elektroničko računalo

ilustracija
ELEKTRONIČKO RAČUNALO, blok-shema osobnog računala

elektroničko računalo, uređaj za primanje, obradbu, pohranu i prikazivanje najrazličitijih vrsta podataka elektroničkim postupcima. Naziv računalo (engl. computer) uvriježio se, iako nije više prikladan i pokazuje samo na njegovu prvobitnu svrhu. Danas je to uređaj koji, proširen multimedijskim pristupom (grafika, zvuk, audio, video, animacija), nalazi primjenu u praktički svim područjima ljudskoga djelovanja i postaje prevladavajući čimbenik razvoja znanosti, obrazovanja, gospodarstva i razmjene obavijesti te nezaobilazno pomagalo u svakodnevnom životu. Od prototipa iz 1946. do današnjih superračunala ili minijaturizacijom dobivenih osobnih, prenosivih i džepnih tipova, razvoj računala bio je brz i dinamičan, osobito u posljednjih dvadesetak godina XX. stoljeća (→ računalo)

Suvremeno elektroničko računalo sastoji se od dijelova koji čine računalno sklopovlje (engl. hardware). Među njima su najvažniji: glavni ili radni spremnik, u koji se pohranjuju programske naredbe te ulazni i izlazni podatci programa; aritmetičko-logička jedinica, koja s podatcima može obavljati aritmetičke i logičke operacije zadane naredbama; upravljačka jedinica, koja dohvaća naredbe iz spremnika, dekodira ih i na temelju toga upravlja aritmetičko-logičkom jedinicom i ostalim dijelovima računala; ulazni dio, preko kojega se iz okoline u radni spremnik prenose podatci i naredbe programa; izlazni dio, preko kojega se okolini prenose rezultati obradbe podataka. Aritmetičko-logička i upravljačka jedinica spregnute su u jedinstveni procesor.

Spremnik

Spremnik je središnji dio svakoga računala. To je ishodište i odredište svih podataka koji kolaju unutar računala, pa se zato naziva i memorijom računala. U njega se mogu pohranjivati i iz njega dobavljati nizovi binarnih podataka, tzv. bitovi. Skup od osam bitova koji se obrađuje kao cjelina naziva se bajt (→ byte). Za pohranjivanje uređenih skupina podataka, tzv. podatkovnih sadržaja koji su dulji od osam bitova, upotrebljava se više uzastopnih bajtova. Svaki bajt spremnika ima svoju jedinstvenu adresu koja se izražava binarnim brojem. Kada se želi pristupiti jednom bajtu spremnika, na tzv. adresni pristup spremnika treba postaviti njegovu adresu. U jednom pristupanju spremniku može se u adresirani bajt ili uzastopnu skupinu od više bajtova pohraniti ili iz njih dobaviti neki sadržaj. Veličina spremnika izražava se brojem bajtova koji se u njega mogu adresirano pohraniti. Uobičajene su veličine spremnika u osobnim računalima 32 do 256 megabajta. U spremnike se pohranjuju dva osnovna oblika sadržaja: programske naredbe i podatci. Podatkovni sadržaji u spremniku i općenito u računalnom sklopovlju uobličuju se u skladu s međunarodnim dogovorima. S osam bitova jednoga bajta može se prikazati 256 različitih sadržaja. To je dovoljno za prikaz svih znakova (slova, brojki, znakova interpunkcije) potrebnih za pohranjivanje teksta. Kodovi za prikaz znakova utvrđeni su bilo ustaljenim običajima bilo međunarodnim normama. Jednako su tako dogovoreni i načini pohranjivanja cijelih brojeva, i brojeva za aproksimaciju realnih brojeva, koji se u više uzastopnih bajtova zapisuju u eksponencijalnom obliku s posebnim skupinama bitova za pohranjivanje mantise i eksponenta (tzv. brojevi s pomičnim decimalnim znakom). Dogovoreni načini pohranjivanja podataka nazivaju se osnovnim tipovima podataka. Za njih su na strojnoj razini ostvarene operacije u sklopovlju računala, a u strojnom jeziku postoje instrukcije za obavljanje tih osnovnih operacija. Osim glavnog ili radnog spremnika, računalo treba imati i pomoćne ili vanjske spremnike za trajno pohranjivanje različitih sadržaja.

Sabirnica

Sabirnica (engl. bus) u pojednostavnjenom je smislu skup vodiča koji međusobno povezuju sve osnovne dijelove računala, preko nje se među tim dijelovima razmjenjuju podatci, naredbe i upravljački signali. Vrijeme prijenosa podataka preko sabirnice može se podijeliti na sabirničke periode ili cikluse, a za njihova se trajanja uspostavlja veza između odabranih dijelova računalnoga sustava povezanih sabirnicom. Do spremnika se preko sabirnice treba dovesti adresa bajta (ili prva adresa skupine bajtova) koji se želi dobaviti i upravljački signal koji određuje hoće li se u adresirane lokacije nešto pohraniti (upisati) ili iz njih nešto dobaviti (pročitati). Sabirnica treba, dakle, imati svoj adresni dio i upravljački dio. Ako se u spremnik pohranjuje neki sadržaj, treba ga dovesti do spremnika preko podatkovnoga dijela sabirnice, a ako se iz spremnika dohvaća sadržaj, spremnik će na podatkovni dio sabirnice postaviti signale koji odgovaraju bitovnomu sadržaju adresiranih lokacija. Broj bitova sadržaja koji se istodobno mogu prenositi preko sabirnice naziva se širinom pristupa.

Procesor

Procesor je srž svakoga računala, a čine ga dva osnovna dijela: upravljačka i aritmetičko-logička jedinica (→ mikroprocesor). Sa sabirnicom je povezan s pomoću pristupnoga sklopa za postavljanje adrese i pristupnoga sklopa za razmjenu sadržaja, kroz koji iz procesora na sabirnicu i obrnuto prolaze svi sadržaji. U procesoru postoje dvije skupine registara. U prvu se skupinu pohranjuju sadržaji koji služe za upravljanje radom procesora. Među njima je najvažniji instrukcijski registar, u koji se smještaju iz spremnika dobavljene instrukcije kojih se bitovi dovode na upravljačku jedinicu, te programsko brojilo, koje sadrži adresu sljedeće instrukcije koju treba dobaviti iz spremnika. Drugu skupinu registara čine podatkovni i adresni registri, koji služe za pohranjivanje operanada (dijelova instrukcija koje određuju podatke nad kojima će se izvesti operacije) i rezultata operacija te za pripremanje adresa podataka u spremniku. Upravljačka jedinica upravlja radom cijeloga procesora. Ona dekodira instrukciju dovedenu u instrukcijski registar te aktivira potrebne registre i određuje aritmetičko-logičkoj jedinici vrstu operacije. Upravljačka jedinica, a time i svi ostali dijelovi računala, rade u ritmu koji određuje generator ritma ili takta. U suvremenim procesorima frekvencija generatora ritma kreće se od stotinjak megaherca do više od 1 GHz. Za svaku je izvedbu procesora određena gornja granica te frekvencije. Aritmetičko-logička jedinica obavlja aritmetičke i logičke operacije s operandima koji se na nju dovode iz registara.

Instrukcije su nakupine bitova, a sastoje se od dvaju dijelova. Jedan dio bitova (tzv. operacijski kôd) određuje operaciju koju treba provesti, a drugi dio bitova određuje ili adrese operanada i mjesta gdje treba smjestiti rezultat ili neke druge parametre koji pobliže određuju operaciju. Procesor je automatski izvoditelj niza instrukcija tzv. strojnog programa, brzinom koja je određena frekvencijom generatora ritma. Brzinsko se svojstvo procesora iskazuje prosječnim brojem naredbi izvedenim u sekundi pa se iskazuje brojčanom jedinicom MIPS (prema engl. Million Instructions Per Second).

Brzina rada računala ne ovisi samo o brzini procesora, već i o brzini rada ostaloga računalnog sklopovlja, u prvome redu o brzini koju omogućava sabirnica. U jednome sabirničkom ciklusu može se iz spremnika dobaviti samo jedna instrukcija, pa je sabirnica usko grlo računala. Za ubrzanje rada računala izravno uz procesor dodaje se priručni spremnik (engl. cache: spremište, tajno skrovište), kojemu je dopuštena brzina pristupa sukladna brzini rada procesora. Priručnom je spremniku veličina ograničena i posebnim se mehanizmima treba osigurati da se u njega premjesti kopija sadržaja onoga dijela glavnoga spremnika s kojim se upravo radi. Tijekom izvođenja programa dijelovi se sadržaja glavnoga spremnika automatski premještaju u priručni, i obrnuto.

Procesorski čip sadrži, dakle, različite sklopove. Kako je broj tranzistora kao osnovnih gradivnih elemenata sklopova na čipu ograničen, pokazalo se da je djelotvorniji procesor koji ima više registara, a skromniji instrukcijski skup (što znači manje tranzistora u aritmetičko-logičkoj i upravljačkoj jedinici). Zato se danas proizvode tzv. RISC procesori (od engl. Reduced Instruction Set Computer), s reduciranim naredbenim skupom, ali s više registara, pa i s priručnim spremničkim prostorom, za razliku od CISC procesora (od engl. Complex Instruction Set Computer), koji imaju manje registara, ali zato bogatiji skup instrukcija.

Ulazne i izlazne naprave

Ulazne i izlazne naprave sastavni su dio svakoga računala. Uobičajene su ulazne naprave osobnoga računala tipkovnica i miš, a najčešće izlazne naprave monitor i pisač. Osim njih rabe se i naprave za unošenje teksta i slika (→ skener) i izradbu slika (→ crtalo), kamere, mikrofoni, zvučnici, glazbene klavijature i dr. Računalo na koje su priključene takve naprave može postati uređaj koji istodobno prihvaća, pohranjuje, obrađuje i izdaje obavijesti u pisanom, slikovnom i zvučnom obliku pa je sposobno za multimedijsku obradbu obavijesti. Ulazno-izlazne naprave vrlo su raznolike, ali postoji sustavnost u načinu njihova priključivanja na računalo. Svaka od njih ima vlastiti upravljački elektronički sklop koji se brine o svim pojedinostima ponašanja naprave, a preko pripadnoga pristupnog sklopa spojena je na sabirnicu.

Pomoćni ili vanjski spremnici mogu se također smatrati svojevrsnim ulazno-izlaznim napravama. To su magnetni tvrdi diskovi, diskete i vrpce s kojih se sadržaj može brisati, te optički diskovi (CD-ROM) koji se rabe za pohranjivanje trajnih sadržaja. Niz srodnih podataka pohranjuje se kao cjelina koja se naziva datotekom (engl. file). Na diskove se u obliku datoteka pohranjuju i pripremljeni strojni programi. Osim za trajno pohranjivanje datoteka, vanj. spremnici služe i kao svojevrsno proširenje glavnoga spremnika u koje se tijekom izvođenja programa privremeno odlažu dijelovi radnih sadržaja, čime se stvara prividni, virtualni spremnik, koji može biti mnogo veći od radnoga spremnika.

Posebni pristupni sklopovi služe za povezivanje računala u računalnu mrežu. Za prijenos na veće udaljenosti rabe se javni telekomunikacijski sustavi. Električni signali naponskih vrijednosti bitova trebaju se posebno prilagoditi prijenosnomu mediju, tj. modulirati na uobičajeni signal odabranoga medija, primjerice na frekvencije električnih signala koji se prenose telefonskim vodovima, ili na radiofrekvencije pri prijenosu elektromagnetskim valovima. Nakon prijenosa izvorni se oblik signala obnavlja demodulacijom. Dodatni sklopovi za modulaciju i demodulaciju, tzv. modemi, omogućuju takvu vrstu prijenosa koja je većinom međunarodno normirana, čime je omogućen rad u velikim mrežama kao što je internet.

Operacijski sustav

Operacijski sustav skup je osnovnih programa (engl. software) koji upravljaju radom računalnoga sklopovlja. Operacijski sustav omogućuje provođenje različitih operacija računala. Pojedine operacije operacijskoga sustava, koje se najčešće odnose na datoteke, njihovo premještanje, kopiranje, pretraživanje kazala datoteka i sl., može pokrenuti korisnik putem korisničkoga sučelja (engl. interface) prema operacijskom sustavu. Zahtjevi se postavljaju tako da ih se upisuje na tipkovnici ili ih se odabire na grafičkom ili slikovnom sučelju, koje prevladava u današnjim operacijskim sustavima. Uza svaki operacijski sustav postoje mnogi uslužni programi, npr. za modificiranje svojstava računala, za namještanje izgleda sučelja, za prilagodbu ulazno-izlaznih naprava, za komuniciranje u mreži, za slanje i primanje poruka.

Viši programski jezici

Viši programski jezici olakšavaju pisanje programa. Strojne programe, sastavljene od dugačkih nizova bitova koje prepoznaje procesor, čovjek teško piše i čita. Jedna instrukcija takva višega jezika zamjenjuje nekoliko strojnih instrukcija, a u pojedinim se jezicima uz osnovne strojne tipove podataka mogu osmisliti i mnogi složeniji tipovi podataka i operacije nad tim podatcima. U naprednim se objektno orijentiranim programskim jezicima umjesto o tipovima podataka govori o razredima objekata, pri čemu su za svaki razred određeni i postupci za obradbu objekata iz danoga razreda. Posebni programi prevodioci (engl. compiler) automatski prevode programe iz viših programskih jezika u strojni oblik, kako bi se mogli izvoditi u računalu.

Primjenski programi

Primjenski programi omogućuju primjenu računala za obavljanje nekog posla. Podloga su za njihovo izvođenje sklopovlje i operacijski sustav sa svim uslužnim programima. Za neke posebne primjene treba posebno osmišljavati i pripremati programe uporabom viših programskih jezika. Međutim, mnoge su primjene računala tako česte da za njih postoje gotovi programi ili skupine programa. Mnogi korisnici doživljavaju elektroničko računalo samo putem primjenskih programa, a za korištenje određenoga primjenskog programa trebaju upoznati samo njegovo korisničko sučelje i svladati zahvate operacijskoga sustava potrebne za pokretanje programa. Pokretanjem različitih primjenskih programa isto računalo može postati višenamjenski uređaj za pisanje i uređivanje teksta, za tablična izračunavanja i za komuniciranje ili multimedijski uređaj za slušanje govora i glazbe te gledanje slika i filmova. Zato je elektroničko računalo na kraju XX. stoljeća postalo neizostavno pomagalo u gotovo svim područjima ljudskoga djelovanja.

elektroničko računalo. Hrvatska enciklopedija, mrežno izdanje. Leksikografski zavod Miroslav Krleža, 2018. Pristupljeno 19.9.2019. <http://www.enciklopedija.hr/Natuknica.aspx?ID=17648>.