Persondatorns grundprinciper

Det förekommer olika benämningar på vad en dator är. I den här texten är en dator synonymt med en persondator, avsedd för arbete hemma eller i en annan miljö. Andra benämningar kan vara PC, arbetsstation, klient och hemdator.

En dator behandlar data och om data bearbetas och sätts samman på ett visst sätt får vi information. Data blir till information när data tolkas. Jämför med en lärare som föreläser. Orden läraren yttrar är data och när vi hör orden och reagerar på orden blir dessa till information (som vi förhoppningsvis tar till oss utav).

En dator är en maskin som kan; ta emot information (eller data) via inenheter, bearbeta och lagra sådan information med hjälp av processorn (som finns i centralenheten), samt mata ut informationen via en utenhet. T.ex. till en skrivare för utskrift, till en monitor via ett grafikkort eller lagra information i ett minne. Hur en dator behandlar information bestäms av det program som för tillfället används.

En dator består av fyra huvuddelar:

• Inenhet – Ex; tangentbord, diskett, CD-skiva
• Utenhet – Ex; minne, monitor, skrivare
• Centralenhet – Plats för primärminne, processor, styrenhet med mera
• Sekundärminne – Ex; hårddisk, optiska lagringsmedia

De vanligaste in- och utenheterna är tangentbord och monitor. Centralenheten innehåller flera olika komponenter, t.ex. själva processorn, en artimetisk processor (matematikprocessor) Processorn har via styrenheten kontakt med alla enheter och styr samt fördelar arbetet inne i centralenheten. Den aritmetiska processorn (eller enheten) utför beräkningar och gör jämförelser. I primärminnet lagras program och data under exekveringen (körningen). I sekundärminnet lagras data och program mellan exekveringarna.

Centralenhetens olika delar är placerade på moderkortet (se utförlig text nedan). Där finns anslutningar för olika sorters kringutrustning t.ex. hårddisk, CD-rom, diskettenhet med mera. Moderkortet matas med spänning från ett nätaggregat. Skruva inte isär nätaggregatet utan att först dra ur strömsladden! Det innehåller kondensatorer som kan lagra spänning en lång tid efter att datorn blev avstängd = otrevligt att komma i kontakt med dessa.

För att kunna använda ett program i en dator måste vi hämta programmet från sekundärminnet och placera det i primärminnet. När programmet sen körs måste processen övervakas och det är där som operativsystemet (OS) kommer in i bilden. Program skapade för ett visst OS kan bara köras under det särskilda operativsystem.

Persondatorns uppbyggnad
Datorer delas in i olika grupper efter dess fysiska storlekar. Desktop är en stationär systemenhet som står på skrivbordet och som har monitorn på sig. Mini-tower står även den på skrivbordet (även om det är möjligt att placera den på andra platser). Midi- och full-tower är större lådor som återfinns i serverhallar eller i särskilda rum, då de är utrymmeskrävande. Skillnader mellan de olika grupperna av datorer är antalet komponenter och graden av kylning av dessa. En systemenhet är likställt med en dator utan några externa komponenter inkopplade.

En vanlig uppsättning i en systemenhet är; ett moderkort, expansionskort, kraftaggregat, hårddiskar och diskettenhet. Moderkortet är det stora ”kretskort” som sitter fastskruvat i datorlådan (BILD). I jämförelse med tidigare moderkort saknas idag många synliga kretsar. Istället är dessa inbakade i vad som kallas för chipset. Expansionskort är t.ex. grafik- och ljudkort, men kan även vara kort för nätverkskommunikation eller avancerade hårddiskar.

Kraftaggregatet innehåller en transformator och elektronik som omvandlar nätspänningen till spänning som passar bättre för en dators behov. En fläkt ombesörjer nödvändig kylning. Hårddiskar används för permanent lagring och störs inte nämnvärt av att strömmen bryts, till skillnad från primärminnet som raderas om strömmen bryts. Hårddiskar innehåller magnetiska skivor som roterar med mycket hög hastighet. Olikt disketter så roterar dessa skivor ständigt så länge strömmen är påslagen. Hårddiskar ansluts till moderkortet på avsedd plats (gäller HD med IDE-gränssnitt).

Diskettenhet används för att lagra data permanent med magnetisk teknik på lösa disketter. Idag används nästa uteslutande 3.5″-disketter även om det för 10-15 år sedan även var vanligt med 5.25-tumsdisketter. Enheten ansluts likt hårddisken med en flat-kabel till avsedd kontroller (plats) på moderkortet. För både hårddisk och diskettenhet går kablar mellan dessa och kraftaggregatet.

Komponenter i en dator
Moderkort
Processor
Primärminne
– Cache-minne
– Arbetsminne
Sekundärminne
* Magnetiska minnen
– Hårddisk
– Disketter
* Optiska minnen
– CDR
– DVDR
Läsare och skrivare
Ljudkort
Portar

Externa datortillbehör
Bildskärm (monitor)
Tekniken i en monitor skiljer sig inte särskilt mycket från den i en TV. En monitor saknar dock en mottagardel, men det kan kringgås genom att vi stoppar i ett TV-kort i vår dator. Bilden i en CRT-skärm byggs upp av horisontella linjer som genereras av att en elektronstråle (ett flöde av små laddade partiklar) sveper över skärmen. På bildskärmens yta finns ett flourocerande skikt som lyser upp en punkt när den träffas av den tunna elektronstrålen. Dessa bildpunkter har en viss efterlysningstid.

I elektronkanonerna hettas katoder upp och fixeras med ett katodstrålebildrör (CRT). Det finns en kanon för varje färg och grafikkortet skickar en signal med en viss spänning. Signalen förstärks och gör så att respektive kanonen startar. Strålen fixeras med hjälp av fokuseringsanoder och styrs horisontellt samt vertikalt med avböjningsspolar. Partiklarna i elektronstrålen dras till bildskärmens yta med hjälp av mycket hög accelerationsspänning, vilket gör att det är förenat med livsfara att öppna kåpan runt skärmen om monitorn är påslagen. Anledningen till att CRT-skärmar är så tunga är att de innehåller ädelgas som skyddas av ett tjockt glas. Glaset är format som en glödlampa och bygger på Crookes rör från 1870-talet.

Idag finns det även andra tekniker såsom TFT, LCD och Plasma. TFT är en akronym för Thin Film Transistors och i en bildpunkt behövs minst tre transistorer. Dessa tre styr varsin färgkomponent som finns i ett genomskinligt skikt. LCD står för Liquid Crystal Display och är en teknik där kristallernas förmåga att bryta ljus tas tillvara. Dessa kristaller styrs elektriskt och monitorer med passiva matriser fungerar som en monokrom (svart/vit) skärm men har tre färgpaneler ovanpå varandra (röd, grön, blå). För att minska så kallad eftersläpning i bilden används kort uppdateringsteknik med så kallad DualScan, vilket innebär att skärmen delas upp i två delar, en övre och en undre. Genom att uppdateringen sker av bägge delar samtidigt minskar bildväxlingstiden. TFT-skärmar fungerar utan eftersläpning.

Grafikkort
En bildskärms upplösning bestäms av grafikkortets standard. En väldigt enkel standard är MDA (Monochrome Display Adapter) som ger en svart-vit upplösning på 80 x 25 tecken. Observera att det handlar om tecken och inte bildpunkter som i EGA t.ex. Enhanced Graphics Adapter var ett steg mot utökad färgrafik med en upplösning på 640 x 350 punkter. Idag finns det grafikkort som har en upplösning t.ex. i trakterna kring 1280 x 720 (Aopen VGA-Card GeForce 6200 128MB AGP DVI TV-Out).

Moderkort
Processorn är förmodligen den mest kända delen på en dators moderkort. Processorns uppgifter är att hämta data (från I/O-enhet eller adress), beräkna och utföra logiska operationer, och slutligen placera bearbetade data i olika minnen och portar. Operationerna är relativt enkla; addition, subtraktion, logiska operationer, och olika former av förflyttningar av data mellan olika adresser i datorn. Det som gör processorn så avancerad är dess förmåga att utföra miljontals av dessa beräkningar varje sekund.

En annan processor på moderkortet är co-processorna eller matematikprocessorn som den kallades tidigare. En term för co-processorn idag är artimetisk processor då dess uppgift är att utföra artimetiska/matematiska beräkningar. Förr bestod det av en separat enhet men idag är det vanligare att co-processorn är ”inbakad” i huvudprocessorn.

Systemklockan på moderkortet är en oscilliator dvs. en?

Realtidsklockan är ett minne som har koll på datum, verklig tid och grundkonfigurationen. Den drivs med det lilla batteri som du kan se sitta på ett moderkort.

BIOS är även det en välkänd term och fungerar som en bro mellan hårdvara och mjukvara. När du startar datorn är det BIOS:en som arbetar. BIOS innehåller rutiner som körs under uppstart Den börjar med ett Power On Self Test (POST) vilket är tester av datorn, dess olika delar, externa kort t.ex. ljudkort. Den kontrollerar så att musen, tangentbordet och skärmen är inkopplade rätt och fungerar som de ska. När POST är klart startar BIOS operativsystemet genom att säga till processorn att göra det. Antingen hämtas operativsystemet från en hårddisk eller så används en CD-ROM eller en diskett.

Vad är ett minne?
• Cacheminne (SRAM)
• Primärminne (RAM, DRAM)
• Sekundärminne (Hårddiskar)
• Optiska minnen (CD, DVD, DVD-R m.fl.)

Cacheminne
Cacheminnet används som en liten men snabb buffert mellan den snabba processorn och det stora men långsamma arbetsminnet. Anledningen är att snabba upp kommunikationen mellan processorn och arbetsminnet. (Ibland finns det flera led av cacheminnen mellan processorn och arbetsminnet som kallas L1, L2 etc.) Till cacheminnen används SRAM som är snabbare men dyrare än DRAM (arbetsminnen) och som dessutom inte kräver refresh. (Undantaget är arbetsminnen av typen SDRAM som är mycket snabba.)

SRAM (Statiskt RAM) är en dyrare men snabbare minnesteknik där man använder 6 transistorer per minnesbit, till skillnad från DRAM (Dynamiskt RAM) som bara har två transistorer och istället förlitar sig på att det tar lite tid för transistorn att ladda ur. SRAM behåller minnet så länge strömmen är på, medan DRAM tappar minnet efter någon millisekund. Därför skriver man om minnet hela tiden, vilket kallas för refresh.

Storleken angavs förr enbart i kilobyte men idag (2005) är det vanligt att cacheminnet är mellan 256 kb och 2 megabyte, beroende på vad datorn används till. Speldatorer har oftast mer cacheminne än en vanlig kontorsdator. Cacheminnet märker du av om du t.ex. startar Photoshop. Första gången tar det relativt lång tid, men om du stänger ner Photoshop och startar det igen kommer du att märka att uppstarten går fortare den andra gången.

Primärminne
RAM står för Random Access Memory och är den skrivbara delen av primärminnet (den icke-skrivbara delen av primärminnet är ROM, Read Only Memory. Det är viktigt att inte blanda ihop SRAM, SDRAM och DRAM. SRAM är det snabba cacheminnet beskrivet ovan, SDRAM står för Synchronous Dynamic Random Acces Memory och DRAM står för Dynamic Random Access Memory. DRAM kan även sägas vara en familj av minnestyper som behöver ständig refresh (omskrivning).

Processorn arbetar med information som finns i primärminnet. Primärminnet är snabbt och skiljer sig från sekundära minnen eftersom det som finns i primärminnet när datorn är igång försvinner om strömmen stängs av. RAM-minnet påverkar din dators förmåga att nyttja olika program, spel och mängden av dessa samtidigt. Program har vanligtvis en lägstanivå för hur mycket (eller lite) DRAM du behöver för att använda programmet fullt ut. Adobe Photoshop CS kräver t.ex. minst 192 Mb DRAM men rekommenderar att man har minst 256 Mb. Därför är det de rekommenderade lägstanivåerna man ska kolla efter när man tänkt köpa program eller spel.

Minnesmodulerna är monterade på små kretskort (se bild ovan). De svarta rektanglarna på kretskortet ovan är minnesmodulerna. De varierar i storlek och tillsammans är de på t.ex. 256 MB. Det finns olika typer av kretskort: DIMM betyder Dual In-Line Memory Module, SIMM betyder Single In-Line Memory Module, och SIP som betyder Single In-Line Package. Kretskorten har kontaktytor som kallas för paddar och skiljer sig åt. DIMM har 168 paddar, SIMM har antingen 30 eller 72 paddar och SIP har ”ben” dvs utstickande pinnar som är 30 till antalet. Om du bestämmer dig för att uppgradera RAM-minnet är det viktigt att du vet vilken typ av minnesmoduler som din dator har, och att du sätter minnet på rätt plats. Om du har flera RAM-minnen och om du har t.ex. två möjliga platser att stoppa ett RAM-minne i, var noga med att välja den ”bank” på moderkortet som har lägst nummer. Detta för att datorn ska fungera så bra som möjligt. Vilken bank som har vilket nummer framgår av instruktionsboken för ditt moderkort.

Storleken på RAM-minnet anges idag (2005) i minst Mb (Megabyte) men på förhistoriska datorer angavs minnet i kilobyte (kb). Idag är det vanligt att en standarddator har minst 128 Mb RAM-minne men det finns kraftfulla datorer med upp till 2 Gb (Gigabyte) RAM-minne. Moderkortets manual anger hur mycket du kan expandera din dators RAM-minneskapacitet till. Det kan stå t.ex. Supports 2 DIMM DDR 333/266/200 (Max. 2 GB). Stordatorer kan ha bra mycket mer RAM-minne, upp emot 50-100 GB är inte ovanligt, men då är det krävande aritmetiska operationer som det handlar om.

Sekundärminne
Förkortningen HDD används ibland och står för Hard Disk Drive, men i Sverige används HD som akronym för en hårddisk. Hårddisken är det sekundära minnet och oftast platsen där operativsystemet återfinns.

Hårddiskar är av olika standarder som är olika när det kommer till överföringskapacitet, max lagringskapacitet, vilka moderkort de passar till och vilken typ av anslutningar som krävs för att hårddiskarna ska passa. Vidare skiljer sig hårddiskarna åt i pris beroende på vilken standard de följer. Exempel på olika hårddisktyper är: ATA, IDE, ATA-2, ATAPI, EIDE, Fast ATA, Ultra ATA, Ultra DMA, SCSI-1, SCSI-2, Differential SCSI-2, Fast SCSI-2, SCSI-3 (Ultra SCSI) och SPI (Parallel Interface).

Hårddiskar är magnetiska skivminnen som skiljer sig från andra liknande minnen t.ex. disketter. I en diskett finns en enda skiva som bara roterar när läsning från och skrivning till sker. I en hårddisk finns det flera skivor som är i ständig rotation (så länge datorn är igång).
Varje skiva har ett skikt med små magnetiserbara fläckar som kan polariseras. Polariseras innebär att de magnetiska polerna hos fläckarna kan riktas åt endera av två håll. Fläckarna organiseras i spår (tracks). Till skillnad från en CD, vars spår utgår från centrum och går mot kanterna i en spiralform, har spåren på skivorna i en hårddisk samma radie hela skivan runt.

Skivorna kan vara enkel- eller dubbelsidiga och för att det övre och det undre läs/skrivhuvudet inte ska störa varandra är det undre huvudet placerat fyra till åtta spår närmare centrum av skivan. En skiva delas även in i tårtbit-liknande sektorer och dess storlek har att göra med den mängd data som läses och skrivs.Varje sektor rymmer normalt 512 byte vilket motsvarar ett textdokument med 64 st bokstäver eller en bild med 8×8 bildpunkter (pixlar). Den första sektorn på en hårddisk kallas för bootsektorn. Där finns ett litet program, FAT (File Allocation Table), som processorn läser vid uppstarten och som är det program som i sin tur läser in (startar upp) operativsystemet. I bootsektorn lagras även information om själva hårddisken. Denna information används av BIOS (Basic Input/Output System) vid uppstarten när den skall känna igen hårddisken.

Sektorerna indelas logiskt i vad som kallas för kluster (clusters) och ett kluster omfattar ett visst antal sektorer. Kluster är även den allokeringsenhet som finns i filhanteringssystemen. FAT32 har t.ex. 8 sektorer/kluster.

Skannrar
Skrivare
Plottrar

Nätverk
Principer
Lokala nätverk
Internet

Övrigt om datoranvändning
Operativsystem
Protokoll
Ergonomi