Úvodní poznámka - poděkování
 Přednášky jsou volně odvozeny ze studijních materiálů
doc. Ing. Petra Sosíka, Dr. a použity s jeho souhlasem
2
Technické vybavení PC
o Skříň PC
o základní deska
o sběrnice
o procesor
o operační paměť
o univerzální rozhraní
o grafický, zvukový a síťový adaptér
o pevný disk
o optická jednotka
Technické vybavení PC
o Periferní zařízení
o klávesnice
o myš
o touchpad
o monitor
o (3D) tiskárna
o mikrofon
o reproduktory
o ...
Obecné rozdělení počítačů
o Osobní počítače
o stolní – desktop
o přenosné – notebook, tablet
o chytré telefony, hodinky, brýle…
o Řídící počítače – servery
o poskytování služeb v počítačové síti (souborový, aplikační, webový, poštovní)
o Průmyslové počítače
o speciální počítače pro řízení strojů a procesů, vysoce odolné skříně – Rack
o Sálové počítače – Mainframe
o výkonné počítače pro bankovnictví, výzkum, armádu , velké firmy a instituce
o Jsou tu stále! Bezpečnost, šifrování, škálovatelnost!
o Superpočítače
o desetitisíce+ procesorů, náročné výpočty, pro výzkum vesmíru, meteorologii,
statistiku, aerodynamiku, chemo- a bioinformatiku, umělou inteligenci atd.
Základní deska počítače – uspořádání
komponent
Zadní panel
Základní deska
Základní deska počítače
o Jde o základní komponentu počítače
o Obsahuje
o univerzální datová rozhraní
o fyzické úložiště pro komponenty v počítači
o napájecí rozhraní
o Je realizována technologií několikavrstvé desky tištěných spojů
osazené polovodičovými součástkami, elektronickými obvody
a konektory
o Mobilní zařízení: SoC – System on a Chip
Procesor
o Integrovaný obvod zajišťující funkce CPU
o Umístěn v patici na základní desce
o Provádí jednotlivé instrukce programu
o Procesor má svůj vlastní jazyk (strojový kód)
o frekvence (rychlost) zpracování dat
o 1 – 4… GHz
o délka zpracované instrukce
o 4 – 64 bitů
Intel Celeron D / 2,53 GHz
Základní části procesoru – připomenutí
o Aritmeticko-logická jednotka (ALU – Arithmetic-Logic Unit)
o provádí s daty příslušné aritmetické a logické operace
o Řadič
o zajišťuje řízení činnosti procesoru v návaznosti na povely
programu (načítá a dekóduje instrukce)
o Registry
o uchovávají operandy a mezivýsledky (extrémně rychlé
pracovní paměti malé kapacity pro data)
o Cache
o rychlá vyrovnávací paměť pro program
Dělení podle operandu v bitech
o Šířka operandu: počet bitů , který je procesor schopen
zpracovat v jednom kroku
o Pro velmi jednoduché aplikace se používají čtyřbitové nebo
osmibitové procesory (pračky, mikrovlnné trouby, kalkulačky,
atd.)
o Pro středně složité aplikace (programovatelné automaty,
navigační systémy atd.) se využívají osmibitové až 32-bitové
procesory
o Chytré telefony, osobní počítače, tiskárny apod. obsahují dnes
64-bitové procesory
Dělení podle struktury procesoru
o CISC („procesor se složitým instrukčním souborem“)
o procesor podporuje mnoho formátů a druhů instrukcí, úspora
místa v programové paměti (vyšší hustotu kódu)
o komplikovanější dekodér instrukcí ve vlastním mikrokontroléru a
pomalejší zpracování instrukcí
o RISC („procesor s redukovaným instrukčním souborem“)
o omezení počtu a zjednodušení kódování instrukcí
o rychlost, nízká spotřeba, menší počet tranzistorů
o pro zakódování instrukce je ovšem potřeba více místa, musíme
někdy použít dvě instrukce místo jedné
o ARM – Advanced Risc Machine (Qualcomm Snapdragon) –
mobilní zařízení, drony apod.
Dělení podle počtu jader
o V současnosti jde vývoj směrem k integraci více jader
o více procesorů na jediném čipu, dnes běžné PC 32
o Zvyšování počtu jader je vynuceno fyzikálními omezeními,
která kladou překážky zvyšování frekvence nebo počtu
tranzistorů na jednotku plochy
Důležité pro rychlost procesoru
o Frekvence práce jádra
o kolik milionů či miliard instrukcí je procesor schopen
vykonat za sekundu
o Velikost vyrovnávací paměti procesoru (cache)
o FSB (Front Side Bus) nebo System Bus je fyzická
obousměrná datová sběrnice, která přenáší veškeré
informace mezi procesorem (CPU) a Northbridge
Řadiče Northbridge a Southbridge
Operační paměť
o RAM (Random Access Memory)
o paměť s přímým přístupem
o Ukládání dat, se kterými se zrovna pracuje
o Určená pro dočasné uložení zpracovávaných dat a
spouštěného programového kódu
o Rychlejší přístup, než vnější paměť (pevný disk)
o Při spuštění se program zavede do operační paměti
o Pokud počítač vypnete, je obsah operační paměti ztracen
Současnost
oNejrozšířenějším typem RAM pamětí
– DDR (Dual Data Rate)
oDuální paměti DDR4, rychlost 3600+ MHz,
kapacita 16+GB
CACHE
o Operační paměť je spojena s procesorem pomocí
sběrnice, obvykle se mezi procesor a operační paměť
vkládá rychlá vyrovnávací paměť typu cache
o Případně je umístěna přímo v procesoru
o Účelem cache je urychlit přístup k často používaným
datům na „pomalých“ médiích a to jejich
překopírováním na média rychlá
Sběrnice
o Soustava vodičů, která umožňuje přenos dat a řídících
signálů mezi jednotlivými částmi počítače
o Zařízení jako jsou procesor, koprocesor, cache paměť,
operační paměť, řadiče a některá další zařízení jsou
propojena systémovou sběrnicí
o Paralelní sběrnice: řídicí, adresové, datové vodiče
o Sériové sběrnice: jeden vodič
o Přenos dat na sběrnici se řídí stanoveným protokolem
PCI-Express 3.0
o Verze 3.0: propustnost 25,6 GB/s
Sloty PCIe a PCI
Univerzální sériové rozhraní
o USB (Universal Serial Bus) – univerzální sériová sběrnice
o Způsob připojení periférií k počítači
o Nahrazuje dříve používané způsoby připojení (sériový a
paralelní port, PS/2, GamePort atd.)
o Běžné druhy periférií – tiskárny, myši, klávesnice,
joysticky, fotoaparáty, modemy, i síťové připojení atd.
o Pro přenos dat z videokamer, paměťových karet, MP3
přehrávačů, externích disků a externích DVD mechanik...
Univerzální rozhraní – verze a typy konektorů
Grafický adaptér
o Grafická karta – zařízení, které zabezpečuje výstup dat
z počítače na obrazovku monitoru (přebírá data od
procesoru a převádí je na videosignál, který vysílá do
monitoru)
o Grafická karta může být oddělená a připojené do počítače
pomocí sběrnice nebo integrovaná na základní desce
o Výkon se určuje maximálním možným vykreslením bodů
nebo polygonů (trojúhelníková ploška vybarvená barvou
nebo texturou která napodobuje například stěny budov)
o Např. 100 mil bodů a 1,5 mld polygonů za sekundu
Současnost
o Grafické karty obsahují vlastní mikroprocesor (GPU
– graphics processing unit), paměti i sběrnice „počítače
v počítači“
V některých úlohách běžně o 2-3 řády rychlejší než
„klasický“ mikroprocesor díky paralelizaci
o Dnešní časté použití GPU: náročné výpočty, např. hluboké
učení – trénink umělých neuronových sítí, případně těžba
bitcoinů apod…
GeForce 9800 GX2
Výstupy
o VGA – Analogový grafický výstup (používán starými monitory CRT a kompatibilními
zařízeními)
o možno převést redukcí z digitálního výstupu DVI
o DVI – Digitální grafický výstup (používáno většinou LCD panelů, projektory a
novějšími zobrazovacími zařízeními)
o HDMI – Výstup na zobrazovací zařízení (nejčastěji televize) s vysokým rozlišením.
Konektor HDMI získáte většinou připojením redukce do konektoru DVI
o DisplayPort – Digitální grafický výstup ve vysokém nekomprimovaném rozlišení.
S konektory DVI ani HDMI není kompatibilní
o S-video – norma analogového komponentního videosignálu pro přenos obrazu
v rozlišení SD
o Component video
o Composite Video
Výstupy
Zvuková karta
o Rozšiřující karta PC pro vstup a výstup zvukového signálu,
ovládaná softwarově
o Typická zvuková karta obsahuje zvukový čip, který provádí
digitálně-analogový převod nahraného nebo
vygenerovanáho digitálního záznamu
o Tento signál je přiveden na výstup zvukové karty (většinou
3,5mm jack „sluchátkový“)
Zvuková karta
Síťová karta
o Slouží ke vzájemné komunikaci počítačů v počítačové síti
o Technologie spojení (vstup nebo výstup signálu do karty)
o tenký/tlustý koaxiální kabel (v současnosti se již nepoužívá)
o kroucená dvojlinka
o bezdrátové připojení
o optické připojení
Konektory RJ-45 a optické konektory SC
Síťová karta
Pevný disk
o Pevný disk (hard disk drive, HDD) je zařízení
k trvalému uchování většího množství dat
o Velmi výhodný poměr kapacity a ceny disku
o Relativně vysoká rychlost blokového čtení
o Data se při odpojení disku od napájení neztrácí
o Počet přepsání uložených dat jinými je prakticky
neomezen
Struktura disku
Struktura disku – plotna
o A – cylindr (stopa,
kružnice, válec)
o B – sektor (úhlová výseč)
o C – blok (nejmenší fyzicky
zpracovatelná část dat)
o D – cluster (nejmenší
logická část souborového
systému)
Prokládání
o Vysoká rychlosti pevných disků (vysoké otáčky) – nutnost
změnit číslování jednotlivých sektorů
o Data by se nestihla přečíst
o Příklad prokládání 1 : 1 a prokládání 1 : 6
Součásti disku
Další vývoj
o SSD disky ( Solid State Disc) – nabízejí mnohem lepší
vlastnosti, než stávající technologie pevných disků
o SSD disky zatím nedosahují kapacity klasických pevných
disků, ale kapacita rychle roste (dnes běžně 2 – 4 TB)
o Výrazně dražší než stejně velký HDD
o Problém při častém přepisu dat – má být odstranitelný
SSD
Média optické jednotky
o CD – kompaktní disk (compact disc) – kapacita do 1 GB
o Data jsou uložena ve stopách na jedné dlouhé spirále
začínající ve středu média, která se postupně rozvíjí až
k jeho okraji
o Každá stopa může obsahovat digitální zvukovou nahrávku
(audio CD) nebo (počítačem čitelná data CD-ROM)
o Pro čtení (zápis) kompaktních disků se používá laserové
světlo 780 nm
o Záznam (spirála dat) je přístupný pouze ze spodní strany
disku (záznam na CD je jednostranný)
Média optické jednotky
o DVD (Digital Versatile Disc nebo Digital Video Disc) – formát
digitálního optického datového nosiče (laser 650 nm), který
může obsahovat filmy nebo jiná data
o Kapacita do 10 GB, podle typu
o Označení
o DVD-R/RW , DVD+R/RW (plus) – (R = Recordable, jen pro jeden
zápis, RW = ReWritable, na přepisování)
o DVD+R DL (R = Recordable, jen pro jeden zápis, DL = DualLayer,
dvě vrstvy)
o DVD-RAM – libovolně přepisovatelné médium (dá se s ním
pracovat stejným způsobem jako s pevným diskem)
Média optické jednotky
o Blu-ray disk – třetí generace optických disků, určených pro
ukládání digitálních dat
o Název z anglického Blue ray – souvisí s barvou světla
používaného ke čtení (405 nm)
o Kapacita 25+ GB
o Může být i přepisovatelný
Rozdíl v technologii výroby DVD a BD
Touchpad
o Vstupní zařízení běžně používané u notebooků
o Slouží k pohybu kurzoru po obrazovce podle pohybů
uživatelova prstu
o Jde o náhradu za počítačovou myš
o Pracuje na principu snímání elektrické kapacity prstu
nebo kapacity mezi senzory
o Poloha prstu je pak zjištěna ze vzorků kapacity z těchto
senzorů (důvod, proč touchpad nereaguje na špičku tužky
nebo na prst s rukavicí)
Monitor
o Základní výstupní elektronické zařízení sloužící k
zobrazování textových a grafických informací
o S počítačem je propojen grafickou kartou
o Může být připojen i k dalším zařízením nebo do nich
přímo integrován (PDA)
o Monitor může být také součástí samostatného
počítačového terminálu (hardwarový tenký klient)
Typy monitorů
o CRT (klasická vakuová obrazovka)
o LCD (tekuté krystaly)
o Plazmová obrazovka
o OLED (organických elektroluminiscenčních diody)
Práce s barvami – RGB
o Barevný model (červená-zelená-modrá) je aditivní způsob míchání
barev používaný ve všech monitorech a projektorech
o Jde o míchání vyzařovaného světla – nepotřebuje vnější světlo
Zdroj: http://www.mobiliodevelopment.com/rgb-cmyk-concepts-and-differences
Práce s barvami – RGB
Čím větší je součet mohutností, tím světlejší je výsledná barva
LCD monitory
o Tekuté krystaly jsou materiály, které pod vlivem
elektrického napětí mění svoji molekulární strukturu a
díky tomu určují množství procházejícího světla
o Každý obrazový bod je ohraničen dvěma polarizačními
filtry, barevným filtrem a dvěma vyrovnávacími vrstvami
o Tranzistor náležící k obrazovému bodu kontroluje napětí,
které prochází vyrovnávacími vrstvami a elektrické pole
pak způsobí změnu struktury tekutého krystalu a ovlivní
natočení jeho částic
OLED (organic light-emitting diode)
o Typ displeje využívající technologii organických
elektroluminiscenčních diod
o Technologie pochází z roku 1987 (Eastman Kodak)
o OLED panely jsou tvořeny diodami, které po zavedení
elektrického proudu vyzařují světlo
o Nepotřebují žádné podsvícení jako LCD obrazovky
o Jasný a stabilní obraz s vyváženým jasem
o Dominují např. v mobilních přístrojích
LED/OLED
Zdroj: http://www.lg.com/au/oled-tv
Tiskárna
o Slouží k přenosu dat uložených v elektronické podobě na
papír nebo jiné médium (fotopapír, kompaktní disk atd.)
o Tiskárna může být připojena k počítači, nebo může
pracovat samostatně (přímý tisk z paměťové karty, přes
USB, Bluetooth z jiného externího zařízení)
o Tiskárnu může používat více počítačů (síťová tiskárna)
o Může být součástí multifunkčních zařízení (pokladna
v obchodě, lékařské přístroje atd.)
Tiskárny – základní typy
o Jehličková
o Termální (tepelné)
o Inkoustové
o Laserové
Jehličkové tiskárny
o Jehličkové tiskárny používají k tisku tiskovou hlavu
o pohybuje ze strany na stranu po listu papíru, tiskne přes
barvící pásku naplněnou inkoustem
o Při jednom průjezdu vytiskne 1 řádek textu
o Každý bod je vykreslen malou kovovou jehlou řízenou
elektromagnetem
o Čím více jehliček, tím je kvalitnější tisk
o Počet jehliček je 2, 7, 9, 18 nebo 24
Jehličkové tiskárny – nevýhody
o Proti laserovým nebo inkoustovým tiskárnám výrazně
pomalejší
o Hlučné
o Lze tisknout jen grafiku s nízkým rozlišením a
omezenou paletou barev
Jehličkové tiskárny – výhody
o Odolné vůči teplotě a špatným provozním podmínkám
(průmyslová zařízení)
o Nadále se využívají například u pokladen, měřících
přístrojů, bankomatech, kde není třeba vysoké kvality
tisku
o Nízké náklady na tisk
o Možnost tisku několika kopií současně
Inkoustové tiskárny
o Princip tisku je založen na tom, že inkoust je na papír
vymršťován velkou rychlostí v podobě kapek (velikost:
pikolitr = 10−12 l)
o Kvalitu tisku záleží na objemu kapek
o Některé tiskárny mají funkci měnitelného objemu kapek
o Rychlost kapek se pohybuje mezi 50 a 100 km/h
o Vzdálenost mezi listem papíru a tiskovou hlavou je okolo 1
mm
Inkoustové tiskárny – typy
o Termické inkoustové tiskány
o tisková hlava s tepelnými tělísky zahřívajícími inkoust
o v trysce vznikne bublina, která způsobí vymrštění
inkoustové kapky na papír
o Piezoelektrické inkoustové tiskárny
o tisková hlava v tiskárně pracuje s piezoelektrickými krystaly
(destičky schopné měnit svůj tvar)
o trysky jsou uloženy v komůrkách z piezoelektrických krystalů
(komůrky se roztahují nebo zužují a tryska podle toho
vystřikuje inkoust)
Inkoustové tiskárna – barvy
o Pro barevný tisk je nutný systém barev schopný namíchat
ostatní odstíny a barvy
o Nejčastěji se používá systém CMYK
o tyrkysová (Cyan)
o purpurová (Magenta)
o žlutá (Yellow)
o černá (blacK)
o V některých systémech je ještě jedna cartridge s černým
inkoustem zvlášť pro černobílý tisk
o CMYKcm – navíc lehčí varianta tyrkysové a purpurové
CMYK
o Je barevný model založený na subtraktivním míchání
barev (mícháním od sebe barvy odčítáme, tedy
omezujeme barevné spektrum, které se odráží od povrchu)
Zdroj: http://www.psleader.cz/co-to-je/cmyk
Zdroj: http://lt.wikipedia.org/wiki/Vaizdas:CMYK-circles.png
Inkoustové tiskárny – výhody a nevýhody
o Klidný provoz
o Jemnější tisk
o Kvalitní fotografický tisk
o Hladší detaily
o Nízká pořizovací cena
o Inkoustové náplně drahé
o Trysky jsou náchylné k
ucpání
o Inkoustový potisk je
rozpustný ve vodě
o Životnost inkoustů je
časově omezená (časem
vyblednou)
Laserová tiskárny – funkce
o Kovový válec s polovodičovou vrstvou, elektricky nabit
o Body tisku jsou osvícené laserem (náboj z povrchu se vybije)
o Toner (suchý jemný prášek) je nabit na stejnou polaritu jako
povrch válce a přilne k válci na místech, kde byl odstraněn
náboj, v ostatních místech je toner od válce odpuzován
o Toner se z míst na válci přenese na papír, který je nabit
opačným nábojem než toner
o Toner je pomocí vysoké teploty a tlaku roztaven a zapečen
do papíru
Laserová tiskárna- výhody a nevýhody
o Cena tisku – nízké náklady na stránku
o Papír (různá kvalita)
o Barvy se nerozmazávají
o Rychlost tisku
o Laserové tiskárny produkují rastrové obrazy (jsou méně
schopné reprodukovat nepřetržité tónové obrazy)
Laserové tiskárny – zajímavosti
o Moderní barevné laserové tiskárny označí tisky téměř
neviditelným tečkovým rastrem, pro účel identifikace
o Tečky jsou žluté, velikost je 0.1 mm s rastrem asi 1 mm
o Účelem je např. sledovat padělatele (ale pozor na Velkého
Bratra)
o Tečky zakódují datum tisku, čas a výrobní číslo tiskárny
o výtisky můžou být stopovány podle výrobce, místa
prodeje atd.
Plotter
o Grafické výstupní zařízení počítače
o Klasický plotter kreslí obraz pomocí tužky nebo pera
o V současnosti mají inkoustovou tiskovou hlavu (tiskárna)
nebo nástroj na řezání (reklamní folie na auta)
o Medium (papír) může být pohyblivé v jedné ose nebo je
pevně umístěno a pohybuje se pouze pero
o Použití je převážně na technické výkresy, které kvůli
rozměrům nelze na běžné tiskárně vytisknout
Ukázka – plotter
Zdroj: http://www.paginasprodigy.com.mx/pempo2/productosimpresoras5.html
Dotykový displej rezistivní
o Na povrchu displeje se nachází pružná membrána, která je
zevnitř pokrytá velmi tenkou kovovou vrstvou
o Pod membránou je další vodivá vrstva, která je pevná
o Mezi vrstvami se nachází velmi tenká vzduchová mezera
vymezená podpěrami, které od sebe obě vodivé vrstvy izolují
o Při dotyku se horní vrstva mírně prohne, dotkne se té spodní a
v daném místě začne procházet elektrický proud
o na základě analýzy velikosti proudů pak vyhodnocovací jednotka
vypočítá polohu bodu dotyku
o Ovládat displej vybavený touto technologií je možné prakticky
čímkoliv
Dotykový displej kapacitní
o Funkčnost je založená na vodivosti lidského těla
o Povrch displeje je pokrytý vodivou vrstvou. Při dotyku prstem
ruky vznikne mezi okraji displeje a vodivou rukou kapacita,
přes kterou se uzavře elektrický obvod
o Kontroler potom analýzou vzniklých kapacit přesně určí polohu
prstu
o Výhodou použití této technologie je vysoká mechanická
odolnost displeje
o Nevýhodou je, že na ovládání musí být použit elektricky vodivý
předmět