2.Základní popisy regulovaných soustav

Transkript

1 Automatizace a technické prostředky IT 1.Lineární regulace Jednoduchý regulační obvod y - regulovaná veličina (regulovaná proměnná): je výstupní veličinou soustavy, její okamžitou hodnotu v měřícím místě zjišťuje čidlo regulátoru v - akční veličina (akční proměnná): je výstupní veličninou regulátoru, jejím působením na regulovanou soustavu se uskutečňuje regulace w - řídící veličina (referenční proměnná): její hodnota určuje požadovanou hodnotu veličiny regulované z - poruchová veličina: působí změnu výstupu regulované veličiny, působí na všechny členy regulačního obvodu, nejčastěji na RS e regulační odchylka: rozdíl mezi požadovanou a okamžitou (skutečnou) hodnotou regulované veličiny (e=w-y), vzniká v porovnávacím členu, je vstupní veličinou do ústředního členu regulátoru Spojitá regulace dochází k plynulému nastavování akční veličiny, např. regulace množství vstřikovaného paliva u motoru Dvoupolohová regulace akční veličina dosahuje pouze dvou různých hodnot, zpravidla zapnuto/vypnuto, např. regulace teploty v peci zapínáním a vypínáním přívodu tepla. Pomocná regulovaná veličina: je veličina, kterávznikne odbočením regulované veličiny v místěsoustavy, kde zpoždění neníještě tak velké. Zlepšuje stabilitu obvodu. Měřená porucha: poruchová veličina se zavádí do regulátoru dříve, než by se mohla projevit na výstupu regulované soustavy 2.Základní popisy regulovaných soustav Vyjádření diferenciální rovnicí Lineární regulovaná soustava je obecně popsána rovnicí w 2 v(t) akční veličina v(t) akční veličina Poruchové veličiny Poruchové veličiny Regulovaná soustava (Řízený systém) Regulátor (Řídící systém) ( n ) ( n 1) ( m ) ( m 1) a y + a y + K + a y + a y = b u + b u + K + b u + b u n n m m U regulovaných soustav je důležitým koeficientem tzv. součinitel autoregulace s 0, který určuje, zda z (t) 1 z (t) 1 z (t) 2 z (t) 2 Regulovaná soustava (Řízený systém) Regulátor (Řídící systém) e(t) Regulační odchylka e(t) Regulovaná veličina y(t) w 2 Řídící veličina w(t) Regulovaná veličina y(t) Řídící veličina w(t)

2 t jde o regulovanou soustavu statickou nebo astatickoua to: při s 0 0-jednáse o statickou soustavu s 0 = 0 -jednáse o astatickousoustavu Soustavy statické diferenciální rovnice obsahuje člen a 0 (součinitel autoregulace), 0., řádu. Při vychýlení z rovnovážného stavu se výstup ustálí na nové rovnovážné hodnotě. Soustava 0. řádu vždy statická y( t) = k u( t), kde k ke zesílení soustavy Příklad: potrubí s ventilem průtok závisí na otáčení ventilu změna průtoku okamžitá, bez zpoždění, setrvačnosti přechodová charakteristika: 1 y k u t Soustava 1. řádu k G = S, kde T p + 1 G s p = Y p U p = 1 =K s s 0 k ke zesílení soustavy a T je časová konstanta, Dynamické chování statické soustavy 1. řádu T y t y t =k u t y 0 =0 u t =1 t 1 y u t t Přechodová fce: G p = Y p U p = T n p 1 t T y t =k 1 e K s k t Soustava 2. řádu Mají dvě kapacity zařazené za sebou a s 2 y s 1 y s 0 y=u dvě časové konstanty, a to dobu náběhu T na dobu průtahu T u Rychlost změny regulované veličiny k je největšív inflexním bodě. Na s G s p = začátku odezvy a při dosažení 1 T 1 p T 2 2 p 2 rovnovážného stavu je rychlost změny nulová. y 1 u y= k s*u t Regulované soustavy několikakapacitní n-téhořádu Přechodovécharakteristiky těchto soustav majíobdobný tvar jako přechodovácharakteristika soustavy dvoukapacitní. Majíi stejnécharakteristickéveličiny -KS, Tu, Tn. Tyto soustavy, obdobnějako soustavy dvoukapacitní, mohou obsahovat i členy druhého řádu (setrvačnéhmotnosti, indukčnosti) regulovatelnost statických soustavlzepřibližněposoudit z poměru doby průtahu k doběnáběhu y T u T p T n Astatická 1. řádu t Soustavy astatické v diferenciální rovnici chybí člen a 0 (součinitel autoregulace), 0., řádu. Při vychýlení z rovnovážného stavu se výstup neustálí na nové rovnovážné hodnotě, výstup se ustaví až na mezní hodnotě, astatická soustava je vždy nestabilní a k dosažení stability je vždy zapotřebí regulátoru y Astatická 2. řádu t

3 U soustavy s dopravním zpožděním nelze zanedbat omezenou rychlost šíření signálu. Po změně vstupu nedochází k okamžité změně výstupu, ke změně výstupu dochází až po jisté časové prodlevě. Tento jev se vyskytuje zejména u soustav, které realizují dopravu určitou rychlostí po určité dráze. Např. pásový dopravník paliva do pece (zvýšení přísunu paliva na pás se neprojeví okamžitým zvyšováním teploty v peci, jistou dobu trvá než se od dávkovače dostane do pece zvýšené množství). Dopravní zpoždění zhoršuje stabilitu soustavy, jejíž regulovaná hodnota se obtížně ustavuje na ustálené hodnotě. 3.Lineární regulace Druhy regulace Regulace na konstantní hodnotu: žádaná hodnota regulované veličiny je udržována na konstantní hodnotě Vlečná regulace: regulovaná veličina se mění v závislosti na jiné fyzikální veličině. Řídící veličina w neníkonstantní. Programovaná regulace: je zvláštním případem vlečné regulace, řídicí veličina je dána předem časovým plánem neboli programem. r G R p = U p r 0 1 E p = p r p T 1 p T 2 2 p 2... =r T 1 p T D p 0 1 T 1 p T 2 2 p 2... Nastavování konstant spojitých regulátorů r 0...proporciální konstanta r integrační konstanta r 1...derivační konst. T I = r 0 r 1 integr. Časová konst T D = r 1 r 0...derivační čas. Konst. Pokud čas. Konst. Zpožďujících členů = 0, dostaneme ideální PID regulátor: 1 de t u t =r 0 y t r 1 e d r 1 G R p = U p 0 dt E p =r T 1 p T p D První člen je proporciální, druhý integrační, třetí derivační. V praxi se používají PID, PD a PI, mohou být ideální (bez zpoždění), nebo skutečné (s). Přesnost regulace zjišťování v ustáleném stavu relativní odchylka od žádané hodnoty rychlost přechodového děje dyn. Vlastnosti, dle průběhu přechod. Char. 1...ideální 2...kmitavá 3...kmitavý bez přeregulování 4...nekmitavý (aperiodický) 5...bez regulace 1 w(t) odezva na skok řídící veličiny w t 1 w y(t) požadovaná t

4 U kmitavého děje jsou měřítkem kvality: maximální hodnota nežádoucího překmitu v procentech k limitní hodnotě doba regulace tr 1 y(t) w y max y max požadovaná Integrální kritéria: rozdíl ploch pod ideální a skutečnou charakteristikou t obrázek napravo, zapojení regulátorů s pomocí integračních zesilovačů: a)regulátor tyu P (proporciální) b)regulátor typu I (integační) c)regulátor typu D (derivační) konstanty jsou: místo R 1 C 1 a C 2 - R 2 Regulátor PID 4.Stabilita regulace Obecná podmínka stability regulačního obvodu Regulační obvod je stabilní, jestliže po svém vychýlení z rovnovážného stavu a odstranění vzruchu, který vychýlení způsobil, je schopen se ustálit v rovnovážném stavu. Nový rovnovážný stav nemusí být s původním rovnovážným stavem totožný. Regulační obvod je stabilní, jestliže všechny kořeny s1, s2,..sn charakteristické rovnice jsou záporná čísla a v případě komplexních kořenů mají tyto kořeny zápornou reálnou část. Zároveň musí platit, že všechny koeficienty charakteristické rovnice musí být stejného znaménka. Co je to charakteristická rovnice a jak se získá? a n s n... a 1 s a 0 =0 G 0 s =G R s G S s = M s N s Praktický postup při sestavení charakteristické rovnice: Přenos rozpojeného regulačního obvodu, který je součinem přenosu soustavy a přenosu regulátoru, vyjádříme ve tvaru podílu polynomů M(s), N(s), následně sečteme čitatel a jmenovatel a získáme char. Rovnici. M(s) + N(s) = 0

5 Michajlov-Leonhardovo kritérium stability Je to frekvenční kritérium, které vychází z charakteristické rovnice obvodu. Z levé strany této rovnice utvoříme funkci H s =a n s n... a 1 s a 0 za s dosadíme jω H j =a n j n... a 1 j a 0 Rozdělíme na reálnou a imaginární část a sestrojíme křivku ( Michajlov-Leonhardovu) pomocí dosazení několika libovolných bodů za ω do rovnice, dostaneme reálný a imaginární kořen. Aby byl regulační obvod stabilní, musí Michajlov-Leonhardova křivka H(jω) začínat na kladné reálné poloose komplexní roviny a se vzrůstajícím ω od 0 do musí projít postupně (tj. v pořadí) v kladném smyslu (proti pohybu hodinových ručiček) tolika kvadranty, kolikátého stupně je charakteristická rovnice. 5.Kvalita a přesnost regulace Stabilita regulace Regulační pochod je stabilní, jestliže všechny reálné kořeny a reálné části komplexních kořenů charakteristické rovnice jsou záporné Stabilita regulačního pochodu závisí jen na výrazu ve jmenovateli přenosu Algebraická kriteria stability vychází z koeficientů charakteristické rovnice Nutnou podmínkou stability regulačního pochodu je, aby všechny koeficienty charakteristické rovnice byly kladné a nenulové. Pro 1. a 2. řád je tato podmínka i podmínkou postačující. Pro posouzení kvality regulace se používají různá kritéria optimálního regulačního pochoduukázka průběhu regulačního pochodu při skokové změně žádané hodnoty.

6 Metoda podle Zieglera a Nicholse na regulátoru vyřadíme složky I a D zvyšujeme zesílení r 0 tak dlouho, až obvod začne kmitat netlumenými kmity -zjistíme r 0 krit. ze záznamu průběhu regulované veličiny zjistíme periodu netlumených kmitů T krit nastavení konstant určíme podle tabulky: vhodné pro statické soustavy vyššího řádu z přechodové charakteristiky určíme zesílení k, dobu průtahu T u, dobu náběhu T n nastavení konstant určíme podle tabulky:

7 6.Logické kombinační řízení Logické řízení je cílená činnost, při níž se logickým obvodem zpracovávají informace o řízeném procesu a podle nich ovládají příslušná zařízení tak, aby se dosáhlo předepsaného cíle. Logické řízení pracuje s binární soustavou, což znamená, že nabývá pouze dvou hodnot (0,1; nebo vypnuto, zapnuto; ANO, NE atd.) Výst. i vst. mohou mít pouze dva stavy, je to nejjednosušší způsob řízení. Logický obvod je fyzikální systém, který lze charakterizovat logickými prvky propoje-nými mezi sebou logickými (dvouhodnotovými) veličinami. Postup návrhu a řešení od forem zápisu logické funkce přes minimalizaci k realizaci. Při návrhu se postupuje stylem označení vstupů a výstupů, následně vypsání do tabulka všechny možné kombinace vstupů a k nim přiřazení příslušných výstupů (jak se obvod bude chovat) Pro každý výstup se pak vypíše z tabulky funkce trzn kombinace vstupů pro řádky tabulky kde je výstup 1, následně se provádí minimalizace De morganovými zákony pro zjištění minimální funkce, nebo se z tabulky vyplní Karnhafova mapa, z které se vypíše minimální funkce rovnou. Následně se sestavuje obvod podle funkce s hradly které jsou k dispozici (AND, OR, NAND...) Realizace funkce kontaktními prvky a základními logickými obvody řešení obvodu kontakty se provádí tak, že proměnné v přímé formě nahradíme spínacími a kontakty a negované rozpínacími, součin sériovou kombinací kontaktů a součet paralelní kombinací. obvodu je třeba zařadit spotřebič. a Realizace funkce: Y =A B AC pomocí kontaktů Realizace tentýž funkce pomocí hradel AND, NAND, NOR b a c 1 1 & & 1 b c Do 7.Logické sekvenční řízení Sekvenční řízení je charakterizováno schopností pamatovat si předchozí stav, na rozdíl od kombinačního řízení, kde hodnoty výstupů závisí na kombinaci vstupů, u sekvenčního řízení stavy výstupů závisí i na přecdchozím stavu výstupů. Při řešení sekvenčních úloh s pamětí se musí vzít předchozí stav výstupů jako další vstup. Sekvenční řízení se používá tam, kde je třeba ponechat předchozí stav. Synchronní sekvenční obvody: Každá změna stavu je řízena synchronizačními impulsy, k tomu slouží v obvodu synchronizační vstup, u asynchronních probíhá změna stavu pouze v závislosti na kombinaci vstupů, a předchozích stavech. Řešení LSO zpětnovazebním zapojením nebo použitím klopných obvodů RS. U sekvenčních úloh odpovídá stejné kombinaci vsupů jiný výstup(y) proto nelze úlohy řešit

8 kombinačně. Je třeba zavést proměnou předchozího stavu výstupua kombinaci vstupů psát v pořadí ve kterém bude prováděna sekvence programu. Při vypisování tabulky opíšeme předchozí stav výstupu do nové proměnné, která reprezentuje nyní další vstup. Tabulku po zhotovení doplníme o zakázané vstupy. Funkci můžeme minimalizovat mapou, zpětnou vazbu realizujeme tak, že přivedeme z výstupu funkce. Nejlepší je znázornění příkladem: Stav Ls Hs Vp V (1) X 0 1 X X Tabulka 1: tabulka doplněná o předchozí stav Vp V p 1 H s 0 0 L s X X H s L s 1 1 V p & 1 V 8.Programovatelné automaty (PA) Programovatelné automaty jsou programovatelné řídicí systémy umožňující řízení průmyslových a technologických systémů a procesů, u starších typů a u menších systémů specializované na úlohy převážně logického typu. Jsou známé pod označením PLC (Programmable Logic Controller). Menší typy bývají řešeny jako kompaktní celky, větší se zásadně konstruují jako modulární. Programem PLC lze řešit i jinak velmi ob-tížné úlohy, kde jsou vazby mezi regulací různých ve-ličin (např. teploty a vlhkosti), lze jím optimalizo-vat technologický proces a přizpůsobovat jej měnícím se podmínkám. Některé PLC mají zabudovanou i fuzzy logiku, a tím se rozšíří možnosti jejich použití i do dalších odvětví, např. do diagnostiky a zabezpečovací techniky. Cyklická činnost PLC 1. čtení vstupů do paměti 2. vyhodnocování vstupů a podmínek, do paměti výstupů zapisuje nové hodnoty výst. proměnných 3. nastavení výstupních modulů 4. závěrečná fáze scanu: vyřízení komunikace s ostatními zař., obsluha časové základny, nulování watch dog Důvody použití scanu: - odolnost proti rušení

9 - znovuspustitelnost od posledního dosaženého stavu před výpadkem - nepřekročení doby cyklu programu - snadná programovatelnost Provedení PA (PLC) Modulární - velká variabilita konfigurací, rozsáhlé aplikace Kompaktní kompaktní celek s fixní konfigurací I/O, možnost vestavěného ovládacího panelu Mikro PLC úsporné nejlevnější provedení pro řízení malých aplikací resp. jednotlivých strojů Programování PLC a) textové jazyky (IL, ST) seznam instrukcí, použití mnemokódů strukturované jazyky (obdoba vyšších j.) b) grafické jazyky - symboly obdobné liniovým schématům. ( LD, FBD, SFC ) - symboly obdobné logickým členům jazyk sekvenčních blokových schémat Grafcet grafický návrhový nástroj pro řídicí systémy, popisuje pouze logický automat v matematickém smyslu, nezávisle na technologii a konečné realizaci, vychází z Petriho sítí, které jsou matematickým nástrojem pro modelování systémůdiskrétních událostí. Grafcet je vhodný pro návrh algoritmů řízení PLC (programovatelných logických automatů). 1. Grafcet obsahuje dva základní prvky :krok a přechod. 2. Každý krok se může vyskytovat ve dvou stavech:aktivní nebo neaktivní aktivita kroku je znázorněna značkou (tečka) 3. Ke kroku lze vázat akci, jež je výstupem Grafcetu. 4. K přechodu je vázána podmínka, je vstupem Grafcetu 9.Architektura počítače Základní koncepce počítače. Obecné blokové schéma.princip činnosti. Procesor je obecně součástka, která vykonává velmi jednoduché operace s datovou pamětí a to velmi rychle. Jedná se nap. o přesun hodnoty z jedné paměťové buňky do jiné nebo sčítání obsahu dvou buněk.to co však dělá procesor procesorem nejsou tyto jednoduché operace (říká se jim instrukce procesoru) sami o sobě ale to, že můžeme naprogramovat které a v jakém poadí se mají vykonávat. Tím můžeme ovlivňovat to, jak se procesor bude chovat navenek. Historie počítačů Počítače se rozdělují do tzv. generací, kde každá generace je charakteristická svou konfigurací, rychlostí počítače a základním stavebním prvkem. Generace počítačů: Timer CPU Paměť BUS I/O

10 Generace Rok Konfigurace Rychlost (operací/s) Součástky Velký počet skříní Jednotky Relé Desítky skříní Elektronky do 10 skříní Tisíce Tranzistory do 5 skříní Desetitisíce Integrované obvody 3.1/ skříň Statisíce Integrované obvody (LSI) skříň desítky milionů Integrované obvody (VLSI) 1. generace: První generace počítačů přichází s objevem elektronky, jejímž vynálezcem byl Lee De Forest a která dovoluje odstranění pomalých a nespolehlivých mechanických relé. Tyto počítače jsou vybudovány prakticky podle von Neumannova schématu a je pro ně charakteristický diskrétní režim práce. Při tomto zpracování je do paměti počítače zaveden vždy jeden program a data, s kterými pracuje. Poté je spuštěn výpočet, v jehož průběhu již není možné s počítačem interaktivně komunikovat. Po skončení výpočtu musí operátor do počítače zavést další program a jeho data. Diskrétní režim práce se v budoucnu ukazuje jako nevhodný, protože velmi plýtvá strojovým časem. Důvodem tohoto jevu je "pomalý" operátor, který zavádí do počítače zpracovávané programy a data. V tomto okamžiku počítač nepracuje a čeká na operátora. V této době neexistují vyšší programovací jazyky, z čehož vyplývá vysoká náročnost při vytváření nových programů. Neexistují ani operační systémy. 2. generace: Druhá generace počítačů nastupuje s tranzistorem, jehož objevitelem byl John Barden a který dovolil díky svým vlastnostem zmenšení rozměrů celého počítače, zvýšení jeho rychlosti a spolehlivosti a snížení energetických nároků počítače. Pro tuto generaci je charakteristický dávkový režim práce. Při dávkovém režimu práce je snaha nahradit pomalého operátora tím, že jednotlivé programy a data, která se budou zpracovávat, jsou umístěna do tzv. dávky a celá tato dávka je dána počítači na zpracování. Počítač po skončení jednoho programu okamžitě z dávky zavádí program další a pokračuje v práci. V této generaci počítačů také začínají vznikat operační systémy a první programovací jazyky, jako jsou COBOL a FORTRAN. 3. generace: Počítače třetí a vyšších generací jsou vybudovány na integrovaných obvodech, které na svých čipech integrují velké množství tranzistorů. U této generace se začíná objevovat paralelní zpracování více programů, které má opět za úkol zvýšit využití strojového času počítače. Je totiž charakteristické, že jeden program při své práci buď intenzivně využívá CPU (provádí složitý výpočet), nebo např. spíše využívá V/V zařízení (zavádí data do operační paměti, popř. provádí tisk výstupních dat). Takové programy pak mohou pracovat na počítači společně, čímž se lépe využije kapacit počítače. S postupným vývojem integrovaných obvodů se neustále zvyšuje stupeň integrace (počet integrovaných členů na čipu integrovaného obvodu). Podle počtu takto integrovaných součástek je možné rozlišit následující stupně integrace: Označení Anglický název Český název Počet logických členů SSI Small Scale Integration Malá integrace 10 MSI Middle Sclae Integration Střední integrace LSI Large Scale Integration Vysoká integrace VLSI Very Large Scale Integration Velmi vysoká integrace a více Integrované obvody je možné vyrábět pomocí různých technologií, z nichž každá má svůj základní stavební prvek a díky němu poskytuje specifické vlastnosti: TTL (Transistor Transistor Logic): rychlá, ale drahá technologie. Jejím základním stavebním prvkem je bipolární tranzistor. Její nevýhodou je velká spotřeba elektrické energie a z toho

11 vyplývající velké zahřívání se takovýchto obvodů. PMOS (Positive Metal Oxid Semiconductor): technologie používající unipolární tranzistor MOS s pozitivním vodivostním kanálem. Díky tomu, že MOS tranzistory jsou řízeny elektrickým polem a nikoliv elektrickým proudem jako u technologie TTL, redukuje nároky na spotřebu elektrické energie. Jedná se však o pomalou a dnes nepoužívanou technologii. NMOS (Negative Metal Oxid Semiconductor): technologie, která využívá jako základní stavební prvek unipolární tranzistor MOS s negativním vodivostním kanálem. Tato technologie se používala zhruba do začátku 80. let. Jedná se o levnější a efektivnější technologii než TTL a rychlejší než PMOS. CMOS (Complementary Metal Oxid Semiconductor): technologie spojující v jednom návrhu prvky tranzistorů PMOS i NMOS. Tyto obvody mají malou spotřebu a tato technologie je používána pro výrobu velké čáti dnešních moderních integrovaných obvodů. BiCMOS (Bipolar Complementary Metal Oxid Semiconductor): nová technologie spojující na jednom čipu prvky bipolární technologie i technologie CMOS. Používána zejména firmou Intel k výrobě mikroprocesorů. Základní rozdělení podle zobrazení dat: 1. spojité (analogové), zobrazení dat, které mají kvantitativní charakter. Obraz je spojitou funkcí zobrazovaného údaje 2. nespojité (diskrétní, digitální) pro zobrazení dat, které mají kvantitativní charakter, ale i pro zobrazení dat jiného charakteru (text). Rozlišuje se pouze několik stavů, přípustné určité tolerance. Podle toho jak jsou zobrazena data uvnitř počítače: 1. analogové charakteristické spojité zobrazení 2. digitální nespojité zobrazení 3. hybridní použito spojité i nespojité zobrazení Základní koncepce počítačů = instrukce příkazy, kódovány jako čísla 1. počítače s vnějším řízením instrukce jsou postupně načítány ze vstupního zařízení. Vstupní data jsou načítány z jiného vstupního zařízení 2. počítače s vnitřním řízením - Von Neumann, Harvard Von Neumannovy Program se nejprve zavede do paměti, z ní se postupně vybírají instrukce. Do jedné paměti se ukládají i zpracovávaná data. Paměťová buňka může reprezentovat data i instrukci. Určeno kontextem. Počítač harvardského typu Dost podstatná modifikace von Neumanna. Program se ukládá do jiné paměťi než data Paměť instrukcí Paměť dat Vysvětlivky Von-Neumanovo schéma Ř = řadič AJ = aritmetická jednotka VST = vstupní zařízení HP = hlavní paměť VÝST = výstupní zařízení P = processor ZJ = základní jednotka

12 CISC Výraznou vlastností procesorů CISC (Complex Instruction Set Computer) je existence paměti mikroprogramů, v níž jsou uloženy mikroprogramy jednotlivých instrukcí. Procesor vykonává rozsahem složité instrukce (complex), ty jsou implementovány formou mikroprogramu. Jednotka EU (Execution Unit) řídí provádění mikroinstrukcí čtených z pamětirom (konkrétní mikroprogram je dánkódem instrukce), na realizaci se podílí ALU, registry procesoru, Pokud by měly být tyto funkce realizovány obvodově (hardwired), tzn. z logických prvků, pak by taková struktura byla enormně složitá (nahrazovala by realizaci posloupnosti mikroinstrukcí). Realizace instrukce mikroprogramem je vždy pomalejší než realizace instrukce logickými obvody (platí obecně, že hardwarová realizace funkce je rychlejší než realizace cestou mikroprogramu) režie s realizací mikroprogramu je vysoká. Dnešní stav: většina dnešních mikroprocesorů je řízena částečně mikroprogramově. Stav v Pentiu: jednoduché instrukce jsou realizovány obvodově, složité instrukce jsou realizovány mikroprogramem. Výhoda řízení procesoru mikroprogramem: přechod na vyšší verzi mikroprocesoru doplnění o nové instrukce a vytvoření nových mikroprogramů reprezentující činnosti, které mají tyto nové instrukce realizovat (nová instrukce = nový mikroprogram) - extensivní rozvoj.. Mikroprocesory CISC se proto vyvíjely především tak, že se rozšiřovaly množiny instrukcí a vytvářely se jim odpovídající mikroprogramy extensivní rozvoj. RISC (Reduced Instruction Set Computer) Redukce počtu instrukcí. Zřetězení provádění instrukce. Složité a rozsáhlé instrukce (co do počtu kroků) neexistují, jsou nahrazeny jednoduššími instrukcemi. Omezení komunikace s pamětí. Implementace těchto instrukcí je realizována logickými obvody např. sekvenčním automatem (výrazně rychlejší alternativa než mikroprogram). Nedestruktivní zpracování operandů. RISC procesory jsou tzv. nedestruktivní, což znamená, že obsahy paměťových míst, v nichž jsou uloženy operandy, se nemění. Von Neumannovo schéma Von Neumannovo schéma bylo navrženo roku 1945 americkým matematikem (narozeným v Maďarsku) Johnem von Neumannem jako model samočinného počítače. Tento model s jistými výjimkami zůstal zachován dodnes. Podle tohoto schématu se počítač skládá z pěti hlavních modulů: Operační paměť : slouží k uchování zpracovávaného programu, zpracovávaných dat a

13 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 zasílany zpět řadiči pomocí stavových hlášení Vstupní zařízení: zařízení určená pro vstup programu a dat. Výstupní zařízení: zařízení určená pro výstup výsledků, které program zpracoval Ve von Neumannově schématu je možné ještě vyznačit dva další moduly vzniklé spojením předcházejících modulů: Procesor: Řadič + ALU CPU - Central Processor Unit (centrální procesorová jednotka): Procesor + Operační paměť Princip činnosti počítače podle von Neumannova schématu 1. Do operační paměti se pomocí vstupních zařízení přes ALU umístí program, který bude provádět výpočet. 2. Stejným způsobem se do operační paměti umístí data, která bude program zpracovávat 3. Proběhne vlastní výpočet, jehož jednotlivé kroky provádí ALU. Tato jednotka je v průběhu výpočtu spolu s ostatními moduly řízena řadičem počítače. Mezivýsledky výpočtu jsou ukládány do operační paměti. 4. Po skončení výpočtu jsou výsledky poslány přes ALU na výstupní zařízení. Základní odlišnosti dnešních počítačů od von Neumannova schématu Podle von Neumannova schématu počítač pracuje vždy nad jedním programem. Toto vede k velmi špatnému využití strojového času. Je tedy obvyklé, že počítač zpracovává paralelně více programů zároveň - tzv. multitasking Počítač může disponovat i více než jedním procesorem Počítač podle von Neumannova schématu pracoval pouze v tzv. diskrétním režimu. Existují vstupní / výstupní zařízení I/O devices, která umožňují jak vstup, tak výstup dat (programu) Program se do paměti nemusí zavést celý, ale je možné zavést pouze jeho část a ostatní části zavádět až v případě potřeby 10.Architektura procesoru 286 a 386 intel (oficiálně pojmenovaný iapx 286) je 16-bitový mikroprocesor postavený na architektuře x86,

14 který byl uveden Intelem 1. ledna Původně běžel na 6 a 8 MHz, později byl dodatečně zrychlen až na 12,5 MHz (Intel), 16 MHz (ostatní výrobci), s chladičem až na 25 MHz. Byl často používán v IBM PC a kompatibilních počítačích od poloviny 80. let až do začátku 90. let. Oproti svému předchůdci 8086 přinesl možnost adresovat 16 MB paměti (8086 1MB) v tzv. rozšířeném módu. Režimy procesoru Reálný režim je nastaven po inicializaci procesoru je slučitelný s procesorem 8086 Chráněný režim zapíná se programově z reálného režimu adresuje 16 MB reálné paměti a 1 GB virtuální paměti poskytuje prostředky 4úrovňové ochrany nelze se vrátit z chráněného režimu zpět do reálného Adresace paměti v chráněném režimu Pojmy Proces Segment je definován 1. bází segmentu (adresou začátku segmentu) 2. limitem segmentu (délkou segmentu ve slabikách) 3. přístupovými právy a typem segmentu Globální adresový prostor Lokální adresový prostor Virtuální adresa (selektor : offset) Selektor obsahuje 13 bitů (8192 kombinací) indexu do tabulky popisovačů segmentů lokálního nebo globálního adresového prostoru a další 3 informační bity s tímto významem: RPL (Requested Privilege Level) představuje úroveň oprávnění, kterou proces nabízí při přístupu k tomuto segmentu. TI (Table Indicator) indikuje, ukazuje-li index do tabulky popisovačů segmentů lokálního adresovacího prostoru (TI=1) nebo globálního adresovacího prostoru (TI=0) Kombinace Index=0 a zároveň TI=0 se nazývá neplatný selektor a má speciální význam. Intel je mikroprocesor vyráběný firmou Intel a využívaný jako CPU mnoha osobních počítačů od roku 1986 ca do r Navazuje na procesory architektury x86, ale architektura byla natolik rozšířena, že se počítá jako zakladatel nové architektury i386. Procesor má 32bitovou adresovou sběrnici, maximální velikost operační paměti 232 B = MB. Procesor má datovou sběrnici o šířce 32bitů (i386dx) nebo u low-end varianty (i386sx) 16bitovou datovou sběrnici. Procesor nemá interní cache pamět. Procesor má tři módy činnosti - reálný, chráněný a virtuální 8086 (V86). V chráněném režimu mohou programy běžet na jedné privilegované a třech neprivilegovaných úrovních oprávnění. Některé instrukce a registry jsou přístupné pouze v reálném módu nebo na privilegované úrovni chráněného módu. V reálném a V86 módu se procesor chová podobně jako procesor 8086, hlavně z hlediska segmentů adresového prostoru. Procesor má poměrně složitý systém řízení paměti, kde se adresa, použitá v programu, pomocí dvou a více tabulek v paměti - stránkového adresáře a stránkových tabulek - přepočítává na skutečnou. Systém řízení paměti má dvě úrovně: segmentování, stránkování. Segmentování je vyšší úroveň a nelze ho zcela vypnout (minimalní nastavení je jeden kódový a jeden datový segment přes celou paměť). Segmenty mohou mít libovolnou velikost, zatímco stránky mají dvě pevné velikosti - 4KB a 4MB. V reálném režimu je adresace kompatibilní s procesorem 8086, všechny segmenty mají

15 délku 64kB (16bit) a lze takto adresovat pamět do velikosti 1MB. Registry Systém registrů je převzat z 8086, jsou rozšířeny o další, jsou 32bitové, vyjma segmentových registrů, které mají viditelnou 16bitovou část a neviditelnou (softwarově nepřístupnou) 64bitovou část cacheující v chráněném módu obsah descriptoru. Aplikační registry jsou určeny k přímému použití s výjimkou regitru (esp/sp) vyhrazeného jako ukazatel zásobníku: Všeobecné registry procesoru Intel 386 Šest 16bitových segmentových reg. (cs,ds,es,ss,fs,gs) Osm 32bitových aplikačních reg. (eax,ebx,ecx,edx,esi,edi,ebp,esp) U aplikačních registrů lze adresovat i spodních 16 bitů (ax,bx,cx,dx,si,di,bp,sp) U registrů pro všeobecné použití lze adresovat i spodních 2 x 8 bitů (al,ah,bl,bh,cl,ch,dl,dh) Instrukční čítač 32bitový (eip) nebo 16bitový (ip) podle velikosti slova instrukčního segmentu Řídící registr a množina vlajek (eflags) Registry, se kterými je možné manipulovat pouze v privilegovaném režimu: Jeden řídící 32bitový registr s množinou vlajek (cr0), spodních 16bitů odpovída registru MSW procesoru Intel Dva registry pro správu stránkování (cr2,cr3) Ladící registry (dr0,dr1,dr2,dr3,dr6,dr7) Důležité vlajky v registru eflags: VM (Virtual 8086 Mode) je-li tento přepínač nastaven na 1 v chráněném režimu, aktivní proces je v režimu V86 IOPL (IO Priority Level) - toto pole je dvoubitové a udává prioritu potřebnou k provádění vstupů a výstupů. Je-li priorita programu, který provádí v/v operaci nižší (numericky vyšší) než obsah pole IOPL, operace se neprovede a namísto toho se vyvolá výjimka GP (General Protection Fault) CF Carry - přenos do vyššího řádu artimetických operací jednotky ALU OF Overflow - přetečení artimetických operací jednotky ALU ZF Zero - výsledek aritmetické nebo logické operace je nula AF AuxCarry - přenos do vyššího 4bitového nible artimetických operací jednotky ALU s BCD kódem PF Parity - sudá nebo lichá parita výsledku DF Direction - řídí směr zpracování při řetězcovích operacích. Důležité vlajky cr0: PG - zapnutí stránkování PE - zapnutí chráněného módu 11.Architektura procesoru 486 a Pentium Intel Procesor Intel 486SX / 33 MHz Procesor Intel je plně 32bitový procesor, zpětně kompatibilní s předchozími typy procesorů

16 společnosti Intel (viz Intel 80386) Byl to první typ procesoru pro osobní počítače typu AT, který měl dostatečný minimální výkon pro grafické a multimediální aplikace. Architektura procesoru Intel obsahuje interní paměť cache o velikosti 8 kb, interní matematický koprocesor (jen typy i486dx), taktovací frekvence dle typu 25 MHz 120 MHz. Šířka vnější sběrnice pro data 32bitů, taktovací frekvence sběrnice 25 MHz nebo 33 MHz. Dokáže adresovat 4 GB fyzické paměti, 64 TB virtuální paměti. Pomalejší verze procesoru má stejnou taktovací frekvenci jako vnější sběrnice (i486dx/sx, 25 MHz 33 MHz), rychlejší verze obsahují vnitřní násobičku taktovací frekvence 2x nebo 4x (i486dx2, i486dx4, 50 MHz 120 MHz). Cache Vyrovnávací cache paměť je dvoucestná, rozdělená na čtyři bloky po 2 kb, společná pro data a strojový kód. Cache pamět má dvě části: TAG a DATA. TAG udržuje informaci o platnosti kopie dat v cache paměti a jejich skutečné pozici v operační paměti. Dva hlavní rivalové - Am486 DX2 a Intel 486 DX2 Pipeline Dalším vylepšením byla pipeline o třech stupních: Locate, Fetch a Execute. 386 musela každý z těchto stupňů provádět postupně, zatímco mohla zároveň jednu instrukci zpracovávat ve stupni Execute, další ve stupni Fetch a třetí ve stupni Locate. Napájení Napájecí napětí procesoru je 5 V, komunikace procesoru s okolím je s logickými urovněmi signálů odvozenými od napájecího napětí. Rychlejší verze procesoru již vyžadovala alespoň pasivní chlazení. Pentium Superscalarní architectura tzn. Má dvě datové cesty (pipeline), což umožňuje víc než jednu instrukci za hodinový cyklus. První pipe (nazvaný U obstará první instrukci, zatímco druhý (V) provádí jinou, avšak jednodušší instrukci, což je typické pro archutekturu RISC. Pentium bylo jedno z prvních použití RISC. Pentium je mikroprocesor od společnosti Intel, který byl uvedený na trh roku Je to superskalární procesor, t.j. během jednoho hodinového cyklu dokáže vykonat více operací, čímž se výrazně zvýší výkon mikroprocesoru. Toho dosahuje tím, že má ne jednu, ale dvě pipeline: U a V (některé instrukce ovšem bylo možné provádět jen ve V). Jednalo se o první mikroprocesor s architekturou x86 který tuto RISCovou vlastnost implementoval. Obsahuje také velmi výkonnou jednotku FPU. Ve své době to byl revoluční mikroprocesor, jehož klony vyráběly i konkurenční společnosti, jako AMD (procesor K5), NexGen (Nx586) a Cyrix (Cx5x86). Procesory Pentium byly taktované na frekvencích 60 až 150 MHz, poté je vystřídaly procesory Pentium Pro a Pentium MMX. V procesoru Pentium jsou integrovány všechny vlastnosti procesoru Intel486.

17 Navíc poskytuje tato významná rozšíření: superskalární architekturu, dynamické předvídání skoků, zřetězenou FPU, zkrácení doby provádění instrukcí, oddělené 8KB datové a instrukční vnitřní vyrovnávací paměti, protokol MESI pro řízení datové vyrovnávací paměti, 64bitovou datovou sběrnici, zřetězování cyklů sběrnice, adresové parity, vnitřní kontrolu parity, kontrolu správné funkce znásobením čipů s procesorem, sledování provádění, monitorování výkonnosti, ladění prostřednictvím IEEE Boundary Scan, režim správy systému a rozšíření v režimu V86. Instrukční repertoár Pentia je plně kompatibilní s Intel486. Plně kompatibilní je také správa paměti (MMU). Předvídání skoků - Branch Target Buffer - BTB Při výběru instrukce se testuje obsah BTB na shodu s adresou vybírané instrukce. Pokud se adresa v BTB najde, zkoumá se obsah bitů historie. Pentium Pro je procesor šesté generace x86 architektury vyráběný firmou Intel. Původně měl úplně nahradit stávající procesor Pentium, ale později byl jeho cílový segment zúžen na serverové a jiné high-end použití. Pentium Pro mohl být osazen i do dvou a čtyř procesorových systémů. Zasazoval se do velkých obdélníkových patic Socket 8. Pentium Pro byl plně optimalizovaný pro 32-bitové aplikace, v nich byl o 25-35% rychlejší než Pentium na stejné frekvenci; v 16-bitových aplikacích byl rychlejší průměrně o 20%. Pentium MMX je mikroprocesor založený na architektuře CISC, nástupce mikroprocesoru Intel Pentium Pro. Zavedl novou sadu instrukcí s názvem MMX, která byla určená na zvýšení výkonu v multimediálních aplikacích. Standardně běží na frekvenci 233 MHz. Párování instrukcí Instrukce mohou být spojeny do páru za splnění následujících podmínek. Obě instrukce v páru musí být "jednoduché" podle dále uvedené definice. Mezi instrukcemi v páru nesmí být vztah "čtění až po zápisu" nebo "zápis až po čzení". Žádná z instrukcí nesmí mít výpočet adresy složen ze dvou částí: z přímé hodnoty a zároveň z přírůstku.

18 Instrukce s prefixy (vyjma 0F před podmíněným skokem) lze provádět pouze ve frontě "u". Jedno duché instrukce jsou ty, které nevyžadují mikrokód a provedou se během jednoho hodinového cyklu. Vyjímkou jsou instrukce aritmeticko-logické jednotky (ALU) mem,reg a reg,mem, které se provádějí ve dvou nebo třech taktech a jsou považovány za jednoduché. Za jednoduché se považují tyto instrukce určené pro celočíselné zpracování: 12.Zobrazovací periferie LCD, CRT obrazovka CRT monitory - U katodových (CRT) monitorů je v zadní části umístěna trojice elektronových děl, které vysílají směrem ke stínítku obrazovky tři svazky elektronových paprsků, které jsou usměrňovány pomocí elektromagnetického pole vychylovacích cívek. Elektrony z těchto svazků při dopadu na luminiscenční vrstvu stínítka vyvolávají základní barvy (červenou, zelenou a modrou). Elektrony díky usměrnění dopadají přesně na určené místo, které se na určitou chvíli rozzáří. Kombinací těchto barev o různé intenzitě vznikají všechny zobrazované barvy. Trojice elektronových svazků je magnetickým polem cívek vychylována tak, aby postupně překreslila celou obrazovku (viz obrázek). Aby se dosáhla požadovaná ostrost (přesnost) obrazu, musí elektronový svazek před osvitem bodů obrazovky projít několika mřížkami. Jednak je to Wheneltův válec, který má vzhledem ke katodě záporný potenciál. Elektrony jsou tedy od něj odpuzovány a přes něj projde jen jejich požadované množství. To je ovlivněno napětím na válci (čím vyšší, tím méně elektronů prochází). Elektrony jsou po průchodu Wheneltovým válcem naopak přitahovány mřížkami s kladným potenciálem. Ty umožní paprskům projít až na stínítko obrazovky. Mřížky mají tedy kladný potenciál, který je čím dál (od válce) vyšší. Mezi těmito mřížkami jsou ještě další dvě velice důležité jedna pro ostrost a druhá pro konvergenci obrazu. Když elektrony proletí touto spletí mřížek-usměrňovačů, jsou prakticky na konci cesty. Poté se již jen paprsky setkají na masce obrazovky, odtud se odrazí směrem na své luminofory, které se tak rozzáří a vznikne tak konečně obraz na stínítku. Obrazovka je tedy neustále znovu a znovu rastrována pomocí paprsků takovou rychlostí, že naše oči většinou nejsou schopny rozeznat nějakou neplynulost. Protože rozsvícený bod obrazovky rychle pohasíná, je u katodových monitorů velmi důležitá snímková frekvence (kolikrát je za jednu sekundu obrázek na obrazovce překreslen). Měla by být nastavena na hodnotu alespoň 72 Hz, jinak monitor viditelně bliká (nejlépe 85 až 100 Hz). Vysvětlete funkci LCD a CRT monitoru. LCD monitory Tekuté krystaly jsou materiály, které pod vlivem elektrického napětí mění svoji molekulární strukturu a díky tomu určují množství procházejícího světla. Každý obrazový bod je ohraničen dvěma polarizačními filtry, barevným filtrem (pro červenou, zelenou a modrou) a dvěma vyrovnávacími vrstvami. 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. LCD displeje s aktivní TFT maticí Každý obrazový bod matice je aktivně ovládán jedním tranzistorem. Aby vznikl obraz potřebujeme světlo a barvu. Světlo je zajišťováno podsvětlujícími katodami, které jsou u těchto displejů velice jasné. Primárně jde o světlo bílé a je na LCD technologii, aby vyprodukovala výslednou barvu, kterou můžeme složit ze tří barevných složek - červené, zelené a modré. Pro každou tuto barevnou složku každého pixelu existuje jeden tranzistor ovládající tekuté krystaly. Základ obrazu zde

19 není tvořen zářením z katodových trubic jako u CRT. Zářičem je zde fluorescentní svítící trubice po straně displaye (může jich být 1-4). Z nich se světlo rozvede pomocí světlovodivého panelu rovnoměrně přes celou obrazovku. Fotony postupují přes polarizační filtr, vrstvu s tekutými krystaly a další polarizační filtr. Vrstvy polarizačního filtru jsou orientovány stejně jako jsou natočeny drážkované destičky u vrstvy LCD. Světlo při průchodu přes polarizační filtr změní svůj charakter. Přes první filtr totiž projdou jen rovnoběžné vlny. Struktura tekutých krystalů dále světlo natočí tak, že projde i přes druhý polarizační filtr, který je vůči prvnímu otočen o 90. Normálně by světlo při průchodu dvou polarizačních vrstev vzájemně pootočených o 90 neprocházelo, ale vše funguje právě díky vrstvě z tekutých krystalů. Výhody CRT (Catod ray tube): Výhody LCD: nejvyšší rozlišení životnost nejvyšší kontrast rozměry, hmotnost maximální spolehlivost zdravotní neškodlivost určeny pro speciální aplikace menší odrazovost lepší přizpůsobivost změně rozlišení menší spotřeba energie cena odolnost proti rušení Společné parametry určující kvalitu: životnost, množství vstupů, spotřeba energie Parametry CRT: obnovovací frekvence, frekvence řádkového rozkladu, šířka pásma. Tj. celkový počet bodů, které je monitor schopen za sekundu vykreslit, velikost (rozteč) luminiscenčních bodů, míra vyzařování škodlivého magnetického záření. Parametry LCD: doba odezvy, Jas, kontrast, pozorovací úhel (kromě doby odezvy společné i pro CRT, ale pro LCD stěžejní) 13.Pevné disky HDD - Hard Disc Drive. Nejběžnější zařízení pro uchovávání dat. Data jsou ukládána na magnetický povrch disku. Ten má až několik ploten(povrchů). Informace jsou usporádány soustředných kruhových stop. Stopám se stejným číslem na několika površích se říká Cylindry (válec). Disky jsou připojeny k řadiči 40 žilovým, nebo 80 žilovým plochým kabelem. Na trhu se vyskytují disky pro rozhraní IDE, SATA a pro SCSI.

20 Diskové rozhraní - standard komunikace mezi diskem a řadičem pevných disků. Nejznámější diskové rozhraní je IDE(Integrated Device Electronics)(Respektive EIDE Enhanced IDE) pracující se standardem ATA(Advanced Technology Attachment) a z něj vycházející Ultra ATA/33, Ultra ATA/66, Ultra ATA/100, Ultra ATA/133. Zcela specifické rozhraní je SCSI. Specifické je i rozhraní ATAPI(ATA Packet Interface) které umožňuje rozhraní IDE komunikovat i se zařízeními jako CDROM apod..nejedná se o samostatné rozhraní, ale jak z názvu vyplývá, jedná se o rozšířené rozhraní ATA. PIO (Processor Input/Output) - komunikační protokoly určující rychlost komunikace. Rozlišujeme módy PIO, kdy je přenos řízený procesorem, a DMA (Direct Memory Access), který přistupuje přímo do paměti. Rozhraní Serial ATA, rozhraní neposílá data paralelně plochým 80tižilovým kabelem jak jsme byli doposud zvyklí ale přes tenký kabel čož smozřejmě zlepší i cirkulaci vzduchu ve skříni.každý disk má svůj vlastní kabel, takže se nemusí dělit o kabel. Nové rozhraní užívá DMA kanály a datový tok bude 150MB/s v případě SerialATA1x a až 600MB/s. Souborové systémy - Na disku musí být uložena informace, co kde je, aby bylo možné informace na harddisku najít. Zároveň s informací o umístění je zde rovněž umístěna informace o datu vytvoření, zmenění souboru a atributy souboru. Nejstarším systémem je FAT(File Allocation Table), tento systém podporuje maximálně 2GB velkou oblast(partition). Windows od verze 95 OSR2 jsou schopny používat systém FAT32, Windows NT mají vlastní systém NTFS(NT File System.). Systém OS2 má zase HPFS(High Performance System) Linux vlastní systém Linux Extension 2. Diskové oblasti - Někteří uživatelé potřebují, aby systém k jednomu pevnému disku přistupoval jako k několika samostatným diskům s vlastními písmeny.tento přístup umožňuje uživateli používat více různých souborových systémů. Disk rozdělíme na primární oblast(primary partition) - z níž se zavádí systmém (až 4 různé) a rozšiřenou oblast(extended partition) na níž se poze ukládají data. K rozdělení disku můžeme požít dosový FDISK nebo DOSový i Windowsový program od Power Questu Partition Magic. Diskové oblasti je pak potřeba naformátovat na požadovaný souborový systém (Dosový příkaz FORMAT). FAT je zkratka anglického názvu File Allocation Table. Jedná se o tabulku obsahující informace o obsazení disku v souborovém systému vytvořeným pro DOS. Zároveň se tak označuje zmíněný souborový systém.

21 Struktura Boot sektor (VBR, spouštěcí záznam svazku) První sektor logické oblasti disku (označované také jako diskový oddíl, logický oddíl, svazek nebo partition) obsahující souborový systém FAT se skládá ze dvou částí: blok parametrů disku a spouštěcí kód svazku. Drobné upozornění: Boot sektor není totéž co Master boot record (hlavní spouštěcí záznam), který je úplně prvním sektorem na fyzickém disku a obsahuje tabulku rozdělení disku (Partition table) a hlavní spouštěcí kód. Nicméně boot sektor i master boot record jsou oblíbeným místem počítačových virů, neboť kód uložený v těchto sektorech bývá vykonán dříve než samotný operační systém. Blok parametrů disku Obsahuje specifické informace o svazku jako např. verze, počet sektorů na cluster, počet rezervovaných sektorů před první FAT, počet FAT, počet sektorů kořenového adresáře, celkový počet sektorů na disku, počet sektorů v jedné FAT, název svazku (volume label), Spouštěcí kód svazku Program, který zahájí proces spouštění operačního systému (u systémů MS-DOS a Windows 9x načte soubor IO.SYS a předá mu řízení). Alokační tabulka souborů (FAT) Tato tabulka popisuje přiřazení každého clusteru v oddílu (1 záznam odpovídá 1 clusteru). Obvykle existují 2 kopie (obě jsou uloženy bezprostředně za sebou) ta druhá je použita v momentě, kdy první se stane nečitelnou. Přiřazení clusteru může nabývat různých specifických hodnot jako např. volný (0x0000), vadný (0xFFFE), cluster indikující konec souboru (0xFFFF), nebo obsahuje číslo následujícího clusteru souboru. Kořenový adresář V původní verzi obsahoval jednoduchou databázi obsahující veškeré informace o všech souborech, které jsou známé operačnímu systému, v příslušném oddílu. Se zavedením podadresářů (tedy dalších adresářů kromě tohoto) se stal kořenem stromové hiearchie adresářů: záznam o podadresáři v něm uložený neobsahuje žádné informace o souborech uložených v tomto podadresáři (ani součet velikostí), pouze informace o podadresáři. Pokud bychom tedy chtěli pracovat s databází souborů, museli bychom přečíst všechny adresáře (pro běžnou práci se svazkem to ovšem není nutné). Od verze FAT 32 může být uložen kdekoliv a jeho velikost může libovolně narůstat. Parametry disků Kapacita, rychlost otáčení ploten, doba vyhledávání (seek time) liší se podle vzdálenosti na povrchu disku tzn. Vzdáleností, kterou musí překonat hlava (2ms, 30ms), průměrná vyhledávací doba(8-14ms), hustota záznamu (Gb/cm 2 ), Vyrovnávací paměť S.M.A.R.T. technologie SMART (Self Monitoring Analysis and Report Technology) umožňuje inteligentní diskové jednotce podávat OS zprávy o příznacích zhoršování výkonu nebo hrozících poruchách (které je schopna předvídat). SMART podporují Win95 od verze 2, OS/2 Merlin a některé diagnostické programy. Disky s technologií S.M.A.R.T. se nazývají SMART disky. Tato technologie se začleňuje do technologií PFA, tj technologií s predikcí chyby. Úspěšnost predikce je do 60ti procent. V r se zavádí S.M.A.R.T. phase2, která obsahuje i systém vnitřní diagnostiky povrch disku a uložených dat.

22 14.Sběrnicový systém počítače V dnešních počítačích se prosazuje 64-bitová adresová sběrnice. Dále je zde 64-bitová datová sběrnice. Disponují sběrnicí RS232, paralelní port, USB rozbočovač, často již IEEE1394 Firewire, pro síťová připojení Ethernet, sloty PCI, PCI-Expres, dříve i ISA a další ISA data 16b adresa 24b max. teoretický výkon 2-8,33 MB/s nelze použít s 32bitovými procesory EISA lze PCI procesorově nezávislá pseudosynchronní přenos dat možnost souvislého přenosu (burst) centralizované přidělování 33 MHz / 66 MHz 133 / 266 MB/s některá zařízení mohou být typu master - může jim být přidělena sběrnice, pak jsou iniciátory dat. přenosu multiplexovaná datová a adresová sběrnice (32 nebo 64 bitů) sběrnicový cyklus má obvykle adresovou a datovou část jednotky zapojeny zřetězeně řízení sběrnice pomocí podsběrnice C/BE Zápis / čtení do / z paměti: začátek nastavením signálu FRAME první takt adresový přenos dat lze přibrzdit čekacími takty (signály SRDY a TRDY) deaktivace signálu FRAME znamená poslední cyklus, ten končí, až jsou obě zařízení (iniciátor i target) připravena Speciální cyklus broadcast pro všechna zařízení (např. reset) SCSI inovace kanálové architektury MB/s paralelní sběrnice max. počet zařízení 8 nebo 16 zařízení se připojují za sebou - zřetězeně, každé má tedy 2 konektory, na konec se připojuje ukončovací člen - terminátor fáze SCSI: sběrnice volná

23 arbitrace výběr nový výběr data příkaz stav zpráva Princip a uspořádání obecného sběrnicového systému počítače. Charakterizujte sběrnice ISA, PCI, PCI-EXPRES. Vysvětlete důvody pro zavádění rychlých sériových sběrnic. 15.Počítačové sítě Stanice sítě: servery (obslužné stanice): stanice, které poskytují některé ze svých prostředků, například disky či tiskárny, do sítě. Servery mimoto zajišťují vlastní chod sítě a realizují jednotlivé síťové funkce. V síti může být jeden nebo více serverů. Jejich počet závisí především na typu sítě LAN. V sítích typu client-to-server, kam patří i sítě Novell, to bývá často jeden nebo několik málo serverů. V sítích peer-to-peer je naopak poměrně velký počet serverů, často polovina všech stanic sítě. pracovní stanice (workstations): umožňují uživatelům provádět práci, nenabízejí tedy žádné služby či prostředky směrem do sítě. Sběrnicová topologie: (topologie bus) topologie, kdy je použito průběžné spojovací vedení, přičemž jednotlivé stanice jsou k němu připojeny pomocí příslušných rozbočovacích prvků (T konektory). Používá se především tam, kde je jako vedení použit koaxiální kabel. Výhody:přirozenost,menší spotřeba kabelu, snazší realizace Nevýhody:vyšší poruchovost, při porušení linky přestávají pracovat všechny stanice v dané větvi sítě. Hvězdicová topologie: (topologie star) topologie, kdy jednotlivá vedení se rozbíhají z rozbočovače (HUB, SWITCH) vždy k jedné stanici sítě. V běžných sítích má tato topologie většinou poněkud složitější podobu, místo některých stanic sítě se zapojuje další rozbočovač a vzniká tak další hvězdice. Výsledná podoba sítě se pak přibližuje stromové struktuře. Používá se především tam,

24 kde je jako vedení použita kroucená dvoulinka. Výhody:menší náchylnost k poruchám kabeláže, při poruše se odpojí pouze jedna stanice sítě, resp. jedna část subsítě (je-li na této větvi připojen rozbočovač). Nezanedbatelným rysem je i snadné vyhledávání závady v kabeláži Nevýhody:složitější a mohutnější kabelový svazek, tedy i vyšší pořizovací cena, jsou nezbytné aktivní prvky rozbočovače Společným rysem sběrnicové i hvězdicové topologie je to, že zpráva vyslaná jednou stanicí se šíří po celém vedení (nejsou-li zde speciální prvky - SWITCH, ROATER), přičemž ji přijímá pouze ta stanice, pro kterou je zpráva určena. Tím se samozřejmě síť do značné míry zahlcuje a klesá reálná propustnost sítě. Kruhová topologie: (Token Ring) topologie, kdy jednotlivé stanice jsou spolu propojeny tak, aby vytvářely souvislý kruh. Zprávy jsou pak v této síti předávány postupně od stanice ke stanici. Výhody: jednoduchá koncepce předávání zpráv mezi stanicemi, možnost ověřování neporušenosti zprávy při oběhu celým kruhem. Nevýhody: bez dodatečných prostředků při poruše rozvodů je nefunkční celá síť, je nutné přemosťovat vypnuté či odpojené stanice (jednotky MAU). Při jejich použití se již síť však spíše podobá síti s hvězdicovou topologií Tento typ sítě se v českých zemích používá spíše výjimečně s jedinou výjimkou - rychlé páteřní rozvody (backbone) středně velkých a velkých sítí. Celosvětově je spíše obvyklejší v anglosaských zemích, kde má jistou tr Síťové desky (karty): nezbytná součást všech počítačů připojených do sítě. Spolu s příslušným software realizují přenos dat z počítače na spojovací vedení sítě a naopak. Rozdělení karet: podle provedení: ISA, EISA, MCA, VL-bus, PCI, PCMCIA podle rychlosti: 10 MB/s, 100 MB/s, 1 GB/s podle konektoru: BNC, AUI, RJ45 (combo) podle standardu: ARCnet, Ethernet, Token Ring, FDDI podle výrobce: 3COM, SMC, WD, GENIUS, EDIMAX Spojovací vedení a konektory: propojují jednotlivé stanice sítě adici (IBM). mezi sebou. Základní vlastnosti spojovacího vedení využívaného v daném segmentu sítě jsou dány typem síťového standartu, který je v tomto segmentu použit (např. síť Ethernet - 50 Ohmový koax. kabel, sběrnicová topologie, max. délka segmentu 185 metrů). V současné době se v převážné míře používají následující typy vedení pro LAN sítě: koaxiální kabel (nízké pořizovací náklady, odolné vůči elekromagnetickému rušení, snadné připojení další stanice, nízká přenosová rychlost (10 MB/s)) kroucená dvoulinka (ve dvou provedení - stíněná dvojlinka (STP) a nestíněná dvojlinka (UTP), odolnost proti rušení zkroucením párů (=odolné i proti magnetické složce), vysoká přenosová rychlost (100 MB/s i více), možnost realizace strukurované kabeláže) optický kabel (plastová či skleněná vlákna, přenosové rychlosti kolem 100 MB/s, dosah řádově kilometry, absolutně odolná vůči elektomag. záření, galvanické oddělení, vysoké pořizovací náklady (především konvertory) ) bezdrátový spoj ( úzce směrovaný infračervený nebo laserový paprsek, případně všesměrový radiový spoj, dosah v přímé viditelnosti cca 100 až m., drahé s různou přenosovou rychlostí ovlivňovanou meteorologickými i jinými vlivy) V dnešní době se především používají bezdrátové sítě na frekvenci 2 Ghz. Tyto sítě mají reálný dosah cca 10 km a pracují s přenosovou rychlostí 2 x 2 MB/s. Náklady na takové propojení je cca Kč.