnik

Page 80: Uporaba informacijske komunikacijske tehnologije

ZGRADBA RAČUNALNIKA – programska oprema 79

operacijski sistemi podjetja APPLE (Mac OS X, Mac OS X Server),

operacijski sistemi podjetja IBM (OS/2 Warp, OS/2 Warp Server, AIX 5L),

operacijski sistemi podjetja SUN (Solaris),

odprtokodni operacijski sistem Linux.

Slika 84: Zaslonski posnetek OS Mac OS X

Slika 85: Zaslonski posnetek OS/2 Warp

Slika 86: Zaslonski posnetek OS Solaris

Slika 87: Zaslonski posnetek OS Linux

Page 81: Uporaba informacijske komunikacijske tehnologije

ZGRADBA RAČUNALNIKA – programska oprema 80

Tabela 8: Zgodovina Windows OS

Datum izida  Ime izdelka  Trenutna verzija  Kodno ime  Posodobitve  Zadnji IE  

nov.85  Windows 1.01   1.jan  ‐  Nepodprt  ‐ 

nov.87  Windows 2.03   2.mar  ‐  Nepodprt  ‐ 

mar.89  Windows 2.1x   2.nov  ‐  Nepodprt  ‐ 

maj.90  Windows 3.0   3.0  ‐  Nepodprt  ‐ 

mar.92  Windows 3.1x   3.jan  Janus  Nepodprt  5 

okt.92  Windows za delovne skupine 3.1   3.jan  Kato, Sparta  Nepodprt  5 

jul.93  Windows NT 3.1   NT 3.1  NT OS/2  Nepodprt  5 

dec.93  Windows za delovne skupine 3.11   3.nov  Snowball  Nepodprt  5 

jan.94  Windows 3.2 (samo v poenostavljeni kitajščini)  3.feb  ‐  Nepodprt  5 

sep.94  Windows NT 3.5   NT 3.5  Daytona  Nepodprt  5 

maj.95  Windows NT 3.51   NT 3.51  Daytona  Nepodprt  5 

avg.95  Windows 95   4.0.950  Chicago  Nepodprt  5.maj 

jul.96  Windows NT 4.0   NT 4.0.1381  SUR (Shell Update Release), Cairo  Nepodprt  6 

jun.98  Windows 98   4.10.1998  Memphis  Nepodprt  6 

maj.99  Windows 98 SE   4.10.2222  ‐  Nepodprt  6 

feb.00  Windows 2000  NT 5.0.2195  Windows NT 5.0  Nepodprt  6 

sep.00  Windows Me   4.90.3000  Millennium  Nepodprt  6 

okt.01  Windows XP   NT 5.1.2600  Whistler, Trainyard, Springboard Podaljšana podpora do 8. aprila 2014 za SP3[3] 

mar.03  Windows XP x64   NT 5.2.3790  Whistler x64  Nepodprt  6 

apr.03  Windows Server 2003  NT 5.2.3790  Whistler Server  Trenutno za R2, SP2  8 

apr.05  Windows XP Professional x64   NT 5.2.3790  Whistler x64  Trenutno  8 

jul.06  Windows Fundamentals for Legacy PCs  NT 5.1.2600  Eiger  Trenutno  8 

jan.07  Windows Vista  NT 6.0.6002  Longhorn  Trenutno  9 

jul.07  Windows Home Server  NT 5.2.4500  Quattro  Trenutno  8 

feb.08  Windows Server 2008  NT 6.0.6002  Longhorn Server  Trenutno  9 

Oktober 2009[4]   Windows 7   NT 6.1.7601  Blackcomb, Vienna  Trenutno  10 

okt.12  Windows 8   NT 6.2.9200.16384  Metro  Trenutno  10 

2015  Windows 10              

Page 82: Uporaba informacijske komunikacijske tehnologije

ZGRADBA RAČUNALNIKA – programska oprema 81

Razen OS Windows je zelo razširjen odprtokodni oz. prosti operacijski sistem Linux. Za uporabo prostih programov ni treba plačati. Če imamo prost dostop do interneta, lahko Linux dobimo povsem brezplačno. Za CD oz. DVD z Linuxom bomo verjetno morali odšteti nekaj denarja, vendar plačamo le za nosilec, stroške razširjanja in morebitno podporo pri nameščanju, ne pa za sam program.

8.3 Delitev operacijskih sistemov

Sodobni operacijski sistemi so večopravilni, saj dovoljujejo (navidezno) sočasno izvajanje več programov. Glede na število uporabnikov, ki lahko hkrati uporabljajo isti računalnik, so operacijski sistemi: enouporabniški - uporabo dovoljujejo le enemu uporabniku (delovne postaje,..)

večuporabniški (angl. multiuser) - dovoljujejo uporabo istega računalnika, včasih celo istega programa, več uporabnikom hkrati (npr. OP za strežnike).

Operacijske sisteme razvrščamo po načinu delovanja in namembnosti. Sistemi so lahko:

Enoopravilni – vgrajeni (angl. singeltasking): omogočajo sočasno izvajanje le enega programa. Če hočemo izvajati več programov, moramo med njimi ročno preklapljati. Takih OS ni na sodobnih računalnikih.

Večopravilni (multitasking): dovoljujejo (navidezno) sočasno izvajanje več programov. V resnici računalnik izmenično dodeljuje posameznim programom časovne rezine. Največ časovnih rezin običajno dobiva program, ki deluje v ospredju. Manj rezin dobivajo programi, ki delujejo v ozadju. Najmanj časa je posvečeno programom, ki trenutno ne delajo nič. Obstaja program razvrščevalnik (angl. scheduler), ki skrbi za razporejanje opravil.

Večprocesorski (angl. multiprocesor): podpirajo uporabo več procesnih enot (CPE), ki so tesno povezane (uporabljajo skupni pomnilnik). Procesne enote se dodeljujejo posameznim programom. Hitrost izvajanja programov na takem sistemu je lahko večja, ni pa nujno. Poveča se lahko tudi zanesljivost, saj odpoved enega procesorja zgolj zmanjša zmogljivost. Pri večprocesorskih sistemih ločimo med simetričnimi in asimetričnimi modeli. Pri simetričnih modelih so procesorji enakovredni, pri asimetričnih modelih pa

Slika 88: Dodeljevanje časovnih rezin pri večopravilnem delovanju

Slika 89: Večprocesorsko simetrično delovanje

Page 83: Uporaba informacijske komunikacijske tehnologije

ZGRADBA RAČUNALNIKA – programska oprema 82

obstaja glavni procesor, ki nadzoruje delo ostalih. Asimetrični modeli so bolj pogosti v zelo velikih sistemih, kjer npr. operacijski sistem uporablja en procesor, uporabniška programska oprema pa druge.

Vgrajeni: to je temeljno programje za delovanje naprav z vdelanim računalniškim sistemom, kot so videorekorder, avtomobilski sistem za krmiljenje motorja ali hišna alarmna naprava.

8.4 Operacijski sistemi na delovnih postajah

Uporabnik osebnega računalnika s pomočjo operacijskega sistema zaganja aplikacije, s pomočjo katerih izdeluje, spreminja, shranjuje ali tiska različne dokumente. Pri shranjevanju in tiskanju aplikativni program sodeluje z operacijskim sistemom. Operacijski sistem omogoča shranjevanje dokumentov in krmili tiskanje. Razen tega operacijski sistem omogoča ustvarjanje map na diskih, ki služijo za preglednejšo organizacijo dokumentov. Uporabnik s pomočjo orodij operacijskega sistema kopira, briše in premika datoteke ali mape.

8.5 Operacijski sistemi na strežnikih

Strežnik in strežniški operacijski sistem delujeta skupaj kot celota. Eden brez drugega nista koristna. V praksi z besedo strežnik označujemo tako računalnik kot strežniški operacijski sistem. Strežniki opravljajo različna in kompleksna opravila. V velikih omrežjih je strežnikov več in so specializirani, da lahko zadovoljijo potrebe vseh uporabnikov. Primeri specializiranih strežnikov:

Datotečni in tiskalniški strežnik omogoča uporabnikom dostop do datotek in tiskalnikov. Če na primer uporabljamo program za delo z računskimi preglednicami, se te program zaganja na našem računalniku, urejamo pa lahko dokument, ki je shranjen na datotečnem strežniku. Dokument shranimo na datotečni strežnik in ga natisnemo na tiskalnik v skupni rabi.

Aplikacijski strežnik je odgovoren za strežniško stran v aplikacijah vrste odjemalec/strežnik, kot tudi za podatke, ki so dosegljivi odjemalcem. Aplikacijski strežnik se razlikuje od datotečnega strežnika, glede na mesto obdelave

Slika 90: Datotečni strežnik

Page 84: Uporaba informacijske komunikacijske tehnologije

ZGRADBA RAČUNALNIKA – programska oprema 83

podatkov. Datotečni strežnik naloži podatke na odjemalčev računalnik, ki sam obdela podatke in jih nato shrani na strežnik. Aplikacijski strežnik izvede tudi programske operacije. Baza podatkov ostane na strežniku, odjemalcu se pošlje le rezultat obdelave podatkov.

Domenski strežnik omogoča varovanje podatkov. Uporabniki so razdeljeni v skupine glede na njihove potrebe, strežnik pa jim dovoljuje dostop do določenih virov v omrežju.

E–poštni strežnik deluje podobno kot aplikacijski strežnik. Odjemalec naloži podatke, se pravi elektronsko pošto in priponke, s strežnika.

Podatkovni strežnik predstavlja okolje za načrtovanje, izgradnjo in upravljanje s podatkovnimi zbirkami. V organizacijah predstavlja velik izziv izdelava centralnega skladišča podatkov ter omogočen enostaven dostop do le-teh. Za izdelavo zahtevnejših aplikacij je potreben tudi podatkovni strežnik.

Slika 91: Trinivojska arhitektura med datotečnim in aplikacijskim strežnikom

Slika 10Struktura pretoka podatkov in podatkovni strežnik

Page 85: Uporaba informacijske komunikacijske tehnologije

ZGRADBA RAČUNALNIKA – programska oprema 84

Podatkovni viri - Podatke je možno zajeti iz različnih virov. Najobičajnejši viri so podatkovne baze operativnih sistemov poljubnega ponudnika. Ti predstavljajo v večina primerov tudi najenostavnejši način zajema podatkov. Ob vzpostavitvi podatkovnega skladišča nadzornik podatkov vsakodnevno bdi nad procesom zajemanja podatkov ter odpravlja pomanjkljivosti. V primeru, da proces zajemanja zazna napako oz. anomalijo na izvornih podatkih, sistem avtomatično obvesti skrbnika določenega vira podatkov, da to napako odpravi. Ob naslednjem procesu integracije ponovno zajamemo podatke, ki so bili popravljeni. S tem zagotovimo, da imamo čiste podatke tako v podatkovnem skladišču kakor tudi v operativnih sistemih.

Vmesni nivo - Pri ETL procesu težimo k temu, da pri zajemanju podatkov čim manj obremenjujemo izvorne sisteme. Zato zajemanje podatkov izvedemo ponoči oz. v času, ko izvorni sistemi niso obremenjeni. V določenih primerih pa je treba zajem podatkov izvršiti v realnem času - torej v istem trenutku, ko je bila izvedena transakcija. V tem primeru te podatke najprej pretočimo v začasno podatkovno bazo »staging area« in jih od tu naprej obdelujemo. S tem zagotovimo nemoteno delo operativnega sistema.

Podatkovno skladišče - V podatkovnem skladišču hranimo vse zajete podatke za več let nazaj oz. za celotno zgodovino poslovanja podjetja. Podatki so prečiščeni ter pripravljeni za izvajanje analiz. Zato v podatkovnem skladišču implementiramo tudi agregatne tabele za najpogostejše tipe povpraševanj.

Odjemalska orodja - S pomočjo odjemalskih orodij uporabniki dejansko izkoristijo tisto, kar jim podatkovno skladišče ponuja. Preko spletnega portala uporabnik dostopa do poročil, analiz, kazalcev uspešnosti, nadzornih plošč ter vrtilnih tabel. Uporabnik si lahko s pomočjo orodij izdela poročila, jih objavlja na skupnem portalu.

Spletni strežnik omogoča gradnjo in gostovanje spletnih aplikacij, spletnih strani in spletnih storitev. V praksi večina spletnih strežnikov izvaja tudi naslednje funkcije:

zahtevajo avtentikacijo (uporabniško ime in geslo), preden dovolijo dostop do nekaterih ali vseh vrst virov;

upravljanje s statičnimi in dinamičnimi vsebinami; HTTPS podpora za varni dostop; stiskanje vsebine za zmanjševanje velikosti in s tem hitrosti delovanja aplikacij.

V manjših omrežjih lahko različne strežniške vloge opravlja en računalnik - strežnik, vendar pa je za njihovo izvajanje potrebna različna strežniška sistemska programska oprema. Običajno imamo v omrežju več računalnikov - strežnikov. Strežniki, ki služijo kot datotečni, domenski, poštni ali podatkovni strežniki, imajo vgrajene posebne operacijske sisteme, ki jim omogočajo izvajanje njihovih nalog.

Slika 93: Spletni steržnik

Page 86: Uporaba informacijske komunikacijske tehnologije

ZGRADBA RAČUNALNIKA – programska oprema 85

Podrobneje teh operacijskih sistemov ne bomo spoznali. Vlogo domenskega, datotečnega in tiskalniškega ter aplikacijskega strežnika lahko igra isti strežniški OS in se izvaja na istem računalniku. Primer takega OS je MS Windows Server 2003 ... Poštni, podatkovni in spletni strežnik so običajno ločeni. Zavedati se moramo, da potrebujemo za upravljanje s strežniki strokovnjake, ki jih pogosto imenujemo sistemski administratorji. Skrbijo za upravljanje s strežniki, skupne vire, oblikujejo in izvajajo varnostno politiko ter izvajajo druge naloge za nemoteno delovanje računalniškega omrežja. Strežniki so načrtovani zato in tako, da omogočajo uporabnikom dostop do potrebnih podatkov, aplikacij, tiskalnikov in drugih virov ter pri tem zagotavljajo ustrezno varnost podatkov. Podatki na strežniku, ki jih le–ta da v skupno rabo, so s pomočjo strežniškega operacijskega sistema centralno upravljani in bolje nadzorovani. Ker so dokumenti v skupni rabi centralizirano shranjevani, jih lahko lažje najdemo in z njimi oskrbujemo posamezne računalnike. V strežniškem omrežju administrator skrbi za varnost podatkov in celotnega omrežja ter določa pravila za vsakega uporabnika v omrežju. Skrbi tudi za redno arhiviranje pomembnih podatkov. Varnostne kopije se lahko ustvarijo večkrat na dan, enkrat dnevno, enkrat tedensko, odvisno od količine in pomembnosti podatkov. Strežniške varnostne kopije, se delajo avtomatično, v skladu s pravili, ki jih nastavi sistemski administrator.

8.6 Najbolj razširjeni operacijski sistemi

Razen številnih različic Windowsov, se veliko uporablja še odprtokodni Linux. OS Windows za delovne postaje so skupaj z računalniki naprodaj po dostopnih cenah. V OS Windows ali, kot se tudi izrazimo, v okolju Windows, tečejo številni uporabniški programi, denimo tisti iz paketa pisarniških programov MS Office. Linux je brezplačni OS, ki ima funkcionalno primerljive rešitve. Na voljo je tudi paket pisarniških programov, ki se imenuje OpenOffice.org. Linux je zmogljiv OS, ki je, zaradi manjše razširjenosti, manj podvržen sovražnim napadom. Dobro je tudi to, da vsaj nekoliko ruši Microsoftov monopol na področju osebnih računalnikov in strežnikov. Linux zna bolje izkoristiti strojno okolje in ponuja popolno večopravilnost ter hkratno delo več uporabnikov, Windows pa je okolje, v katerem tečejo uporabnikom najljubši programi. Če sta oba nameščena v istem računalniku, iz Linuxa preprosto dosežemo datoteke, napisane za Windows okolje. Razvijajo pa tudi prosto dostopen posnemovalnik Wine (Windows Emulator), s katerim je mogoče programe za Windows poganjati kar v Linuxu. Linux

Linux je prosto dostopna izvedba operacijskega sistema Unix za osebne računalnike različnih proizvajalcev. Pravimo tudi, da je Linux odprtokodni OS. V ožjem pomenu z izrazom Linux označujemo jedro operacijskega sistema (angl. Linux kernel). Jedro je brez dvoma njegov najpomembnejši del, vendar postane uporaben šele skupaj s podpornimi programi. Ker podporni programi večinoma izvirajo iz projekta GNU, so za operacijski sistem predlagali ime GNU/Linux (sl.wikipedia.org, 2008). Linux pogosto uporabljamo kot datotečni in tiskalniški strežnik tudi v omrežjih, kjer imajo delovne postaje nameščen OS Windows. O Linuxu lahko veliko preberemo na njegovi uradni spletni strani: http://www.linux.org/

Slika 84: Linuxov logotip,

(www.linux.org, 2008)

Page 87: Uporaba informacijske komunikacijske tehnologije

ZGRADBA RAČUNALNIKA – programska oprema 86

Odprtokodni sistem Kaj pravzaprav pomeni, da je Linux odprtokodni operacijski sistem?

Za uporabo odprtokodnih programov ni treba plačati. Če imamo prost dostop do interneta, lahko Linux dobimo povsem brezplačno.

Nič manj pomembna pa ni tudi druga lastnost odprtokodnih programov: dostopnost izvorne kode. Tako rekoč vsa programska oprema, ki sestavlja sistem Linux, je prosto dostopna, z izvorno kodo vred. Izvorno kodo je dovoljeno spreminjati.

Tudi Microsoft Internet Explorer lahko uporabljamo, ne da bi nam bilo treba zanj plačati. Microsoft ponuja neokrnjeno različico programa na svoji spletni strani, vsakdo jo lahko presname na svoj disk in uporablja. Pa vendarle Internet Explorer zato še ni povsem prosti program. Pri njem namreč dobimo samo prevedeno kodo, izvorne pa ne. Zato smo prikrajšani za možnost, da bi sami odpravili napako; dodali k programu kaj novega ali ga priredili tako, da bi tekel v drugem operacijskem sistemu.

8.7 Microsoft Windows strežniški sistemi

Na voljo je veliko različic. Trenutno najbolj razširjeni so strežniški operacijski sistemi iz družine Windows Server 2008, ki so namenjeni različno zmogljivim strežnikom (eno procesorskim, do 8 procesorskim ali do 32 procesorskim), opravljajo pa vlogo datotečnega, aplikacijskega in domenskega strežnika. E-poštni strežnik je potrebno namestiti posebej, imenuje pa se MS Exchange Server. Obstajajo še različni drugi strežniki za posebne potrebe, na primer: SQL Server, Internet Information Server, Project Server, SharePoint Server ... Informacije najdemo na Microsoftovi domači strani: www.microsoft.com.

8.8 Sistemska orodja

Programi za izboljšanje delovanja računalnika (stiskanje, čiščenje, optimiziranje prostora na disku, porazdeljevanje pomnilnika, itn.). Opravljajo nekatere funkcije, ki jih operacijski sitem ne pokriva. Zadnje čase se vse bolj integrirajo v operacijski sistem. Gonilniki so programi, ki skrbijo za krmiljenje na računalnik priključenih naprav. Komunikacijski programi so programi, ki skrbijo za komunikacijo z drugimi računalniki.

8.9 Pomožni programi

So programi, ki niso del operacijskega sistema imajo pa nekatere sorodne funkcije. Med te programe lahko uvrščamo programe za:

stiskanje datotek (ARJ, ZIP, TAR, RAR,…), bolj napredni upravljavci datotek (Norton Comander, Windows commander, ipd.), diagnostična orodja (PC Doctor, ipd.).

8.10 Uporabniška programska oprema

Uporabniški ali aplikativni programi, imenovani tudi aplikacije, so programi s katerimi izvršujemo konkretne naloge. Z njimi lahko na primer obdelujemo besedila, izdelujemo načrte, vodimo računovodstvo, se družimo in se zabavamo. Za vsako od teh opravil moramo imeti primeren program. Nekateri programi so nameščeni na naših računalnikih, druge

Page 88: Uporaba informacijske komunikacijske tehnologije

ZGRADBA RAČUNALNIKA – programska oprema 87

uporabljamo s pomočjo storitev interneta. Uporabniški programi so pisani za določene operacijske sisteme. Delimo jih v skupine, ki jih medsebojno loči pripadnost določenemu operacijskemu sistemu. Na ta način ločimo uporabniške programe za okolje Windows, Linux itd. Nekateri programi so vezani na določeno različico operacijskega sistema, npr. za Windows XP ali Windows Vista. Uporabniški program je lahko pisan za več operacijskih sistemov, kar pomeni, da je uporaben za večje število uporabnikov. Večina uporabniških programov za osebne računalnike je pisana tudi (ne pa nujno edino) za OS iz družine Windows. Vsi programi (operacijski sistemi in aplikativni programi) so običajno označeni s številkami verzij – različicami. Številke praviloma naraščajo, niso pa nujno zaporedne. Večja kot je številka, novejša je aplikacija. Tako predstavlja številka (verzija) programa njegovo stopnjo razvoja in »starost«. Uporabniško programsko opremo v osnovi lahko razdelimo na: Splošno namenski programi – standardna programska oprema za širši krog uporabnikov npr.: urejevalniki besedil (MS Word,…), programi za elektronske predstavitve (MS PowerPoint,…), programi za delo s preglednicami (MS Excel,…), programi za delo z bitnimi slikami (Adobe Photoshop,…), programi za delo z vektorskimi slikami (Corel Draw,…), odjemalci za elektronsko pošto (MS Outlook,…), spletni pregledovalniki (Firefox,…), programi za oblikovanje pletnih strani (MS FrontPage,…), programi namiznega založništva (Page Maker,…), programi za delo s podatki (My SQL,…), programi za računalniško podprto oblikovanje (AutoCad,…), matematični programi (Matlab,…),.. Specializirana programska oprema - zahtevnejši programi namenjeni specifičnim strokovnim opravilom npr.: razvojna okolja in prevajalniki (Visual Studio,…), sistemi za upravljanje podatkovnih baz (SUPB).

8.11 Internetni brskalniki in iskalniki

Med aplikativne programe uvrščamo tudi internetne brskalnike. Internetni brskalnik je program, ki omogoča kakršno koli brskanje po internetu. Če ga nimamo, nimamo dostopa v svetovni splet. Mozilla Firefox je brezplačni, odprtokodni internetni brskalnik, Internet Explorer pa dobi uporabnik skupaj z operacijskim sistemom Windows. Internetni iskalniki, med katerimi sta v Sloveniji najbolj znana Google (www.google.com, www.google.si) in www.najdi.si, pa so programi, ki uporabnikom omogočajo iskanje informacij na svetovnem spletu. Internetni iskalniki delujejo tako, da v izjemno kratkem času najdejo spletne strani, ki vsebujejo ključne besede, vpisane v iskalno polje. V novejšem času omogočajo tudi številne druge storitve. Znanje nikoli v zgodovini ni bilo tako dostopno kot v zadnjem času. Prek svetovnega spleta so na voljo številni viri znanja: slovarji, enciklopedije, najrazličnejše učne vsebine ...

Page 89: Uporaba informacijske komunikacijske tehnologije

ZGRADBA RAČUNALNIKA – programska oprema 88

Med enciklopedijami je najbolj znana wikipedia, ki je dostopna na www.wikipedia.org. Angleška različica vsebuje veliko število gesel in je praviloma zaupanja vredna. Slovenska različica wikipedije ima žal malo gesel, saj je njeno nastajanje odvisno od prostovoljnega, brezplačnega dela zanesenjakov. Spletni slovarji omogočajo hitro iskanje prevodov oz. pojasnil neznanih besed. Večina slovarjev je v omejenem obsegu na voljo brezplačno, dodatne možnosti kot je npr. zvočna izgovarjava pa so plačljive. Prednost je tudi dostopnost, saj so prek spletnih strani v trenutku dosegljivi kjer koli in od koder koli. Morda ni odveč če na tem mestu poudarimo, da so na internetu lahko objavljene tudi napačne ali zavajajoče informacije. Zato je pomembno, da vemo kateri viri so zaupanja vredni ali da informacije preverimo.

8.12 Drugi splošni programi

Za grafično oblikovanje je razširjen program CorelDraw, ki je namenjen izdelavi in oblikovanju grafičnih elementov ali celih dokumentov. S pomočjo CorelDrawa lahko narišemo poljubne oblike (npr. logotipe, skice, sheme), izdelamo naslovnice gradiv in učbenikov, pripravimo predloge za oglase, letake, plakate ... Za izdelavo različnih načrtov v tehniki se najpogosteje uporablja program Autocad. Na voljo so tudi številni programi za izdelavo bolj ali manj kompleksnih spletnih strani.

8.13 Namenski programi

Naštejmo le nekaj primerov: poslovni informacijski sistemi (angl. kratica ERP, ki pomeni Enterprise resource

planning),

sistem za upravljanje z zbirkami podatkov o strankah (angl. kratica CRM, ki pomeni customer relationship management),

programi za izdajo računov in predračunov,

programi za vodenje skladišča,

programi za kadrovsko evidenco,

programi za e-bančništvo ... Strogo namenski programi so v večini primerov pisani za ožji krog uporabnikov in se uporabljajo kot pripomoček pri vodenju manjših in večjih podjetij. Takšni programi se pogosto razvijajo na željo uporabnika ali se prodajajo v veliko manjših nakladah kot splošni programi. Zato so tudi dražji. Odprtokodnih rešitev praviloma ni na voljo.

8.14 Pravna zaščita programske opreme

Pravna zaščita programske opreme je namenjena omejevanju piratstva, zaščiti avtorskih pravic avtorjev in/ali lastnikov skratka pomeni pravno zaščito intelektualne lastnine. Licenca ali licenčna pogodba je dogovor med razvijalcem ali posrednikom in uporabniki in določa pravila uporabe intelektualne lastnine. Poznamo več vrst licenc: Lastniška - (angl. proprietary software) licenca dovoljuje uporabo, ne pa reproduciranja, spreminjanja, nadaljnjega trženja. Plačati moramo licenčnino. Poznamo individualne licence, skupinske licence, “concurrent” licence, študentske licence, akademske licence.

Page 90: Uporaba informacijske komunikacijske tehnologije

ZGRADBA RAČUNALNIKA – programska oprema 89

Preizkusna - (angl. shareware). V skladu s licenčnimi pogoji lahko programsko opremo uporabljamo in razširjamo za določen čas nato moramo licenco kupiti. Licenčnine so po navadi nizke. Odprta programska oprema - brezplačna programska oprema (angl. freeware) je programska oprema, ki jo lahko brezplačno uporabljamo in razširjamo. Predstavitveni programi – so programi za katere niso zahtevani ostrejši licenčni pogoji saj so prestavljeni na trgu kot demo verzije ali poskusni programi (trial verzije). Prosta programska oprema - (free software) – za to programsko opremo je značilno: prosto razširjanje, dostopnost izvorne kode, izvedena dela in integriteta avtorjeve kod, enakopravnost uporabnikov in načinov uporab, dovoljenje za uporabo ne sme postavljati dodatnih omejitev. Javni programi (Public domain software) - za to programsko opremo je značilno, da so prosti, zakonsko nezaščiteni programi in se lahko prosto uporabljajo, razmnožujejo, popravljajo in komercialno izkoriščajo. Odprta programska koda lahko dostopamo do izvorne kode, v to kodo lahko vsakdo posega in jo razpečuje GPL (GNU General Public Licenc).

8.15 Programski jeziki in programiranje

Program je zaporedje navodil in ukazov s katerimi računalniku povemo, kako naj izvede kak postopek kako naj reši dani problem. Postopku izdelave programa pravimo programiranje. Umetni jezik, ki ga uporabimo za izdelavo programa je programski jezik.

Z razvojem strojne opreme in programske opreme se spreminja tudi način programiranja za katero je značilna večja neproceduralnost oz. nepostopkovnost tako, da je delo programerja usmerjena k reševanju problema oz. naloge in manj k tistemu delu, ki se nanaša na problem kako računalnik razume naše ukaze.

Slika 85:Generacije programskih jezikov

Page 91: Uporaba informacijske komunikacijske tehnologije

Računalniška omrežja 90

9 RAČUNALNIŠKA OMREŽJA

Računalniško omrežje (ali skrajšano omrežje) lahko definiramo kot sistem med seboj neodvisnih računalnikov, ki so povezani za izmenjavo podatkov in skupno rabo perifernih enot, kot so trdi diski in tiskalniki, ali računalniških programov. Ključna izraza v definiciji sta izmenjava in skupna raba. Računalniško omrežje sestavljata strojna in programska oprema. Prvotni namen računalniških omrežij je bil omogočanje skupne rabe oz. delitve računalniških virov, kot so periferne naprave in računalniški programi. Uporabniki si tudi danes preko omrežja delijo različne tiskalnike, fotokopirni stroj, faks in druge naprave, ki jih občasno potrebujejo, pa tudi nekatere računalniške programe, ki jih uporabljajo pri svojem delu. Taki programi so npr. programi za spremljanje poslovanja podjetja in evidenca delovnega časa. V današnjem času pa ima še večji pomen učinkovita izmenjava informacij. Uporabniki prek računalniškega omrežja dostopajo do informacij in jih posredujejo drugim. Poizvedujejo npr. po podatkih v poslovnih imenikih, pošiljajo elektronska sporočila, iščejo vire v internetnih iskalnikih ... Računalniška omrežja zvišujejo učinkovitost dela in zmanjšujejo stroške. Te prednosti dosegajo v naslednjih osnovnih točkah: izmenjava informacij (ali podatkov),

izmenjava programske in strojne opreme,

centralizacija administracije in pomoči,

varovanje podatkov. Uporaba računalniških omrežij omogoča hranjenje pomembnih podatkov na skupnih pomnilnih medijih, na katerih podatke redno arhiviramo. Razen tega je v današnjih omrežjih omogočeno dodeljevanje virov glede na potrebe uporabnika. Posamezni uporabnik ima dostop le do tistih virov (podatkov, programov in strojne opreme), ki jih pri svojem delu potrebuje, dostop do varovanih podatkov pa mu je onemogočen. Računalniki, ki so del omrežja, lahko na primer izmenjujejo in souporabljajo: dokumente,

poštna sporočila,

ilustracije, slike in avdio-video datoteke,

avdio in videokonference,

tiskalnike, fotokopirne stroje, faksirne naprave, modeme,

trde diske. Računalniška omrežja se med seboj razlikujejo po velikosti, načinu povezovanja, namenu uporabe, vrsti operacijskega sistema na računalnikih.

9.1 Enakovredno in strežniško omrežje

Enakovredna omrežja računalnikov so omrežja, kjer je vsak računalnik povezan z vsakim drugim v omrežju in jih zaradi tega imenujemo tudi omrežja vsak z vsakim. V omrežjih vsak z vsakim ni posebnih računalnikov za strežnike ali odjemalce in tudi ni hierarhije računalnikov. Vsi računalniki so enakovredni. Vsak računalnik je po svoji funkciji tako strežnik kot tudi odjemalec, zato tudi ni administrativnih nalog za celotno omrežje. Vsak uporabnik na svojem računalniku določa, kateri viri so v skupni rabi in na voljo drugim uporabnikom v omrežju.

Page 92: Uporaba informacijske komunikacijske tehnologije

Računalniška omrežja 91

Danes se enakovredna omrežja v poslovnem svetu redko uporabljajo, saj ima sistem enakovrednih povezav računalnikov številne slabosti: ogrožena varnost podatkov,

nezanesljivo delovanje omrežja,

odvisnost uporabnikov od drugih uporabnikov in njihovih dejanj (izklop določene delovne postaje drugemu uporabniku lahko onemogoči tiskanje ipd.).

Zato v današnjem času praviloma uporabljamo strežniška omrežja (angl. server based network). Eden ali več računalnikov v omrežju ima posebno vlogo in opravlja naloge za vse uporabnike računalniškega omrežja. Strežniki so računalniki, na katerih so dani v skupno rabo viri za uporabnike omrežja, računalniki odjemalci pa jih uporabljajo. Strežniška računalniška omrežja sestavljajo: Strežniki - računalniki, na katerih so v skupno rabo dani viri za uporabnike v omrežju.

Odjemalci - računalniki, ki dostopajo do virov, ki so v skupni rabi.

Viri – to so kabli in druga strojna oprema, ki omogočajo fizično povezavo delov omrežja, pa tudi periferne naprave (tiskalniki, diski ...), skupni programi, dokumenti, podatki ...

V strežniških omrežjih poljubna sistema med seboj načeloma ne moreta komunicirati. Komunicirata lahko samo strežnik in odjemalec. Dva odjemalca potrebujeta za medsebojno komunikacijo posrednika – strežnik. Prednosti strežniških omrežij pred omrežjem enakovrednih računalnikov: Računalniki odjemalcev imajo manjše strojne zahteve, saj ne potrebujejo dodatnega

pomnilnika in trdih diskov, za strežniške namene.

Učinkovitejše delo, če si uporabniki delijo določene datoteke, ki jih lahko shranimo na strežnik.

Centralizirana administracija omogoča boljše in zanesljivejše varovanje podatkov. Ko omrežja naraščajo (število priključenih računalnikov v omrežje, fizična razdalja med njimi in naraščajoč promet med njimi), je potreben več kot samo en strežnik.

9.2 Lokalno in globalno omrežje

Omrežje v osnovi delimo v dve zvrsti, glede na velikost in razširjenost povezovanja: lokalno računalniško omrežje, ki ga označujemo s kratico LAN (angl. Local Area

Network),

globalno računalniško omrežje, ki ga označujemo s kratico WAN (angl. Wide Area Network).

Smisel lokalnega omrežja (LAN) je v tem, da omogoča souporabo podatkovnih, programskih in strojnih virov v omrežju, ki je fizično povezano. Praviloma so taka omrežja znotraj podjetja, šole ali druge organizacije. Tak pristop povezovanja računalnikov je zelo gospodaren. Posamezni uporabnik ima le tisto kombinacijo strojne in programske opreme, ki jo nujno potrebuje. Ostalo opremo si uporabniki delijo.

Page 93: Uporaba informacijske komunikacijske tehnologije

Računalniška omrežja 92

Lastnosti lokalnega omrežja: je lokalno omrežje v geografskem smislu in najpogosteje pokriva območje ene zgradbe ali

nekaj sosednjih zgradb – eno podjetje, šolo ...

ima svoj lasten sistem kablov,

omogoča visoke prenosne hitrosti. V današnjem času so lokalna omrežja najpogosteje, glede na način povezave računalnikov in njihovo hierarhijo, strežniška omrežja. Prostrano omrežje, lahko tudi globalno omrežje ali WAN, je omrežje računalnikov, ki se razprostira na velikih razdaljah. Nekatere povezave na prostranih omrežjih potekajo po telefonskih linijah ali celo preko satelitov. Prostrana omrežja pogosto povezujejo več lokalnih omrežij v eno samo. V današnjem času smo preko interneta vsi njegovi uporabniki povezani v globalno omrežje.

9.3 Strojna oprema v omrežju

Razen običajne strojne opreme, kot so na primer računalniki in tiskalniki, imamo v omrežju še posebno opremo. Računalniki so med seboj povezani s kabli, le-ti pa se povezujejo prek posebnih naprav: stikal, usmerjevalnikov, ponavljalnikov, mostov, Hub – Ponavljalnik Hub - Ponavljalnik je naprava v (računalniškem) omrežju, ki omogoča prenos podatkov med več linijami. V bistvu je nekakšen multiplekser – signal iz enega vmesnika razdeli na poljubno število vseh drugih vmesnikov. Torej je njegova naloga, da signal, ki ga sprejme na enem vmesniku, ojači in obnovi ter preusmeri na vse preostale vmesnike.

Slika 86: Globalno omrežje

Slika 87: HUBi s označenimi povezovalnimi vmesniki. Več ponavljalnikov lahko med seboj povezujemo.

Page 94: Uporaba informacijske komunikacijske tehnologije

Računalniška omrežja 93

Bridge – Most Naprava, ki povezuje in prepušča pakete med dvema deloma - segmentoma omrežja, ki uporabljata enak komunikacijski protokol. Bridge-most podatke ali pakete ojači, shrani, in preveri v medpomnilniku. Most v medpomnilniku pregleda vsak paket in na podlagi tega se odloča kaj bo naredil s paketom. Stikalo V sodobnem omrežju je vsak uporabnik priključen v omrežje neposredno preko stikala (angl. switch), kar poveča varnost in prepustnost omrežja. Stikalo namreč ne pošilja prejetih paketov podatkov na vse računalnike v omrežju, pač pa prebere del paketa, v katerem se nahaja izvorni in ciljni naslov. Omogoča neposredno povezavo med dvema ali več naslovniki, brez vpletanja ostalih postaj. Ker poslane pakete prejmejo samo naslovniki, se z uporabo stikal poveča varnost omrežja. Stikala uporabljamo v lokalnih omrežjih. Usmerjevalnik Usmerjevalnik (angl. router) je naprava, ki jo uporabljamo za povezavo različnih vrst omrežij. Za razliko od stikala, ki pakete podatkov pošilja le na naprave, ki so nanj priklopljene, usmerjevalnik spozna, ali je paket namenjen lokalnemu omrežju ali omrežju zunaj njegovega nadzora. Od tod tudi ime, saj usmerja promet na omrežju. Usmerjevalnik potrebujemo, če se povezujemo v globalno omrežje. Sodobni usmerjevalniki imajo vgrajeno posebno programsko opremo, ki skrbi za varovanje lokalnega omrežja pred vdori od zunaj (požarni zid).

Gateway - Prehod Naprava ali računalnik preko katerega lokalno omrežje prehaja v drugo ali večje globalno omrežje.

V praksi je običajno v eni napravi združena funkcionalnost vseh naprav. Tako lahko danes uporabimo napravo v kateri so združene funkcije in lastnosti switca-stikala, routerja-usmerjevalnika, gatewaya-prehoda, brezžične dostopkovne točke, požarnega zidu, protivirusne zaščite in še kaj. Največkrat se takšne univerzalne napravice uporabljajo za manjša podjetja ali domačo uporabo.

Slika 89: Stikalo v lokalnem omrežju

Slika 90: Usmerjevalnik na meji med internetom in lokalnim

omrežjem

Slika 88: Bridge – most

Slika 91: Uporaba Gatewaya – prehoda

Page 95: Uporaba informacijske komunikacijske tehnologije

Računalniška omrežja 94

9.4 Tipi omrežja

Kljub temu, da obstaja več različnih načinov za povezavo računalnikov, poznamo v glavnem dva tipa računalniških omrežji: peer-to-peer and client/server.

9.4.1.1 Peer-to-peer ali omrežje enakovrednih partnerjev

Značilno za to omrežje je, da so računalniki in naprave v omrežju enakovredne in med seboj izmenjujejo podatke. Vsaka naprava lahko komunicira s katerokoli napravo v omrežju in izkorišča sredstva le-te (pogoni, diski, tiskalniki…), vse pa so med seboj enakovredne. Če imate doma računalnik in vaši starši ali prijatelji na svojem domu, se lahko med seboj povežete v omrežje “peer-to-peer”. Če imajo starši ali prijatelji tiskalnik, se lahko povežete z njim in tiskate preko njega, torej uporabljate njegove periferne naprave. Vsi računalniki v načinu “peer-to-peer” so med seboj enakovredni. Običajno “peer-to-peer” omrežje nima več kot 10, med seboj povezanih računalnikov.

9.4.1.2 Client/server ali odjemalec/strežnik

Je struktura - omrežje, pri kateri imajo računalniki v omrežju nalogo strežnika in odjemalca. Strežnik je računalnik, ki za odjemalce upravlja določene naloge (servise), skrbi za omrežje, hrani skupne podatke, upravlja tiskalnik, razdeljuje pošto ipd. Odjemalec je delovna postaja (osebni računalnik), ki te skupne servise izkorišča. Takšno omrežje se običajno uporablja v poslovnih okoljih, podjetjih, šolah. Ko želite na primer pridobiti informacije z določene spletne strani, deluje vaš računalnik v tem trenutku kot client/odjemalec. Ta dobi podatke od serverja/strežnika po omrežju, ki nudi usluge v obliki prikazovanja spletnih strani – www. Odjemalec/strežnik omrežje se uporablja za povezovanje večjega števila računalnikov. Je mnogo dražje od “peer-to-peer” omrežja, vendar enostavnejše za vzdrževanje in uporabo.

9.5 Omrežja – topologija

Topologija je geometrijski načrt - oblika prenosnega medija. Sestavljeni so iz vozlišča, ki so aktivni elementi, ker izvajajo usmerjanje prometa in prenosni kanali, ki so pasivni elementi, saj podatke le pasivno prenašajo. Topologija omrežja močno vpliva na lastnosti omrežja. Najznačilnejše oblike topologij so:

Topologija vodila (bus):

Računalniki so priključeni na en skupni in neprekinjen del podatkovnega medija, ki predstavlja mnogotočkovno povezavo. Osnovni komunikacijski medij je na obeh straneh zaključen s končnimi členi ali terminatorji, ki določajo pomembne impendančne lastnosti glavnega kabla. Sporočilo oddano glavnemu prenosnemu mediju je takoj dostopno vsem vozliščem na omrežju. Značilnosti: preprosto priključevanje novih

Slika 92: Prikaz “peer-to-peer” omrežja

Slika 93: Client/server ali odjemalec/strežnik omrežje 

Slika 94:Skupno vodilo

Page 96: Uporaba informacijske komunikacijske tehnologije

Računalniška omrežja 95

uporabnikov, niso potrebna posebna vozlišča, težko je lokalizirati napako na vodilu v primeru prekinitve ali kakšne druge napake, omejena je dolžina prenosnega medija.

Zvezdna topologija:

Zvezdna topologija ima samo eno vozlišče. Njena prednost je enostavnost, saj so usmerjevalni postopki trivialni: med katerimakoli pristopnima točkama vodi namreč le ena pot. Posledica enostavnosti je vrsta pomanjkljivosti: zelo je občutljiva na izpad vozlišča, saj v tem primeru noben par ne more več komunicirati. Vozlišče z velikim številom priključenih končnih računalnikov postane počasno, zato se omejuje število priključkov na vozlišče. Topologija ni primerna za večja omrežja.

Topologija obroča: več vozlišč nanizamo drugo za drugim v obroč. Primerjamo obroč z zvezdo. Usmerjevalni postopki so nekoliko kompleksnejši, med vsakim parom sta možni dve možni poti. Omrežje je bolj trdoživo, saj so ob izpadu vozlišča prizadeti le lokalni uporabniki. Ob izpadu dveh vozlišč lahko omrežje razpadena dva

dela.

Drevesna topologija: zagotavlja enostavne usmerjevalne postopke. Predstavljamo si jo lahko kot večnivojsko zvezdo. V praksi se redko uporablja, navadno v omrežjih lokalnega dostopa.

Polna topologija: zahteva neposredne povezave med vsemi pari vozlišč. Usmerjevalni postopki so zelo zahtevni, saj število možnih poti strmo narašča s številom vozlišč. Uporablja se le v omrežjih s posebnim namenom.

Splošna topologija: je v praksi najpogostejša. Vsebuje poljubno izmed podmnožic povezav popolne topologije, ki še zagotavljajo povezanost omrežja. Običajno je tako v praksi kombinacija med funkcionalnostjo in stroški, da to dosežemo. Tako kombiniramo različne tipe topologij.

Slika 95: Zvezdno vodilo

Slika 96: Obroč

Slika 97: Kombinacija različnih topologij

Page 97: Uporaba informacijske komunikacijske tehnologije

INTERNET 96

10 INTERNET

Internet je računalniško omrežje, ki med seboj povezuje milijone računalnikov in s tem na milijone uporabnikov. Lahko bi rekli, da je internet povezal svet v celoto! Internet je omrežje omrežij. Internet je tudi komunikacijski medij, ki nudi najobsežnejši in najbolj ažuren dostop do najrazličnejših podatkov. Omogoča najhitrejši in najcenejši način komuniciranja!

Naštejmo še nekaj lastnosti, zaradi katerih je internet dandanes tako uporaben in priljubljen. Internet je: je od vseh, saj si ga nobena država ali organizacija ne more lastiti,

najcenejši komunikacijski in informacijski medij,

najhitrejši komunikacijski in informacijski medij. Internet je nepogrešljiv za uporabo v poslovnem svetu, njegovo razširjenost pa so omogočile tudi številne storitve, zaradi katerih ga uporabljamo tudi v prostem času za osebne namene in za zabavo. Internet ima poleg zanj značilnih novih storitev še storitve, ki so cenejša, dostopnejša in učinkovitejša alternativa uveljavljenim klasičnim načinom komuniciranja: pošta, telefon, faks, radio, časopis….

10.1 Tehnološke storitve

Tehnološke storitve, ki jih najpogosteje uporabljamo v omrežju internet, so: elektronska pošta (E-mail),

svetovni splet (World Wide Web),

oddaljeni dostop (do računalnikov z uporabo omrežja internet),

komuniciranje in sodelovanje,

prenos datotek (FTP)

streaming (storitev, ki omogoča oddajanje zvoka in/ali slike preko interneta),

avdio in video telefon. Najpogostejši storitvi interneta sta svetovni splet in elektronska pošta. Prek svetovnega spleta so na voljo številne druge storitve, ki so zanimive in uporabne tako za poslovanje kot za zabavo.

Slika 98: Internet - svetovno omrežje

Page 98: Uporaba informacijske komunikacijske tehnologije

INTERNET 97

10.2 Svetovni splet

Svetovni splet je leta 1989 ustvaril Tim Berners-Lee, ki je delal v Organizaciji za nuklearne raziskave v CERN-u, v Ženevi. Njegova uporaba pa se je začela leta 1992. Od tedaj doživlja uporaba različnih spletnih storitev veliko in nenehno rast. Vstop v svetovni splet je mogoč preko internetnih brskalnikov (npr. Internet Explorer, Mozilla Firefox). Do konkretnih spletnih naslovov oz. do konkretnih spletnih strani pa dostopamo s pomočjo www., ki mu dodamo naslov strani. Na primer: www.gov.si nam omogoča vstop na skupno spletno stran državne uprave (ministrstva in vladne službe). Prve spletne strani so bile statične. Podajale so informacije, niso pa omogočale soustvarjanja uporabnikov. V današnjem času govorimo o spletu 2.0, ki pomeni novo razvojno stopnjo spletnih storitev. Način uporabe spletnih strani se spreminja iz “branja” na “branje in pisanje”. Splet 2.0 ni več le medij za prenos in uporabo informacij, temveč postaja platforma, kjer se vsebina ustvarja, izmenjuje, spreminja in posreduje. Uporabniki med seboj multimedijsko komunicirajo. To pomeni, da uporabljajo verbalno komunikacijo (pisno ali govorno) ter slike, video ... Uporabnikom je na voljo t. i. družabna programska oprema (angl. Social software), ki označuje različne strani za druženje, wikije2, spletne dnevnike (blog) ipd. Z razvojem družbene programske opreme (angl. social software) se razvijajo socialne mreže in se povečuje pretok informacij. Za podjetja in posameznike so pomembne različne oblike elektronskega poslovanja, e-izobraževanje, iskanje informacij na spletu ... Poslovne in izobraževalne spletne storitve bomo spoznali v nadaljevanju. Prek spletnih strani pa potekajo tudi različne, a ne vse, oblike elektronskega komuniciranja.

10.3 Elektronsko komuniciranje

V uporabi so številne oblike elektronskega komuniciranja: elektronska pošta,

internetna telefonija (IP telefonija),

forumi,

klepetalnice (IRC),

videokonference,

hitra tekstovna sporočila (angl. instant messaging). Kljub velikim prednostim elektronskega komuniciranja, ki jih bomo spoznali v nadaljevanju, pa le-to prinaša tudi slabe navade. Zlasti trpi izražanje v lepem slovenskem jeziku, ki ga v neposlovni rabi pogosto nadomešča pogovorni jezik. Bolj razumljive so optimizacije, ki posamezne zloge nadomeščajo s številkami. Ker SMS sporočila v mobilni telefoniji plačujemo po dolžini oz. je eno sporočilo po velikosti omejeno, pogosto krajšamo.

10.4 Elektronska pošta

Elektronska pošta (e-pošta ali angl. e-mail) je ena od osnovnih storitev interneta. To je storitev za izmenjavo osebnih sporočil med dvema ali več osebami. Princip pošiljanja je zelo podoben običajnemu pošiljanju pisem, le da ima elektronska pošta veliko prednost - hitrost prenosa sporočil. S pomočjo elektronske pošte poteka proces prenašanja sporočil veliko hitreje. Za uporabo elektronske pošte potrebujemo programsko opremo. Na voljo je licenčna (npr. Microsoft Outlook ali Outlook Express) in odprtokodna (npr. Mozilla Thunderbird). Prednosti elektronske pošte:

Page 99: Uporaba informacijske komunikacijske tehnologije

INTERNET 98

Hitrost - poslano sporočilo je na cilju, kjerkoli na svetu, v nekaj minutah. Kako hitro bo prispel odgovor na sporočilo je odvisno le od prejemnika sporočila oz. tega kako pogosto le-ta pregleduje svoj “poštni predal” in odgovarja na prejeto pošto.

Pošiljanje prilog in možnost nadaljnje obdelave prejetih sporočil in dokumentov, ki jih danes kot prilogo pošiljamo v elektronski pošti.

Boljša organizacija dela - sporočila so urejena, vedno na vpogled in lahko tudi v opozorilo, kaj moramo še storiti, na kaj odgovoriti, komu še kaj poslati v vednost ...

Pošiljanje posamezniku ali skupini ljudi – v naprej lahko pripravimo sezname skupin naslovnikov; z imenom skupine lahko naslovimo sporočilo na vse v seznamu; pošiljamo lahko tudi skritim naslovnikom.

Stalna dosegljivost - pošiljatelju in naslovniku je e-pošta na voljo kadar ima vključen računalnik in program za e-pošto, v nasprotnem primeru pa ga sporočilo počaka v njegovem elektronskem nabiralniku.

Enostavno preusmerjanje – ob daljši odsotnosti (dopust, bolniška, potovanje ...), lahko na stalnem naslovu določimo, kam naj se prejeto sporočilo preusmeri, nato pa preusmerjeno sporočilo preberemo z drugega naslova ali celo prek mobilnega telefona.

Žal ima elektronska pošta in elektronsko komuniciranje tudi nekaj slabosti, ki se kažejo predvsem v slabi komunikaciji. Izkušnje kažejo, da pogosto pride do nerazumevanja, napačnega razumevanja ali celo konfliktov. Vsemu temu se lahko izognemo, če smo pri izražanju natančni, pri pošiljanju pa ne prehitri. Predvsem se izogibajmo pisnim kritikam, saj so zapisane besede brez nebesedne komunikacije lahko razumljene drugače, kot so bile morda mišljene. Princip delovanja elektronske pošte Elektronska pošta je storitev, ki deluje po principu odjemalec - strežnik. Odjemalec je oseba z računalnikom, ki želi bodisi poslati ali pa sprejeti pošto. Pošta se ne prenaša neposredno od uporabnika do uporabnika, pač pa poteka prenos preko poštnih strežnikov. Tok dogodkov pošiljanja elektronske pošte je naslednji. Uporabnik na svojem računalniku napiše pismo/sporočilo ter ga pošlje. Sporočilo se najprej prenese v poštni predal pošiljateljevega poštnega strežnika. Ta strežnik sporočilo prenese naprej do naslednjega strežnika, ta zopet do naslednjega in tako dalje. V zadnjem koraku se sporočilo dostavi v poštni predal naslovnika na njegovem poštnem strežniku (poštni strežnik njegovega internetnega ponudnika ali podjetja). Pismo se v strežniku nahaja tako dolgo, dokler se oseba/prejemnik ne prijavi v internet in prenese pošto iz svojega nabiralnika/strežnika v svoj poštni predal. Kako dolgo pošta potuje, preden doseže naslovnika, je odvisno mnogih dejavnikov. Navadno traja dostava kakšno minuto. Na naslednji sliki je prikazan primer pošiljanja pošte od pošiljatelja k prejemniku. Pot pošte je prikazana s črtkano puščico.

Slika 99: Potovanje elektronske pošte

Page 100: Uporaba informacijske komunikacijske tehnologije

INTERNET 99

Pošiljanje priponk Z elektronsko pošto se razen sporočil pošilja še razne dokumente, slike ... Vse to pošiljamo v obliki datotek, ki jim pravimo priponke. S priponkami pa lahko na naš računalnik vdrejo tudi virusi ali drugi škodljivi programi. Zato je potrebna previdnost pri odpiranju priponk, zaželen pa je tudi protivirusni program, ki preverja prejeto pošto in priponke. Protivirusni program hkrati ščiti tudi naš ugled, da sami nehote ne pošljemo virusa in našim naslovnikom s tem ne povzročimo škode in neprijetnosti.

10.5 Internetna telefonija

Telefon je grška sestavljena beseda, kjer "tele" pomeni od daleč, "fon" pa zvok. Telefonijo oziroma telefonsko sporazumevanje po telegrafskih kablih je uradno izumil Aleksander Graham Bell leta 1876. Princip klasične telefonije je ostal nespremenjen več kot sto let. Spreminjali so se edino telefonski aparati. S prihodom digitalne tehnologije in interneta, ki uporablja protokol TCP/IP ter povečevanjem prenosnih hitrosti, se je običajna analogna telefonija preselila na digitalno ali internetno raven. IP telefonija, ali »govor prek IP« (voice over IP oz. VOIP) pomeni, da se telefonski pogovori in faks klici prenašajo prek IP omrežja, kot je internet, namesto prek vsakdanjega javnega telefonskega omrežja (PSTN). Torej bi lahko standard VOIP oz. Voice-over-Internet protocol definirali kot protokol, ki je optimiziran za prenos govora in slike preko interneta. Internetno telefonijo imenujemo tudi IP telefonija. Za uporabnike se je IP telefonija začela s poceni ali celo brezplačnimi klici prek računalnikov v internetnem omrežju. V današnjem času pa je internetna telefonija prek telefonov osnovni del ponudbe širokopasovnega interneta. IP telefonijo lahko razvrstimo v dve skupini, glede na dve najbolj pogosto uporabljeni tehnologiji:

Računalnik-računalnik, Telefon-telefon.

Računalnik-računalnik To je oblika komunikacije, kjer za prenos govora in slike uporabljamo računalnik in računalniški program (SKYPE, ICQ, MSN ...), s katerim opravljamo klice. Navedeni programi so za osnovne funkcije brezplačni. Gre torej za preprost sistem, ki zahteva prijavo na strežnik in izvajanje klicev s pomočjo računalnika. Za tak način komunikacije potrebujemo opremo (računalnik, zvočno kartico, zvočnike, mikrofon, IP kamero (če želimo še video komunikacijo). Če uporabljamo IP kamero, je komunikacija zvočna in slikovna. Slabost takšnih sistemov je:

ker nismo priključeni na javno omrežje, ne moremo sprejeti klica, ko nismo prijavljeni v sistem,

ne moremo enostavno klicati v javna telefonska omrežja (storitev je možna, a običajno plačljiva),

kakovost prenosa govora in slike je odvisna od števila prijavljenih uporabnikov v sistemu.

Slika 100: IP telefonija, računalnik – računalnik (Jarc, 2005) 

Page 101: Uporaba informacijske komunikacijske tehnologije

INTERNET 100

Telefon - telefon Gre za popolnoma enak način telefoniranja kot pri klasični telefoniji (PSTN/ISDN). V javno telefonsko omrežje smo priključeni s pomočjo internetnega ponudnika, ki poskrbi tudi za kakovost povezave. Telefonski govor in/ali slika se prenašata po običajnih internetnih vodih. Za takšno vrsto tehnologije se uporabljajo posebni VOIP telefoni, v podjetjih posebne VOIP centrale. Na VOIP telefonsko omrežje lahko priključimo tudi navadne telefone preko posebnih adapterjev, ki poskrbijo za pretvorbo v digitalne signale. Seveda pa tako izgubimo prednosti, ki jih nudi sistem VOIP tehnologije. Podjetja in domači uporabniki se odločajo za VOIP telefonijo zaradi cenenosti ter ostalih zmožnostih, ki jih navadna (PSTN/ISDN) telefonija ni zmogla. Gre predvsem za konferenčne zveze ter prenos slike na velike razdalje. Vse več uporabnikov, ki se odloča za širokopasovni dostop do interneta, izbere tudi ta način telefoniranja.

10.6 Forumi

Internetni forum je javni prostor za izmenjavo informacij. S stališča tehnologije so to spletne aplikacije (programi), ki omogočajo upravljanje sporočil uporabnikov. Taki sistemi anonimnim uporabnikom dovoljujejo zapisati mnenje, vprašanje oz. poljubno sporočilo, ki ga ta želi posredovati ostalim uporabnikom foruma. Vsa sporočila so javna. Forumi so omogočili oblikovanje t. i. praktičnih skupin, ki se med seboj povezujejo in si izmenjujejo informacije o skupnih interesih. Le-ti so lahko stroka (forum računovodij, forum pravnikov), hobiji ipd. Forumi so tudi orodje, ki omogoča sodelovalno učenje. Večina platform za e-izobraževanje ima vgrajene forume predmetov, preko katerih študenti in mentorji izmenjujejo strokovna vprašanja in odgovore, študenti pošiljajo seminarske naloge, jih pregledujejo ipd. Učni forumi za razliko od javno dostopnih niso niti javni, niti anonimni. Forum omogoča t. i. asinhrono komunikacijo. To pomeni, da je napisano sporočilo dlje časa objavljeno in se je nanj mogoče odzvati s časovnim zamikom. Ta zamik je lahko poljubno dolg.

10.7 Klepetalnice

Klepetanje preko interneta je staro skoraj kot internet sam. Klepetanje prek interneta razumemo predvsem kot neformalno, sinhrono pogovarjanje na daljavo. Sinhrono zato, ker morajo biti sogovorniki na sistemu istočasno. Beseda sogovornik pa ni najprimernejša, saj gre najpogosteje za dopisovanje. Klepeti največkrat tečejo s pisanjem sporočil med dvema ali več osebami, ki v ta namen uporabljajo ustrezen program. Znani programi so IRC, ICQ, Google Talk, Skype, Windows Live Messenger in številni drugi.

10.8 Videokonference

Videokonferenca je slikovno in zvokovno komuniciranje več ljudi na daljavo. Video klic je zelo podoben telefonskemu konferenčnemu klicu, le da ob priklopu vzpostavimo vizualen stik z ostalimi udeleženci. Poleg slike in zvoka se lahko prenašajo tudi podatki (npr. prezentacija). Videokonference so se včasih izvajale preko telefonskega omrežja. Videokonferenčni sistemi so bili tedaj dragi in so si jih privoščila le velika podjetja. V sodobnem času videokonference

Slika 101: IP telefonija, telefon – telefon

Page 102: Uporaba informacijske komunikacijske tehnologije

INTERNET 101

večinoma potekajo preko omrežja internet, kar je cenejše in enostavnejše. Videokonferenčno komuniciranje je omogočeno vsakomur. Zato bomo v nadaljevanju opisali kako poteka videokonferenca prek interneta in kako lahko skupina uporabnikov med seboj videokonferenčno komunicira. S pomočjo videokonference lahko izvajamo predavanja, seminarje, sestanke. Za izvedbo videokonference potrebujemo:

video vhod : spletna kamera,

video izhod: računalniški monitor,

avdio vhod: mikrofon,

avdio izhod: zvočniki ali slušalke,

medij za prenos podatkov: internet, programsko opremo.

Spletne kamere so primerne tako za domače kot za poslovno okolje. Omogočajo zajemanje kakovostne slike, običajno imajo vgrajen tudi mikrofon za zajem zvoka ter enostavno programsko opremo za kreiranje video datotek. Pri videokonferenci moramo imeti nameščeno kamero tako, da nas ostali uporabniki vidijo. Najbolje je, da je kamera nekje v višini glave, zato se običajno namesti na vrh monitorja. Če kamera nima mikrofona, potrebujemo posebni mikrofon. Potrebujemo še zvočnike, da lahko slišimo, kar nam sporočajo sogovorniki. Za izvajanje videokonference na osebnem računalniku potrebujemo tudi programski vmesnik, ki poskrbi, da lahko oddajamo in sprejemamo podatke ter da vidimo dogajanje. Obstaja več različnih programskih paketov. Enostavno dostopni so Microsoft Net Meeting, Skype, MSN Messenger, Yahoo Messenger. Ti programi so za domačo uporabo brezplačni. S Skypom 3.8 lahko npr. videokonferenčno slikovno komunicira pet oseb, zvočno pa okrog 30. Izvedba seminarjev in predavanj na daljavo je posebni primer videokonference. Lastnosti take videokonference so:

interakcija eden proti mnogim (predavatelj in udeleženci),

fizična oddaljenost predavatelja in udeležencev ter neenaka stopnja sodelovanja,

bolj formalne komunikacije,

običajno prenašamo še podatke, npr. računalniške predstavitve. Potrebujemo profesionalno opremo in širokopasovno internetno povezavo. Takšna videokonferenca omogoča, da lahko udeleženci poslušajo ugledne predavatelje, ki jim zaradi predavanja ni bilo potrebno prepotovati polovice sveta. Videokonferenca teče v realnem času. Videokonferenčno predavanje sicer zahteva udeležbo ob natančno določeni uri na določenem kraju, omogoča pa udeležencem kontakt s predavateljem, zastavljanje vprašanj in pogovor z njim.

10.9 Spletno poslovanje

Ena pomembnejših vrst internetnih storitev so različne poslovne storitve. Organizacije (podjetja, državna uprava, šole, zavodi ...) poslujejo prek interneta. Izvajajo ali uporabljajo različne storitve e-poslovanja. Preko interneta poslujemo tudi potrošniki in pri tem koristimo različne poslovne storitve, ki jih izvajajo podjetja, državna uprava, šole ... Tipične poslovne storitve so: e-bančništvo, e-trgovina, e-izobraževanje, na spletu pridobivamo različne informacije, uporabljamo storitve državne uprave itd. Ker se storitve e-poslovanja v današnjem času večinoma izvajajo prek svetovnega spleta, predpono e- pogosto zamenja

Page 103: Uporaba informacijske komunikacijske tehnologije

INTERNET 102

beseda spletno, npr. spletno bančništvo, spletno izobraževanje ... Vseeno pa je izraz e-poslovanje zelo uveljavljen, čeprav opisuje elektronsko poslovanje nasploh in bi lahko pomenilo tudi eno od njegovih že zastarelih oblik. Elektronsko poslovanje (e-poslovanje) je namreč katerakoli oblika poslovanja, pri katerem stranke delujejo elektronsko, namesto da bi delovale fizično oziroma bi bile v neposrednem fizičnem stiku. Če bi npr. podjetje plačilne naloge poslalo v banko na CD-ju in ne preko spletne aplikacije, bi bila tudi to oblika e-poslovanja. Predpona e- bo najbrž kmalu odveč, saj bo poslovanje, ki ga zdaj označujemo e-poslovanje, edina oblika poslovanja v prihodnosti, marsikje pa je tako že danes. Velik razmah e-poslovanja je povzročil internet, zlasti njegovi storitvi elektronska pošta in svetovni splet. Internet podjetjem omogoča izboljšanje poslovanja in hitrejšo ter enostavnejšo komunikacijo s kupci in dobavitelji. Izboljšanje poslovanja je posledica učinkovitejšega tržnega nastopa (spletni marketing in prodaja), hitrejše nabave, boljšega dostopa do informacij, koriščenja storitev spletnega bančništva in še bi lahko naštevali. Splošno prepričanje je, da bodo v prihodnje organizacije poslovale elektronsko ali pa ne bodo poslovale. E-poslovanje pretresa organizacije v procesih in jih spreminja. Prav tako na novo določa načine povezovanja med organizacijami, med organizacijami in potrošniki, pa tudi med zaposlenimi v organizaciji. Vsekakor je elektronsko poslovanje v življenje in družbo prineslo veliko sprememb, med katerimi lahko izpostavimo:

dematerializacija poslovanja: vedno več je storitev, ki se izvajajo elektronsko, brez papirja in drugih otipljivih elementov,

opravljanje storitev od doma ali z delovnega mesta,

spremenjen način poslovanja. Tak način poslovanja pa prinaša tudi nove izzive za računalniške strokovnjake, predvsem na področju informacijske varnosti.

Page 104: Uporaba informacijske komunikacijske tehnologije

INFORMACIJSKA VARNOST 103

11 INFORMACIJSKA VARNOST

Informacijska varnost je vse pomembnejša vrsta varnosti. V tem poglavju bomo spoznali, kaj vse je potrebno v računalniškem sistemu varovati in kakšno vlogo imajo pri tem računalniški strokovnjaki in uporabniki. Ker pa je potrebno nevarnosti poznati, da bi se pred njimi lahko branili, bomo spoznali tudi nevarnosti, ki prek interneta dnevno pretijo našemu sistemu ali nam osebno (npr. našemu premoženju in osebni integriteti). V organizaciji je potrebno varovati tako podatke kot celoten računalniški sistem, ki mora uporabnikom omogočati nemoteno uporabo strojne in programske opreme. Informacijska varnost pomeni varovanje podatkov in računalniških sistemov pred:

nepooblaščenimi dostopi v sistem in s tem varovanje pred nepooblaščeno uporabo, motenjem ali prekinitvijo delovanja sistema,

uporabo, razkritju, spreminjanju in/ali uničenju podatkov. Izrazi informacijska varnost, varnost računalniških sistemov ter varstvo informacij in/ali podatkov se pogosto uporabljajo kot sinonimi, ker obstajajo med njimi komaj opazne razlike (sl.wikipedia.org, 2008). Informacijska varnost ima sicer širši pomen, saj je potrebno podatke varovati ne glede na njihovo obliko: elektronsko, tiskano ali katero drugo. Vlada, vojska, finančne institucije, bolnišnice in privatna podjetja kopičijo velike količine zaupnih informacij o njihovih zaposlenih, strankah, proizvodih, raziskavah in finančnem položaju. Politično, vojaško in gospodarsko vohunjenje je znano še iz časov pred internetom, z internetom pa dobiva nove možnosti pridobivanja podatkov ali posredovanja lažnih informacij. Varovanje zaupnih podatkov je poslovna, v mnogih primerih pa tudi etična in pravna zahteva. Informacijska varnost ima za posameznika pomemben vpliv na zasebnost (sl.wikipedia.org, 2008). Ko govorimo o informacijski varnosti imamo v mislih varovanje podatkov in računalniškega sistema (programske in strojne opreme). Napadi na računalniški sistem lahko povzročijo nepooblaščen dostop do podatkov in posledično škodo, pa tudi nepooblaščen dostop in uporabo opreme. Z napadom se lahko nekdo polasti procesorske moči naših računalnikov, prekine delovanje določenih storitev (servisov), preko naših računalnikov razpečuje nezakonite vsebine ipd.

11.1 Varovanje podatkov

Z izrazom varovanje podatkov označujemo dogovore in ukrepe, ki zagotavljajo, da so podatki, dokumenti in rezultati analiz shranjeni, prikazani in distribuirani tako, da jih nepooblaščena oseba ne more uporabiti, spreminjati, povzeti ali uničiti. Varovati je potrebno vsakršne podatke, tudi javno dostopne. Zavedati se moramo, da je potrebno podatke varovati pred zlorabo, pa tudi zaradi morebitnih napak, ki bi jih lahko povzročile napake v delovanju računalniške opreme ali uporabniki. Za primer brisanja ali spreminjanja podatkov po pomoti, napak delovanja strojne opreme in drugih nepredvidenih dejavnikov redno izdelujemo varnostne kopije podatkov. Varovanje podatkov je pomembno iz več razlogov:

nekatere podatke je potrebno varovati po zakonu (npr. osebne podatke),

nekatere podatke je potrebno varovati, ker predstavljajo poslovno skrivnost ali intelektualno lastnino (zaupni in skrivni podatki),

vse podatke je potrebno varovati za primer napak strojne opreme ali uporabnikov,

vse podatke je potrebno varovati za primer sovražnega delovanja, ki zajema tako namensko neposredno povzročanje škode (s strani konkretnega uporabnika) ali prek škodljivih programov.

Page 105: Uporaba informacijske komunikacijske tehnologije

INFORMACIJSKA VARNOST 104

11.2 Pomen uporabniških imen in gesel

Precej logično je, da je potrebno uporabnikom omejevati dostope do podatkov (kdo lahko kaj vidi) in pravice, kaj lahko s podatki počne (jih lahko le gleda ali jih sme tudi spreminjati). Razen tega je pri občutljivih podatkih potrebno spremljati kdo od pooblaščenih uporabnikov je izvršil določene spremembe in kdaj. Tako sledljivost predvideva tudi Zakon o varstvu osebnih podatkov (Zakon o varstvu…, 2007). V večuporabniške sisteme vstopamo s pomočjo postopka, ki mu pravimo avtentikacija, pomeni pa prijavo z uporabniškim imenom in geslom. Na podlagi uspešne prijave v sistem, dobi uporabnik na voljo tiste vire (oprema, podatki, programi ali njihovi deli), ki jih potrebuje pri svojem delu in takšne pravice njihove uporabe, da lahko opravlja svoje delo. Uporabnik ima lahko različne pravice dostopa do podatkov:

brez pravic,

samo branje in/ali uporaba,

branje, uporaba in spreminjanje,

branje, uporaba, spreminjanje in brisanje Pravice posameznih uporabnikov in skupin uporabnikov se dodelijo v skladu s sprejeto varnostno politiko organizacije, nastavitve pa izvede sistemski administrator.

11.3 Arhiviranje podatkov

Za primer brisanja ali spreminjanja podatkov po pomoti, napak delovanja strojne opreme in drugih nepredvidenih dejavnikov, redno izdelujemo varnostne kopije podatkov. Varnostne kopije omogočajo povrnitev pravilnega in delujočega stanja. Ker je med izdelavo varnostne kopije in ugotovljeno napako lahko preteklo nekaj časa in so s tem nastale spremembe v zbirkah podatkov, je potrebno v primeru uporabe varnostnih kopij manjkajoče podatke ponovno vnesti v računalnike. V zahtevnejših poslovnih okoljih, kjer si ne moremo privoščiti zastojev pri delu, izvajamo t. i. replikacije podatkov. Podatki se ves čas kopirajo na vzporedno delujoč sistem, ki je v primeru odpovedi glavnega sistema sposoben prevzeti vse njegove naloge. Organizacije, ki potrebujejo takšne rešitve so npr. banke, državna uprava, pa tudi velika podjetja, kjer se opravi veliko transakcij na minuto, zbirke podatkov pa se hitro spreminjajo. Za izvajanje arhiviranja (angl. backup) in obnavljanja podatkov (angl. restore) imamo orodja v operacijskem sistemu, na voljo pa so tudi posebna orodja in sistemi za arhiviranje in obvladovanje podatkovnih shramb.

Page 106: Uporaba informacijske komunikacijske tehnologije

ZAŠČITA RAČUNALNIŠKEGA SISTEMA 105

12 ZAŠČITA RAČUNALNIŠKEGA SISTEMA

Zaščito računalniškega sistema izvajamo fizično in programsko. Fizična zaščita pomeni, da je računalniška oprema shranjena v posebnih prostorih, kamor nepooblaščeni uporabniki nimajo vstopa. Programsko pa se zaščita izvaja na ravni sistemske programske opreme in na ravni aplikacijskih programov. Zaščita na ravni sistemske opreme zajema:

dodeljevanje pravic uporabe sistema posameznim uporabnikov in skupinam uporabnikov, glede na potrebe, ki sledijo iz narave njihovega dela,

zaščito diskov, map in dokumentov pred nepooblaščeno uporabo, varno komunikacijo preko interneta,

preprečevanje vdorov v sistem,

preventivno nadzorovanje sistema, odkrivanje in zapolnjevanje varnostnih vrzeli,

izdelava varnostnih kopij pomembnih podatkov. Operacijskemu sistemu znani uporabniki se v sistem prijavljajo z geslom, ki jim omogoča dostop do predvidenih virov. To pa hkrati onemogoča dostop nepooblaščenim uporabnikom. O varovanju računalniškega sistema je treba misliti preden se zgodi kakšen napad na sistem ali okvara sistema, ki bi lahko povzročila izgubo podatkov. Vsaka organizacija mora premisliti, kako bo varovala svoj računalniški sistem in podatke ter to zapisati in izvajati. Varnostna politika je formalni zapis varnostnih mehanizmov in drugih pravil, ki jih morajo upoštevati vsi posamezniki z dostopom do opreme, prostorov in informacij. Če je varnostna politika in njena implementacija dobra, je verjetnost uspešnega napada na sistem majhna. Najprej spoznajmo vrste napadov na računalniške sisteme, saj bomo preko njih tudi spoznali kako se pred njimi ubraniti.

12.1 Napadi na sistem

Osebe, ki izvajajo napade na računalniške sisteme, imenujemo hekerji. Heker je oseba, ki veliko časa posveča podrobnemu preučevanju delovanja aplikativnih programov in operacijskega sistema. Ima veliko znanja, hitro razpoznava potencialne ranljivosti programske opreme in svoje izsledke preizkuša v praksi. Žal vse to pogosto počne tako, da škoduje drugim. Hekerji delujejo na različne načine. Pogosto si zagotovijo nepooblaščen vstop v sistem. To lahko storijo tako, da pridobijo geslo ali pa sistem za prijavo z geslom preprosto obidejo. Ko so enkrat v sistemu, pa brez večjih težav povzročijo škodo. Preden se posvetimo posameznim vrstam napadov, si oglejmo tri kriterije, ki morajo biti izpolnjeni, da nastane vdor:

motiv: heker mora imeti motiv, da se loti določenega sistema; tudi "za zabavo" je motiv.

sredstvo: heker mora imeti orodje, s katerim si zagotovi nepooblaščen dostop. Pri hekerjih so to njihove izkušnje in znanje, lahko pa tudi posebni programi, ki jih dobijo na internetu.

priložnost: nepooblaščen vstop v računalniški sistem je tesno povezan z varnostnimi pomanjkljivostmi v sistemu. Le-te so lahko posledica slabe varnostne politike ali njenega spoštovanja, lahko pa nastanejo kot posledica specifične pomanjkljivosti določene programske opreme. Brez takih priložnosti bi bil ves trud hekerjev zaman.

Page 107: Uporaba informacijske komunikacijske tehnologije

ZAŠČITA RAČUNALNIŠKEGA SISTEMA 106

Če so računalniki priključeni v omrežje, so izpostavljeni različnim varnostnim tveganjem. Različni napadi onemogočajo dostop do:

podatkov,

storitev (angl. service) 3,

aplikacij, ki delujejo preko omrežij. 3 Storitev opravlja neko natančno določeno operacijo in je pri tem avtonomna. Ima natančno definiran vmesnik, do katerega lahko dostopimo preko omrežja z uporabo standardnih protokolov in podatkovnih tipov. Napade na sisteme razvrstimo v skupine glede na to, kako heker vstopi v računalnik:

družbeni ali socialni inženiring (angl. Social Engineering),

napadi DoS, skeniranje in prevare,

škodljivi programi. Zaščito pred sovražnimi napadi je potrebno izvajati na več ravneh. Potrebujemo požarni zid, protivirusno programsko opremo in znanje, kako se pred napadi ubraniti. Znanje potrebujemo tako sistemski administratorji kot uporabniki računalniških sistemov. Predstavimo še posamezno vrsto prej omenjenih hekerskih napadov.

12.1.1 Socialni inženiring

Napadi socialnega inženiringa ne zahtevajo poglobljenih tehničnih znanj. Osnovni princip takšnih napadov je izkoriščanje naivnosti ljudi in pridobivanje informacij na osnovi osebnih stikov. Do uporabniškega imena in gesla pride napadalec preko zaupanja določene osebe s katero se lahko poznata ali pa tudi ne. Zato je socialni inženiring eden najpreprostejših načinov za nepooblaščen dostop do računalniškega omrežja, osveščenost in ustrezno vedenje uporabnikov pa pomemben dejavnik informacijske varnosti.

12.1.2 DoS

Napade, ki neposredno ali posredno povzročajo izpad storitev, imenujemo napadi DoS (angl. Denial of Service). Cilj takih napadov je popolnoma zaustaviti ali zavreti delovanje sistema. Napad DoS je lahko osredotočen samo na specifično (znano) pomanjkljivost programske opreme, ki povzroči zaustavitev storitve (ponavadi gre za različne spletne storitve) in posledično izpad strežnika (npr. strežnika IIS). Druga skupina napadov DoS sproži na računalniku dodatna nepotrebna opravila, ki trošijo vire in povzročajo zakasnitve delovanja ostalih storitev in programov. Pogosto delujejo tako, da računalniško omrežje zasujejo z več podatki kot jih omrežje lahko prenese. Tudi na tak način onemogočijo dostop do spletnih storitev, npr. do WWW in MAIL. Kako se učinkovito obvarovati pred napadi DoS? Zelo koristno je, če vsaj okvirno poznamo arhitekturo in delovanje storitev, da lahko preprečimo in omejimo nepotrebne in nepooblaščene dostope (na primer zapremo dostop na požarnem zidu). Priporočljivo je tudi spremljanje spletnih strani, ki se ukvarjajo z varnostnimi problemi sistemov, ki so del našega omrežja. Napadi DoS običajno ne omogočajo neavtoriziranega dostopa v sistem, ki je nedvomno najbolj kritičen. Škoda, ki jo povzročajo, pa je kljub temu velika, saj lahko nedelovanje strežnika onemogoči poslovanje in s tem povzroči izpad prihodka.

12.1.3 Skeniranje vrat

Skeniranje pomeni preiskovanje odprtih TCP in UDP vrat (angl. port scanning). Na tak način ugotovimo, katera TCP in UDP vrata so odprta in posledično tudi, kateri servis je dostopen.

Page 108: Uporaba informacijske komunikacijske tehnologije

ZAŠČITA RAČUNALNIŠKEGA SISTEMA 107

Primer: telnet4 običajno uporablja TCP vrata št. 23. Če heker ugotovi, da so vrata dostopna, lahko nepooblaščeno vstopi v sistem.

12.1.4 Prevare IP

Prevare (angl. IP Spoofing) delujejo na sklad protokolov IP, tako da spremenijo izvorni IP naslov postaje. Običajno je novi IP naslov takšen, da ga usmerjevalnik uvrsti med naslove lokalnega omrežja. Prevare se uporabljajo tudi v kombinaciji z drugimi napadi (predvsem DoS), ko je potrebno skriti izvorni naslov napadalnih postaj.

12.1.5 Škodljivi programi

V to skupino spadajo različni virusi, črvi, trojanski konji in vohunski programi. Spoznali jih bomo nekoliko kasneje.

12.2 Protivirusna programska oprema

Zaradi velikega števila in hitrosti širjenja škodljive programske opreme, potrebuje vsak računalnik protivirusni program, ki se redno posodablja in stalno deluje. Ko uporabljamo računalnik, protivirusni program preži na datoteke, ki jih dobivamo s prenosnih medijev, iz omrežja ali interneta in ga ščiti. Novi virusi in drugi škodljivi programi nastajajo dnevno. Proizvajalci protivirusne opreme zato dnevno svoje programe nadgrajujejo, uporabniški računalniki po celem svetu pa se prek interneta dnevno posodabljajo. Če se naš protivirusni program ne posodablja (npr. ker je enoletna licenca potekla), nismo odporni proti najnovejšim škodljivim programom.

12.3 Požarni zid

Požarna pregrada ali zid je učinkovita zaščita notranjega omrežja pred vdori od zunaj. Namen klasične požarne pregrade je preprečevanje širjenja ognja po stavbi. V računalniškem smislu požarni zid varuje lokalno omrežje pred vsiljivci z interneta. Požarni zid je največkrat postavljen na stičišču povezave med notranjo mrežo in zunanjim svetom (internetom). Varovati ni potrebno le podatkov, temveč tudi računalnike same in ugled uporabnikov. Zaščita računalnikov s požarnim zidom zagotavlja, da nepooblaščene osebe ne uporabljajo naših računalnikov za shranjevanje svojih podatkov, ne izkoriščajo njihovega procesorskega časa, ne brišejo podatkov ali kako drugače škodijo delovanju našega sistema.

12.4 Vloga uporabnikov

Večine primerov napadov na sistem ne pripisujemo nesrečam zaradi višje sile ali genialnim pristopom iznajdljivih hekerjev. V resnici smo v daleč največ primerih »krivi« uporabniki sami, saj zaradi ustrežljivosti, naivnosti, nepazljivosti ali brezbrižnosti posredno pripomoremo k nastanku škode (Vasiljevič in drugi, 2006). Napadi, kjer heker izkoristi uporabnike, se imenujejo socialni inženiring. Napadi socialnega inženiringa ne uporabljajo tehnične manipulacije programske ali strojne opreme in zato ne zahtevajo poglobljenih tehničnih znanj. Osnovni princip takšnih napadov je pridobivanje informacij na osnovi osebnih stikov, se pravi od ljudi. Do uporabniškega imena in gesla pride napadalec preko poznanstva in zaupanja neke osebe. Zato je socialni inženiring eden najpreprostejših načinov za nepooblaščen dostop do računalniškega omrežja.

12.5 Skrbno ravnanje z mediji in opremo

Ne puščajmo disket, CD-jev ali USB ključev s podatki na vidnih mestih. Če se mimo naše pisarne ali celo po njej sprehaja večje število različnih oseb, je odtujitev takega nosilca podatkov relativno enostavna. Četudi zapustimo računalnik za kratek čas, ga programsko zaklenimo. Potencialni mimoidoči nepridiprav ima lahko zelo enostavno delo. Gesla sicer ne

Page 109: Uporaba informacijske komunikacijske tehnologije

ZAŠČITA RAČUNALNIŠKEGA SISTEMA 108

more neposredno odčitati, lahko pa si odpre kakšna »skrivna« vrata za kasnejši oddaljeni dostop ali skopira podatke z zaupno vsebino.

Računalniške in druge opreme ne puščajmo na nenadzorovanih mestih. Zlikovec, ki se utegne pojaviti, se zna neopaženo izmuzniti z nabrano opremo pod roko, sploh če je gneča velika. Škoda je lahko dvojna: odtujitev fizične opreme in izguba informacij. Bodimo pozorni na vsebino informacij v papirni obliki, ki jih mečemo stran. Zaupne informacije ostajajo zaupne tudi na papirju. Če liste papirja s takimi informacijami zavržemo, papir prej trajno uničimo, npr. z rezalnikom papirja.

12.6 Previdnost in zaupljivost

Ne bodimo zaupljivi. Nepridiprav, ki se želi dokopati do zaupnih podatkov s pomočjo socialnega inženiringa, se poslužuje vseh mogočih zvijač. Lahko se predstavi po telefonu kot izvajalec posebne ankete o varnosti ali kot sistemski upravitelj, lahko pa se pojavi celo osebno in zahteva kot finančni ali davčni svetovalec od nas popolno sodelovanje. Svojega gesla za dostop ne povejmo nikomur! Ne sporočajmo gesel po e-pošti. Ker je e-poštni sistem brez digitalnega podpisa relativno ranljiv, je pametneje, če najzaupnejših informacij ne pošiljamo preko e-pošte. Bodimo previdni pri obvestilih preko e-pošte, ki zahtevajo potrditev z vnosom gesla ali kode. Vedno pogostejši so napadi, ko heker razpošlje na tisoče naslovov lažno sporočilo, v katerem nas neka prava banka poziva k vnosu zaupnih podatkov, npr. številke kreditne kartice. Sporočilo običajno deluje zelo avtentično in če ima posamezni prejemnik zares odprt račun pri tej banki, obstaja verjetnost, da bo resnično sledil navodilom in svoje podatke oddal. Taki metodi pravimo ribarjenje gesel (angl. phishing). Zavedajmo se, da banke ali druge ustanove na tak način ne zahtevajo zaupnih podatkov. Če vseeno nismo prepričani, je najbolje, da verodostojnost sporočila preverimo v banki.

12.7 Uporaba gesel

Danes se z gesli srečujemo praktično na vsakem koraku, od PIN kod na bankomatih in mobilnih telefonih, pa vse do gesel pri elektronskem bančništvu ali na računalniku, ki ga dnevno uporabljamo. Pravilna izbira gesla je bistvenega pomena pri varovanju podatkov in informacij. Na spletu so na voljo programi, ki znajo odkrivati gesla. Če je geslo kratko in enostavno, potrebujejo le nekaj sekund ali minut. Za dolga gesla pa je potrebno veliko časa. Da bo naše geslo težko uganiti ali odkriti, se držimo spodnjih načel:

Izbrano geslo naj bo dolgo vsaj 8 znakov.

Uporabljene naj bodo velike in male črke.

Geslo naj vsebuje numerične in alfanumerične znake (npr. Mojhi3PesP1ki).

Še bolje je, če so uporabljeni posebni znaki s tipkovnice (#$%&!*=).

Izbirajmo tuje ali izmišljene besede.

Page 110: Uporaba informacijske komunikacijske tehnologije

VARNOST INTERNETNIH STORITEV 109

13 VARNOST INTERNETNIH STORITEV

Zavedati se moramo, da smo s priključitvijo na internetno omrežje izpostavljeni številnim nevarnostim. V tem poglavju bomo spoznali nevarnosti, ki smo jim izpostavljeni prek elektronske pošte in drugih internetnih storitev.

13.1 Delo z elektronsko pošto

Nevarnosti in ostale nadloge, ki prežijo na uporabnike e-pošte: neželena pošta (angl. spam),

verižna sporočila,

sumljiva in lažna sporočila,

neznana sporočila s priponkami (virusi),

neproduktivna uporaba e-pošte. Ne odpirajmo sumljivih sporočil. Uspeh virusa oz. črva "Loveletter", ki je v kratkem času ohromil internet, in še marsikaterega drugega škodljivega programa, je bil ogromen zaradi radovednosti uporabnikov. V vsebini tega sporočila nas pošiljatelj nagovarja, naj pogledamo priloženo datoteko, v kateri je ljubezensko pismo. Človeška radovednost in naivnost se težko upre takšni priložnosti. Klik! In računalnik je okužen. Neželena pošta (spam) Vsakodnevno se srečujemo z reklamno pošto v klasičnih poštnih nabiralnikih. Neprimerno več reklam se pojavlja v elektronski pošti, z njimi pa tudi težave. Govorimo o spam pošti ali o junk mail-u. To so elektronska sporočila z nadležno in vsiljivo vsebino, razposlana na množico naslovov. S svojo množičnostjo obremenjujejo poštne strežnike in internetno omrežje! Kako se obvarujemo neželene pošte? Svojega službenega ali zasebnega e-naslova ne vpisujemo v spletne obrazce, ki se pojavijo med brskanjem po internetu. Če je vnos nujen, uporabimo e-naslov, ki ga brezplačno registriramo na spletu. Na žalost se prejemanja neželene pošte ne moremo popolnoma obvarovati. Če jo prejmemo, je ne odpiramo in ne odgovarjamo nanjo. Preprosto jo ignoriramo ter čim prej izbrišemo! Neželena pošta je pogosto vzrok za prezasedenost poštnega predala! Zato tako pošto čim prej zbrišimo tudi iz koša. Uporabimo razne zaščitne filtre, ki omejujejo dostavo neželene pošte. Verižna sporočila Neželena pošta in virusi nista edini nadlogi, ki ju zasledimo pri uporabi elektronske pošte. V kopici prejete pošte se skrivajo še nekatera bolj in manj nevarna sporočila. Podobna neželeni pošti so t. i. verižna sporočila (angl. chain letters). Med verižnimi sporočili kroži več različic, prepoznamo pa jih po prošnji naj pošljemo kopijo na čim več naslovov. Je to podobno "spam"-u? Da in ne hkrati. Neželena (spam) pošta se razpošilja samodejno, v primeru verižnih pisem pa smo pošiljatelji mi sami. Le zakaj naj bi to naredili? Vsebina tovrstnih pisem izkorišča človeško naivnost. Značilna navodila na koncu verižnih pisem so v slogu: "Za vsako Vaše poslano sporočilo bo Inštitut za raziskave raka prejel 1 € donacije." Na tovrstna sporočila ne nasedajmo, saj so lažna, temveč jih takoj pobrišimo! Če verižnim sporočilom nasedamo, s tem obremenjujemo internetno omrežje in poštne strežnike! Lažna opozorila Tudi lažna opozorila lahko uvrstimo med nezaželeno pošto. Namenjena so na primer:

kraji številk kreditnih kartic,

Page 111: Uporaba informacijske komunikacijske tehnologije

VARNOST INTERNETNIH STORITEV 110

kraji gesel,

kraji osebnih podatkov ...

Kako deluje? Zlikovec pošlje na stotine elektronskih sporočil, ki se izdajajo za banke, podjetja, izdajatelje kreditnih kartic ... Sporočilo ponavadi vsebuje povezavo, ki nas popelje do spletnega mesta, kjer vpišemo zahtevane podatke. Ob kliku na povezavo se prikaže lažna spletna stran in ne stran, za katero se izdaja. Lažno stran zlonamernež uporablja za zbiranje zaupnih podatkov. Nikoli ne pošiljamo številk kreditnih kartic, gesel in ostalih zaupnih osebnih podatkov po elektronski pošti. Verodostojne ustanove tega od svojih strank ne zahtevajo. Spletne trgovine od nas včasih zahtevajo vnos podatkov s plačilnih kartic. Varna spletna stran vsebuje šifriranje. Zaupne podatke torej posredujemo samo tovrstnim stranem. Protivirusni programi nas pred tovrstnimi sporočili ne ščitijo! Priponke e-pošte Sporočila, ki so že na prvi pogled sumljiva, smo izločili. Kar pa ne pomeni, da lahko z ostalimi sporočili ravnamo brezskrbno. Posebno pozornost posvetimo priponkam (datotečnim prilogam). Večina virusov se namreč nahaja v priponkah. Zato bodimo še posebej previdni pri odpiranju sumljivih sporočil, ki vsebujejo datotečne priloge. Najpogostejši tipi datotek, ki vsebujejo razne viruse, so *.exe, *.com, *.pif., *.vbs, *.bat, *.cmd ... Nekaj nasvetov:

Ne odpiramo priponk neznanih pošiljateljev!

Ne odpiramo priponk, če imajo dvojno končnico!

Slika prikazuje priponko z dvojno končnico. Navidezna končnica (.TXT) je napisana z velikimi črkami, z namenom zavajanja uporabnika. V resnici se v datoteki skriva programska koda (končnica .VBS), ki aktivira virus. Prevare in potegavščine Prevara oz. potegavščina (angl. hoax) je e-poštno sporočilo, katero skuša s svojo vsebino izkoristiti človeško naivnost in prejemnika prepričati o določenem dejanju in nadaljnjem pošiljanju sporočila čim več ljudem. Naštejmo nekaj najbolj pogostih:

Lažna obvestila o virusih: sporočilo nas po navadi opozarja o kroženju nevarnega virusa in nas nagovarja k pregledu našega računalnika. Poiskali naj bi datoteko s točno določenim imenom. Če jo najdemo, jo naj nemudoma pobrišemo. Seveda gre za sistemsko datoteko, katere izbris lahko povzroči nedelovanje našega operacijskega sistema.

Urbani miti: sporočila nam postrežejo z različnimi opozorili o nevarnostih, ki se nam lahko pripetijo ali o mučenju živali, ki pa se v resnici niso zgodile (npr. bonsai mačke).

Slika 102: Priponka z dvojno končnico

Page 112: Uporaba informacijske komunikacijske tehnologije

VARNOST INTERNETNIH STORITEV 111

Denarne nagrade: največkrat so to različna sporočila, ki obljubljajo določeno količino denarja, če to sporočilo pošljemo naprej toliko in toliko osebam. Seveda denarja nikoli ne dobimo.

Prošnje za pomoč: različna pisma, ki prosijo za sočustvovanje ter pomoč (običajno denarno) osebam v stiski ali osebam, ki se jim je zgodila nesreča. Seveda je plemenito, če komu pomagamo, vendar je večina teh pisem izmišljenih.

Pisma prevarantov: eno izmed bolj znanih takšnih pisem je t. i. nigerijsko pismo. Prevarant nam ponuja visoko plačilo, če lahko uporabi naš bančni račun za prenos milijonskih zneskov iz ene države v drugo.

13.2 Varna uporaba drugih internetnih storitev

Nalaganje glasbe in filmov Nalaganje filmov, glasbe in raznih programov, ki so dostopni na internetu, skriva številne nevarnosti. Če zanemarimo dejstvo, da je večina datotek piratskega izvora (kršenje avtorskega prava), pa ne smemo zanemariti dejstva, da je veliko takih datotek okuženih s škodljivimi programi. Uporaba programov za klepetanje Z izmenjavo datotek smo izpostavljeni nevarnosti virusne okužbe. Internetni klepet se odvija po posebnem kanalu, ki pomeni vstopno točko v naš sistem in s tem možnost hekerskih vdorov. Varnostni mehanizmi (požarni zid, protivirusni program) ne zagotavljajo varnega klepeta. Opozorili smo na nevarnosti, ki jih vsebuje sam princip. Ne smemo pa pozabiti na previdnost. Nikoli na internetnem klepetu ne posredujemo osebnih gesel in ostalih zaupnih podatkov. Za registracijo ne uporabljamo službenega elektronskega naslova. Nameščanje programov z interneta Včasih med brskanjem po internetu zaidemo na kakšno stran, ki vsebuje vprašljivo programsko opremo. Velikokrat nas pričakajo vpadljivi oglasi, ki nas prepričujejo, naj si namestimo »nepogrešljivo« programsko opremo. Na žalost se mnogo uporabnikov pusti prepričati, da to programsko opremo res potrebujejo (razne dodatne orodne vrstice v brskalniku, vsakodnevno spreminjanje ozadja na namizju …). Končni rezultat – veliko možnosti je, da se okužimo s t. i. vohunsko programsko opremo (angl. spyware). Vohunski programi so prikriti programi, ki spremljajo naše brskanje po internetu, "vohunijo" za našimi zaupnimi podatki in jih tihotapijo v internet. Vohunska programska oprema ponavadi nastopa z roko v roki z adware oziroma t. i. reklamnimi robotki. Eden bolj znanih primerov spyware-a in adware-a v enem je Bonzi Buddy. To je na prvi pogled simpatična opica, ki pripoveduje šale, poje pesmi, preverja e-pošto... V bistvu pa se v ozadju skriva vohunski program, ki avtorjem pošilja naše podatke. Za namestitev vohunske programske opreme je lahko dovolj že brskanje po sumljivih spletnih straneh!

Priporočila, da elektronskih vohunov na našem računalniku ne bo: ne nameščajmo programske opreme, ki je neznanega oz. sumljivega izvora;

v kombinaciji s protivirusnim programom uporabljamo "protivohunske" programe, ki zaznajo vohunske programe.

Page 113: Uporaba informacijske komunikacijske tehnologije

ŠKODLJIVA PROGRAMSKA OPREMA 112

14 ŠKODLJIVA PROGRAMSKA OPREMA

Nevarnosti škodljive programske opreme smo že večkrat omenili, še vedno pa ne vemo, kaj to je. A za učinkovito borbo proti "sovražniku" ga je potrebno najprej poznati. Virusi so samo eden izmed različnih tipov programov, ki so narejeni z zlobnimi nameni. Tako lahko danes varnost računalnika ogrožajo različni tipi zlonamernih programov:

virusi,

črvi,

trojanski konji,

parazitni programi,

potegavščine. Vse zgoraj naštete stvari v širši javnosti po navadi imenujemo kar virusi, čeprav med njimi obstajajo večje ali manjše razlike.

14.1 Virusi

Računalniški virus je računalniški programček, ki običajno (ni pa nujno) v računalniku povzroča škodo. Širi se podobno kot naravni (biološki) virus, torej tako, da okuži zdrave datoteke v računalniku in se z njihovo pomočjo razširja na ostale računalnike. Nezaščiten računalnik okužimo tako, da zaženemo (odpremo) okuženo datoteko. Okuženo datoteko lahko prejmemo preko prenosnih medijev (USB ključ, CD ...), preko lokalnega omrežja ali preko interneta (e-pošta, svetovni splet ...). Ko je računalnik okužen, se virus samodejno prenese na ostale programe in datoteke, ki jih uporabljamo pri svojem delu.

14.2 Črvi

Računalniški črv (angl. worm) je podoben računalniškemu virusu, vendar za svoje širjenje ne potrebuje drugih datotek. Je samostojen program, ki se brez našega posredovanja skuša samodejno razširiti na čim več ostalih računalnikov v omrežju. Najpogosteje se širi tako, da izkorišča varnostne pomanjkljivosti v operacijskem sistemu ali brskalniku, ali se preko elektronske pošte samodejno razpošlje vsem osebam, ki jih imamo v imeniku. Črv za svojo širitev izkorišča računalniško omrežje in se tako samodejno razmnožuje v ostale računalniške sisteme. Škoda, ki jo povzročijo črvi, se največkrat nanaša na preobremenitev računalniških omrežij ter strežnikov. Ker se črvi samodejno in hitro razpošiljajo po omrežjih, s tem močno obremenijo računalniška omrežja in strežnike. Na ta način onemogočijo hiter pretok pomembnih informacij.

14.3 Trojanski konji

Trojanski konj je program, ki navzven deluje kot koristen in uporaben program, ki je neškodljiv. V resnici pa je to le preobleka, pod katero se običajno skriva škodljiva vsebina. Z zagonom takšnega programčka običajno "odpremo" vrata našega računalnika določenim osebkom ter jim omogočimo nadzor nad našim računalnikom. Na ta način lahko pridobijo različne dokumente in podatke, jih izbrišejo ali spremenijo. Lahko pa le uporabijo naš računalnik kot vmesni člen za napade na druge (običajno večje) računalniške sisteme.

14.4 Parazitni programi

Parazitne programe delimo v dve kategoriji: "adware" in "spyware". Večina teh programov pride v vaš računalnik kot priponka ob nameščanju nekega drugega programa (Vasiljevič in drugi, 2006). Najbolj znani parazitni programi so prav gotovo "adware" programi, ki prikazujejo oglase na različnih spletnih straneh. Te oglase namerno vstavijo lastniki strani, ki jih obiskujemo.

Page 114: Uporaba informacijske komunikacijske tehnologije

ŠKODLJIVA PROGRAMSKA OPREMA 113

"Adware" in "Spyware" se razlikujeta glede na način vohunjenja. Medtem ko prvi pozna zgolj naslov strani, ki smo jo pregledovali v času prikaza oglasa, drugi (Spyware) aktivno spremlja vse naše pregledovanje spleta in poroča oglaševalskemu strežniku. »Adware« lahko torej dobi naše podatke zgolj v primeru, ko vstopimo na stran, ki vsebuje oglas, »Spyware« pa spremlja naše celotno brkljanje. To doseže tako, da pregleda datoteke z zgodovino brkljanja, kjer dobi seznam strani, ki smo jih obiskali. Poleg tega pregleda še priljubljene povezave ter začasne internetne datoteke, kjer dobi seznam še dodatnih strani. Pregleda tudi datoteko s piškotki, kjer izve, katera podjetja smo na spletu že obiskali. Tveganja ob dopuščanju delovanja parazitnih programov Trenutna množica parazitnih programov je izredno nadležna in lahko predstavlja vdor v našo zasebnost. Parazitni programi imajo dostop do našega sistema in vseh datotek na njem. Razmislimo, kaj lahko takšen program naredi, saj ima dostop do vseh naših dokumentov in interneta.

Naše datoteke lahko pošlje strežniku konkurenčnega podjetja.

Lahko nadzoruje elektronsko pošto in njeno vsebino.

Lahko pošilja sporočila pod našim imenom.

Tuji osebi lahko omogoči dostop v naš sistem.

Tuji osebi lahko omogoči, da uporabi moč naših računalnikov za svoje delovanje.

Spremeni lahko dokumentacijo in specifikacije na našem sistemu in s tem uniči naše projekte in raziskave.

Page 115: Uporaba informacijske komunikacijske tehnologije

ZAKONODAJA 114

15 ZAKONODAJA

Spoznali bomo še zakonodajo s področja varovanja podatkov in intelektualne lastnine.

15.1 Zaščita avtorskih pravic

Programska oprema oziroma računalniški programi so avtorska dela, ki jih varujejo avtorske pravice (Zakon o avtorskih…, 2007). Ob namestitvi programa podpišemo licenčno pogodbo, s katero potrjujemo, da sprejemamo pogoje njegove uporabe. V licenčni pogodbi so natančno opredeljene pravice uporabnika programske opreme. Vsaka druga oblika uporabe, ki ni v skladu z licenčno pogodbo, pomeni kršenje avtorskih pravic in ima za posledico kazensko odgovornost. Kupljeni programi so običajno najbolj zaščiteni v smislu varovanja intelektualne lastnine. Njihovo kopiranje, posojanje ali spreminjanje v splošnem ni dovoljeno. Uporaba nelegalnih kopij programske opreme ima za posledico:

kazensko odgovornost,

nismo upravičeni do servisne podpore proizvajalca,

povečanje možnosti prenosa računalniških virusov.

15.2 E-poslovanje

Področje elektronskega poslovanja in elektronskega podpisovanja do neke mere ureja Zakon o elektronskem poslovanju in elektronskem podpisu (Zakon o elektronskem…, 2004). Ta zakon namreč ureja elektronsko poslovanje, ki zajema poslovanje v elektronski obliki na daljavo z uporabo IKT in uporabo elektronskega podpisa v pravnem prometu, kar vključuje tudi elektronsko poslovanje v sodnih, upravnih in drugih podobnih postopkih, praviloma (razen dveh členov) pa ne velja v zaprtih sistemih, ki so v celoti urejeni s pogodbami med znanim številom pogodbenih strank. Ta dva člena sta:

Podatkom v elektronski obliki se ne sme odreči veljavnosti ali dokazne vrednosti samo zato, ker so v elektronski obliki.

Elektronskemu podpisu se ne sme odreči veljavnosti ali dokazne vrednosti samo zaradi elektronske oblike, ali ker ne temelji na kvalificiranem potrdilu ali potrdilu akreditiranega overitelja, ali ker ni oblikovan s sredstvom za varno elektronsko podpisovanje.

15.3 Varovanje podatkov

Tajni podatki Najvišjo stopnjo varovanja imajo tajni podatki. V Sloveniji imamo Urad Vlade RS za varovanje tajnih podatkov, ki v skladu z Zakonom o tajnih podatkih opravlja naloge Nacionalnega varnostnega organa ima samostojno ali skupaj z inšpektorji zveze NATO oziroma EU dolžnost, da redno ali izredno (po predhodni najavi) opravi pregled izpolnjevanja pogojev za varovanje mednarodnih tajnih podatkov v ustreznih varnostnih območjih organizacije oziroma podjetja. Njegovo delo in pristojnosti so urejene z zakoni. Zaupni in skrivni podatki Vendarle pa večina podjetij in uporabnikov nima stika s tajnimi podatki. Podatki, ki so za podjetje »tajni«, so v resnici zaupni in skrivni podatki. Zaupni podatki so podatki, za katere je značilno, da so dostopni samo nekaterim osebam. Ta tip podatkov ima za osebe zunaj podjetja neznaten pomen, medtem ko predstavlja največje tveganje dostop nepooblaščenih oseb znotraj podjetja (npr. plačilne liste). Skrivni podatki so največkrat del intelektualne lastnine podjetja ali posameznika. Varnostna tveganja predstavljajo kakršnekoli nepooblaščene

Page 116: Uporaba informacijske komunikacijske tehnologije

ZAKONODAJA 115

spremembe ali nepooblaščeni dostopi. Takšen tip podatkov zahteva najvišji nivo zaščite v podjetju. Osebni podatki Osebni podatki se zbirajo na najrazličnejših ravneh. Osebni podatek je katerikoli podatek, ki se nanaša na posameznika, ne glede na obliko, v kateri je izražen in se nanaša na določenega ali določljivega posameznika. Določljivost posameznika je seveda relativna, zato tudi ni mogoče za vsak podatek vnaprej zagotovo trditi, da je vedno vezan na določljivega posameznika in je vedno potrebno upoštevati kontekst. Nesporno so osebni podatki: podatek o stanju na tekočem računu, naslov, zdravstveno stanje, politična pripadnost. Podjetje zbira osebne podatke, saj so to vsi podatki o zaposlenih. Varstvo osebnih podatkov postaja v času, ko se informacije zbirajo na hiter in enostaven način, vedno večjega pomena. Naj gre za osebne podatke strank ali zaposlenih, pravice in dolžnosti upravljavcev z zbirkami teh podatkov so predpisane in dodatno zaščitene z varstvom po Zakonu o varstvu osebnih podatkov (Zakon o varstvu…, 2007) in posebnih ustanov kot je Informacijski pooblaščenec5. Vsakdo, ki upravlja z osebnimi podatki (to je npr. vsaka organizacija, pa tudi v njej zaposleno vodstvo in informatiki) mora osvojiti temeljna načela varstva osebnih podatkov; se seznaniti s pravnimi podlagami za zbiranje in obdelavo osebnih podatkov in spoznati ključne obveznosti upravljavcev zbirk osebnih podatkov in se poučiti o dovoljeni rabi osebnih podatkov za področja neposrednega trženja, videonadzora in biometrije. Obdelava osebnih podatkov je zelo širok pojem in vključuje praktično katerokoli ravnanje z osebnimi podatki - zbiranje, pridobivanje, vpis, urejanje, shranjevanje, prilagajanje ali spreminjanje, priklic, vpogled, uporaba, razkritje s prenosom, sporočanje, širjenje ali drugo dajanje na razpolago, razvrstitev ali povezovanje, blokiranje, anonimiziranje, izbris ali uničenje. Obdelava je lahko ročna ali avtomatizirana. Varstvo osebnih podatkov je zagotovljeno že z Ustavo RS, specialno pa to področje ureja Zakon o varstvu osebnih podatkov (Zakon o varstvu…, 2007). Zakon pokriva le osebne podatke, ki so del zbirke ali so namenjeni vključitvi v zbirko osebnih podatkov. Zbirka osebnih podatkov pa je vsak strukturiran niz podatkov, ki je organiziran na takšen način, da določi ali omogoči določljivost posameznika in vsebuje vsaj en osebni podatek. Oseba javnega ali zasebnega sektorja, ki upravlja z zbirko osebnih podatkov, je upravljavec zbirk osebnih podatkov. Skrbeti mora za njihovo varstvo. V skladu z zakonom je potrebno evidence osebnih podatkov, ki jih zbira upravljavec, prijaviti Informacijskemu pooblaščencu. Ta vodi register zbirk osebnih podatkov.

Page 117: Uporaba informacijske komunikacijske tehnologije

Viri 116

16 VIRI

[1]. Bergles, R. Operacijski sistemi: Ljubljana, B2 d.o.o., 2007.

[2]. Bergles, R. Osnove omrežij in protokolov. Ljubljana: B2 d.o.o., 2005.

[3]. Bergles, R. Osnove omrežij in protokolov: Ljubljana, B2 d.o.o., 2006.

[4]. Bergles, R. Računalništvo in informatika. Ljubljana: B2 d.o.o., 2004.

[5]. Bergles, R., in Bojanc, R. Varnost in zaščita omrežij. Ljubljana: B2 d.o.o., 2006.

[6]. Jarc, P. Osnove računalništva. Ljubljana: B2 d.o.o., 2003.

[7]. Kožuh, R. Računalniški sistemi (online). 2002. (citirano 30. 10. 2008). Dostopno na naslovu: http://www.s-sers.mb.edus.si/gradiva/w3/sistemi/elektromeh.html.

[8]. Mueller, S. Upgrading and rapairing PCs. QUE, 2008.

[9]. Prejac, R. Računalniški sistemi (online). 2002. (citirano 30. 10. 2008). Dostopno na naslovu: http://www.s-sers.mb.edus.si/gradiva/w3/sistemi/cevovod.html.

[10]. Danijel Skočaj, Računalništvo in informatika, Ljubljana 2012

[11]. Evelin Vatovec Krmac, Računalništvo in informatika, pogl. 3  

Patterson David A., Hennessy John L., Computer Organization and Design, 7 4th ed. Morgan Kaufmann Publishers, 2009 http://www.ieeemagnetics.org/Newsletter/2006October/magnews.htm http://www.pcworld.com/article/127105/timeline_50_years_of_hard_drives.html http://www.onlineearnings.net/pdf/article734084.pdf http://www.hclinfosystems.com/pdf/hamr7pixiedust.pdf http://www.hitachigst.com/tech/techlib.nsf/techdocs/9076679E3EE4003E86256FAB005825FB/$file/LoadUnload_white_paper_FINAL.pdf http://www.hitachigst.com/tech/techlib.nsf/techdocs/089C4B963AEE9A6F86256D340075052F/$file/FD_White_Paper_FINAL.pdf http://www.fujitsu.com/downloads/MAG/vol4271/paper10.pdf http://h20000.www2.hp.com/bc/docs/support/SupportManual/c00301688/c00301688.pdf http://www.isnare.com/?aid=143409&ca=Computers+and+Technology http://www.anandtech.com/storage/showdoc.


Related Documents