hardware


  1. Historie
  2. Hardware
  • Základní deska, sloty ZD
  • BIOS
  • Procesor
  • Paměť (registr, cache, operační paměť, HDD, SSD)
  • Rozhraní a konektory
  • Sběrnice
  • Zdroj
  • Rozšiřující karty
  • Výstupní zařízení

Historie

  • mechanická počítadla - abakus (před 5000 lety), starověk (Římská říše, Řecko) - hliněná destička, do které se vkládaly kamínky ("calculli")
  • Logaritmické tabulky
    1614 - John Napier - nová matematická metoda, umožňující realizovat násobení a dělení pomocí sčítání a odčítání s využitím logaritmů; sestaveny první logaritmické tabulky; následovalo logaritmické pravítko - reálná čísla reprezentována vzdáleností na ose. Logaritmické pravítko - používáno dalších 200 let (používáno i k provádění výpočtů v rámci programu Apollo).

  • mechanické počítací stroje - 17. století, B. Pascal - "paskalína" (1642), Gottfried Wilhelm Leibniz (1672), Charles Xavier Thomas (1820)
  • 1725 - Basile Bouchon děrovaný papír pro řízení tkalcovského stavu.
    1726 - Jean-Baptiste Falcon - spojení jednotlivých papírových karet - zjednodušil úpravy a změny programu.
    1801 - fr. Joseph Marie Jacquard - tkalcovský stav - děrné štítky - možná vyměna beze změny v mechanice stavu;
    milník v programovatelnosti strojů.
  • 1835 Charles Babbage - analytický stroj -  využívá děrné štítky k programování mechanického kalkulátoru
  • elektromechanické počítací stroje - 20. století, sálové počítače, relé, elektonky
  • Zuse-1 až Z-5 (Konrád Zuse - Německo)
  • MARK I - Howard Hathaway Aiken - USA (první atomová bomba - výpočty)
    stavba jednoho z prvních počítačů firmy IBM: Harvard Mark I. (dok. 1944) - 0. generace počítačů)
    Základní rozměry počítače: délka 16 m, výška 2,4 m a hloubka 0,6 m.
    Operace byly synchronizovány mechanicky pomocí průchozího hřídele délky 15,5 m otáčeného elektromotorem o výkonu 4 kW.
    Výpočetní výkon byl zhruba tři základní operace (např. sčítání) za sekundu.
    Provedení násobení zabralo cca 6 sekund. 
    Dekadická soustava.
    obrázek
  • MARK II až MARK IV - podíl na vývoji
  • Colossus - britský počítač, 1943 - analýza zachycených německých rádiových depeší zakódovaných přístroji typu Lorenz SZ; 1500 elektronek (verze Colossus Mark II - 2500) - největší počítač své doby (nejbližší konkurent - 150). zkrátilo luštění zachycených zpráv z týdnů na hodiny. Colossus Mark II - první programovatelný elektronický počítač.
  • ENIAC (Electronic Numerical Integrator And Calculator) jeden z prvních elektronkových počítačů. Jeho vývoj byl zahájen v roce 1943 v Penn State University v Pensylvánii ve Spojených státech amerických, dokončen byl po téměř třech letech v roce 1946 (výpočty palebných tabulek pro dělostřelectvo americké armády za druhé světové války - nestihnuto - válka skončila) a pracoval až do roku 1955 pro americkou armádu ve státě Maryland. Chlazení zajišťovaly dva letecké motory. ENIAC patřil k první generaci počítačů (1945-1954); používal desítkovou soustavu; obsahoval 17648 elektronek, 7200 krystalových diod, 1500 relé, 70000 rezistorů, 10000 kondenzátorů, okolo 5 miliónů ručně pájených spojů, vážil 30 tun, zabíral 63 m3 (2,6 m × 0,9 m × 26 m)
  • MANIAC - následovník ENIACU (Mathematical Analyser Numerical Integrator And Computer), 1946 - 1952, funkční byl od roku 1953. Byl konstruován k matematickým výpočtům popisujícím fyzikální děje a byl využit i k vývoji vodíkové bomby. 
  • EDSAC - britský počítač - polovina 20. století 1949 - Maurice Wilkers a jeho tým na Univerzitě v Cambridgi v Anglii. EDSAC - první počítač pracující s uloženým programem (výpočet tabulky druhých mocnin a sestavení seznamu prvočísel).

  • EDVAC (1944 - 1949) - John Mauchly a J. Presper Eckert; jeden z prvních elektronických počítačů. Na rozdíl od svého předchůdce ENIAC, který pracoval s desetinnou soustavou, EDVAC pracoval s binární soustavou a byl navržen jako počítač s ukládacím programem; binární sériový počítač s automatickým sčítáním, odčítáním, násobením, programovaným dělením a s automatickým kontrolováním, které mělo ultrazvukovou sériovou paměť s kapacitou až 1000 slov, z nichž každé mělo velikost 34 bitů. Průměrná rychlost sčítání byla 864 mikrosekund, násobení potom trvalo průměrně 2 900 mikrosekund.

  • UNIVAC I (UNIVersal Automatic Computer I) byl první komerční, sériově vyráběný počítač vyrobený v USA; J. Presper Eckert a John Mauchly, vynálezci ENIACu; 1951; 5200 elektronek, vážil 13 tun a měl spotřebu 125 kW. Mohl vykonat asi 1905 operací za sekundu, při frekvenci 2,25 MHz. Samotná hlavní jednotka (např. procesor a paměťová jednotka) měla rozměry 4,3 m×2,4 m×2,6 m (délkaךířka×výška). Celý UNIVAC I zabral více než 35,5 m2.

Generace počítačů

  • nultá generace (do 2. sv. války) - Z1, Z2, Z3, ABC, Colossus, Mark I, MARK II, SAPO
  • první generace (1945 -1950) - ENIAC, MANIAC
  • druhá generace (1951 - 1964) - UNIVAC, EPOS
  • třetí generace (1965 - 1980) - IBM System 360, Cray
  • čtvrtá, pátá ... fotonové počítače, kvantové počítače

elektronka
elektronka
elektronka
elektronka
elektronka
elektronka
tranzistor
tranzistor
integrovaný obvod
integrovaný obvod
integrovaný obvod
integrovaný obvod

Hardware - základy

Základní deska (mainboard, motherboard)

  • základní hardware počítače
  • propojení jednotlivých součástek počítače do fungujícího celku 
  • elektrické napájení součástí připojených k ZD 
  • obsahuje některé komponenty (dříve připojovány externě)
  • zapojení procesoru a operační paměti (sloty)
  • připojení dalších komponent (např. grafické karty, zvukové karty, pevné disky, mechaniky)
  • pomocí rozšiřujících slotů (ISA, EISA, VESA, PCI, AGP, PCIe)
  • kabelů, které se zastrkávají do příslušných konektorů. 
  • energeticky nezávislá paměť Flash, ve které je uložen systém BIOS (oživení počítače po spuštění), příp. firmware
  • Čipová sada - řídí průchod a tok informací napříč jednotlivými částmi počítače.
    nejdůležitější integrované obvody jsou zabudovány v čipové sadě (anglicky chip set) - jeden nebo dva čipy (northbridge a southbridge); rozhoduje, jaký procesor a operační paměť je možné k základní desce připojit.

Běžně používané konektory 

  • interní - nachází se na ploše základní desky
    připojovaná zařízení obvykle uvnitř počítačové skříně
    • IDE
    • SATA
    • FLOPPY
    • M.2 (připojení graf. karty apod.)  2
    • napájecí konektory
    • konektory pro připojení ventilátorů
    • konektory zvukové karty
    • rozšiřující konektory USB a FireWire
    • konektory k připojení kabelů od předního krytu
      • indikační LED diody (zapnuto, HDD)
      • USB konektor
      • eSATA konektor
      • Firewire (IEEE 1394)
  • externí - se nachází na zadním panelu základní desky
    • USB
    • PS/2
    • FireWire
    • eSATA
    • COM
    • LPT
    • D-SUB = VGA
    • DVI
    • HDMI
    • konektory zvukové karty
    • LAN

Shrnutí - sloty základních desek (zákl.)

  • PCI-Express x16, PCI-Express x1 a PCI pro připojení přídavných karet. 
  • SATA II - pevné disky a optické mechaniky, příp. starší SATA a IDE Ultra ATA (pro optické mechaniky)
  • USB 2.0, E-SATA nebo FireWire konektory (vstupy a výstupy) - připojení externích zařízení

Integrovatelná zařízení:

  • Zvuková karta
  • Grafická karta - zejména u kancelářských počítačů a notebooků
  • Síťová karta
  • Super I/O čip
  • řadiče pevných disků

BIOS

  • zajištuje nejzákladnější úkony potřebné pro obsluhu počítače 
  • uložen v paměti ROM (přeprogramovatelné typu FLASH) 
  • možnost upgrade BIOSu 
  • inicializuje se automaticky po spuštění počítače 
  • spustí program POST (Power On Self Test) 
  • úvodní test počítače
  • nastavení základních parametrů počítače
  • zavádí operační systém
  • poskytuje OS prostředky pro realizaci víceúlohového prostředí

Procesor, mikroprocesor

Struktura procesoru 

  • Řadič (pořadí a dekódování instrukcí, komunikace s dalšíma součástmi) 
    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 zasílany zpět řadiči pomocí stavových hlášení.
  • ALU - Arithmetic-logic Unit (aritmetickologická jednotka): jednotka provádějící veškeré aritmetické výpočty a logické operace. Obsahuje s čítačky, násobičky (pro aritmetické výpočty) a komparátory (pro porovnávání).
  • Registr 

Rozdělení procesorů 

  • RISC 
  • CISC

Parametry procesorů

  • Socket - socket neboli patice je hardwarový konektor procesoru, do kterého se samotný čip usazuje. Procesor a základní deska musí mít socket označený stejně
  • Počet jader - každé z jader zastupuje prakticky samostatnou výpočetní jednotku. Čím více má procesor jader, tím více operací dokáže zpracovávat najednou neboli paralelně. Vyšší počet jader je lepší
  • Frekvence - frekvence je reálný parametr definující základní rychlost procesoru, pokud není ovlivněn vnějším zásahem. Hlavní jednotkou je Hertz a v kontextu procesorů používáme jednotky gigahertzů čili miliardy Hertzů.
  • Max. frekvence - maximální frekvence je hodnota, které dokáže procesor dosáhnout po automatickém přetaktování.
  • Automatické přetaktovnání - díky této technologii dokážou procesory zvýšit frekvenci v zátěži až na výrobcem dané maximum. Společnost Intel tuto technologii nazývá Turbo Boost, AMD potom Turbo Core. 
  • Integrované GPU - základní grafický čip je integrován do pouzdra procesoru - pro běžnou kancelářskou práci nemusíte kupovat dedikovanou grafickou kartu; nemůžete očekávat vysoký výkon v náročných grafických aplikacích.
  • HyperThreading - HyperThreading je technologie společnosti Intel - jedno jádro procesoru zpracovávat dvě softwarové operace najednou(pracuje jako by měl dvojnásobný počet jader).
  • Multi-Threading - celý název je simultaneous multithreading (SMT) a jedná se o AMD procesory využívaný ekvivalent technologie HyperThreading.
  • Otevřený násobič - otevřený násobič znamená, že je procesor snadno přetaktovatelný pouhým navýšením hodnoty tohoto parametru.
  • Virtualizace - virtualizace umožňuje na počítači spouštět virtuální stroje. Jedná se o takové počítače v počítači, které mají přístup k hardware, aniž by ovlivňovali hostitelský operační systém. Virtualizace je dnes již téměř samozřejmostí u valné většiny procesorů.
  • Pro servery - jedná se o procesory specializované na nepřetržitý provoz v serverech. Specifikem jim je například velký počet jader nebo většinová absence grafického jádra.
  • TDP - je to zkratka Thermal Design Power, kterou se značí množství tepla produkované procesorem. Hlavní jednotkou je Watt. TDP přímo nevypovídá o energetické spotřebě procesoru, je jí ale přímo úměrné.
  • Snížená spotřeba - procesory s tímto parametrem jsou optimalizované pro nízký odběr elektrické energie. Jejich společným znakem je snížená frekvence v porovnání se standardními modely.
  • L1 cache - nejmenší, nejrychlejší a je přímo napojená na procesor. 
  • L2 cache - cache je vyrovnávací paměť procesoru. Stojí mezi operační pamětí a výpočetními jednotkami procesoru, aby zamezila snižování rychlosti procesoru rychlostí paměti. Každé jádro má samostatnou L2 cache.
  • L3 cache - L3 cache má procesor jen jednu a sdílí ji všechna jádra. Obecně platí, že čím větší cache, tím lépe. Nejedná se ale o směrodatný parametr, a pokud vaše požadavky tímto směrem předem nemíří, neměli byste mu věnovat prioritní pozornost.

Paměť v počítači

Registry 

  • paměťová místa na čipu procesoru
  • používaná pro krátkodobé uchování právě zpracovávaných informací.

Cache paměť 

  • rychlá vyrovnávací paměť (jakýsi mezisklad dat) mezi různě rychlými částmi počítače. 
  • rychlejší zařízení čte data z cache a není brzděno pomalejším zařízením (ze kterého si cache data již načetla) a obráceně.

 Operační paměť RAM

  • volatelní (nestálá) vnitřní elektronická paměť počítače (tvoří ji IO)
  • určená pro dočasné uložení zpracovávaných dat a spouštěného programového kódu
  • obvykle rychlejší přístup než vnější paměť (např. pevný disk)
  • procesor může paměť adresovat přímo, pomocí podpory ve své instrukční sadě
  • parametry:
  • velikost
  • typ slotu
  • frekvence
  • latence - udává délku trvání určitého paměťového procesu (hledání, čtení, zápis)
  • provozní napětí 

 Operační paměť ROM

  • nevolatilní
  • uložení firmware

Pevný disk

  • ukládání a zálohování dat počítače, notebooku a dalších zařízení (trvalé)
  • interní disky × externí disky (USB) 
  • HDD × SSD × SSHD
    HDD (rotující plotny, magnetický záznam, záznamová a čtecí hlava)
    SSD (technologie NAND Flash, k ukládání dat využívá tranzistory
    SSHD - kombinace předchozích
  • 3,5"  × 2,5" × M.2  (SSD disky, slot na základní desce)
  • parametry
  • velikost
  • rychlost otáčení (5400/7200)
  • rozhraní
  • kapacita
  • Téměř okamžitý start disku 
  • Vysoká rychlost přenosu a čtení dat
  • Velmi malá spotřeba
  • Snadná instalace
  • Odolnost vůči vnějším vlivům 

Rozhraní a konektory

  • sériová × paralelní
  • USB (Uniiversal Serial Bus)
  • FireWire (IEEE1394) 
  • SATA
  • D-SUB (VGA) 
  • DVI
  • HDMI
  • DisplayPort

USB (Uniiversal Serial Bus) 

  • připojení externích komponent k základní desce. 
  • velmi nízká cena řadičů
  • vysoká kompatibilita zařízení (není problém s ovladači USB zařízení)
  • Plug and Play (připojení za provozu) 
  • až 127 zařízení (včetně rozbočovačů)

 HDMI

  • plně digitální rozhraní pro přenos nekomprimovaného digitálního obrazu a zvuku, 
  • jednoduchá redukce mezi DVI a HDMI (stejná specifikace pro signál s obrazem, přidává zvuk), 
  • kabel max. 5 m, propustnost 10,2 Gb/s, 
  • připojení monitorů, televize, LCD monitory, dataprojektory 

Další rozhraní

  • Síťová rozhraní RJ-45, RJ-11 
  • Stereo cinch - reproduktory
  • Stereo jack - sluchátka, mikrofon
  • IEEE 802.11n (Wi-Fi) - bezdrátové rozhraní pro vedení signálu s daty
  • BlueTooth

Zdroj

  • střídavé napětí 230V / 50 Hz
  • převádí na stejnosměrné - obvykle 3.3 V, 5 V a 12 V. 
  • základní deska nebo grafická karta tyto napětí využívají přímo 
  • nebo je zákl. deska dále mění na ještě nižší podle požadavků jednotlivých komponent - RAM napětí 0.8V, procesory napětí kolem 1.5V atd.
  • ATX (softwarové zapínání) 
  • PFC (aktivní × pasivní) - vyšší účinnost
    Pasivní PFC je řešen tlumivkou, aktivní PFC je řešen spínacím výkonovým tranzistorem, který moduluje vstupní síťový proud tak, aby měl téměř ideálně sinusový průběh 

Sběrnice

  • soustava vodičů, která umožňuje přenos signálů a dat mezi jednotlivými částmi počítače. 
  • pomocí těchto vodičů mezi sebou jednotlivé části počítače komunikují a přenášejí data. 
  • Datové vodiče - přenos dat
  • Adresové vodiče - přenos adres 
  • Řídící vodiče - pro signály, které říkají jednotlivým částem systému co dělat

systémová sběrnice (CPU bus) 

  • Propojuje zařízení jako jsou procesor, koprocesor, cache paměť, operační paměť, řadič cache paměti a operační paměti a některá další zařízení 

rozšiřující sběrnice 

  • Umožňuje snadné rozšiřování o další zařízení (zvukové karty, síťové karty, řadiče disků apod.). Musí splňovat určitá Přesně definovaná pravidla. 

Parametry 

  • základní frekvence sběrnice (rychlost komunikace) 
  • šířka sběrnice - 32 bitů, 64 bitů

Grafická karta

Dříve sloužila jen k převodu digitální formy obrazu na formu analogovou, která byla poté poslána na monitor

Dnes obsahuje velmi vyspělý GPU - grafický procesor pro počítáni grafiky v 3D hrách nebo pro 3D simulace ve specializovaných programech

Nese také vlastní paměť DRAM • Výrobci: 3dfx, nVidia, ATi, Matrox 

Možnost zapojení do slotu AGP, PCI, PCI-E

Při práci zapisuje procesor počítače obrazová data do videopaměti. Takto zapsaná data jsou potom čtena procesorem videokarty, který na jejich základě vytváří digitální obraz. Digitální obraz je posílán na vstup DAC (Digital Analog Convertor) převodníku, který z něj vytváří analogový obraz nutný pro monitory, řízené spojitě (analogově) měnící se hodnotou signálů tří základních barev (Red - červená, Green - zelená, Blue - modrá). Videokarty (grafické karty) mohou být integrované, tzn., jsou součástí základní desky, nebo externí.

Síťová karta

  • umožňuje připojení počítače do počítačové sítě. 
  • nejčastěji integrována přímo na základní desce
  • základní parametry 
  • typ sítě, pro který je daná karta určena, např. Ethernet, Fast Ethernet, Arcnet, Token ring
  • rychlost - množství dat, které je karta do sítě schopna vyslat (ze sítě přijmout) za jednotku času (100 kb/s - 1 Gb/s)
  • typ média - typ kabelu, který je možné k síťové kartě připojit, např. tenký koaxiální kabel, silný koaxiální kabel, kroucená dvojlinka, optický kabel

Zvuková karta

  • vstup a výstup zvukového signálu, ovládaná softwarově 
  • obsahuje zvukový čip, který provádí digitálně-analogový převod nahraného nebo vygenerovaného digitálního záznamu
  • signál je přiveden na výstup zvukové karty (většinou 3,5mm jack sluchátkový).
  • "line in" konektor - připojení přehrávače nebo podobný zdroj zvukového signálu. Zvuková karta tento signál digitalizuje a uloží (pomocí příslušného počítačového programu) na úložiště dat.

Vstupní periferní zařízení

  • myš
  • klávesnice
  • skener

Výstupní zařízení

  • monitor
  • tiskárna
  • reproduktory

Princip LCD

  • Každý bod obstarává jeden tranzistor, takže obraz je ostrý a rychlý
  • Tekutý krystal - při průchodu el. proudu mění svou strukturu 
  • Světelný paprsek buď projde (A) nebo neprojde (B) polarizačním filtrem
  • elektricky vodivý válec pokrytý polovodivou vrstvou ze selenu.
    Selen se ve tmě chová jako izolant.
    Po osvětlení se stane vodivým.
    Tato vrstva se před tiskem nabije kladným elektrickým nábojem. 
  • Laserový paprsek na povrchu válce vykreslí tištěný obraz. Osvětlené oblasti se stanou vodivými a je z nich odveden elektrický náboj. 

© 2021
Vytvořeno službou Webnode
Vytvořte si webové stránky zdarma! Tento web je vytvořený pomocí Webnode. Vytvořte si vlastní stránky zdarma ještě dnes! Vytvořit stránky