Technické prostředky počítačů

Konfigurace počítače = sestava jednotlivých komponent počítačového systému (př. jaký má PC procesor, jakou má zvukovou a grafickou karu)

 

Komunikační zařízení

• umožňuje připojit PC do počítačové sítě (př. Internet). Je k tomu potřeba síťová karta nebo modem (modem přebírá data z PC a moduluje jimi nosný (odesílaný) zvukový signál proti tomu rekonstruuje přenášená data a demoduluje příchozí signál)

 

Charakteristické rysy vývoje:

1. miniaturizace (malá média pro uchování dat, USB média, …)
2. rostoucí kapacita pamětí
3. rostoucí výkon (nejlépe patrný u procesorů)
4. počítačové sítě (vznik propojení různých firem a jiných institucí)
5. rozšíření aplikačních oblastí (dříve se počítače používali pouze omezeně například na různé výpočty, dnes už je počítač samozřejmostí a má různá programová vybavení)
6. komunikace v přirozené řeči

 

Kategorie počítačů

 

Osobní počítače (personální PC)

• dnes nejrozšířenější skupina počítačů
• široká oblast aplikací (různé programy aplikovatelné na různé operace)
• stolní počítače (PC, Macintosh)
• přenosné počítače (notebook, palmtop, elektronický diář)

 

Počítač střední třídy (Midrange)

• příklady hp/sant
• výkonné pracovní stanice a servery
• více uživatelské zpracování (existuje jeden server, na kterém pracují všichni uživatelé přes takzvané terminály. Terminál je v podstatě klávesnice a obrazovka)
• velká kapacita vnějších pamětí (př. harddisk)
• umožňuje náročné grafické aplikace

 

Střediskové počítače (Mainframe)

• výkonná základní jednotka
• paralelní zpracování rozsáhlých úloh (př. najednou-paralelně se počítá několik úloh)
• využití ve velkých firmách (stovky lidí)
• vysoká kapacita a výkon velkého počtu společně užívaných přídavných zařízení

 

Superpočítače

• stovky procesorů
• složitá technologie
• použití pro řešení složitých technických výpočtů, simulování a modelování v oblasti aerodynamiky, genetického a molekulárního výzkumu,…

 

Von Neumanova koncepce vnitřního řízení

• data jsou zobrazena dvojkovými číslicemi (bity) seřazenými do skupin (slov), 8bitů = 1 bajt

• předpis pro zpracování dat (algoritmus) je převeden do posloupnosti řídících slov (instrukcí), které tvoří program řešené úlohy
• data a instrukce jsou zobrazeny stejně a zpracovávají se stejnými technickými prostředky, liší se pouze způsobem zpracování
• data a instrukce se uchovávají v paměti na paměťových místech označených adresami
• zpracování dat řízené programem probíhá zcela samostatně

 

Základní deska (motherboard)

• je zde umístěn procesor
• paměť
• vyrovnávací paměti
• řadiče pro připojení

–          mechanik (CD-ROM, RW)

–          pevných disků

–          interních jednotek s vyměnitelnými médii (ZIP)

• řadič disketové jednotky
• sériové porty (otvor pro zapojení externích zařízení)
• paralelní porty (tiskárny)
• USB porty (speciální otvor ve tvaru konektoru, který má například foťák, myš, tiskárna)
• integrovaná zvuková a grafická karta
• slot AGP (místo na základní desce, do kterého se zasunuje pouze grafická karta)

 

Procesor

• mikroelektronický obvod velmi vysoké integrace (v této souvislosti slovo integrace znamená, že je na malé ploše nahuštěno velké množství elektronických prvků, konkrétně tranzistorů)
• základní charakteristiky:

–          rychlost (taktovací frekvence – Mhz, udává se v miliónech operací za sekundu)

–          délka slova

–          šířka toku dat

–          architektura (procesory CISC – více instrukcí, pomalejší zpracování x RISC – méně instrukcí, rychlé zpracování)

• dnešní procesory pracují na frekvenci stovek Mhz
• délka slova = počet bitů, které jsou zpracovatelné v rámci jedné operace (př. pokud mám 16-ti bitový procesor, délka slova je 16 bitů – v rámci jedné operace tedy můžu zpracovat 2¹⁶ „velké číslo“)
• šířka toku dat = počet bitů, které je procesor schopen předat v rámci daného okamžiku (velmi obrazně řečeno, z procesoru k ostatním částem počítače vede množství kabelů. Čím více jich je, tím více informací je procesor schopen předat v jednom okamžiku. Př. mám-li 8 kabelů, můžu předat najednou 8 bitů (1 bajt) informací)

 

• Základní jednotka informace je 1 bit
• prvek schopný nést informaci o hodnotě 1 bitu je elementární jednotkou paměti
• realizace paměti s přístupem k jednotlivým bitům je neefektivní (bit je příliš malá jednotka na které je jen malá část informace) Z tohoto důvodu je základní jednotka dat přístupná procesoru slabika nebo slovo

 

Slovo (přibližně se slovo bere jako 16 bitů):

• informační jednotka zpracovávaná v jedné základní instrukci
• rozsah informace uložené ve slově o n-bitech je 2ⁿ (vysvětlení u kapitoly informace x data)

 

Termín procesor zahrnuje jakoukoli jednotku určenou pro zpracování dat, ne jen pevný článek PC (viz např. pojmy textový (MS-Word) nebo tabulkový procesor (MS-Excel)).

 

Paměť

• rozdělena na adresovatelné buňky (obrazně řečeno: procesor musí vědět, na jaké „adrese“ je informace kterou požaduje uložena)
• paměť obsahuje data a instrukce, pro jejich uchování je využito:

–          vlastnosti polovodičů

–          magnetických vlastností materiálu

–          optických postupů

 

Vlastnosti paměti:

• kapacita – možnost a množství uložených dat (počet současně uložených slov nebo slabik)
• vybavovací doba – časový interval mezi vysláním signálu (z procesoru do paměti) ke čtení dat a okamžikem, kdy jsou data z paměti vyslána
• rychlost toku dat – maximální množství informace, které může být z paměti přečteno nebo do ní zapsáno během jedné sekundy
• cena

 

Paměť může mít buď sekvenční (př. kazetová páska-kvůli získání informace je nutno načíst všechny předešlé) nebo přímý (informace se dá z paměti vyvolat přímo) přístup.

Vnitřní paměť

RAM

(paměť používaná při běžných operacích s PC)

Vše co v PC dělám, dělám vlastně v paměti RAM . Pracuju-li např. ve Wordu, mám daný soubor pouze v paměti RAM, dokud jej neuložím na disk. Word sám, se mi do RAMky „natáhne“ při spuštění Wordu a po ukončení práce z ní opět „zmizí“. Při nabíhání PC se mi do RAMky načte operační systém (např. Windows nebo Linux).

• kapacita desítky až stovky MB
• vybavovací doba až  mikrosekundy
• energeticky závislá (pokud vypnou proud, neuloží se mi údaje)
• obsah lze měnit
• určena pro čtení i zápis
• ukládání dat i programů

 ROM

(využívaná zejména při nabíhání PC. Po naběhnutí se údaje z ROMky načtou do paměti RAM, která je rychlejší) Z paměti ROM se například při spuštění počítače načte takzvaný zaváděcí program, který poté načte do paměti RAM již zmiňovaný operační systém a předá mu řízení.

• kapacita stovky KB
• energeticky nezávislá
• informace zapsány při výrobě
• určena pouze pro čtení
• programy BIOS (Basic Input Output System), uloženy v paměti ROM, zajišťují například komunikaci procesoru s klávesnicí

 CMOS

• paměťový obvod určený k uchování aktuálních nastavení PC (např. informací o disku)
• určena i pro zápis
• energeticky nezávislá
• je to taková paměť typu RAM, zálohovaná přídavnou baterií

CACHE

(vyrovnávací paměť)

• slouží jako mezičlánek mezi rychlým a pomalým zařízením (př. rychlý procesor a pomalá paměť RAM. Procesor si pošle pro nějakou informaci do paměti RAM a vyrovnávací paměť CACHE udělá to, že načte více informací než bylo žádáno a v případě potřeby je má okamžitě k dispozici, což urychlí výsledek)

Vnější paměť

• slouží k dlouhodobému uchování informací
• jsou to:

–          magnetické páskové paměti

–          magnetické diskové paměti (pevný disk a disketa)

–          optické diskové paměti

 Magnetické páskové paměti

• nevýhoda: mají sekvenční přístup (pokud chci nějaká data na ní uložená, musím „přetočit“ všechny informace před nimi)
• nevhodné pro interaktivní (denní) použití  (z důvodu viz výše)
• využití pro archivaci rozsáhlých souborů dat
• kapacita dosahuje několika GB

Magnetické diskové paměti

• Pevný disk 

–          kapacita desítky MB až stovky GB

–          přenosová rychlost. Jedním s faktorů je rychlost otáčení (např. 5400 otáček za minutu nebo 7200 otáček za minutu)

–          přístupová doba řádově mikrosekundy (doba mezi vysláním požadavku a jeho zpětným přijetím)

 

Zápis na pevný  disk:     

–          informace zapisována v soustředných kruzích = stopy

–          nejmenší záznamový úsek = sektor

–          stopy téhož poloměru v discích nad sebou tvoří = cylindr

 

Nevýhoda použití diskových jednotek s velmi vysokou kapacitou paměti také ale zvyšuje riziko ztráty velkého objemu dat.

 

Systémy označované jako RAID používají technologie, kdy zápis se provádí stejně do dvojice disků, což slouží jako záloha.

 

Výhody diskového pole (soustava disků v „jedné bedně“ př. servery):

• zvýšení přenosové rychlosti
• zvýšení kapacity diskového subsystému PC
• zvýšení bezpečnosti uložených dat

 

• Disketa

–          záznam se provádí na jeden nebo dva povrchy

–          kapacita (1,2 MB nebo 1,44 MB (běžná disketa) nebo 2,88 MB)

–          alternativy k disketě

–          LS-120 (Super Disk) – 120MB

–          Zip disk (Iomega Zip Drive) – 100 MB, nebo 250 MB

Optické diskové paměti

• kapacita stovky MB až několik GB
• patří sem: CD-ROM (data pouze ke čtení, velikost 650-700 MB cca 80 min. hudebního záznamu), CD-R (klasické CD s jedním zápisem), CD-RW (přepisovatelné CD), dále: DVD-ROM, DVD-R, DVD-RW

 

• DVD (4,7-17 GB) = Digital Versatile Disk
• WORM = určený k jednorázovému zápisu
• MO = magneto-optické disky, opakovaný zápis, desítky GB
• Paměťové karty = desítky MB
• Čtečky paměťových karet
• USB flash disk

–         připojitelný přes USB rozhraní

–         kapacita 16MB-2GB

 

Důvody pro zálohování dat:

• uchování velkého množství dat
• předcházení ztrátám z důvodu selhání lidského faktoru (pojistka proti nechtěnému smazání)
• výpadek el. proudu
• ochrana proti virům
• přírodní katastrofy

Sběrnice

–         zprostředkovává komunikaci mezi jednotlivými funkčními bloky systému

–          druhy sběrnice:

• PCI
• PC Card
• Fire Wire (fajr vajr)
• USB

–          základní charakteristikou sběrnice je šířka toku dat

–          jsou po ní přenášena data (datová část) a adresy (adresová část)

Rozhraní (Porty)

= výstupy ze základní desky a jednotlivých karet

• slouží k jednosměrné či obousměrné komunikaci s periferními (okrajovými) zařízeními
• sériový x paralelní port:

–          sériový (data jdou po „jednom kabelu“. Příkladem připojení přes sériový port je myš, modem)

–          paralelní (data jdou po „více kabelech“. Příkladem připojení přes paralelní port je tiskárna, druhý PC, externí disk, CD-ROM

Vstupní zařízení

• vývoj vede směrem ke zpracování vstupu řečového signálu (snahy o zdokonalení do té míry, že bude možno PC ovládat pomocí řeči)
• druhy vstupního zařízení:

–          klávesnice (nelze s ní provádět všechny operace, vývojem přibyly také multimediální klávesnice (př. umožňují ovládání CD mechaniky nebo internetu) )

–          myš (př. mechanická, optická (vyšší citlivost), bezdrátová (dosah 2-3 metry) )

–          scanner (zařízení, které převádí data z tištěné podoby do digitální. mají různé podoby, k práci potřebují další programové vybavení)

–          snímač čárového kódu (čtečky-použití v obchodě k přečtení informací o zboží)

–          čtečka čipových karet (použití v bankovnictví, školství, do budoucna i v medicíně)

–          digitální fotoaparát

Výstupní zařízení

• transformace elektronických signálů do podoby signálů vnímaných člověkem
• druhy:

–          akustická (zvuková karta)

–          zobrazovací (CRT monitory, LCD monitory, plazmové monitory, tiskárny, plottery)

Zobrazovací výstupní zařízení jsou:

Grafický systém

–          sestává z monitoru a grafické karty. Monitor pouze zobrazuje obraz, ale nevytváří ho. Musí spolupracovat s grafickou kartou. Je nutné zvolit vždy správnou grafickou kartu pro jednotlivé typy monitoru (např. CRT monitor je analogové zařízení x LCD monitor je digitální zařízení)

Grafická karta:

• přijímá z procesoru data, převádí je na videosignál a ten předává monitoru
• jednotlivé typy se liší v:

–          maximálním dosažitelným rozlišením (maximální počet bodů)

–          počtem barev

–          rychlostí zpracování (kolik bodů vykreslí za 1 sekundu)

–          velikostí obrazové paměti

–          speciálními inteligentními čipy

Monitor:

• Monitor CRT

–          obraz vytvářen tokem elektronů směrovaných na vnitřní povrch skleněné baňky pokryté luminiscenční vrstvou. Tato vrstva se po dopadu rozzáří

–          obnovovací frekvence (Hz) = počet snímků, které monitor vykreslí za 1 sekundu

–          řádková frekvence (kHz) = počet řádek, které monitor vykreslí při určité obnovovací frekvenci

–          RGB (základní barvy monitoru – červená, zelená, modrá)

• Monitor LCD (princip tekutých krystalů)
• rozhodující parametry tiskáren:

 

Tiskárny

–          rychlost tisku

–          kvalita tisku

–          barva tisku

–          typ a rozměr tiskárny

–          hlučnost

–          přenositelnost

–          cena a náklady na vytištění jedné stránky

Tiskárny dle technologie tisku:

• Jehličková tiskárna

–          princip tisku = po řádcích se tisknou znaky složené z bodů (elektromagnetické jehličky jsou vystřelovány proti pásce a přenáší se na papír. Nelze s ní tisknout složitou grafiku). Obvyklá tiskárna má 9 jehliček, kvalitnější 24 jehliček

–          je hlučná

–          má nejlevnější provoz

• Inkoustová tiskárna

–          princip tisku = tiskací hlava obsahuje inkoustové trysky, z nichž jsou na papír vstřikovány kapičky inkoustu

–          má tichý provoz

–          vyšší provozní náklady

–          možnost barevného tisku

• Laserová tiskárna

–          princip tisku = barvicí termostatický prášek (toner) se zachytí na laserovým paprskem osvětlených místech a krátkodobým působením velmi vysoké teploty se fixuje na papír. (dnes už se používají místo laseru let-diody)

–          má kvalitní tisk

–          možnost tisknout barevně

• Plotter

–          slouží k tisku velkých grafických obrazců (až formáty A1)

Systém barev CMYK (Cyan, Magenta, Yellow, Black = modrozelená, fialová, žlutá, černá). Používá se u každého barevného tisku.

 

Multifunkční zařízení

–          zařízení tzv. 3 v 1 (tiskárna, scanner, kopírka)