Kazalo

1 Arhitektura ra cunalnika 21.1 Osebni racunalnik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

1.1.1 Ozko grlo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21.2 Graficna delovna postaja. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31.3 Primerjava PC – Graficna delovna postaja. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31.4 Strojna oprema racunalnika. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41.5 Centralna procesna enota - CPU. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

1.5.1 Frekvenca. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51.6 Pomnilnik – RAM. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

1.6.1 Dinamicni pomnilnik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51.6.2 Rambus (RDRAM). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61.6.3 DDR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

1.7 Podatkovno vodilo – BUS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61.7.1 Prekinitve. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81.7.2 DMA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

1.8 Zunanji pomnilniki . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91.8.1 Trdi disk . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .101.8.2 Diskovna polja - RAID. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .101.8.3 Disketne enote. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .111.8.4 Tracne enote . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .111.8.5 Magnetoopticni diski . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .121.8.6 CD-ROM in DVD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12

1.9 Monitor in rastrska procesna enota. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .131.9.1 Barvna globina. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .131.9.2 Pospesevalniki . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .13

1.10 Vhodne naprave. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .131.11 Izhodne naprave. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .131.12 Mikrokrmilniki . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .13

2 Racunalniske telekomunikacije in mreze 152.1 Velikosti omrezij . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .152.2 Standardi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .152.3 Topologija. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .152.4 Arhitektura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .16

2.4.1 Ethernet. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .162.4.2 Twisted pair. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .162.4.3 Ponavljalnik (Repeater). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .162.4.4 Token Ring. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .17

1

2.4.5 ISDN in POTS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .172.5 ATM - Asynchronous Transfer Mode. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .172.6 Internet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18

2

Poglavje 1

Arhitektura ra cunalnika

Arhitektura sistema pove to, kako je sistem zgrajen,iz kaksnih sestavnih delov, kako so ti sestavni deli pove-zani in kako med seboj sodelujejo. Obsega vse naprave,ki so nanj priklopljene in programsko opremo, ki tecena sistemu. Bazira na tipu programske opreme (znan-stvena, poslovna, ..), ki jo program poganja insteviloopravil, ki tecejo istocasno.

Arhitektura podaja kolicino spomina, ki je potrebnain kako se s spominom upravlja (zascita, navideznispomin, navidezni racunalnik). Podaja tip procesorja(stevilo bitov),sirino podatkovnega vodila (16, 32, 64)in kako je urejena vecopravilnost (kanali, nadzor nadvodilom, paralelno procesiranje).

Tip procesorja in njegov osnovni nabor ukazov po-gojuje katere funkcije racunalnik izvaja; podaja nacinzapisa ukazov, ki aktivirajo operacije v procesorju.

Trend proti procesorjem z velikim namorom ukazovse je obrnil z uvedbo RISC (Reduced Instruction SetComputer) procesorjev, ki imajo zmanjsanostevilo uka-zov v primerjavi z CICS (Complex Instruction Set Com-puter). Rezultat zmansanjastevila kazov procesorja jehitrejsi racunalnik, katerega izvrsni programi so vecji,saj mora prevajalnik kompleksne ukaze graditi iz eno-stavnejsih ukazov.

Odpravljanje napak, zanesljivost in redundancavpliva na arhitekturo v vseh pogledih. Datotecnistrezniki in baze podatkov zahtevajo posebno obrav-navo saj se pri njih zahteva visoka stopnja zanesljivostitako v strojni kot v programski opremi.

1.1 Osebni racunalnik

Osebni racunalnik sluzi namenu enemu samemu upo-rabniku in tako je napisana tudi programska oprema,ki tece na njemu. Uporablja se doma in v sluzbi zavsa opravila, ki so bila popreje izvajana le na velikih

racunalniskih sistemih.Z dodatkom modema se ga lahko uporabi kot termi-

nal, s katerim se lahko povezemo na druge racunalnikein omrezja s servisi po vsem svetu.

Na trgu najdemo zelo razlicne tipe osebnihracunalnikov z zelo razlicnimi cenami, ki jih podojujevgrajena strojna in programska oprema. Zmogljivostosebnega racunalnika je pogojena predvsem s kapa-citeto trdega diska, velikostjo osnovnega spomina.Hitrost racunalnika je odvisna od procesorja (CPU).Kvaliteta prikaza pa je odvisna od monitorja in graficnekartice, ter od tiskalnika za izpis.

Pri dolocanju uporabnosti PC ni pomembna le zmo-gljivost ampak tudi ob stvari, ki so lahko cenene a pravtako pomembne. Primer je tipkovnica, katere zgradbase v zadnjih desetletjih ni bistveno spremenila. Za stal-nega uporabnika racunalnika, je dobra tipkovnica po-memben faktor pri izbiri. Ob cenenih izvedbah in stal-nemu delu je mogoce pridelati tudi poskodbe rok. Kva-liteta monitorja je prav tako pomembna. Vecji zasloniso lazji za branje. Udobnost dela je tako lahko pomemb-nejsi faktor pri izbiri, kot pa zmogljivost.

1.1.1 Ozko grlo

Za vsak sistem je pri dolocanju zmogljivosti moznopostaviti diagnozo ozkega grla (bottleneck). Vracunalniku je to komponenta, ki zavira hitrejse delo-vanje celotnega sistema. Ni pomembno,ce so ostalekomponente sistema visoko zmogljive. Za povecanjezmogljivosti racunalnika je potrebno najprej povecatizmogljivosti komponetne, ki ustvarja zaviranje.

Kaj je ozko grlo v nekem racunalniku pa je odvisnopredvsem od njegovega namena. Zato izbira hitrejsegaprocesorja za streznik ne izboljsuje zmogljivosti, saj soozka grla lahko povsem drugje.

Podatkovna baza po najverjetneje omejena s hitrostjo

3

diska in vmesnega pomnilnika (cache memory). Oken-ske aplikacije so odvisne od hitrosti graficne kartice.Procesor v racunalniku lahko zamenjamo, vendar nje-gova zamenjava ne bo pomagala,ce je ozko grlo loci-rano v drugi komponenti racunalnika.

V letu 2002 bo najbolj pogosto ozko grlo v hitrostispomina. Medtem ko hitrosti procesorjev narascajo inza boljse procesorje dosegajo 2GHz je hitrost spominaustaljena pri 100-133 MHz. Nove tehnologije (DDR aliRambus) oskusajo zapolniti vrzel.

1.2 Graficna delovna postaja

Graficna delovna postaja je visoko zmogljiv, eno alivecuporabniski mikro ali mini racunalnik, ki je name-njen graficnim aplikacijam, ki se uporabljajo za CAD,CAM, CAE in druge znanstvene namene. Najveckrat jeto racunalnik povezan v omrezje, kjer se ga lahko upo-rablja tudi za sistem odjemalec – streznik.

Vecina delovnih postaj temelji na procesorjih RISCz operacijskim sistemom UNIX. Procesorji RISC te-meljijo na visokih hitrostih notranje ure in uporabljajopoenostavljen nabor ukazov. Prav zmanjsanjestevilaosnovnih ukazov je povecalo hitrosti teh procesorjev ins tem zmogljivosti teh procesorjev, kar jih je postavilov prvo vrsto pri izbiri za numericno intenzivne apli-kacije potrebne predvsem tehnicni stroki, kjer se stati-sticno gledano uporablja le malo razlicnih ukazov, zatopa te intenzivno. Klasicni procesorji CISC, ki so vracunalniku PC ne izvajajo ukazov tako hitro kot RISC,imajo pa zato vesji nabor ukazov. Programi napisani zaRISC niso kompatibilni s tistimi napisani za procesorjeRISC. RISC je v svetu delovnih postaj prevladujocatehnologija, ki je bila najprej razvita v laboratorijihIBM (Yorktown Heights, NY) v letu 1974. Kljub zgo-dnjim raziskavam pa se IBM ni komercialno ukvarjal stemi procesorji, kar so izkoristili proizvajalci kot je Sun,Apollo, Silicon Graphics in drugi.Sele po razmahu tetehnologije je IBM uvidel svojo okorelost in v letu 1990predstavil svoj prvi RISC racunalnik RS/6000.

Operacijski sistem UNIX v razlicnih variantah je iz-kljucni operacijski sistem, ki ga danes uporabljajo zadelovne postaje. To je vecuporabniski in vecopravilnioperacijski sistem, ki je bil razvit pri AT&T. UNIX jev celoti napisan v jeziku C, ravno tako razvitem priAT&T, in je zaradi tega tudi lazje prenosljiv na razlicnearhitekture racunalnikov. Prav zaradi svoje prenosljivo-sti med sistemi je postal sinomim za ”odprte sisteme”.

V novejsem casu so se na podrocju osebnih

racunalnikov pojavili procesorji, ki po svojih lastno-stih (in ne zmogljivostih), posegajo v domeno delov-nih postaj. Tako ima procesor PowerPC RISC za-snovo, procesor Pentium pa moznosti multiprocesira-nja (povezovanje vec procesorjev v eno celoto). Uva-jajo se novi operacijski sistemi, kizelijo posnemati do-bre lastnosti sistema UNIX. Microsoft-ov Windows NT,Apple-ov MacOS in IBM-ov operacijski sistem OS/2poskusajo uvesti vecopravilnost, predkupno procesira-nje in hkrati ohraniti kompatibilnost s starim operacij-skim sistemom.

1.3 Primerjava PC – Graficna de-lovna postaja

Razen razlik, ki jih pogojuje izbira procesorja in ope-racijski sistem se osebni racunalnik in graficna delovnapostaja (graphics workstation) v osnovnih sestavnah nerazlikujeta bistveno. Razlike se kazejo v zmogljivostiposameznih komponent. Razumljivo je, da je graficnadelovna postaja specializirana za delo z graficnimi apli-kacijami, ki soze po sami naravi tako graficno kot nu-mericno intenzivne. V ta namen imajo graficne po-staje zelo izboljsan graficni del, ki je namensko izdelantako, daze strojna oprema v graficnem delu razbremeniglavni procesor graficno intenzivnih del, kot so transfor-macije v tridimenzionalnem prostoru in sencenje objek-tov, ki se v najnovejsih graficnih postajah odvija kar vza to narejenemu graficnemu procesorju.

Programski paketi za CAD morajo znati izkoristiti tegraficne sposobnosti postaje in s tem omogociti visokostopnjo interakcije med konstrukterjem in programskimpaketom. Ce CAD programski paket ne zna izkori-siti vseh zmoznosti graficnega procesorja, potem se po-staja ne uporablja kotgraficna postaja, ampak le kot vi-sokozmogljivi osebni racunalnik, oziroma racunalnik,ki zna hitro mletistevilke (RISC) in med drugim tudi(mogoce) uspesno poganjati CAD paket.

Prav zaradi te posebnosti je potrebno graficno de-lovno postajo vedno gledati skupaj z ustreznim paketomza CAD/CAM, saj se le v pravi kombinaciji pokazejobistvevene prednosti pred navadnimi delovnimi posta-jami.

Primerjava v zmogljivostih med PC in postajo zaradidrugacne arhitekture, cene in operacijskega sistema niumestna,ceprav sta se obe arhitekturi v svojih ekstre-mih ze dovolj priblizali. Pricakovati je, da se bo ta trendpriblizevanjase nadaljeval do koncne zdruzitve, kjer se

4

bodo racunalniki razlikovali le po namenu in ne arhitek-turi.

1.4 Strojna oprema racunalnika

Vsak racunalnik mora zadovoljevati tri osnovne po-trebe:

• Vhod/Izhod

• Shranjevanje

• Prcesiranje

Klasicno je racunalnik sestavljen iz procesne enote(CPU), spomina RAM, trajnih pomnilnih medijev kotje trdi disk, tracna enota, disketnik, vhodnih naprav kotje tipkovnica in miska, ter izhodnih naprav: monitor,tiskalnik ali risalnik.

1.5 Centralna procesna enota -CPU

Procesor je srce racunalnika, ki je sestavljena iz vecpodsklopov v enem samem intergiranem vezju. Vsiprocesorji vsebujejo registre, ki so male pomnilne ce-lice s katerimi operira ukazna enota procesorja in jihuporablja aritmeticno logicna enota (ALU) za hranjenjevrednosti notranjih vrednosti spremenljik. Vcasij zaraditehnoloskih tezav ali cene v sam procesor niso vgrajeneoperacije za racunanje s plavajoco vejico (floating pointoperations) ampak je za to poleg procesorja v ta na-men zgrajen matematicni procesor (koprocesor), ki na-domesca pomanjkanje racunanja s plavajoco vejico.Ceprocesor v nobeni obliki ne premore racunanja s pla-vajoco vejico,se vedno obstaja moznost izvedbe emu-lacije s programsko opremo, vendar je tak pristop ne-primerljivo pocasnejsi. Na mini in vecjih racunalnikihje se CPU nahaja na vec maticnih ploscah.

Poleg ALU, registrov in dekodirnika ukazov se vprocesorju nahaja tudi manjsi vmesni pomnilnik, ki jele hitri pomnilnik za hitrejse procesiranje v CPU, sajje obicajno zunanji pomnilnik mnogo pocasnejsi odCPU, z vmesnim pomnilnikom (cache RAM) pa se izpocasnejsega RAM-a med tem, ko procesor ”racuna, vhitri pomnilnik preslikuje vsebina RAM-a. Poleg no-tranjega vmesnega pomnilnika, ki je omejene velikosti,se v praksi uporablja tudi zunanji vmesni pomniknik.Tipicne velikosti tega spomina so od 256k do nekaj MBv delovnih postajah.

Slika 1.1: Prerez PowerPC RISC procesorja G4

Izvajanje aritmeticnih ukazov v proesorju se odvijahitro. Ljudje pricakujejo, da je sestevanje dveh veli-kih stevi v ALU zahtevnejse od sestevanja manjsih. Cenekoga vprasas koliko je 2+2 takoj odgovori s 4.Ce pazahtevasse 123432+432423 bo potrebej papir in kaksnaminuta. ALU sestevastevila z elektronskimi vezji, kienako hitro sestevajo velika ali malastevila.

Hitrost CPU obicajno merimo s tem, koliko ukazovlahko izvedejo v sekundi. Za primer merjenja hitrostipoglejmo v obrat hitre prehrane. V obratu so ljudje,ki cakajo v vecih vrstah. Zmogljivost obrata sesteje vtem, koliko strank lahko postrezejo v dolocenemcasu.Ko prides na zacetek vrste in poves zeljo lahko trajakar nekajcasa preden dobis hamburger. Mogoce je po-trebno stopiti na stran, da lahko postrezejo se drugim.Za tebe lahko to traja celo vecnost toda za podjetje jehitrost velika, saj obdelajo veliko strank.

Na enak nacin se tudi v CPU delijo dela na zajemukazom, zajem podatkov in izvajanje ukazov. Vcasihkaksen ukaz zahteva podatek, ki ni takoj na voljo. Vsimoderni procesorji lahko dajo na stran ukaz incakajo,medtem pa izvajajo zaporedne ukaze. Hitrost je takomerjena s prepustnostjo celotnega procesorja.

5

1.5.1 Frekvenca

Proizvajalci raje podajajo hitrosti procesorja v MHz,ker je to najlazje merljiv podatek in ker je to najvisjafrekvenca od vseh frekvenc, ki se uporabljajo vracunalniku. Frekvencni generator sinhronizira delova-nje in premika stanja enot v racunalniku.

Obicajno je v racunalniku vec frekvenc. Na maticniplosc se obicajno generira frekvenca 66 MHz, v pro-cesorju pa se ta frekvenca N krat mnozi. Spomin ima100MHz ali 133MHz frekvenco. Vodilo PCI ima fre-kvenco 33 MHz za usklajevanje.

Edino nedvoumno merilo naprednosti tehnologije jedebelina povezav v CPU. Majsa vezja porabijo manjmoci, generirajo manj toplote in tecejo hitreje. Trenu-tna tehnologija ima debelino vezic 0.18 mikrona in jenapajana z 1.6 volta.

1.6 Pomnilnik – RAM

RAM se uporablja za tekoce obdelave. CPU uporabljapomnilnik za svoje delo, saj se v njem nahaja opera-cijski sistem in tekoci programi. Obstajata dve vrstipomnilnika: dinamicni in staticni. Staticni pomnilnikhrani vrednost v spominskih celicah vescas, ko je nanjemu priklopljena napajalna napetost. Dinamicni po-mnilnik pa nima zmoznosti trajnega pomnjenja svojeinformacije, zato potrebuje osvezitev vseh spominskihcelic na vsakih nekaj milisekund. Za osvezevanje celicv dinamicnih pomnilnikih skrbijo posebna integriranavezja, ki poleg osvezevanja skrbijose za kontrolo nadvsebino celice. V ta namen imajo poleg dinamicni po-mnilniki poleg standardnih osmih bitovse t.i.parity bit,s katerim kontrolirajo pravilnost ostalih osmih bitov. Tadeveti bit pa ni paritetni bit v pravem smislu besede, am-pak je to bit, s katerim lahko vezje za kontrolo in korek-cijo obnovi pravilno stanje,ce je katerikoli bit od osmihnapacen. To vezje, ki poleg osvezevanja tudi nadzorujepomnilnik se imenujeError Detection and CorrectionUnit.

Poleg klasicnega pomnilnika je v vsakemracunalniku tudi manjsi neizbrisljivi pomnilnik(ROM, EPROM, EEPROM, FLASH RAM, CMOSRAM), ki je potreben le za zagon racunalnika inshranjevanje trenutne nastavitve celotnega sistema.

1.6.1 Dinamicni pomnilnik

Dinamicni spomin je odganiziran v vrstice in stolpce.Za dostop do posamezne spominske celice je postrebnonajprej na spominsko vodilo podati stevilko vrstice insproziti signalRAS(Row Address Strobe), sledi nasta-vitev stevilke stoplca in signalCAS (Column AddressStrobe). Ker se najveckrat zgodi, da procesor potrebujenaslednjo celico, se lahko spremeni lestevilka stoplca.To latnost izkoriscajo pomnilniki EDO, ki omogocajodostop do spominskih celic tudi brez signalaRAS. Po-dobno delujejo tudi SDRAM (Synchronous DRAM).

Spominu SDRAM ima obicajno zakasnitev 50ns.Drugi performancni parameter v SDRAM pa je hitrosprenosa za spominske lokacije, ki si sledijo. Ta hitrostse podaja kot PC100 ali PC133 in pove frekvenco vMHz, s katero se lahko naslednje lokacije prenasajo. Za100 MHz spomin je to vsakih 10 ns.

Zakasnitve v dostopu do spomina

Za sestevenje dvehstevil mora CPU najprej zajeti dvestevili iz spomina. Za pospesidev delovanja moderniCPU vsebuje notranji spomin (cache). Ta notranji vme-sni pooomnilnik vzebije zadnje uporabljene dele pro-grama in podatkov.

Najboljsi tip tega internega pomnilnika je nivo 1 (Le-vel1 cache (L1)) Ta spomin je del jedra spomina in seuporablja s polno frekvenco CPU. Tega pomnilnika jeobicajno malo (trenutno 32K ali vec).

Ko se ukaz ali podatki ne najdejo v L1 pomnilnikuimajo moderni procesorjise vecjo kolicino drugo ni-vojskega vmesnega pomnilnika (Level2) integriranegav samem CPU ali pa v blizini na maticni plosci. L2 po-mnilnik je vsaj dva krat pocasnejsi od L1 pomnilnika.Procesor mora zapodatke iz L2cakati od 2 do 4 cikle. Vtemcasu ko procesor podatkov nima na voljo lahko pro-cesor izvaja druge ukaze, ki niso blokirani scakanjemna podatke.

Glavni spomin je seveda DRAM, ki pa je velikopocasnejsi od CPU ali vmesnih pomnilnikov L1 in L2.Obicajno je za DRAM potrebno 60ns, da se odzove spodatkom. Ne glede na to kako pametno CPU razvrscazaporedje operacij in polni vmesni pomnilnik, bo prejali slej moralcakati na zunanji pomnilnik. Pri 500MHzCPU je en cikel dolg 2ns kar pomeni, da bi lahko v temcasu izvrsil veliko vec ukazov,ce bi bil pomnilnik hi-trejsi.

6

1.6.2 Rambus (RDRAM)

Standardni dinamicni pomnilnik SDRAM je precej ne-inteligenten. Caka na zahtevo procesorja in se po za-kasnitvi odzove s podatkom. Ne obstaja nobela pro-cesna logika v samem spominskem vezju. Rambus

¿

Slika 1.2: RDRAM

DRAM (RDRAM) vpeljuje to procesno zmogljivost vsam spomin in se poveze spomin s porcesorjem z boljsposobnim (spominskim) vodilom. Namesto da bi po-datke prenanasal podatke iz enega samegacipa s hitro-stjo 100MHz, logika na spominu poda zahtevo 8cipomza podatke, ki si sledijo in tako dobi hitrost podatkov,ki je ekvivalentna 800MHz logiki. Podatki pocipohna spominskem vezju so torej le drugace prepleteni kotpri SDRAM in dodana je logika, ki zahteve po zapore-dnem spominu razdeli na posameznecipe. Medtem koSDRAM caka na novo spominsko lokacijo je RDRAMpolno zaseden z zajemanjem naslednje spominske loka-cije in s tem zmanjsuje zakasnitve. Tak nacin obratova-nja lahko hitrost SDRAM-a pospesi tudi do tri krat.

1.6.3 DDR

Double Data Rateali dvakratatno povecanje hitrostiprenosa je poenostavitev RDRAM tehnologije tako dase zajema ob isti urni frekvenci kar dvakrat. To jezeobicajna metoda kjer se dobi dvakratne impulze s temda se detektira prenos pri dvigu in pri padanju digital-nega sigala. Prav zaradi enostavnosti implementacijepri kateri ni potrebno zahtevnega zakasnjevanja in s temspremne elektronike se je DDR prenos uveljavil takona podrocju pomnilnikov za maticne plosce kot tudi zagraficne pospesevalnike.

1.7 Podatkovno vodilo – BUS

Podatkovno vodilo skrbi za prenos podatkov med po-sameznimi enotami racunalnika. Vodilo je enostavnoskupni nabor povezav (zic), ki povezujejo sestav dele

Slika 1.3: DDR signalizacija prenosa pri dvigu in pripadanju urne frekvence

racunalnika. Nekatere od teh povezav se uporabljajo zaprenos podatkov (data), druge prenasajo informacijo onaslovu (address), ostale pa so krmilne narave (clock,status, read/write).

Glavna znacilnost vodila je sirina – koliko bitovlahko v enem ciklu vodila posljemo drugi enoti. Stan-dardnesitine vodila so 8, 16, 32, 64 in 128 bitov. Drugapomembna lastnost jehitrost prenosa– koliko preno-snih ciklov lahko izvedemo v eni sekundi. Pomembnaznacilnost je tudi obremenljivost– koliko naprav alienot lahko priklopimo na vodilo. V racunalnikih ob-stajata vec vrst podatkovnih vodil:

• Procesorsko vodilo, ki povezuje CPU, RAM in kr-milnike vhodno/izhodnih naprav na sami maticniplosci

• Vhodno/Izhodno vodilo (I/O vodilo) povezuje pro-cesorsko vodilo in krmilnike vhodno/izhodnih na-prav. To vodilo imenujemo tudi vmesnik, saj jepovezava med racunalnikom in zunanjimi napra-vami. Vodilo je implementirano na maticni plosci.

• Zunanja vodila povezujejo racunalnik z napra-vami, ki so locirane izven racunalnika ali izvenmaticne plosce.

Procesorska vodila so bolj raznovrstna, saj imalahko vsak tip racunalnika svoj predpis, kako proce-sor komunicira s krmilniki naprav. Poznamo vec vho-dno/izhodnih vodil in (de facto) standardov, od katerihso najbolj znani naslednji:

ISA Industry Standard Architecture. Najboljrazsirjeno vodilo v racunalnikih z operacij-skim sistemom MS-DOS. Vodilo je razvil IBMv racunalnikih XT in ga kasneje iz 8 bitov vracunalnikih AT razsiril na 16 bitov.

MCA Micro Channel Architecture je 32-bitno vodilo,ki ga je leta 1987 uvedel IBM v svojih PS/2

7

Slika 1.4: Blokovna shema vodil

racunalnikih. Sicer zmogljivo vodilo ni tolikorazsirjeno zaradi nekompatibilnosti z ISA in la-stninske pravice IBM-a, ki ni dovolil ne-licencneuporabe.

EISA Extended Industry Standard Architecture je32-bitno vodilo, ki je kompatibilno z ISA.Razsiritvene kartice ISA lahko enostavno vta-knemo v vodilo EISA in uporabimo krmilnike zavodilo ISA. Zaradi zahtevne in drage izvedbe vo-dilo EISA ni toliko razsirjeno,ceprav ga najdemotudi v delovnih postajah (HP). Podobno kot MCAje tudi za EISA tezko napisati program, ki izkoristiprednosti vodila.

VLB Vesa Local Bus. Neprofitno zdruzenje proizva-jalcev strojne opremeVideo Electronics StandardsAssociationje predlagalo 32-bitni standard, kotodgovor na vse bolj omejujoce standardno vo-dilo ISA, ki je postalo ozko grlo pri intenzivnihgraficnih programih kot so Windows. Vodilo po-ceni, enostavno in hitro, saj je brez vmesnih ve-zij povezano s procesorjem.Zal ima to vodilo lemajhno obremenljivost in je na njega mozno pri-klopiti le tri krmilnike naprav.

PCI Peripheral Component Interconnect. 32 in 64-bitno vodilo, ki ga je uvedel Intel skupaj z novihprocesorjem Pentium. Trenutni standard. Nimatezav z obremenljivostjo, saj na njega lahko pri-klopimo do deset krmilnikov naprav. Podobno kotVLB lahko tudi PCI koeksistira z vodilom ISA.PCI je 64 bitni vmesnik za 32 bitne pakete. Vo-dilo tece na 33 MHz in prenasa 32 bitne podatke vvsakem ciklu (stiri byte v enem ciklu).

Vodilo PCI ima iste signale kot staro vodilo ISA.To omogoca PCK vmesniku, da emulira stare na-prave. Tako lahko PCI krmilnik za diske delujetako kot ISA krmilnik s tem, da se odziva na isteI/O naslove in prekinitve. PCI naprave pa lahkodelujejo tudi v nacunu vstavi in pozeni (plug-and-play) in se lahko same nastavijo.

Medtem ko se ISA iporablja inkljucno v PC, sePCI zdaj uporablja tudi v drugih arhitekturah kotso PowerPC, Macintosh in RISC postaje.

VME VersaModule Eurocard bus. 32 in 64-bitno vodilo, ki ga uporabljajo predvsem velikiracunalniki. Je najbolj razcirjeno vodilo v indu-strijskih, komercialnih in vojaskih racunalnikih.

NuBus Vodilo razvito na MIT za razsiritvene karticeiste velikosti kot VME. Modificirana verzija vodilaje naj”vec uporabljana v racunalnikih proizvajalcaApple (Macintosh).

PC Card (PCMCIA) Se uporablja v prenosnihracunalnikih. Trenutno je to 16 bitno vodilo, kiomogoca plug and playin vstavljenje kartic tudimed obratovanjem. 32-bitna verzija PCMCIA seimanujeCardBUS

V delovnih postajah se za I/O vodila uporabljajo in-terni standardi proizvajalcev. Za delovne postaje to nitini posebna slabost, saj se delovne postaje ne kupujejomislijo na kasnejse razsirjanje z dodatnimi karticami.Vecji problem bi bil,ce bi imeli interne standare za zu-nanja vodila, kjer povezujemo krmilnike naprav in zu-nanje naprave.

Na podrocju zunanjih vodil obstaja kar nekaj stan-dardov posameznih proizvajalcev, kot tudide factoinostali standardi:

IDE Integrated Drive Electronics. Vodilo za po-vezavo trdih diskov, CD-ROM-ov in krmilnika.Vecina elektronike potrebna za komunikacijo zenostavnim krmilnikom se nahaja na trdem disku.

8

Omogoca povezavo krmilnika in dveh zunanjihenot. V racunalnikih PC imamo lahko do dva kr-milnika; torej skupnostiri zunanje enote (trde di-ske).

SCSI Small Computer System Interface. Vodilo za pri-kljucevanje razlicnih zunanjih enot kot so trdi di-ski, tracne enote, CD-ROM,scanner-ji in tiskal-niki. Vodilo je lahko 8, 16, ali 32-bitno. Neen krmilnik je mozno priklopiti do sedem na-prav. Uporablja se ga v vseh tipih racunalnikov;od PC-jev, delovnih postaj pa do velikih in su-per racunalnikov. Z uporabo vecjega stevila kr-milnikov lako priklopimo do 56 zunanjih naprav.Razlicne variante vodila omogocajo tudi razlicnehitrosti:

Slika 1.5: Hitrosti SCSI vodila

RS-232 je serijsko vodilo z majhno prepustnostjo vo-dila. Uporablja se predvsem za komunikacijoracunalnika z napravami kot so modem, miska, ri-salnik.

Centronics je vodilo za paralelno 8-bitno povezavoracunalnika in tiskalnika. Predvidoma je to le eno-smerno vodilo, kjer se podatki le posiljajo, spreje-majo pa se le statusni signali iz izhodne naprave(tiskalnik).

USB Universal Serial Bus. Serijsko vodilo s prenosi do12 Mbps. Omogoca priklop do 127 naprav.

IEEE 1394 Firewire. Je hitro serijsko vodilo s prenosido 400 Mbps. Podobno kot vodilo USB omogocapriklop vec naprav (do 63) ne isto vodilo. Napra-vam zagotavlja pasovnosirino, kar je pomembnoza npr. video prenose.

Zadnja dva od nastetih zunanji vodil nista vodili vpravem smislu ampak le vmesnika med racunalnikomin izhodno napravo. Poleg nastetih vodil za komunika-cijo s trdim diskom obstajajose vodila ST506, ST506RLL, ESDI. Drugi, posebni tip vodil so tudi omreznavodila, ki so ravno tako specificna, da zahtevajo po-sebno obravnavo.

1.7.1 Prekinitve

Vhodno/izhodno vodilo je podobno procesorskemu vo-dilu med CPU, nadzorno logiko maticne plosce in spo-minom. Oba tipa vodil imata naslovno, podatkovno innadzorno ozicenje. Oba vodila razlikujeta naslavlja-nje med spominskim in I/O prostorom. Oba tipa lahkolocimo po sirini podatkovnega vodila (8, 16, 32) inravno tako je potrebno vstavljaticakalna stanja v CPU,kadar se I/O enota ne more odzvati dovolj hitro.

Najbolj pomembna razlika med procesorskim in I/Ovodilom je prisotnost IRQzic (Interrupt request)v I/Ovodilu. I/O vodilo ima 15 locenih IRQzic medtem koima procesor le eno. Na maticni plosci je nadzorni kr-milnik, ki povezuje te prekinitve med vodiloma.

Brez prekinitev bi operacijski sistem deloval vpoolnacinu, ki bi v zanki spraseval enote ali je operacijazekoncana. V prekinitvenem nacinu pa je mozno enoti do-povedati, naj generira prekinitev ob spremembi stanjaoz. koncani operaciji ali moznem zacetku nove opera-cije. Med temcasom, ko vhodno izhodna naprava delana nalogi, lahko vecopravilni sistem dela na drugih na-logah.

Za primer pocasne operacije vzemimo posiljanje po-datkov po serijskem RS232 vodilu. Operacijski sistemnapolni RS232 krmilnik s 16 byti, ki jih je potrebnoposlati in nastavi krmilnik, da poslje prekinitev proce-sorju, ko bo poslal 14 bytov. Ob prekinitvi procesorponovno napolni krmilnik in tako posilja neprekinjenopodatke po RS232 vodilu.Ce krmilnik ne bi deloval vprekinitvenem nacinu bi moral operacijski sistem stalnosprasevati krmilnik ali je vmesnikze dovolj prazen zanovo sarzo podatkov, kar pa lahko bistveno obremenisam sistem z nepotrebnim delom.

Prekinitve torej signalizirajo naslednja stanja:

• Predhodna zahteva je koncana in naprava lahkozacne nov cikel obdelav

• Novi podatki so prisli in jih je potrebno obdelatiin sprazniti pomnilnik v napravi. To se najveckratzgodi pri tipkovnici, miski, mrezni karti, modemu.

9

• napaka se je pojavila na mirujoci napravi

Novejsa vodila (PCI) omogocajo, da ima vec napravskupno prekinitev. Da se ugotovi katera od naprav je ge-nerirala prekinitev, je potrebno vsako posebej vprasatiali je generirala to prekinitev.

1.7.2 DMA

Direct Memory Accessali neposredni dostop do spo-mina je vezje, ki omogoca pretok podatkov iz enegakonca na drugi konec brez uporabe CPU. Za tona maticnin plosci skrbijo DMA krmilniki, ki znajoprenasati skupine podatkov iz spomina v spomin, iz I/Oenote v spomin in obratno, kot tudi iz enote v enoto.

Program v operacijskem sistemu nastavi DMA kr-milnik zacetek na obeh koncih prenosa in velikost po-datkov, ki se prenasa in nato starta prenos v krmilniku.Ta krmilnik neodvisno od CPU nato pretoci podatkeiz enega konca na drugi in ob koncanju dela generiraprekinitev procesorju, da je naloga koncana. Med temcasom je CPU razbremenjen in lahko dela na drugih de-lih. Tudi sam prenos je lahko hitrejsi, kot bi ga lahkoopravi procesor programsko.

1.8 Zunanji pomnilniki

Zunanji pomnilniku zapisujejo trajne podatke na ma-gnetne medije. Princip zapisovanja in branja kaze slika1.6.

Slika 1.6: Zapisovanje na magnetni medij

Poznamo vec vrst zunanjih pomnilnikov, kot so:

• Trdi diski

Slika 1.7: Prerez plosce trdega diska

Slika 1.8: Geometrija trdega diska

10

• Disketne enote

• Tracne enote

• Magneto-opticne enote,

• CD-ROM-i in CD-R-ji

1.8.1 Trdi disk

Trdi disk je primarni medij za masovno shranjevanjepodatkov racunalnika. Medij za shranjevanje podat-kov so hitro vrteci se aluminijasti diski (5400min−1 invec), prekriti s tanko fero-magnetno povrsino. Glavneznacilnosti trdega diska so vodilo, kapaciteta merjena vbytih, hitrost pronosa v bytih na sekundo in povprecnidostopnicas v milisekundah.

Hitri trdi diski imajo dostopnecase v mejah od 10 do28 ms; diski v boljsih racunalnikih pa celo 1 ms.

Trdi disk je organiziran (formatiran) s sektorjem kotosnovno pomnilno celico, ki zdruzuje 512 bytov. Vecsektorjev tvori eno sled ali cilinder. Na eni strani vrtecese plosce je tako vec sledi. Vsi trdi diski imajo vsaj dvestrani (eno plosco), praviloma pa imajo vec plosc.

Koli cina podatkov, ki jih lahko v eni sekundi dobimoiz trdega diska je predvsem odvisna od hitrosti vrtenjain stevila sektorjev na eni sledi. Za primer vzemimoklasicni trdi disk s 36 sektorji za katerega izracunamomaksimalno hitrost prenosa

prenosmax =5400min−1

60·512byt/sec·36sec = 1.6MB/s

(1.1)Iz primera je razvidno, da cenena vodila, kot je IDEse vedno zadoscajo prenosu optimalnemu prenosu po-datkov. Hitrejsa vodila, kot je SCSI z veliko vecjimimaksimalnimi prenosi ob uporabi klasicnih diskov nezvecajo zmogljivosti. Za povecanje hitrosti prenosaje potrebno zvecati stevilo sektorjev ali hitrost vrte-nja. Druga moznost povecanja prenosa je uporaba vecihklasicnih diskov, ki delujejo skupaj, s tem da so podatkiporazdeljeni po diskih in se obnasajo kot en trdi disk.

EIDE ali SCSI disk

EIDE (Enhanced Integrated Disk Electronics) je trenu-tno najcenejsa tehnologija diskov. Podpora za EIDEje normalno vgrajena v maticno plosco. IDE disk sepoveze na maticno plosco s ploscatim kablom.

Vmesnik za diske signale na IDE kablu le enostavnoojacuje signale na ISA vodilu, kar pomeni, da je vsalogika za krmiljenje diska vgrajena v samem disku.

EIDE omogoca prikljucitev najvec stiri pogone na dvehploscatih kablih. Ko programzeli brati z diska se posljezahteva po vmesniku v disk. Hkrati pa lahko nasla-vljamo le en disk, kar pri novejsih operacijskih sis-temih, ki omogocajo vecopravilnost, povzroci zastojedrugega diska zaradi blokiranja prenosa prvega diska.

EIDE disk mora biti tudi montiran v notranjostiracunalnika in ni predviden za zunanje enote. SCSIenote so lahko zunanje in notranje. SCSI je primerenpredvsem za streznike ker dovoli hkratno naslavljanjevec diskov. EIDE diski bodo vedno bili neumni in po-ceni. SCSI krmilnik lahko prenasajo podatke iz diska vspomin vBusmasternacnu. Za izkoriscanje vseh pred-nosti SCSI je potrebno uporabljati novejse OS (WIn-dows NT, Unix).

1.8.2 Diskovna polja - RAID

Redundant Arrays of Inexpensive Disks. Diskovna po-lja RAID, ki povezujejo med seboj vsaj dva trda diska,omogocajo z uporabo cenenih trdih diskov, povecanjehitrosti prenosa in zagotavljajo visjo stopnjo zascite po-datkov z uvedbo redundance podatkov. Zmogljivostin stopnja redundance je razdeljena na sedem razlicnihkonfiguracij (stopenj):

Nicti nivo omogoca pri uporabi vecih trdih diskovpovecanje prenosa, saj so podatki ene datotekerazporejeni na vseh trdih diskih (data stripping).Ob zahtevi za prenos, zacnejo vsi diski posiljatipodatke krmilniku in s tem skrajsajo prenos

Nivo 1 omogoca redundanco podatkov s 100% zr-caljenjem enega diska na drugem. Za enotokapacitete je torej potrebno imeti dva di-ska. Ob primeru okvare enega diska imamose vedno drugi disk, ki je kopija prvega.

11

Nivo 2 Na tem nivoju je izboljsana zanesljivost branjain pisanja, kjer se lahko odkrije dvo-bitna napakain obnovi en napacen bit.

Nivo 3 Podobno kot prejsnji nivo z visjo sto-pnjo detekcije napake. Ne omogoca tre-nutnega popravila pokvarjenega podatka.

Nivo 4 Uporaba locenega trdega diska za pariteto.Lahko se uporabljaze na dveh trdih diskih.Podatki se prepletajo na nivoju sektorja nanecih diskih in s tem povecajo hitrost prenosa.

Nivo 5 Najbolj priljubljen RAID nivo. Deluje z dvemaali vec trdimi diski. Omoca povecanje hitrosti pre-nosa in ne zahteva paritetni disk za redundanco.

Izvedba sistema RAID je mozna na strojnem nivojuz uporabo namenskih krmilnikov, ki omogocajo posa-mezne nivoje RAID, kot tudi zamenjavo pokvarjenihtrdih diskov brez ustavitve sistema. V namenskih da-totecnih streznikih in zmogljivih operacijskih sistemihpa se najveckrat raje uporabi programska izvedba sis-tema RAID.

1.8.3 Disketne enote

Disketne enote so uporabne za prenasanje program-ske opreme in podatkov med racunalniki. Organiza-cija zapisa podatkov je podobna organizaciji na trdemdisku, le da sta tu dve strani po katerih lahko pisemo.Imajo plasticno ohisje, ki jih sciti pred mehanskimiposkodbami. Hitrost prenosa z disket je veliko manjsaod trdega diska, saj se vrtijo s hitrostjo300min−1. Ka-pacitete so klasicno 1-2MB. Disketne enote z opticnimpozicioniranjem bralno/pisalne glave lahko dosezejokapacitete trdih diskov. Take enote so uporabne tudiza varnostne kopije.

1.8.4 Tracne enote

Tracne enote so pomnilni medij s sekvencnim zapi-som, zato so uporabne za shranjevanje varnostnih ko-pij (backup), zbirk in distribucij programske opreme.Na traku so podatki zapisani v vec vzporednih sledehs sektorji konstantne dolzine in krajsimi vmesnimi pra-zninami. Obstajajo razlicnesirine, kot tudi dolzine tra-kov. Gostota zapisa se meri v bitih na colo – BPI inje normalno v mejah od 1650 bpi do 6200 bpi. Naj-bolj razsirjen format trakov je 1/4 colski (6.25 mm)QIC standard (Quarter Inch Cartridge Drive Standards,Inc.). Trakovi QIC imajo podatke zapisane v serpenti-nah. Obstaja vec standardnih velikosti in gostot zapisana trak QIC:

Recording Media Storage

12

Format Type (MB) Interfaces

MINICARTRIDGEQIC-40 DC2000 40 QIC-107, 115, 117QIC-80 DC2080 80 QIC-107, 115, 117

DC2080 120QIC-100 DC2000 20/40 QIC-103, 108QIC-128 DC2110 86 QIC-103, 108

DC2165 128QIC-385M QIC-143 385 Floppy, IDEQIC-410M QIC-143 410 SCSI-2QIC-6GB(M) QIC-138 6GB* SCSI-2

CARTRIDGEQIC-24 DC600A 60 QIC-02, 36, SCSIQIC-120 DC6150 125 QIC-02, SCSIQIC-150 DC6150 150 QIC-02, SCSI

DC6250 250 SCSI, SCSI-2QIC-525 DC6320 320 QIC-02, SCSI, SCSI-2

DC6525 525QIC-1000C QIC-136 1GB SCSI, SCSI-2QIC-1350 QIC-137 1.35GB SCSI-2QIC-2100C QIC-137 2.1GB SCSI-2QIC-20GB(C) QIC-139 20GB* SCSI-2

1.8.5 Magnetoopticni diski

Spadajo v skupino izmenljivih diskov. Pisanje in branje namagnetni medij je kombinacija laserskega in magnetnega po-lariziranja. Pri zapisovanju podatkov najprej laser segreje me-dij na temperaturo okoli 200 stopinj. S tem omogoci polariza-cijo magnetne snovi, ki po ohladitvi ostane v takem polozaju.Brajne takznega diska je podobno kot pri drugih medijih –svetlobnizarek se odbije od medija in ker so tocke razlicnopolarizirane je razlicen tudi odboj. Diski so podobni malodebelejsim disketam. Kapacitete segajo od 128MB do ne-kaj GB. Dostopnicasi in hitrosti prenosa so na nivoju malopocasnejcih trdih diskov.

1.8.6 CD-ROM in DVD

Compact Disk Read Only Memory. Podobno kot glasbeniCD, le da se uporablja za branje podatkov kot so tekst, gra-fika, programi. Glasbeni CD-ji ne morejo uporabljati CD-ROm, lahko pa enote CD-ROM predvajajo glasbene CD-jev stereo reprodukciji na slusalkah ali ojacevalcu. CD-ROMenote se prikljucijo na posebne krmilnike, klasicne SCSI aliIDE krmilnike.

Zapis podatkov na CD posci je spiralen z logicnimi sek-torji velikosti 1024 ali vec bytov. Maksimalne kapacitete sopreko 600MB podatkov, kar je ekvivalentno 250000 stranemali 20000 srednje velikim slikam. Hitrost prenosa je 150KBali vec, ce se disk vrti z visjo hitrostjo. Dostopnicasi varirajood 500ms do 195ms in manj.

Slika 1.9: Kerr efekt polarizacije v magneto-opticnihdiskih

Slika 1.10: Princip delovanja CDROM enote

13

Standardni zapis podatkov predpisuje ISO9660, ki ne pred-videva posodobitve podatkov in je zato potrebno celotno vse-bino diska zapisati naenkrat z uporabo enote RCD (Recorda-ble CD).

1.9 Monitor in rastrska procesnaenota

Najbolj razsirjena rastrska prikazovalna enota je vsekakor mo-nitor. Vcasih so bili v uporabi tudi vektorski monitorji, kjerse je slika izrisovala kot vektor –zarek je bil krmiljen in slikase je izrisovala tako kot pri risalniku. Novejsi monitorji pa sovsi rasterski, kar pomeni, da je osnovni gradnik slike tocka(pixel). Slika se rise z rastersko enoto – graficno kartico vrasterskih vrsticah od zgoraj navzdol, od leve proti desni. Po-leg klasicne tockovne maske v barvnih monitorjih obstaja tudimaska z zaveso, ki ima boljsi razpon barv – tehnologija Trini-tron.

Osnovne znacilnosti rasterske prikazovalne enote so:

Graficna locljivost (graphics resolution) Stevilo tock v ho-rizontalni in vertikalni smeri Najbolj pogoste locljivostiso 1024x768, 1280x1024, 1600x1280

Stevilo bitnih ravnin direktno doloca koliko barvnih odten-kov lahko vsaka tocka prikaze

Vertikalna frekvenca osvezevanja stevilo obnovitev celo-tne slike v eni sekundi (prepetanje)

Pasovnasirina video signala

Horizontalna frekvenca

DAC Koliko razlicnih odtenkov premore generator barv

Graficni procesor Nekatere prikazovalne enote imajo vgra-jene tudi razlicne rutine za hitrejse izrisovanje likov,crtin 3D ploskvic, kar razbremeni galvni procesor graficneobdelave slike.

Velikost tocke je lastnost monitorja, ki pove koliko sta si dvardeca blizu. Lastnost je pogojena z gostoto maske in jev razponu 0.18mm do 0.35mm. Manjsa kot jestevilka,bolj je ostra slika na zaslonu. Pri cevehTrinitron se raz-dalja meri med vertikalnimi zavesami in ne med diago-nalami, kot je to pri navadnih tockovnih monitorjih.

Konvergenca predpisuje, kako se barve zbirajo v posameznitocki.

1.9.1 Barvna globinaGraficna kartica prikazuje na monitorju barve v nacinu RGBz generiranjem signala za redco, zeleno in modro osnovnobarvo. Za vsako od bar je na voljo 256 nivojev, kar da teo-reticno 16 mio moznih kombinacij (barv).

Stevilo barv pa je omejeno sstevilom bitnih ravnin. To jestevilo bitov, ki je dodeljeno za vsako tocko zaslona. Takoimamo

• 4 bite - 16 barv

• 8 bitov - 256 barv

• 16 bitov - 32 ali 64 tisoc barv

• 24 bitov - 16 mio barv (Truecolor)

1.9.2 PospesevalnikiModerni rastrski procesorji (graficne kartice) lahko procesi-rajo ukaze hitreje, kot jih lahko procesor poslje po vodilu.Normalno je procesor skrbel za vsako tocko na zaslonu. Zvgradnjo visjih procesnih zmogljivosti v graficnih karticah, paje potrebno poslati le osnovne znacilnosti lika v graficni pro-cesor. Tako je zcrto ali polnjen pravokotnik potrebno poslatile zacetno in koncno tocko in pospesevalnik bo sam izvedelukaz.

Poleg enostavnih 2D ukazov obstajajo na graficnih po-spesevalnikih tudi 3D procesorji, ki sami premorejo geome-trijske transformacije iz 3D v 2D. Za tak nacin dela pa je po-trebno poleg klasicnega zaslonskega pomnilnika uvestise do-datni pomnilnik, ki hrani 3D primitive kot so trikotniki, kva-drati, teksture, polozaji svetil. 3D pospesevalniki znajo tudisencenje po tehniki Gouraud ali Phong, kot tudi lepljenje te-kstur na 3D primitive. Velikost 3D pomnilnika tako omejujevelikost modela, ki ga 3D graficni pomnilnik zmore nalozitiin s tem tudi hitreje procesirati.

Ker je kljub temu potrebna velika kolicina podakov, se jeskupaj procesorji Pentiun II uvedlose posebno vodilo AGP(Advanced Graphics Port), ki prenasa 32 bitov s frekvenco 66MHz, kar jestirikrat hitreje od vodila PCI.

1.10 Vhodne naprave• Tipkovnica

• Miska

• Digitalizator 2D, 3D

• Potenciometri

• Zaslonska peresa

• Obcutljivi zasloni

1.11 Izhodne naprave• Risalniki

• Tiskalniki

1.12 MikrokrmilnikiMikrokrmilniki so majhni racunalniki, ki so dovolj zmogljiviza majhne namenske operacije. Vsebijejo vse znacilnosti ve-likih racunalnikov, le da imajo obicajno vgrajen spomin in

14

vhodno izhodne enote. Tako je pravzaprav mikrokrmilnikracunalniv ma valem za uporabo v posebne namene, kjerpotrebujemo majhne spominske kapacitete. Shemo takegaracunalnika kaze slika??. Na mikrokrmilnik se obicajno pri-klopi le naprave, ki jih le ta krmili. Vec primerov konstrukcijesi lahko ogledate nahttp://www.lecad.uni-lj.si/˜leon/electronics/index.html .

15

Slika 1.11: Minimalni racunalnik – 8-bitni mikrokrmilnik

16

Poglavje 2

Racunalniske telekomunikacije in mreze

2.1 Velikosti omrezij

• LAN - Local Area Network

• WAN - Wide Area Network

• MAN - Metropolitan Area Network

2.2 Standardi

Sedemslojni model ISO-OSI (Open SystemInterconnection ) je abstraktni predpis implemen-tacije komunikacije preko omrezij. Prakticna implementacijanajveckrat izpusca striktno delitev na sloje.

Slika 2.1: Sedemslojni model OSI

2.3 Topologija

Topologija govori o protorsko logicni razporeditviracunalnikoi. Uporabljena tehnologija narekuje tudi to-pologijo. V medracunalniskih povezavah poznamo naslednjetipe topologij:

• vodilo (bus) je topologija, kjer si racunalniki delijo sku-pno povezavo za komunikacijo (slika2.2). Hkrati lahkokomunicirata le dva racunalnika. Ethernet na koaksial-nem kablu je tipicni predstavnik te topologije.

• zvezda (slika2.3)- racunalniki se povezujejo preko sku-pnega zdruzevalnika – koncentratorja. Primer: ethernets prepletenimi pari (twisted pair).

• obroc (slika 2.5)- racunalniki so povezani tako, da enapovezava v racunalnik pride, druga pa odide. Tipicnapredstavnika take topologije sta Token Ring in FDDI.

• drevesna topologija (slika2.4) za vzpostavitev pove-zav uporablja stikala, ki poveze dve vozlisci in sele povzpostavljeni povezavi lahko komunicirata med seboj.Obicajno imajo stikala binarno strukturo z enim vho-dom in dvema izhodoma. Uporabljajo se predvsem zamerilne verige, kjer hitrost ni kriticna in so zahtevanevecje razdalje.

• kombinacija nastetih je v praksi pri povezovenju med-mrezij tudi najbolj prisotna.

Slika 2.2: Vodilo

17

Slika 2.3: Zvezda

Slika 2.4: Drevesna topologija

Slika 2.5: Obroc

2.4 Arhitektura

2.4.1 EthernetRazvili so ga podjetja Xerox, DEC in Intel. Sedaj ustrezastandardu IEEE 802.3. Izgled omrezja (slika ??) ustrezavodilu (bus) ali twisted pair. Komunikacija po vodilu jeprakticno izvedena s tankim koaksialnim kablom (standard10Base-2 na kablu RG58) ali debelim kablom (standard10Base-5). Koaksialen kabel se uporablja tudi za prenos ra-dijskih in ostalih visokofrekvencnih signalov. Po dvehzicahlahko komunicira vec racunalnikov s hitrostjo 10 Mbit/s. Kerje signal ki se posilja po koaksialnem kablu visokofrekvencen,je potrebno na obeh koncih kabla zadusiti odboje z uporom50Ω – terminatorjem. Najvecja razdalja, ki jo standard pred-pisuje za klasicni tanki kabel je 185m in najvec 30 postaj.

Slika 2.6: Ethernet omrezje na koaksialnem kablu

Postaje si pri komunikaciji izmenjujejo paketke podatkov.Postaja, kizeli poslati v omrezje podatek, najprej poslusa,ceje omrezje zasedeno.Ce ni, lahko poclje podatke po kablu.Pri oddajanju ene postaje vse ostale poslusajo in zaznavajo,ali je podatek namenjen njim. Na ethernet omrezju se lahkozgodi tudi to, da ob nezasedenem vodilu hkrati zacne oddajativec kot ena postaja. Pri tem nastane do popacitve prenosa –kolizija. Vsaka postalja lahko kolizijo detektira tako, da hkratiko oddaja, tudi poslusa na vodilu. Ob koliziji, se oddaja pre-kine in postaje, ki so oddajale, za naljucno dolzino zakasnijoponovitev oddaje. Tako se lahko zgodi, da zacne ena postajaoddajati pred drugimi in prenos uspe.Ce pa je takih postaj, kizelijo oddajati na vodilu vec, se kaj lahko zgodi, da je trkovpodatkov vec in postaje morajo veckrat poskusati oddajati, karzmanjsuje skupno izrabo vodila za prenos podatkov in s temtudi prepustnost. Ethernet je tako optimalen le pri povprecnizasedenosti omrezja do 30 odstotkov.

Potrebno je opozoriti, da jeEthernetprotokol dostopa po-samezne postaje do prenosnega medija, ki si ga deli z ostalimipostajami.

Fizicna izvedba prenosa koaksialnega kabla je za vecje raz-dalje lahko problematicna zaradi motenj, ki se pojavijo zaradirazlike potencialov na postajah in druge elektromagnetne mo-tnje. Koaksialni kabel je sicer galvansko izoliran od napajal-nega omrezja (240VAC), vendar lahko kasna mrezna kartica,zaradi delne okvare, moti celotno omrezje. Prav tako je evi-dentno, da prekinitev koaksialnega kabla onemogoci celotnoomrezje.

Na enem koncu 10Base-2 omrezja naj bi bil terminator tudiozemljen, da bi prepreceval razne motnje zaradi nepravilnosti

18

kaksne od mreznih naprav, inducirane napetosti in udare za-radi strele.Ce koaksialni kabel ni ozemljen, potem potencial,zaradi galvanske izolacije, ni dolocen.

2.4.2 Twisted pair

V vsakem kablu se lahko inducira napetost in s tem prenosupovzroci motnjo, ki pokvari prenos ali otezuje komunikacijomed postajami.Ce se uporabi diferencialni prenos signala,kjer ni pomemben potencial, ampak le razlika napetosti meddvema vodnikoma, se lahko motnje zaradi indukcije, povsemodpravijo. Ce uporabimo za komunikacijo med dvema po-stajamastiri zice (slika2.6), lahko postaji komunicirata po-polnoma dvosmerno (full-duplex). Take povezave med po-stajo in koncentratorji se imenujejotwisted-pairali parica -po dvezici sta med seboj prepleteni, zaradi zmanjsanja mo-tenj. Dolzina enega segmenta je najvec 100 metrov.

Prve predstavitve tega nacina komunikacije (Point-to-Point) so poudarjale, da se za komunikacijo lahko uporabi karobstojeca telefonska napeljava, ki je v vecini zgradb redun-dantna. Zato je sprejet tudi prikljucek, ki je enak telefonskim– RJ45. Prikljucek tako ustreza standardi 10Base-T.

UTP (Unshielded Twisted Pair) neoklopljen par je razme-roma poceni in je primeren za standardne hitrosti. Pri vecjihhitrostih 100 Mbit/s pa je primernejsa voice grade – cathe-gorie 5 izvedba vodnikov, ki so oklopljeni. STP (ShieldedTwisted Pair) vodniki so dragi in zaradi tega tudi vprasljivi,saj je prenosse vedno tipa ethernet, ki ni primeren za prenosslikovnih in zvocnih podatkov.

Slika 2.7: Izvedba prenosa pri balansirani diferencialnistirizilni povezavi dveh postaj

Prenos paketov po omrezju je lahko zelo raznovrsten.Obicajno se paketki posiljajo po celotnem lokalnem omrezju.Posamezen paket ima zgradbo, kot jo prikazuje slika??.

Slika 2.8: Zgradba paketa, ki potuje po omrezju

2.4.3 Ponavljalnik (Repeater)

Ce zelimo povezati dva ethernet omrezja ali podaljsatiomrezje uporabimo ponavljalnik alirepeater. Ponavljalnikima dva prikljucka, na vsaki strani za en segment ethernetomrezja. Vsi signali na eni strani ponavljalnika se prenesejona drugo stran in obratno.

Za komunikacijo vecih postaj z UTP/STP povezavo potre-bujemo koncentratorje aliHUB-e, ki delujejo kot ponavljalciz vec prikljucki. Topologija take mreze ni vec vodilo ampakzvezda.

Most (Bridge) Most odpravlja slabost ponavljalnika, ki navelikem omrezju ponavlja vse pakete na nasprotno stran tudice ni potrebe. Most, pri komunikaciji dveh postaj na istemsegmentu mreze, paketov ne ponavlja na nasprotni strani, sajzato ni potrebe. S tem se lahko zasedenost celotnega omrezjazmanjsa. Mostove je potrebno nastaviti, katere pakete naj po-navlja na drugi strani. Najvec pa je v uporabi adaptivnih mo-stov, ki sami ugotovijo, katere pakete je potrebno prepustiti inkatere zadrzati na enem segmentu.

2.4.4 Token Ring

Obroc z zetoni je, za razliko od etherneta, zakljucen krog ko-aksialnega kabla. Na vsaki postaji sta dva prikljucka, v kate-rih je ze vgrajen terminator. Prenos podatkov je vedni v isti

Slika 2.9: Obroc treh postaj

smeri. Na takem omrezju ni kolizij, saj je posiljanje dovoljenole postaji, ki imazeton. Postaja, ki nimazetona samo kopirapodatke naprej. Namesto koaksialnega kabla se lahko uporabitudi opticna vlakna in s tem izboljsa odpornost na motnje terpoveca razdalje med postajami.

2.4.5 ISDN in POTS

Integrated Services Digital Networkin Plain Old TelephoneService. zice pri obeh nacinih prenosa informacije so iste.Za komuniciranje na klasicen analogni nacin uporabljamoMOdulator-DEModulatorje (krajse modeme) s hitrostmi do33600 bps. Z digitalnim prenosom lahko prenasamo 64 Kb/sv osnovni (BA) izvedbi ali2× 64Kb/s v komfortni izvedbi.

19

2.5 ATM - Asynchronous TransferMode

Omrezja ATM odpravljajo tezave vecine obstojecih omrezij vkaterih ni zagotovljencas prenosa. Majhna latentnost in ve-lika pasovnasirina je glavna odlika teh omrezij, kar ji uvrscamed kandidate za prenos zvoka in slike.

Za primerjavo z asinhronim prenosom podatkov je na me-stu, da predstavimo sinhroni prenos podatkov z multipleksira-njem. Na sliki?? je prikazan standarden nacin prenosa po-datkov s TDM (time-division multiplexing), pri katerem sehkratni prenos vec povezav po eni komunikacijski liniji od-vija s sinhronim preklapljanjem obeh elektronskih stikal. V

Slika 2.10: Princip multipleksiranja z multiplekserjemin demultiplekserjem

enem trenutku linijo uporablja le ena povezava, ki ima fiksnodolocencas trajanja prenosa. Ker se to cikliranje odvija zelohitro uporabniki (pogovor po telefonu) ne opazijo efekta mul-tipleksiranja.

Signal pri TDM je tako razporejen na delcke (slot) in ci-kle (frame). Uporabniku se lahko dodeli tudi vec casovnihdelckov vendar se velikost cikla s tem ne spremeni.Ce upo-rabnik zaseda vec delckov je to torej vedno naskodo pasovnesirine ostalih uporabnikov. Primer prenosa multipleksiranegasignala je prikazan na sliki??. V dolocen casovni delcek

Slika 2.11: TDM prenos podatkov treh uporabnikov

lahko damo le omejeno kolicino informacije. Tako je omejenamaksimalna hitrost prenosa.Ce uporabnik zaseden prostor ne

izkorisca v celoti se s tem hitrost prenosa na drugih kanalih nespremeni.

Za primer sinhronega prenosa podatkov lahko damo tudianalogijo s tovornim vlakom, ki ima fiksnostevilo vagonovza prenos tovora. Vlak ciklicno vozi med postajama tovor.Vagoni so lahko prazni ali polni in vedno prihajajo v istemcasovnem razmaku na postajo. Za povezavo to pomeni, da privzpostavitvi se delcek (slot) dodeli in traja dokler je zahtevanapovezava. Maksimalna hitrost prenosa pa je fiksirana glede natrenutnostevilo vzpostavljenih povezav.

Obicajni prenosi podatkov so impulzni in imajo razmerjemed najvisjo in povprecno kolicino podatkov (hitrostjo pre-nosa) 10:1 (deskanje na internetu je tipicni primer). Tak tiprenosa imenujemoburst transfer. S statisticnim multipleksi-ranjem ugotavljamo, kaksna je potreba po prenosu podatkovin lahko zdruzimo vec povezav tipaburst v eno povezavo zupanjem, da ne bodo vse povezave hkrati zahtevale maksimal-nega prenosa. S tem se izkoristijo tudi prosticasovni delcki,kar pri STM prenosu ni mogoce, kar je najpomembnejsa raz-lika med STM in ATM. Ker pri ATM lahko tudi pomnimopodatke v vmesnem pomnilniku (cache) je lahko hitrost pre-nosa tudi trenutno preseze maksimalno hitrost prenosa velotnepovezave.

Vsi prenosi podatkov pa niso tipaburst ampak poznamotudi prenose ki imajo konstantno potrebo po hitrosti. Tak jepredvsem prenos slike in zvoka.

Locimo lahko torej naslednje kategorije ATM servisov:

loss sensitive, delay sensitivekomprimirani video, audio

loss insensitive, delay sensitivevideo, audio

loss sensitive, delay insensitivesplosni podatki

loss insensitive, delay insensitivepocasni video

Slika 2.12: ATM prenos podatkov po celicah

Prenos podatkov z ATM je organiziran v celice fiksne ve-likosti 53 bytov, ki si sledijo ena za drugo (slika2.8). Celica

Slika 2.13: Zgradba celice ATM

20

(slika??) je sestavljena iz glave (header) v kateri je shranjenainformacija o naslovniku in iz prenosnega dela v katerem seshranijo podatki. Ker vsaka velica vsebuje tudi informacijonaslovnika je mozno tudi preusmerjanje, deljenje teh celic navzporedne ATM povezave ne da bi bilo potrebno to skrbeti navisjih nivojih protokola prenosa podatkov. Tako se tudi eno-stavno lahko povecuje zmogljivost povezav.

Tehnologija ATM je tako namenjena za lokalna omrezja,velika javna omrezja in kombinacije obeh. Sam standardATM ne predpisuje fizicnega sloja in hitrosti komunikacije inbi ga v primerjavi z modelom OSI predstavili v treh ravninah(slika??).

Slika 2.14: ATM referencni model

Obsirnejsi opis ATM tehnologije je predstavljen nahttp://cell.onecall.net/cell-relay/FAQ/ATM-FAQ/atmfaq

2.6 InternetUporablja IP protokol od katerega sta v uporabi TCP (Tran-smission Controll Protocol) za stalne in zanesljive povezave,ter UDP (User Datagram Protocol) za nezanesljivo paketnoizmenjavo.

HTTP Hypertext Transfer Protocol je osnova WWW(World Wide Web). Prenos je v formatu HTML (HypertextMarkup Languagena protokolu TCP (telnet port 80). Primerkomunikacije:

telnet www.fs.uni-lj.si 80Trying 193.2.77.21...Connected to risc01.fs.uni-lj.si.Escape character is ’ˆ]’.<html><head>

<title>Welcome</title><meta name="GENERATOR"

content="Mozilla/2.01Gold (Win32)">

<script><!-- Begin codefunction scrollit_r2l(seed)

var m1 = "Faculty of Mechanical Engineering,Ljubljana, SLOVENIJA";

var msg=m1;var out = " ";

...

...

Connection closed by foreign host.

Seveda se za komunikacijo ne uporablja telnet, ampak br-skalniki kot so NETSCAPE in MOZAIK.

NNTP Network News Transfer Protocol je podoben HTTP.Komunikacija je prav tako ASCII. Primer:

telnet sweet.kiss.uni-lj.si nntpTrying 193.2.98.11...Connected to sweet.kiss.uni-lj.si.Escape character is ’ˆ]’.200 sweet.kiss.uni-lj.si InterNetNews NNRP serverINN 1.4unoff3 17-Oct-95 ready (posting ok).help100 Legal commands

authinfo user Name|pass Password|genericarticle [MessageID|Number]body [MessageID|Number]dategroup newsgrouphead [MessageID|Number]

...xpath MessageID

Report problems to <news@sweet.kiss.uni-lj.si>.

21