Výukový materiál Hardware je zaměřený především na výuku principů práce hardwaru a dále uvádí konkrétní příklady použití.

Transkript

1 Metodický list hardware Výukový materiál Hardware je zaměřený především na výuku principů práce hardwaru a dále uvádí konkrétní příklady použití. Postupuje od výčtu základních prvků, bez kterých se PC neobejde až po popis jednotlivých komponentů a teoretických základů funkce tohoto hardwaru samozřejmě jde především o elektroniku Každá součást PC je detailně popsána v samostatné kapitole. Zvláštní pozornost je potřeba věnovat několika komponentám, které mají zásadní vliv na výkon a funkci počítače. Jde především o procesor, paměti a sběrnice. Procesory Nejdůležitějším bodem pro pochopení funkce procesoru je popis jeho práce, která spočívá ve vykonávání příkazů odborně instrukcí. Procesor většinou vykonává přirozeně aritmetické a logické instrukce jako je například součet, součin, přesun, logický součet, logický součin, exkluzivní disjunkce a podobně. Počet instrukcí i u velmi levných a drobných procesorů přesahuje jedno sto. Je důležité, aby žáci pochopili, že procesor nejen zpracovává data (čímž se většinou práce procesoru odbývá), ale i to, jak jsou tato data skutečně zpracována a jakou dobu to procesoru trvá. Zavádíme několik termínů: Hodinový cyklus Strojový cyklus

2 Čas vykonání instrukce Jako příklad je vhodné uvést například postup vynásobení určitého čísla 5x. Tedy dejme tomu chceme 5krát vynásobit číslo 5 (101 2 ). Takovou operaci nemůže procesor vykonat v jednom kroku. Ze základů dvojkové algebry plyne, že posuneme-li desetinnou čárku vpravo, násobíme toto číslo dvěmi. Dále pracujeme ve dvojkové soustavě: 101,0 (5) 1010,0 (10) posunuli jsme desetinnou čárku (1 instrukce, 2 hodinové cykly) 10100,0 (20) posunuli jsme znovu desetinnou čárku (uplynuly 2 instrukce, 4 hodinové cykly) Nyní musíme přičíst hodnotu 101 (5) (20) (+5) ( = 25) - přičetli jsme hodnotu 5 (uplynuly 3 instrukce a 6 hodinových cyklů). Žáci mohou nyní sami vypočítat, kolik času to procesoru ve skutečnosti trvalo. Délka doby jednoho hodinového cyklu je závislá na frekvenci podle vzorce t=1/f [s]. Dále je dobré upozornit, že doba zpracování instrukce je proměnná a nabývá z pravidla hodnot 1, 2, 4 a 8 hodinových cyklů.

3 Sběrnice Sběrnice jsou základním přenosovým prvkem dat v počítači a současných elektronických systémů. Je třeba rozlišovat paralelní a sériové sběrnice. Důležitým parametrem sběrnice je její datová šířka a rychlost. Datová šířka určuje, kolik informací je sběrnice schopná přenášet najednou v jeden okamžik. I zde je návaznost na rozdíl mezi sériovými a paralelními sběrnicemi (sériová je vždy 1bitová). Princip výpočtu přenosové rychlosti je snadný. Pokud můžeme v jeden okamžik přenášet nějaké množství informací (datová šířka), zajímá nás dále, kolikrát toto můžeme zopakovat během jedné sekundy (frekvence). Přenosová rychlost se tedy rovná součinu datové šířky a frekvence. V materiálu dále nalezneme výčet nejběžnějších sběrnic a jejich použití a zařazení. Paměti Paměti jsou dalším důležitým stavebním prvkem počítače. V materiálu opět nalezneme výčet nejpoužívanějších a jejich principy a rozdělení. Rozdělení je vhodné uvádět dvojí: podle možnosti zápisu a mazání dat (ROM vs. RW paměti) a podle možnosti uchování dat (volatilní vs. Non-volatilní paměti). Dále je vhodné upozornit na význam zkratky RAM, což je paměť s náhodným přístupem, kdy nezáleží na fyzickém umístění dat v paměti a jejich vyhledání a přečtení trvá vždy stejnou dobu. Jako kontrast k tomuto druhu paměti je vhodné uvádět paměť, kterou žáci znají a mohou si jí fyzicky představit. Jedná se například o audio nebo videokazetu, kdy je nutné tuto paměť napřed fyzicky přetočit na správné umístění. Pevný disk je tentýž případ.

4 Výukový materiál poskytuje žákům možnost vepisovat vlastní poznámky, pokud je použit v tištěné podobě. Je vhodné nechat žáky určité informace vyhledat buď v odborné literatuře, na internetu nebo v jejich vlastních poznámkách z předmětu hardware nebo podobného. Tyto informace by měly být validovány vyučujícím. Redundantní pole datových disků Poslední částí výukového materiálu je náznak, jak lze spojovat běžné pevné disky do tak zvaných RAID polí, čímž se zajišťuje redundance takto uložených informací. Důraz by měl být kladen především na principy ukládání dat a s tím plynoucí výhody a nevýhody. Mezi výhody patří obecně rychlost vyhledávání a ukládání informací v těchto polích, mezi nevýhody pak především celkové snížení kapacity prostoru. Příklad: při použití zrcadlení disků potřebujeme dva pevné disky stejné kapacity. Na každém z nich se ale nachází stejná data. Celková použitelná kapacita je tedy poloviční. RAID je tedy propojení několika disků do logické struktury, značí se s číslem: RAID0,1,2,. /Redundant = chybám vzdorné, opravitelné/ Linux je schopen vytvořit RAID na jakémkoliv programu, tedy nejen HD, ale i SoftWarově. RAID 0 (někdy se mu říká zřetězení disků, spojení zvětšuje rychlost zápisu a čtení) RAID 1 (říká se zrcadlení disků) RAID 0+1 (kombinace dvou předchozích viz str. 23 sylabus) RAID 1 0 (napřed se zrcadlí, pak spojuje řetězí, tj. opačně od předchozího) RAID 3 (nepoužívá se) RAID 5 (hojně využíván)

5 RAID 0 tento disk se bude jevit jako jeden o kapacitě 200 GB a 1 a 2 a 3 a 4 a 5 a 6 a 7 a 8 Disk 1 Disk GB 100 GB RAID 0 Nemá ochranu dat, není redundantní a tak když se poškodí část, jsou všechna data nepoužitelná. RAID 1 umožňuje využít plnou kapacitu disku. Je redundantní, protože jsou vytvářeny kopie, říká se "zrcadlení". RAID 1 A 1 A 1 avšak kapacita se dělí A 2 A 2 počtem disků (v tomto případě A 3 A 3 2) A 4 A 4 Disk 1 Disk 2 C c 100 GB 100 GB C v = 2

6 RAID 0+1 (graf viz Sylabus str. 12) má vyšší rychlost čtení než zápisu RAID 1 0 je mírně pomalejší než předchozí 0+1 RAID 3 A 1 A 2 A 3 A p B 1 B 2 B 3 B p C 1 C 2 C 3 C p p = parita neboli XOR, tj. kontrolní Když má kterýkoliv disk poruchu, pomocí parity data obnovíme. RAID 5 A 1 A 2 A 3 A p B 1 B 2 B p B 3 C 1 C p C 2 C 3 Při této kombinaci je spojení spolehlivé. Též se používá verze RAID 5 0 (zvýšená rychlost a zajištění proti výpadkům disků) a též RAID 5 1.