Töötlusseadmed

 [Emaplaat] [Mikroprotsessor] [Siinid] [Muut- ja püsimälu] [Välised mäluseadmed]


Pärast andmete sisestamist arvutisse toimub nendega terve rida andmetöötlusprotsesse, enne kui neid uuesti saab väljastada. Andmete töötluseks sisaldab arvuti mitmesuguseid töötlusseadmeid, millest tähtsamad on:

Keskseade

Keskseadet (CPU - Central Processing Unit) võib võrrelda inimajuga. See on keskne töötlusüksus, millega on ühendatud kõik sisend-väljundseadmed. Keskseade tõlgendab kõiki arvutiprogrammi poolt saadetud korraldusi ja täidab need. Koostöös vastava süsteemse tarkvaraga korraldab keskseade andmevahetust, samuti andmete: keskseadme sees ja koos välisseadmetega.

Keskseade sisaldab tavaliselt peitmälu (vahemälu), mis toimib ajutise mäluseadmena.

CPU paikneb personaalarvutites harilikult ühel trükkplaadil, mida nimetatakse emaplaadiks ja mis sisaldab rea kõrge integratsiooniastmega mikrolülitusi, millest tähtsaim on mikroprotsessor.

Arvuti muutmälu RAM võib võrrelda inimese lühiajalise mäluga, aga arvuti püsimälu ROM inimese pikaajalise (kustumatu) mäluga. Keskseadme kui arvuti "südame" sisemise "pulsilöögi" määrab taktgeneraatori ehk kella võnkesagedus. "Meeleorganiteks" on keskseadmele juurde lisatud erilised sisend-väljund (S/V)-lülitused. Andmeimpulsse edastatakse arvutisõlmede vahel siinide abil, mida võib võrrelda inimese "närvikiududega".

Välismälud

Sisend-, töötlus- ja väljundandmeid on vaja säilitada arvuti töö ajaks ja ka kauemaks. Selleks kasutatakse tavaliselt: Väliste mäluseadmete peamiseks ülesandeks on andmehulkade pikemaajaline "konserveerimine".

Bitt ja bait

Bitt on väikseim mõeldav infoüksus, mida esitavad kaks eri lülitusolekut. 8 biti kogumit nimetatakse baidiks. Arvutid "mõtlevad" bitiühikutes.

1 bait = 8 bitti

Ühe bitiga võib kujutada kahte väärtust, 1 või 0. Kui kahte kahendnumbrit kombineerida, siis saab esitada juba neli olekut: Kuna igal bitil võib olla kaks koteeringut, siis lubab iga lisabitt (x) kokku esitada 2x eri olekut. Seega saab 8-kohalise arvuga realiseerida 28=256 eri bitikombinatsiooni. 8-bitine ASCII-kood esitab samuti 256 eri märki: väike-, ja suurtähed, numbrid, juht- ja erimärgid. Nii on näiteks kahendarv 01000001 võrdne kümnendarvuga 65 ja see omakorda võrdne märgiga "A".

Enamik kaasaegseid arvuteid ei käsitle korraga siiski mitte ühte baiti (8 bitti), vaid tema kordset arvu (16, 32, 64). See võimaldab töödelda palju suuremaid andmekogusid. Suurte andmehulkade lühemaks tähistamiseks kasutatakse andmemahu iseloomustamisel järgmisi lühendeid:

 
  Maht     Lühend              Baite        ca lehekülgi
_________________________________________________________
1 kilobait  KB              1 024 tuhat               0,5
1 megabait  MB          1 048 576 miljon            400
1 gigabait  GB      1 073 741 824 miljard       429 000
1 terabait  TB  1 099 511 627 776 biljon    439 800 000

Emaplaat

 Emaplaat (motherboard, mainboard) on arvuti kõikide komponentide tervikuks ühendaja. Kujutab endast plaati, millele on kantud voolurajad, mis seovad üheks süsteemiks protsessori, mälud ja mälupesad, laiendkaartide pesad, kettaseadmete pistikud jpm. Emaplaati võiks asendada kohutavalt jäme ja keeruline pundar juhtmeid ja mälukiipe. Emaplaate võib olla üpris erinevaid: erineva suurusega, erinevatele protsessoritele, erineva laienduspesade arvu ja tüübiga, erinevatele mäludele kohandatuid jne.

Üks näide:
  1. Protsessori pesa (socket) Siintoodu on mõeldud 370 kontaktjalaga protsessoritele (Socket 370, Pentium III ja Celeron)

    Mälumoodulid:
  2. Mälukiip, milles asub emaplaadi püsimälu, nn. ROM (Read Only Memory) - selles sisalduvad käsud, mis arvutile käivitamise ajal "hinge sisse puhuvad"
    2a ja 2b - mälukiibid, mis juhivad emaplaadi nn. põhja- ja lõunasilla (north ja south bridge) tööd.
  3. Pesad muutmälu, nn. RAM (Random Access Memory) kiipide jaoks, selles asuvad töödeldavad andmed arvuti töö ajal.

    Pesad laiendkaartide jaoks - erinevad pesad on erineva andmeedastuskiirusega.
  4. AGP - kiire ühendus, tavaliselt kasutatakse videokaardi jaoks
  5. PCI - väiksemat kiirust nõudvate laiendkaartide, nt. helikaart, sisemine modem, võrgukaart, TV ja raadiokaart,
  6. ISA - aeglane ühendus, vajalik vanemate seadmete ühendamiseks. Uutel emaplaatidel selliseid siine enam pole

  7. Kettaseadmete pistikupesad. Suuremad on nn. IDE (IDE1 ja IDE2) pesad kõvaketaste ja CD-seadmete jaoks, väiksem disketiseadme ühendamiseks.

  8. Kontaktid välisseadmete ühendamiseks.

  9. Emaplaadi toitepistikud.

  10. Aku emaplaadi toitmiseks ajal, mil arvuti on välja lülitatud.

  11. Lülitite ja indikaatorite ühenduskontaktid.
Peale otseselt näidatute asub emaplaadil veel erinevate ülesannetega mälukiipe, muu otstarbega pesi ja palju ümberlülimispistikuid (nn. jumper'eid), mis on mõeldud arvuti täpsemaks sättimiseks.

Emaplaadi külge kinnitatakse teised arvutis sisalduvad seadmed. Seadmete vaheline andmevahetus toimub kõik läbi emaplaadi, mistõttu on viimane määravaks seadmete iseloomu ja andmete vahetamise kiiruse osas. Emaplaadil võib olla mitmeid laiendussiine (pesasid). Neist enamlevinud PCI (modem, helikaart, graafikakiirendi jm), AMR/CNR, AGP (kiire graafikakiirendi siin). Eraldi on veel mälupesad, mis võivad olla erineva kiirusega.

Emaplaat määrab ära ka portide arvu ja tüübi: Kaasaegsematel emaplaatidel on juba mitmed seadmed integreeritud - nt graafikakiirendi, helikaart, võrgukaart või modem. Lisaseadme valimisel on seega oluline ennem järgi uurida, kas arvuti emaplaadil on sobiv port või laienduspesa olemas ning kas see on ka vaba. Ka protsessori valimisel on tähtis teada arvuti emaplaadi marki. Nimelt töötavad erinevad protsessorid erinevate emaplaatidega. Vastavalt arhitektuurile eristatakse ATX, Micro-ATX ja Flex ATX-i standardeid.

Mõningate emaplaatide näidiseid: emaplaat 1, emaplaat 2, emaplaat 3, emaplaat 4.

Mikroprotsessor

 Mikroprotsessor e. lihtsalt protsessor on arvuti põhikomponent, mis teeb ära praktiliselt kogu sisulise töö (arvutamine, andmete edastamine arvuti erinevate osade vahel, arvuti teiste komponentide töö juhtimine jne.)



Tüüpiline mikroprotsessori struktuuriskeem sisaldab: Protsessoreid iseloomustatakse tavaliselt järgmise väljendiga:
  • Pentium tähistab protsessori tüübitähist ja III põlvkonda.
  • 350 tähendab protsessori taktsagedust megahertsides (MHz) või tänapäeval juba gigahertsides (GHz). Sel juhul on väljendusviis näiteks 1,2. Mida suurem on taktsagedus, seda kiiremini protsessor töötab ja seda suurem on arvuti jõudlus.


Intel Celeron protsessor

Protsessor asub arvuti emaplaadil. Tavaliselt protsessori jahutamiseks katab seda ribiline radiaator, mille peal omakorda enamasti asub ventilaator.

Arvutused protsessoris toimuvad kahendsüsteemis. Üks koht kahendarvus on üks bitt, mis on ka andmehulga põhiline mõõtühik.

Asjast huvitatutele lisaks Inteli mikroprotsessorid.


Siinid

 Siinid on sisuliselt juhtmed, mille kaudu on lisaseadmed ühendatud protsessoriga. Siinide tähistamiseks kasutatavad lühendid tähistavad standardit, millele see "juhe" vastab. Standard näitab seda, milliseid lisakaarte saab emaplaadile ühendada (kaardipesa aukude kuju ja paigutus). Standard määrab ära andmete liikumiskiiruse.

Mikroprotsessoris on sisetööks ja ühendamiseks välisahelatega kasutusel kolm siini: aadressi-, andme- ja juhtsiin.


Järgnevas nimekirjas on siinid toodud nende kasutuselevõtmise ajalises (ja tegelikult ka kiiruse) järjekorras. Tuleb märkida veel seda, et ISA on niivõrd suur standard, et uusimatel arvutitel, kus on juba kasutusel PCI-kohtsiin, on osa kaardipesadest ISA-standardiga. Reegel on ka selline, et puhtad ISA-kaardid sobivad igasse pesasse sõltumata siini standardist.


Kohtsiin (arvuti kiire sisesiin) tähendab seda, et juhtmed lähevad otse protsessorisse ilma vaheetappe kasutamata (tagades sellega andmete liikumise suurema kiiruse).

Siinide näidiseid: siin 1, siin 2.

Muut- ja püsimälu

 Püsimälu (ROM - Read Only Memory) (nimetatakse ka lugemismäluks) on mälu osa, kus andmed säilivad sõltumata sellest, kas arvuti on sisse lülitatud või mitte. Sinna kirjutatud andmeid niisama lihtsalt muuta ei saa. Püsimälus hoitakse andmeid arvuti konfiguratsiooni kohta s.t. millist protsessorit ta sisaldab, kui palju on operatiivmälu, millised on parool, kellaaega ja kuupäeva, kõva- ja pehmekettaajamite tüübid jms. Samuti säilitatakse püsimälus programm, mis arvuti sisselülitamise järel teostab kõigi komponentide korrasoleku kontrolli.

Muutmälu (RAM - Random Access Memory) (nimetatakse ka suvapöördus-, töö-, põhi-, operatiivmäluks jms.) on mälu osa, kuhu salvestatakse tööfailid ja programmid selleks ajaks, kui arvuti neid kasutab. Kriitilisemate rakenduste puhul kasutatakse ECC - veaparandusega mälumooduleid. Hetkel leiavad peamiselt kasutamist kahte tüüpi mälud: mis erinevad üksteisest tehnoloogia kui ka hinnataseme poolest. SDRAM-i saab panna DIMM ja RDRAM-i RIMM mälupesadesse. RDRAM mälu leiab kasutamist võimsates tööjaamades. Nii SDRAM-i kui ja RDRAM-i on olemas variante, mis töötavad erineva kiirusega. SDRAM näiteks kas 100 MHz või 133 MHz kiirusega. Soovitav minimaalne mälumaht tänapäeval on 64MB SDRAM.

Kasutatakse ka DDR SDRAM ehk double data rate SDRAM mälu, mis töötab 266 MHz kiirusega.

Muutmälus olevad programmid ja andmed kustuvad kohe peale arvuti väljalülitamist ("mäletan vaid niikaua, kui voolu annad"). Windows 95 tööks on vaja minimaalselt 8 MB mälu, Windows NT tööks aga 32 MB. Windows XP käivitamiseks on vaja vähemalt 64 MB. Seega: mida rohkem megabaite, seda uhkem.

Operatiivmälu on mõeldud arvutis tööprotsessis tihti kasutatavate andmete ajutiseks jäädvustamiseks. Kettaseadmete kasutamine on väga aeganõudev ja seetõttu ei oleks meile kiirest protsessorist mingit kasu, kui peaksime iga programmile antud käsu järel ootama, kuni püsiandmekandja ja protsessori vahel toimub andmevahetus. RAM on selleks nn. puhvriks protsessori ja muude seadmete vahel. Kui RAM mälu on arvutil vähe, siis muutub graafiliste operatsioonisüsteemide käivitamine võimatuks. Samuti on RAM mälu puhul väga oluline kiirus (MHz), mis mõjutab arvuti töökiirust suuresti.


Vaata veel mälusid: mälu 1, mälu 2, mälu 3.

RAM mälusid jaotatakse mitmel eriviisil ja mitmesse eri gruppi.

Erineva suuruse ja töökiirusega mäluseadmete koostöö parandamiseks on välja arendatud mäluarhitektuur, mille aluseks on cache e peitmälu või vahemälu. Mällu loetakse käsud, milliseid teistest rohkem arvuti poolt kasutatakse. Selle tulemusel arvuti töö kiireneb. Maht uuemal ajal 512 kB. Protsessorisse integreeritud vahemälu tähistatakse primaarse vahemäluna, ka Level-On-Cache (L1), mida Pentiumitel on 16 KB. Rakendusprogrammi tohutuks andmehulgaks ei piisa L1 - vahemälust, mistõttu lisatakse ka protsessoriväline vahemälu (Second Level või L2). Viimasel ajal asendab tavalist mälu EDORAM (Extended Data-Out RAM). Sellise mäluga suureneb arvuti töökiirus tunduvalt, kui arvutis puudub L2 cache täielikult. Parima tulemuse annab EDORAMi ja cache kooskasutamine.

Virtuaalmälu (virtual memory) - ühtne põhi- ja välismälu seostav näivmälu. Tegelikult kettaruum, mida arvuti käsitleb põhimäluna, et oleks võimalik töötada korraga mitme tegumiga. Maht sõltub töömälu suurusest, tavaliselt kümneid megabaite. Eraldatakse saalefailina (swap file) ja kasutusprotsessi nimetatakse saalimiseks (swapping). Kaasajal on saalefaili suurus reeglina dünaamiliselt muutuv.


Välised mäluseadmed

 Välismälud on keskseadmega seotud mäluseadmed, mis võivad püsivalt talletada ja võimaldada suurte andmehulkade korduvat lugemist peamiselt magnetiliste või optiliste andmekandjate abil.

Sellisteks suuri andmehulki säilitatavateks ja kustumatuteks mäluseadmeteks võivad olla:
Neid nimetatakse ka kombineeritud (S/V)-andmekandjateks.

Disketid

Disketi (Floppy Disk) leiutas 1950.a. jaapanlane Nakamatsu, kes müüs oma patendiõiguse IBM-le. Kasutusele võeti: Näited disketiseadmete ja vastavate diskettide kohta:
Tänapäeval leiavad disketid üha vähem kasutamist. 8 ja 5¼ tolliseid diskette enam ei kasutata.

Ketta loogiline ehitus

Formaatimise käigus seatakse paika ketta loogiline ehitus. Kõigepealt jagatakse ketas radadeks ja sektoriteks. Rajad on kettal asuvad kontsentrilised ringjooned, sektorid aga ketta ühes sektoris paiknevad rajajupid. Ühe raja ühe sektori (klastri) mahtuvus flopiketaste puhul on reeglina 512 baiti.

Erilise tähendusega on kõige välimise raja (0 raja) kõige esimene sektor (0 sektor) - seda kutsutakse boot - sektoriks ja seal on kirjas info kettal olevate radade ja sektorite arvu, ühe raja ühe sektori suuruse jm kohta. Samuti asub seal programm, mis aitab käivitada kettal asuvat op. süsteemi, või teatab, et sellel kettal op. süsteemi ei ole.

Boot - sektorile järgnevat 2 koopiat nn FAT-ist (File Allocation Table - failide paiknemise tabelid). Kui kataloogide piirkonnas on iga faili kohta kirjas vaid faili algusklaster, siis siin on kodeeritud, kuidas on kettal paigutatud selle faili kasutuses olevad ülejäänud klastrid. FAT-is on kirjas ka kõik ketta vigased piirkonnad.

Edasi järgneb juurkataloogi kujutamise piirkond, kus on iga juurkataloogis oleva faili ja kataloogi kohta kirjas tema nimi, laiend, atribuudid, suurus, loomise aeg ja algusklaster. Kataloogi puhul tuleb algusklastri all mõista klastrit, kus on kirjas, millises klastris on kirjas info selles alamkataloogis olevate failide kohta.

Eelpoolkirjeldatud ketta olulistele piirkondadele järgneb ketta lõpuni andmete piirkond.


Kõvaketas

Kõvaketas ehk HDD (hard disk drive, varem ka Winchester Disk) asub keskseades hermeetiliselt suletud karbis, et vältida tolmu sattumist ketta pinnale.

HDD on seade, kus säilitatakse püsivaid andmeid. Andmeteks võivad olla nii töö- kui ka programmifailid. HDD kujutab endast tegelikult mitut üksteise peale asetatud ketast, milles ajam ja kandur (ühisteljeline magnetkihiga kaetud metallketaste pakk) moodustavad lahutamatu terviku.

Kõvaketas on flopikettast tunduvalt kiirem ja töökindlam ning mahutab rohkem infot. Kõvaketas on magnetandmekandja.

   

Selline näeb kõvaketas välja seestpoolt: hulk kettaid, mille vahel liiguvad elektromagnetitega kontrollitavad lugemispead. Lugemispäid ei liiguta tavaline samm - mootor nagu näiteks Floppy seadmetes, sest see muudaks andmete lugemise palju kordi aeglasemalt. Lugemispead ei käi kunagi ketaste vastu. Peade kaugus kettast on 0,00005 - 0,0001 mm ja seepärast ei ole soovitav ise kõvaketta sisse "piiluma" minna.

Praegusel ajajärgul on enimlevinud kõvaketta tüübid:
  1. IDE (Integrated Device Electronics) - IDE kontroller (tinglikult öeldes juhtplokk, mille abil saab emaplaat kõvakettaga sidet pidada) on igale emaplaadile vabriku poolt peale ehitatud. IDE kettad on sobivad tavalisele kontoriarvutile ja koju.
  2. SCSI (Small Computer System Interface) - SCSI kettad on kallimad, kuid kiiremad (ei pea lihtsalt nii kaua kõvaketta "kärinat" kuulama). SCSI kõvakettad sobivad võimsamatesse arvutitesse, kus tuleb tihti kiiresti liigutada suuri andmemassiive. SCSI kettad on töökindlamad, mistõttu kasutatakse neid ka serverites.

Milliseid parameetreid peab jälgima, kui kõvaketast valida?
  1. Otsimise aeg (Seek Time) - näitab, kui palju aega kulub kõvakettalt just selle andmejupi leidmiseks, mille otsimiseks on käsk antud. Enamasti on see umbes 12 või 14 millisekundit.
  2. Kõvakettalt saabuvate andmete edastuskiirus (Transfer Rate) - väljendab seda, kui suure andmehulga suudab kõvaketas ühe sekundi jooksul emaplaadile edastada (väljuvate andmete kiirus). Enamus vanematest ketaste andmeedastuskiirus on umbes 16 megabitti sekundis.
  3. Kindlasti on oluliseks parameetriks kõvaketta suurus GB (vanematel MB). Suurus on täielikult vaba valik. Kõik sõltub vajadusest.

Seega on olulisteks parameetriteks kõvaketta maht ja kiirus. Kuldreegel on, et uuel arvutil ei tohiks installeeritud tarkvara võtta enda alla rohkem kui 20% kõvaketta kogumahust. Kuna kõvaketta mahuühik on siiski üsna kallis, siis tasub suuri andmemassiive nagu filmid, videod, pildid jms säilitada CD-plaatidel või muudel andmekandjatel.

Kaasaegsete kõvaketaste mahud algavad 20GB-st. 20GB-st kõvakettast peaks igale tavakasutajale piisama.

Kiiruse osas on näitajateks

Optilised mäluseadmed

Suure välismälude grupi moodustavad optilised mäluseadmed.

Tüüpiline kompaktketas (Compact Disk) mahutab ca 700 - 800 MB infot.

Laialt on tänapäeval kasutusel ka DVD (Digital Veratile Disk) kettad, mis mahutavad ca 18 GB infot. DVD on CD järeltulija. Andmete suurem mahutatavus on saavutatud tänu täpsema laseri kasutamisele ja neljale andmekihile.

Eristatakse veel:

Mälupulk

Mälupulgad ja mälukaardid sobivad inimesele, kellel on vaja andmeid kaasas kanda ja neid mitmel pool lugeda ning muuta.

Kümmekonna aasta eest hakati uusi arvuteid tootma 3½-tolliste flopiketaste lugemiseks mõeldud seadmetega. Praegu on need lugejad uutest arvutitest kadumas tänu andmehulkade suurenemisele ning uute salvestusseadmete tunduvalt paremale kiiruse, mahu ja hinna suhtele. Tavaline 3½-tolline arvutiketas mahutab 1,44 megabaiti (Mb) infot, üks 128 Mb mälupulk aga mahutab 88 flopi andmed.

Mälupulki ja -kaarte toodetakse erineva mahuga.

 Mälupulk on tavaline mälukivi pisikeses korpuses, mille küljes on standardne universaalse järjestiksiini (USB) pistik. Enamikus arvutites on USB-pesa, kuhu mälupulk ühendada. Kahjuks asuvad mõnes arvutis vajalikud pistikud teistele pistikutele liiga lähedal, mis raskendab mälupulga ühendamist ja mõnel juhul teeb selle suisa võimatuks. Sellisel juhul on abiks USB pikendusjuhtmed, millega saab tuua mälupulga ühenduskoha kergemini ligipääsetavasse kohta.

Sama mälumahuga mälukaardid on üldjuhul odavamad kui spetsiaalsed mälupulgad, sest nende kasutamisvaldkond on laiem. Failide transpordiks saab edukalt kasutada näiteks CompactFlash - kaarte, mis on algselt mõeldud kasutamiseks digikaamerates, MP3-mängijates ja pihuarvutites. Mälukaarte kasutades on vaja ka kaardilugejat, mida toodetakse nii statsionaarseid, mis paigaldatakse arvuti korpuse sisse, kui ka väliseid, mis ühendatakse arvutiga – sarnaselt mälupulgaga – üldiselt USB-, aga vahel ka FireWire - pistikusse.

Kaardilugeja Kingston 6-IN-1 näeb välja selline ja mälukardilugeja Sony selline.

Mugavam on kaasas kanda ühte pisikest mälupulka kui mälukaarti ja välist lugejat. Inimesele, kes peab transportima suuremaid faile ja/või juba omab seadmeid, mis neid kaarte kasutavad (kaamerad, diktofonid jms), on otstarbekam osta eraldi kaardilugeja ja võib-olla ka (lisa)mälukaart. Windows XP operatsioonisüsteemiga arvuti tunneb mälupulga ja -kaardiseadme automaatselt ära ning tekitab arvutisse kasutaja jaoks uue ketta.

Ketas on kasutatav täpselt samamoodi nagu arvutis olemasolevad kõva- või flopikettad. Sarnaselt flopiketastega ei tasu mälupulka arvutist eemaldada sinna kirjutamise ajal või siis, kui mõni programm veel kasutab avatud dokumenti.

Viimasel ajal on hakatud tootma ka multifunktsionaalseid seadmeid, kus on mälupulgaga ühendatud näiteks MP3-mängija või käekell või pisike digikaamera. Mõnel mälupulgal on lisaks ka diktofon ja/või FM-raadio. Hinna poolest on sellised hübriidseadmed üldiselt samas suurusjärgus kallimate USB mälupulkadega, olles samas odavamad, kui osta sama funktsiooniga eraldi seadmed. Seega saab nüüd soovi korral kanda kahe seadme asemel kaasas ainult ühte.