Hardware počítače

Hardware = technické díly počítače (tvrdé zboží), kope se do toho, když to nefunguje
Software = programové vybavení počítače, pouze se na to dá nadávat

Bity a bajty

1 bit ( z anglického BInary digiT) 1b - základní jednotka informace.
1 slabika = 1byte 1B - skupina 8 bitů.
1 slovo = 1word - několik (2, 4, 6, 8) slabik.

Kapacita paměti

1KB = 2 10 slabik = 1.024 slabik
1MB = 2 20 slabik = 1.048.576 slabik
1GB = 2 30 slabik = 1.073.741.824 slabik
1TB = 2 40 slabik - tera
1PB = 2 50 slabik - peta
1EB = 2 60 slabik - exa
1ZB = 2 70 slabik - zetta
1ZB = 2 80 slabik - yotta

Analogová a digitální zařízení

analogové zařízení používají pro záznam zvuku, obrazu atd. nějakou křivku, představovanou magnetickým polem nebo jiným fyzikálním principem.
Analogový signál je při každé kopii (přenosu) zkreslen, proto klesá jeho kvalita

digitální (tj. číslicový) záznam
využívá tzv. A/D (analogově/digitální) převodník původního analogového signálu
Digitální záznam umožňuje přenos a kopírování signálu bez ztráty kvality

analogová zařízení: gramofon, telefon, magnetofon, televize, video
digitální zařízení: CD, GSM telefony, DVD, počítač, dig. foťák, digitální signál tv

Koncepce Johna von Neumanna

V roce 1946 pan John von Neumann a jeho kolegové z Princeton Institute for Advanced Studies vyprojektovali nový počítač postavený na těchto pravidlech:
  1. Počítač obsahuje operační paměť, ALJ, řadič, V/V zařízení.
  2. Předpis pro řešení úlohy je převeden do posloupnosti instrukcí.
  3. Údaje a instrukce jsou vyjádřeny binárně.
  4. Údaje a instrukce se uchovávají v paměti na místech označených adresami.
  5. Ke změně pořadí provádění instrukcí se používají instrukce podmíněného a nepodmíněného skoku.
  6. Programem řízené zpracování dat probíhá v počítači samočinně.

Operační paměť: slouží k uchování zpracovávaného programu, zpracovávaných dat a výsledků výpočtu.


ALU - Arithmetic-logic Unit (aritmetickologická jednotka): jednotka provádějící veškeré aritmetické výpočty a logické operace. Obsahuje sčítačky, násobičky (pro aritmetické výpočty) a komparátory (pro porovnávání).

Řadič: řídící jednotka, která řídí činnost všech částí počítače. Toto řízení je prováděno pomocí řídících signálů, které jsou zasílány jednotlivým modulům. Reakce na řídící signály, stavy jednotlivých modulů jsou naopak zasílány zpět řadiči pomocí stavových hlášení.

Vstupní zařízení: zařízení určená pro vstup programu a dat.

Výstupní zařízení: zařízení určená pro výstup výsledků, které program zpracoval. Struktura von Neumannova počítače je na obrázku. V centru počítače je aritmeticko-logická jednotka (ALJ). Činnost celého počítače řídí řadič. Řadič předává povely operační paměti, ALJ a V/V zařízením a zpět od nich dostává stavová hlášení. Řadič čte z operační paměti instrukce, tyto dekóduje a převádí na posloupnost signálů. Data čte procesor z operační paměti nebo ze vstupního zařízení; rovněž tak je odkládá do paměti nebo zapisuje na výstupní zařízení. Von Neumannův počítač IAS je významný proto, že až na malé výjimky je jeho schéma platné dodnes.

Procesor aneb bez mozku to nejde

- nejdůležitější počítačový díl
- dřívější označení je mikroprocesor, vznik 70. léta min. století
K čemu slouží? vykonává všechny instrukce, které programy obsahují
Z čeho se skládá ? obsahuje miliony mikroskopických aktivních prvků, nejčastěji tzv. tranzistorů. Výrobním materiálem je superčistý křemík (na 1 x 1 cm 50 milionů tranzistorů) Procesor se zasouvá do patice(socketu) na zákl. desce počítače. Procesor můžeme přetaktovat = nejčastěji zvýšit frekvenci procesor (přetaktování = overclocking)

Architektura a frekvence procesorů

procesor je dán svou architekturou (svým typem) a dále pak tzv. frekvencí, na které je schopen reagovat. Frekvence se udává v MHz(GHz). Procesory do současných PC jsou doménou: Intelu (Pentium) a AMD (Athlon): mají různou architekturu Jaký koupit procesor? Chlazení procesoru - chladič rozptyluje teplo do okolí, je přidělán na procesor a spojen se základní deskou. Dnes jsou využívány aktivní chladiče. Dřívější chladiče byly pasivní (neměly své napájení)

Paměť aneb někde se dělat musí

Procesor pracuje v paměti. Paměť slouží jako pracovní prostor pro procesor.Paměť počítače slouží k ukládání programů a dat. Paměti lze rozdělit do dvou základních skupin:

Vnitřní (primární) paměti:

paměti osazené většinou na základní desce. Bývají realizovány pomocí polovodičových součástek. Jsou do nich zaváděny právě spouštěné programy (nebo alespoň jejich části) a data, se kterými pracují.

Typy vnitřních pamětí

Buffer

(vyrovnávací paměť) Paměťový prostor pro přechodné uložení dat přesouvaných z rychlejšího paměťového média na pomalejší výstupní zařízení. Buffer plní úlohu mezičlánku zadržujícího přenášená data tak, aby je pomalé výstupní zařízení mělo okamžitě k dispozici a aby zároveň zdrojové médium nebylo zdržováno zdlouhavým přenosem.

Cache

(vyrovnávací paměť) Rychlá paměť mezi hlavní pamětí a procesorem počítače. Hlavní paměť může být základní systémová paměť ( viz ) RAM nebo také vnější paměťové médium (např. pevný disk). Do paměti cache se průběžně ukládají data, čtená z hlavní paměti. Při požadavku na přečtení dalších dat se nejdříve prohledá rychlejší paměť cache. Pokud cache data obsahuje, načtou se mnohem rychleji než z hlavní paměti. Nejsou-li požadovaná data ve vyrovnávací paměti, musí se načíst standardním postupem z pomalejší hlavní paměti nebo média. Typický rozdíl mezi cache a bufferem je, že z cache paměti jsou data čtena většinou vícekrát než jednou.

Princip write-trough a write-back

V případě, že je blok, ve kterém se nachází zapisovaná adresa, uložen ve vyrovnávací paměti, jsou data do vyrovnávací paměti skutečně zapsána a celý blok se označí bitem dirty (špinavý). Takový blok nemůže být zahozen, ale musí být v případě potřeby jeho uvolnění nejdříve uložen zpět do operační paměti, aby byla zajištěna koherence dat. Tato strategie se označuje write-back. Dříve se používala jednodušší metoda řízení vyrovnávací paměti, která je nazvaná write-through. Při použití této metody se data zapisují jak do vyrovnávací paměti (předpokládá se, že se data budou opětovně číst) tak současně "propisují" i do hlavní paměti, což je sice pomalejší, ale řízení je naopak jednodušší (nemusí se testovat příznak dirty apod.). U některých počítačů, například u PC s procesorem 486 bylo možné mezi oběma strategiemi řízení vyrovnávací paměti volit (v BIOSu), přičemž rychlejší strategie write-back mohla vést k nestabilitě systému.

Registry rocesoru

paměť s velmi malou kapacitou, rychlá stejně jako procesor, součást čipu procesoru, který ji používá pro uchovávání oparandů a výsledků aritmetických a logických operací

Vnější (sekundární) paměti:

paměti realizované většinou za pomoci zařízení používajících výměnná média v podobě disků či magnetofonových pásek. Záznam se provádí většinou na magnetickém nebo optickém principu. Slouží pro dlouhodobé uchování informací a zálohování dat.

Co se u paměti hodnotí?

Disk aneb co je uloženo máme v suchu

Soubory a složky, které vidíme v systému jsou fyzicky uloženy na tzv. pevném disku. Je napevno umístěn ve skříni počítače.

K čemu slouží?

k dlouhodobému ukládání dat

Jak pracuje?

na principu magnetického záznamu, podobně jako kazeta.

Skládá se z ploten(disků) mezi kterými se na vzduchovém polštáři vznášejí záznamové čtecí hlavy.

Fragmentace (útržkovost) – programy se neukládají vždy za sebou – mohou být na různých místech disku. Provádíme defragmentaci.

Co se u disku hodnotí?
Geometrie disku udává hodnoty následujících parametrů: Při vypnutí počítače (a tím i pevného disku) se pevný disk přestává otáčet. Tím přestává existovat tenká vrstva, na které se pohybují čtecí (zapisovací) hlavy a vzniká riziko jejich pádu na disky. Tento pád by totiž mohl jednotlivé disky poškodit. Proto v okamžiku, kdy má pevný disk ukončit svou činnost, je nezbytné, aby čtecí (zapisovací) hlavy byly přemístěny do zóny, která je speciálně uzpůsobena k jejich přistání. U starších pevných disků bylo nutné vždy před vypnutím počítače provést pomocí nějakého programu tzv. zaparkování diskových hlav, tj. jejich přemístění na patřičné místo. Nové pevné disky již využívají tzv. autopark, který je založen na tom, že po vypnutí pevného disku se pevný disk ještě chvíli setrvačností otáčí a tím vyrobí dostatek energie nutné pro přemístění hlav do parkovací zóny. Pro tuto parkovací zónu bývá většinou vyčleněna nejvnitřnější stopa disku, protože je na ní nejnižší rychlost.

Výrobci disků: WD (Western Digital), Seagate, Maxtor, IBM, Fujitsu, Samsung

Rozhraní pro připojení:IDE, SATA, SCSI rozhraní Zapojení Master, Slave Oddíly disku

Základní deska (motherboard x mainboard) aneb na něčem se musí stavět

základní deska (motherboard) - největší díl uvnitř počítače

připojovací místa na zákl. desce:

  • sloty slouží pro zasunutí karet (grafická, síťová, modem)
  • patice (socket) je určena pro procesor
  • banky slouží k uchycení pamětí
  • PS/2 porty slouží k připojení myši a klávesnice
  • USB (univerzální sériové rozhraní v současnost USB 2.0) připojení tiskárny, klávesnice, myší.

    • Co se u desky hodnotí?

    stabilita, značka, čipová sada, možnosti rozšíření

    čipset

    (čipová sada) - elektronické součástky, které zajišťují komunikaci jednotlivých komponent

    BIOS

    (basic input output system) ovládací program zákl. desky. který řídí chod počítače. Umístěn ve speciální přepisovatelné paměti.

    Integrované komponenty

    komponenty napevno umístěné na zákl. desce ( zvuk. čip, graf. čip, síť karta, modem)

    Způsoby napájení:

    AT, ATX, µATX

    Výrobci :

    Asus, Abit, MSI, Sis, Aopen, FIC

    Grafická karta aneb abychom něco viděli

    umožňuje zobrazení na monitoru, výběr podle využití počítače převádí digitální tok dat z počítače na analogový signál (D/A převodník) obrázek, který má být zobrazen, si pamatuje, obsahuje tedy vlastní tzv. video paměť osazuje se do slotu AGP (PCI Express) na základní desce Co se u graf. karty hodnotí?

    Co je nadstandardem? :

    parametry:
    rozlišení – 640x480, 800x600, 1024x768, 1280x1024
    barevná hloubka = počet barev na zobrazovací bod 24bit(16,7 mil. barev), 32 bit

    renderování = vykreslení objektu pomocí malých trojúhelníků
    texturování = potažení objektu nějakým povrchem (kůže,..)

    Výrobci: nVidia – GeForce, ATI – Radeon, Matrox, Sis, Trident

    Zvuková karta a reproduktory aneb abychom lépe slyšeli

    zvuk. karta umožňuje přehrávání zvuků Zvuk je nějaká (analogová) křivka a počítač je digitální musí karta obsahovat A/D převodník karta obsahuje zesilovač signálu, který nemá velký výkon – připojujeme reproduktory Co se hodnotí?
    - k poslechu hudby z cd je třeba propojit cd se zvuk. kartou speciálním kabelem Výrobci zvuk. karet?: Creative Labs – Soundblaster Reproduktory: 4 až 5 reproduktorů + subwoofer na kartu Soundblaster Live v současnosti osmi kanálový výstup

    Síťová karta

    K čemu slouží : Umožňuje přenos dat po síťovém kabelu Navíc může obsahovat šifrování dat, probuzení počítače po síti. Jak funguje : podle použitého způsobu přenosu dat, tzv. síťového protokolu balí přenášená data do balíčků, tzv paketů. U každého paketu je napsána adresa odesílatele a adresa cílového počítače. Co se hodnotí? :
    rychlost (dnes existují tři standardy síťových karet)
    Výrobci: 3Com, Edimax, Realtek. ASUS,….

    Disketová mechanika FDD

    Disketová mechanika je zařízení určené pro práci s výměnnými médii - disketami. Existují dva druhy disketových mechanik. Starší z nich nese označení 5 1/4 palcová. Mechanika je veliká podobně jako CD ROM a pracuje se speciálními disketami. S tímto druhem mechanik se však již nesetkáme, najdeme ji pouze u některých opravdu starých počítačů. Druhý typ mechanik je 3,5 palcový a používá se dodnes. Pro přenos dat slouží diskety o velikosti 3,5 palce (kolem 9 cm), na které lze uložit 1,44 MB dat. I když jsou diskety v podstatě již historickým záznamovým médiem, stále se používají a zřejmě používat budou. Nejčastějším způsobem využití je přenos dokumentů a souborů mezi počítači, které nejsou spojeny sítí. Nezastupitelné jsou diskety jako bootovací médium. Tuto funkci mohou mít CD, ale nejsou tak variabilní a jejich tvorba pořád ještě není pro běžného uživatele jednoduchá. Už méně se diskety používají jako zálohovací médium, protože svou malou kapacitou dnes již prostě nestačí. V menší míře se používají pro instalaci programů a především ovladačů hardwarových zařízení. Záznam dat na médium je prováděn magneticky. Jednotlivá data jsou zapisována do soustředných kružnic, tzv. stop (track), na obě strany diskety. Každá stopa je rozdělena ještě na tzv. sektory (sector), jež tvoří nejmenší úsek média, na který je možné zapisovat. To znamená, že při zápisu na pružný disk jsou data zapisována po sektorech a poslední sektor již nemusí být plně zaplněn. Nová data mohou být zapisována opět od začátku dalšího sektoru. Z toho vyplývá, že ne všechny sektory jsou v případě plně nahrané diskety zcela zaplněny. Zápis je velmi pomalý. Péče o disketu: ochrana před: prachem, horkem, silným magnetickým polem, mech. poškozením

    CD-ROM CD-RW aneb hudba a multimédia

    cd-rom = compact disc read only memory jak funguje: záznam na CD je snímán optickým způsobem, pomocí jemného laserového paprsku. Pod mikroskopem bychom mohli vidět drobné prohlubně. Ty reprezentují 1 a 0. Označení médií:
    CD-R pouze pro zápis
    CD-R/RW pro zápis i čtení, přepis Disky se vyrábějí lisováním. standardní velikost je 650 MB, 700 MB. Co se hodnotí:
    - rychlost čtení disků )udává se násobky rychlosti prvních vyráběných mechanik ta byla 150 KB/s
    - bezchybnost čtení
    - odolnost proti poškození
    - hlučnost Zapisovací mechaniky obsahují dva lasery. Jeden obyčejný a druhý s větší energií Výrobci cd mechanik: Teac, Sony, Plextor, LiteOn,…..

    Zdroj a bedna (case)

    všechny interní komponenty počítače jsou uloženy ve skříni (case) skříň (case)
    - TOWER (mini-, midi-, big-)
    - DESKTOP Co se u skříně hodnotí?
    -funkčnost a rozšiřitelnost (dobrý přístup, místo na doplnění komponent
    -úspora místa
    -estetické a reprezentativní hledisko (Apple)
    -cena Zdroj

    Modem aneb bez spojení není internet

    modem (MOdulátor/DEModulátor) umí upravit data z počítače do podoby signálu vhodného pro přenos přes telefonní linku rychlost modemu pro dial up: 56Kbit/s Linka ISDN max128 kbit/s služba plně digitální
    je třeba ISDN modem Technologie ADSL rychlost 1,5Mbit/s – 9Mbit/s
    Kabelový modem

    Monitor je k neokoukání

    Jak pracuje: obsahuje obrazovku, na které se těsné u sebe nacházejí malé body na tzv. luminoforu, který se rozsvěcuje o zasažení elektronovým paprskem. Přesněji: každý barevný bod se skládá ze tří bodů, které mají barvu červenou (red), zelenou (green) a modrou (blue). Pomocí skládání barev v tzv. režimu RGB pak vznikají jednotlivé barevné odstíny. Takže tři paprsky tzv. elektronová děla postupně rozsvěcují barevné body na přední straně (stínítku) obrazovky.

    Po obrazovce monitoru běhají elektronové paprsky zleva doprava a shora dolů. Neustále překreslují obraz. Co se u monitoru hodnotí:
    velikost monitoru (udává se délkou úhlopříčky v palcích)
    15 palcové (bývaly standardem)
    17 palcové(dnes standard)
    19, 21-24 palcové pro grafiky

    Rozlišení monitoru: počet bodů, které umí monitor zobrazit:
    (standard 1024x768)

    Obnovovací frekvence : kolikrát se překreslí celí obraz za sekundu standard 100 Hz Výrobci monitorů: AOC, ADI, Samsung, Philips,….. LCD panely: ploché LCD monitory Jak funguje LCD panel: panel obsahuje přesně dané množství aktivních prvků (tranzistorů), které mají každý své napájení a podle pokynů z grafické karty se rozsvěcují. Pro každý barevný bod musí být tři aktivní prvky pracující v režimu RGB. Vysoká cena LCD panelů je dáma náročností výroby: stačí jeden přerušený vlasový spoj k tranzistoru a na panelu je černý bod, který nikdy nebude svítit. LCD panely během několika let vytlačí klasické monitory, Mají nízkou spotřebu, malé rozměry a výborné ergonomické parametry.

    Tiskárny

    Tiskárny jsou výstupní zařízení sloužící pro výstup údajů z počítače v tištěné podobě. Prostřednictvím tiskárny je možné data uchovaná doposud v elektronické formě vytisknout (nejčastěji na papír).

    Základní parametry :
    Jehličková tiskárna (7, 9, 24 jehličkové)

    Výhody - nízké náklady a možnost několika průklepů (v tom případě dosahuje
    - největší rychlosti, protože konkurenční technologie to musí tisknout pěkně stránku po stránce). 
    Nevýhody - asi tak všechno ostatní. Předně velký hluk, nejhorší kvalita, poruchovost (mnoho mechanických dílů)
     
    Inkoustová tiskárna

    Princip tisku:
    U inkoustových tiskáren je tisk prováděn pomocí inkoustu, který je prostřednictvím miniaturních trysek po kapkách vystřikován na papír. Inkoust je umístěn v malé nádržce (cartridge), která se pohybuje společně s tiskovou hlavou.
    Cartridge rozeznáváme podle toho, zda obsahují pouze jednu barvu (většinou černou),
    anebo více barev (většinou tři). Cena jedné cartridge (jednobarevné i vícebarevné) se pohybuje kolem 1.000,- Kč.
    Do doby než se ucpou tiskové trysky je možné u většiny jednobarevných cartrigií doplňovat inkoust.
    Cena takovéhoto doplnění se pohybuje kolem 300,- Kč. 

    Výhody - tichý provoz
    - rychlost - bezne 3 az 4 strany/min. - kvalita - většina lidí těžko rozlišuje rozdíly mezi dobrou inkoustovkou a laserovkou. Grafik nebo zkuseny pracovnik to samozrejme rozlisi.
    - podpora velkého formátu celkem levně - barevný tisk - asi nejsilnější stránka inkoustovek.
    Nevýhody - někdy nedostatečná kvalita tisku - vytištěné dokumenty se po styku s vodou rozpíjejí 

    Termosublimační tiskárna
    inkoustová tiskárna určena k tisku fotografií
    termosublimační tisk = na papír se přenášejí pomocí tepla základní barvy ze speciálních barevných fólií, přenos barev probíhá ve větších celcích (řádcích nebo plochách), takže nemá tečkovanou strukturu
    Drahá technologie, většinou určena jen pro tisk fotografií, srovnávají se s fotorealistickými inkoustovými tiskárnami
    výstup je vizuálně nejbližší klasické fotografii     
    „sublimačky“ nepoužívají černou barvu, jako většina ostatních tiskáren
    více na Živě
    Laserová tiskárna
    Pro vytvoření tiskového bodu na papíru se používá stejná technologie jako u kopírovacích strojů (pouze data o souřadnicích obrazu zadává počítač). 

    Základní částí laserové tiskárny: 
    - generátor laserového paprsku - selenový válec, který na místě ozáření laserovým paprskem udržuje elektrický náboj - zásobník s barvícím práškem, který citlivě reaguje na elektrický náboj,     práškový toner 

    Princip tisku:
    Na očištěný selenový válec je laserovým paprskem vykreslena předloha, která se má vytisknout.
    Válec se při otáčení dostane do styku s barvícím práškem, který se zachytí na válci v těch místech,
    kde byl osvícen laserem a vznikl tam elektrický náboj. Když se prášek přichycený na válci dostane nad papír,
    který je posouván pod otáčejícím se válcem, přemístí se z válce na papír. Papír je posouván do části tiskárny,
    kde je barvící prášek pomocí vysoké teploty zažehlen do papíru. Pokud se jedná o barevný tisk, pak popsaný postup musí být opakován tolikrát, kolik druhů barvícího prášku se pro tisk používá (většinou 3-4).
    Výhody - nízké provozní náklady 
    - nehlučný provoz 
    - velmi rychlý tisk ( na první stránku se čeká déle) 
    - kvalitní tisk 

    Nevýhody -vysoké pořizovací náklady 
    - při tisku je v činnosti laser, který způsobuje vznik ozónu, který je pro člověka velmi nebezpečný 
    - náročnější obsluha

    Skener

    Projektor

    Paměťové karty

    Klávesnice, myš, tablet, …… aneb vstupní a herní zařízení

    Klávesnice - nepostradatelné vstupní zařízení
    Jak funguje: má pod klávesami kontakty, které stisknutím klávesnice spojíme. Do počítače se posílají jen souřadnice stisknuté klávesy a zobrazení písmene je už věcí operačního systému.     Co se hodnotí: pohodlí uživatele (ergonomie) Myš vymyslel před 40 lety jeden výzkumný pracovník firmy Xerox. Nadřízení ho s ní vyhodili, protože takový „nesmysl“ je prý k ničemu. Jak funguje: - „obyčejná myš“ s kuličkou. Pohyb kuličky se přenáší přes snímače do počítače. Nevýhoda: často se zanáší prachem
    - optická myšsnímání zajišťuje optický snímač. Svítí si „pod sebe“ Nezanáší se prachem.     Tablet je podložka s perem. Tablet má tzv. absolutní souřadnice. Pokud klepneme do pravého horního rohu odpovídá to stejnému na monitoru. Tablet je pomůcka pro profesionální grafiky


    Trackball,     Volant, Joypad, Joystick