Hardware
Kde se počítače používají
Nástup a vývoj výpočetní techniky je tak razantní, že se v dnešní době počítače používají prakticky ve všech oborech lidské činnosti.
Kancelářské aplikace – nejčastější využití
Databázové aplikace – ve firmách či organizacích (při vytváření různých sestav)
Komunikace
Grafika a grafické systémy – při projektování a konstruování (geodetické plány a mapy, CAD, reklama, knihy a tiskoviny, výrova časopisů web a prezentace)
Řídící systémy – programy, které prostřednictvím konkrétní součástky nebo zařízení mohou měřit, kontrolovat nebo řídit určitý technologický proces. Např. řízení stroje nebo výrobní linky pomocí počítače.
Programování – veškeré programy, které byly pro počítače vytvořeny, musely být naprogramovány v nějakém programovacím jazyce.
Výzkum a vývoj – simulace a modelování vědeckých experimentů, ověřování vědeckých teorií.
Audiovize – rozhlasové a televizní studia v dnešní době používá k záznamu, střihu a odbavení výsledného audio a videosignálu výpočetní techniku. (mixování zvuku, efekty)
Zábava – hry, herní konzoly a software určený pro hry.
Další
Základní pojmy používané ve výpočetní technice
Hardware
Fyzické vybavení počítače. Hardware je vše na co si můžete sáhnout – monitor, klávesnice, tiskárna, myš, harddisk, procesor apod. Hardware je jedna vše, co je na první pohled u počítače vidět, ale také vše hmatatelné, co je ukryto ve skříni počítače.
Software
Software je programové vybavení počítače.
Software tvoří nehmotnou, nicméně nezbytně nutnou stránku počítače. Software jsou všechna data, programy, tabulky, dopisy – vše, co je formou magnetických impulsů zaznamenáno na pevném disku nebo jiném paměťovém médiu.
Data
Data je v podstatě jiný výraz pro Informace. Proces zpracování dat je to, co dělá počítač počítačem. Chceme-li v počítači napsat dopis, vkládáme do něj data v podobě znaků, resp. bytu a bitů. Pokud do počítače uložíme obrázek, uloží se opět v podobě dat.
Bit a Byte
I výpočetní technika má své jednotky. Jedná se o takzvané byty [bajty]. Jeden byte se skládá z osmi bitů a do jednoho bytu je možné uložit jeden libovolný znak nebo číslo v rozmezí 0-255. Právě pomocí bytů (a odvozených jednotek) se měří kapacity pamětí harddisků, médií apod.
1 byte (B) 8bitů
1 kilobyte (kB) 1024 bytů
1 megabyte (MB) 1024 kilobytů
1 gigabyte (GB) 1024 megabytů
Základní části počítače
PC (zkr. Personal Computer) se skládá ze čtyř základních komponentů:
Skříň počítače – bedna v níž jsou umístěny všechny potřebné součástky počítače. Nejdůležitější částí sestavy počítače.
Monitor - výstupní zobrazovací zařízení.
Klávesnice – čistě vstupní zařízení. Zadáváme data, povely, příkazy apod.
Myš – čistě vstupní polohovací zařízení.
Tiskárna, mikrofon, reproduktory, scanner, modem, herní zařízení apod.
Skříň počítače
Právě uvnitř skříně se odehrávají veškeré výpočty a operace, které počítač zpracovává.
Podle toho jak je skříň velká a v jaké poloze je umístěna rozlišujeme desktop, minitower a tower.
Desktop – skříň je umístěna ve vodorovné poloze na stole. Výhodou je, že máme dobrý přístup ke konektorům, nevýhodou je, že zabírá místo na stole.
Minitower – skříň postavená na zemi na výšku. Je nejprodávanější typem skříní pro osobní počítače.
Tower – Je podobná jako Minitower, ale je větší a prostornější. Určena pro servery.
Obsah skříně počítače
Základní deska (motherboard nebo mainboard)
Základní deska zabezpečuje, aby mezi sebou správně komunikovaly, fungovaly a byly správně propojeny jednotlivé komponenty v počítači.
Je velká asi 30x30 cm s plošnými spoji s množstvím konektorů a slotů připravených pro vložení konkrétních prvků (např. videokartu, paměti, napájení, procesor apod.) Základní deska tak tvoří jakousi fyzickou páteř, spojující jednotlivé prvky uvnitř počítače.
Základních desek může být celá řada. Existují různě rychlé desky pro různé typy procesorů, s různým počtem slotů, portů apod. Některé základní desky mají přímo integrované zvukové karty nebo síťové karty, takže je nemusíte dokupovat.
Sběrnice
Je součástí základní desky. Sběrnicí se rozumí svazek vodičů, kterými proudí informace, řídící signály nebo adresy mezi jednotlivými komponenty počítače. Je to „centrální dálnice“ mezi mikroprocesorem a okolím. Na rychlosti sběrnice hodně záleží, protože i ten nejrychlejší procesor je „k ničemu“, jestliže rychle vypočítaná data proudí počítačem pomalu.
PROCESOR
Procesor je jedna z nejdůležitějších součástek počítače. Je charakterizován jako mozek počítače, bez kterého počítač není schopen vykonávat žádné operace. Počítá vše co se v počítači děje od pohybu myši, přes zobrazovaní oken na monitoru a až po matematické výpočty nebo grafické kreace.
Je to malá součástka, která na malé ploše nese neobyčejně miniaturní integrovaný obvod.
Důležitým parametrem procesoru je taktovací frekvence udávána v GHz, např. 2,8GHz tzn. že zvládne zpracovat 2 800 000 000 instrukcí za sekundu.
Procesor je tak výkonný, že vyvíjí nadměrné množství tepla, toto teplo je nutné odvádět a to prostřednictvím chlazení.
Společnosti, které se věnují vývoji a výrobě procesorů:
Intel - procesory Intel Pentium, Intel celeron (pro desktopy notebooky), Intel Xeon a Intel Itanium (pro servery)
AMD – AMD Athlon, AMD Sempron a AMD Turion (pro desktopy notebooky) a AMD Opteron (pro servery).
Mikroprocesor zevnitř
• z fyzikální stránky je procesor přesně znečištěný křemík
• z logické stránky :
➔ R egistry: mikroprocesor pracuje s daty, které při momentálním zpracovávání musí
ukládat do svých pamětí, registrů (u každého mikroprocesoru. jiné)
➔ A dresování: mechanismus, kterým mikroprocesor specifikuje adresy v paměti, na nichž
leží zpracovávaná data (opět více způsobů)
➔ I nstrukční sada: musí obsahovat např. instrukce pro přesuny dat mezi pamětí a registry,
aritmetické a logické instrukce, instrukce pro řízení programu, několik systémových
instrukcí nebo instrukce pro koordinaci ve víceprocesorovém prostředí
➔ S ystém přerušení: přerušení je signál, vyslaný k mikroprocesoru hardwarem či
programem, který zabírá procesor pro svého vysílatele (klasickým příkladem je stisk
klávesy – po stisknutí klávesy odešle klávesnice signál přerušení, který okamžitě přeruší
svou činnost a vykoná povel zadaný klávesou). Procesory mají vektorový systém
přerušení, tzn. že každé přerušení je označeno číslem. Tyto čísla jsou uložena na určitém
místě v operační paměti, v tabulce vektorů přerušení. Před skokem na vektor přerušení
uloží mikroprocesor svůj momentální stav do speciálního registru(zásobníku). To mu
umožní vrátit se po provedení pokynu na místo, kde byl přerušen. Mikroprocesor musí
obsahovat i mechanismus, kterým přerušení dočasně zakáže.
➔ S práva paměti: „stojí“ mezi adresami generovanými programem a skutečnými adresami v
operační paměti (přetváří první adresy na druhé pro lepší využití operační paměti)
Neméně důležitým úkolem je chránit programy (aby souběžně pracující programy
nevyužívaly stejné adresy v operační paměti)
➔ Z abezpečení: v podstatě druhý úkol správy paměti; využívá nejméně dva režimy práce –
systémový (povoleno vše) a uživatelský (povoleno to, co povolil program v systémovém
režimu práce); brání programům v provádění destruktivních akcí
➔ P aměť cache: mezisklad mezi různě rychlými komponentami počítače – z pomalejší se
načtou data do cache a rychlejší komponenta nemusí čekat na pomalejší, ale čerpá data
přímo z cache paměti;
• First level cache (L1) – přídavná paměť v mikroprocesoru (načítá data pro mikroprocesoru. ze sběrnic, které jsou oproti mikroprocesoru. pomalejší; běžná velikost 128kB – 1 MB)
• Second level cache (L2) – přídavná paměť na základní desce (načítá data, která proudí do mikroprocesoru. a skladuje je pro případ, že by je později ještě potřeboval; rychlejší než op. paměť; řadič této paměti je částečně schopen předpovídat, jaká data bude procesor ještě potřebovat a ty ukládá přednostně; běžná velikost 512kB – 4 MB)
HARDDISK
Harddisk je hlavní záznamové médium uvnitř počítače. Jsou na něm uložena všechna data, která se v počítači nacházejí.
Je tvořen několika nad sebou umístěnými rotujícími kotouči, nad nimiž se pohybují čtecí a záznamové hlavičky. Celé zařízení je umístěno v hermeticky uzavřeném obalu, aby nedošlo k jeho poškození.
Nachází se uvnitř počítače a se základní deskou je propojen speciálním datovým kabelem. Napájen je přímo ze zdroje.
Důležitým kritériem je kapacita, dnes má průměrný harddisk kapacitu 200GB.
Dalším kritériem jsou jeho otáčky. Jde o počet otočení plotny disku za jednu minutu – standardní je 7200ot/min.
Fungování harddisku
Harddisk obsahuje několik kotoučů, které jsou umístěny nad sebou. Mezi jednotlivými kotouči jsou po obou stranách elektromagnetické hlavičky, sloužící k záznamu a čtení dat. Hlavičky jsou umístěny na robustním rameni, které s se spolu s hlavičkou pohybují.Hlavička se disku nedotýká, ale je umístěn pouze několik mikrometru nad povrchem disku. Díky tomu harddisky vydrží poměrně dlouhou dobu.
Pohyb ramene s hlavičkou zajišťuje řadič disku.
Celé zařízení je velmi přesný a dokonale propracovaný mechanismus, který je velmi náchylný na prach jediné zrnko prachu, pro lidské oko neviditelné, by způsobilo nenávratné poškrábání kotouče disku a ztrátu dat. Proto je celý harddisk zapouzdřen v hermeticky uzavřeném obalu.
Zápis a čtení dat
Aby disk našel velmi rychle a přesně požadovanou informaci jsou kotouče disku logicky rozděleny na stopy a sektory. Stopy jsou soustředné kružnice na disku. Ty jsou potom rozděleny příčně na sektory. Každá stopa i sektor jsou očíslovány. Orientaci záznamové a čtecí hlavičky mezi stopami a sektory ovládá takzvaný řadič, který je přímou součástí disku.
Paměť RAM (Random Access Memory)
Zapnutý počítač zpracovává v každém okamžiku statisíce informací. Každý pohyb myší, stisk klávesnice, bliknutí kurzoru atd. je to velké množství údajů, které musí počítač zpracovat. Na takové množství by jenom pevný disk nestačil, proto existuje tzv. operační paměť RAM, která umožňuje rychlý přístup k aktuálně potřebným datům. Jedná se o elektronickou paměť, která je velmi rychlá, a stačí tedy k načítání a ukládání dat procesoru. Paměť RAM slouží k ukládání a načítání informací, které počítač často potřebuje a s nimiž často pracuje.
! Paměť RAM oproti pevnému disku, po vypnutí nebo restartu počítače obsah vymaže.!
Důležitým parametrem paměťového modulu je kapacita. Ta může být běžně na úrovni 128MB, 256MB, 512MB či 1GB. Podle toho kolik paměťový modulů bude do základní desky vloženo a o jaké kapacitě, taková bude kapacita paměti RAM.
Sloty
Slot je možné specifikovat jako konektor uvnitř počítače, který slouží k vložení dalších přídavných karet.
Je to konektor, který slouží jako prostředník mezi sběrnicí na základní desce a přídavnou kartou.
Existuje několik typů slotů a to podle toho z jakého typu sběrnice zprostředkovávají vstupně-výstupní informace.
ISA sloty jedny z prvních slotů.
PCI sloty jsou moderní sloty napojené na PCI sběrnici, ty je možné najít prakticky na každé základní desce. Jedná se jednoznačně o nejrozšířenější typ slotu u osobních počítačů.
AGP je slot určený k připojení grafického akcelerátoru (resp. grafické karty).
Přídavné karty
Jsou samostatná hardwarová zařízení umožňující rozšířit možnosti počítače o nové funkce, které základní hardwarová sestava neumožňuje.
Přídavné karty se zasunují do slotů.
Nejčastější typ přídavných karet:
· Zvuková karta – zprostředkovává zvuk, již bývají na moha základních deskách integrování není tedy nutné je dokupovat.
· Síťová karta - slouží k připojení počítače k počítačové síti. Již rovněž bývají na moderních deskách přímo integrovány.
· Televizní karta – slouží k příjmu TV signálu.
· Karta pro střih videa – slouží k editaci a střihu digitálního videozáznamu v počítači.
Plug & Play
Aby karta správně pracovala, musí o ní počítač a systém věděl, tj. karta musí být „oživena“.
Dříve byl tento proces poměrně komplikovaný. Proto firma Intel vyvinula systém Plug and Play – funkce která automaticky detekuje nové zařízení přidané do počítače a pokud možno je i nainstaluje. Jediné co je potřeba, aby základní deska, operační systém a přidávané zařízení podporovaly funkci Plug & Play.
CD-ROM mechaniky
DVD-ROM
BLU-RAY
Je to moderní koncept mechanik optických disků. Princip práce je obdobný jako u CD či DVD mechanik, tedy ten, že i BLu-ray mechaniky čtou informace z disku prostřednictvím laserového paprsku. Rozdíl je v tom, že namísto červeného laserového paprsku (optický svazek o vlnové délce 650 nanometrů) u výše zmíněných CD a DVD mechanik je u Blu-ray systému optický svazek o vlnové délce 405 nanometrů (paprsek laseru v modrém spektru).
Kratší vlnová délka paprsku Blu-ray systému mechanik znamená, že jej lze směrovat s mnohem větší přesností. Tento optický disk má daleko vyšší hustotu záznamu. U jednovrstvých je kapacita až 25GB, u dvouvrstvých 50GB a lze jej rozšířit až na osm vrstev což je až 200GB.
Technologie Blu-ray je technologicky velmi náročná, což brzdí další rozšiřování.
EXTERNÍ ZAŘÍZENÍ POČÍTAČE
CRT Monitory (Cathode Ray Tube)
Monitor je čistě výstupní zobrazovací zařízení. Prostřednictvím monitoru s námi počítač komunikuje.
Vybíráme je podle kategorií
Podle velikosti úhlopříčky – udávané v palcích 14“,15“,17“
Podle obrazové frekvence – rozpětí se pohybuje 50Hz až 120Hz
Podle rozlišení – počet obrazových bodů 640x480, 800x600, 1024x768
LCD Monitory (LIQUID CRYSTAL DISPLAYS)
Monitory LCD představují nové typy zobrazovací soustavy, které již postupně nahrazují klasické CRT monitory.
Mezi hlavní výhody LCD patří zejména to, že zabírají malý prostor na stole, . Princip zobrazování nezahrnuje obnovovací frekvenci, takže nekazí oči.
Klávesnice
Je čistě vstupní zařízení počítače. Jejím prostřednictvím zadává uživatel textové informace povely a příkazy, které pak počítač zpracovává.
Klávesnice je rozdělena do několika logických částí podle určení kláves.
Alfanumerická – slouží k běžnému psaní textu.
Numerická část – obsahuje pouze čísla a znaménka.
Funkční klávesy – F1 až F12. Každá klávesa má přiřazenu jednu konkrétní funkci.
Pak klávesy pro ovládání kurzoru Insert, Home, Page UP, Delete, End a Page Down.
Nadstandardní klávesy např. tlačítka k aktivaci internetového prohlížeče nebo vyvolávající nabídku Start atd.
Jak klávesnice pracuje?
Pod klávesami je něco jako mřížka z elektrických vodičů. Každá klávesa je pak průsečíkem jednoho vodiče ve vodorovném a jednoho vodiče ve svislém směru.Tím je možné snadno identifikovat právě stisknutou klávesu. Jakmile dojde ke stisknutí klávesy, spojí se dva kontakty (vodorovný a svislý vodič) a impuls je předán ke zpracování.
Myš
Myš je čistě vstupní zařízení počítače. Přenáší pohyb ruky na podložce na pohyb šipky na monitoru. Disponuje dvěma nebo třemi tlačítky, která pomáhají myš ovládat. Díky nim je možné objekty uchopit, označovat a kreslit atd. U některých je i ovládací kolečko, používané hlavně při rolování obsahu oken.
Kuličková myš – je zde umístěna kulička na spodní části myši, tak aby se dotýkala volným kruhovým otvorem podložky. Tato myš byla donedávna nejpoužívanějším typem polohovacího zařízení, ale bohužel zdaleka ne nejspolehlivějším. Proto byly vyvinuty tzv. bezdotykové myši. Nemají žádnou kuličku – snímaní probíhá obvykle infračerveným paprskem, který vyhodnocuje změnu povrchu podložky. Na základě toho předává údaje o pohybu počítači. S takovým typem myši je možné pracovat na hladce rovném i relativně drsném povrchu – podložka není nutná.
Další připojitelná zařízení
Tiskárny
???
Porty a rozharní
Paralelní port
Bývá označen LPT1, LPT2. Data jsou portem vysílána paralelně, tj. současně je přenášeno 8bitů, tedy jeden byte. Díky tomu jsou paralelní porty rychlejší než sériové . Nejsou ale tak spolehlivé, takže je jimi možné data přenášet pouze na kratším kabelu . K paralelnímu portu se připojuje obvykle tiskárna.
Sériový port
Bývá označen jako COM1, COM2. Data jsou portem vysílána sériově, tj. bit za bitem za sebou. Proto je přenos dat sice podstatně pomalejší než u paralelního portu, ale zato spolehlivější. Tak je možné přenášet data i na delším kabelu. K sériovému portu se připojuje obvykle myš nebo modem.
PS/2 Rozhraní
Slouží k připojení běžných typů klávesnice a myší. Fialový konektor slouží k připojení klávesnice, zelený pak pro připojení kabelu myši.
USB Port
USB rozhraní bylo na rozdíl od paralelního a sériového vyvinuto poměrně nedávno. Tomu odpovídají i možnosti a parametry USB. První obrovskou výhodu USB je mnohonásobně vyšší rychlost přenosu dat, další je pak možnost připojit na jeden USB port až 127zařízení (k tomu slouží USB rozbočovače), tím odpadají potíže s nedostatkem portů.
S připojení na USB se běžně vyrábějí skenery, tiskárny, myši, tablety, digitální fotoaparáty atd.