UNIVERZITA J.E.PURKYN V ÚSTÍ NAD LABEM PEDAGOGICKÁ FAKULTA

Transkript

1 UNIVERZITA J.E.PURKYN V ÚSTÍ NAD LABEM PEDAGOGICKÁ FAKULTA KATEDRA INFORMATIKY SLOŽENÍ A FUNKCE OSOBNÍHO POÍTAE Vedoucí bakaláské práce: Mgr. Jindich Jelínek Autor bakaláské práce: Jan Mašek Studijní obor: Informa.ní systémy. Datum dokon.ení bakaláské práce: duben

2 Prohlašuji, že tato práce je mým p8vodním autorským dílem, které jsem vypracoval samostatn:. Všechny zdroje, prameny a literaturu, které jsem pi vypracování používal nebo z nich.erpal v práci ádn: cituji s uvedením odkazu na píslušný zdroj. Souhlasím se zap8j.ováním této práce pro poteby studia. V Ústí nad Labem dne... podpis

3 Pod"kování: Cht:l bych pod:kovat vedoucímu mé bakaláské práce Mgr. Jindichu Jelínkovi za vedení mé práce a ostatním.len8m katedry za možnost konzultace

4 Seznam obrázk/: Obrázky uvnit kapitol: Obr z [12] Mainboard Obr Típin a DIP switch Obr Desktop Obr Middle Tower Obr Hodnoty nap:tí a barvy vodi.8 AT konektoru Obr [5] - Hodnoty nap:tí a barvy vodi.8 ATX konektoru Obr Napájecí konektory [4] Obr Náhled na fyzickou strukturu disku [4] Obr Prokládání 1:3 Obr D:lení diskety na logické jednotky Obr Princip.tení CD Obr Princip DVD Obr [4] Princip barevné obrazovky Obr BuJka LCD Obr. 6.1 Rozhraní podle specifikace ATX Obr z [4] Princip laserového tisku Obr Pole klávesnice Obr je PS/2 konektor Obr útroby optické myši 1. píloha : P1. Von Neumannova architektura po.íta.e P2. MB a další pipojené jednotky b:žné PC P3. Pam:N DDR a DDR II náb:žná a sestupná hrana P4. Komunikace pomocí sb:rnice P5. Microtower case P6. Vodní chlazení firmy AQCOOL P7. SECC PII P8. Jádro.ipu Intel Pentium 4 (Northwood) [17] P9. Nvidia vs. ATI a marketing [10] P10. Chyby zobrazení monitoru [4] P11. Tiskárna jehli.ková [4] P12. Tiskárna laserová [4] P13. MS Myš P14. Vyazen P15. Útroby mechanické myši [15] P16. Klávesnice ergonomická s touchpadem

5 Seznam tabulek: Tab Tabulka generací po.íta.8 Tab Stupn: integrace Tab pevzata z [3] Energetická náro.nost komponent Tab typy socket8 Tab Klasifikace pam:tí Tab Propustnost pam:tí pevzata z [3] Tab Kombinace rozlišení a barev a jejich pam:nová náro.nost Tab Technologie obrazovek Tab Úrovn: kvality záznamu 2. píloha: PT1 rychlosti CPU z [2] s grafem

6 Obsah Kapitola 1 Úvod Kapitola 2 Základní sou.ásti PC Historie po.íta Základní deska Sb:rnice Typy skíní Napájecí zdroj Kapitola 3 Mikroprocesor Parametry a vlastnosti CPU Historie procesor Kapitola 4 Pam:ti Základní d:lení pam:tí Princip pam:ti ROM (Read Only Memory) RAM (Random Access Memory) Teoretická propustnost pam:tí Cache Vn:jší pam:ti Harddisk fyzická struktura Harddisk logická stuktura Datové mechaniky Flash disk Disketa CD (Compact disk) DVD (Digital Versatile Disk, Digital Video Disk) Kapitola 5 Multimédia Zobrazovací soustava Zobrazovací adaptéry Monitory LCD-displeje Zvuková karta Reproduktory Kapitola 6 - Periferie TISKÁRNY Jehli.ková tiskárna Inkoustová tiskárna Laserová tiskárna Scanner Klávesnice Myš Kapitola 7 Záv:r

7 Kapitola 1 Úvod S postupným vývojem informatiky za.íná být.ím dál více poteba rozum:t nejen jeho obsluze, ale také principu. V dnešní spole.nosti, kdy je na vývoj informa.ní vzd:lanosti kladen veliký d8raz, je teba, aby uživatelé byli schopni poradit si v pípad: problému pokud možno sami. Ceny servisních prací na výpo.etní technice se pohybují ve výrazných.ástkách. Pokud pak dorazí technik a jediná jeho.innost je, že znovu zapojí upadlý kabel od monitoru, a uživatel kv8li této drobnosti nem8že teba celý den používat PC, pak je to d8vod k zamyšlení. Myslím si, že mysti.nost po.íta.e není zdaleka od8vodn:ná, protože zvládnutí této tématiky není tak problematické. Tedy v pípad:, že máte vhodný informa.ní zdroj, který Vám stru.n: a jasn: sd:lí jen to, co opravdu chcete v:d:t. Cílem práce není vytvoit zcela nový materiál, který by zastupoval veškerou dostupnou literaturu, ale spíš poskládat stípky tvoící podstatu problematiky vhodným zp8sobem tak, aby.tenáe obohatily. ZároveJ má tato práce sloužit jako kvalitní praktická pom8cka pro výuku pedm:tu principy po.íta.8. Na tomto míst: bych cht:l upozornit, že sou.ástí této práce je prezentace v MS PowerPoint, ur.ená pro zpesn:ní a názornou ilustraci uvád:ných skute.ností. Není obtížné vytvoit rozsáhlou práci plnou detail8, kterou stejn: málokdy využijete. Naopak se domnívám, že stru.ný náhled na co nejširší oblast výpo.etní techniky je lepší, než se dopodrobna zabývat technickými detaily, které jsou z uživatelského hlediska naprosto nepodstatné. Pro.tenáe této práce by m:lo být pínosem, že do takovýchto detail8 nepostupuji. Tato práce je ur.ena pedevším pro všechny, kteí znají PC jen z uživatelského hlediska, a m:la by jim pomoci proniknout do temných zákoutí vnitku a funkcí po.íta.e. M:lo by pro n: být pínosem pochopit funkci jednotlivých komponent a m:li by s pomocí této práce být schopni alespoj.áste.n: pochopit složení PC. V této práci se budu zabývat jen po.íta.i PC, kompatibilními s IBM. Jedním z dalších cíl8 by m:lo být upozorn:ní na marketingové triky spole.ností dodávajích hardware, aby si uživatelé nenechali vnutit po.íta., který vypadá dobe jen naoko, ale po výkonové stránce je naprosto tragický

8 Kapitola 2 Základní sou9ásti PC Dnešní osobní po.íta. (PC) lze chápat jako stavebnici, kterou je možno r8zn: sestavovat a dopljovat. Funk.ním základem je vždy základní deska (mainboard), k níž se pipojují ostatní díly (obr. P2 1 ). Celá sestava je pak uzavena do po.íta.ové skín:. Z historického hlediska tomu tak vždy nebylo Historie po9íta9/ Po.íta.e se rozd:lují do tzv. generací, kde každá generace je charakteristická svou konfigurací, rychlostí po.íta.e a základním stavebním prvkem. Generace po.íta.8 se podle tabulky z [6] d:lí na: Generace Rok Konfigurace Rychlost (operací/s) Sou.ástky Velký po.et skíní Jednotky Relé Desítky skíní Elektronky do 10 skíní Tisíce Tranzistory do 5 skíní Desetitisíce Integrované obvody 3.1/ skíj Statisíce Integrované obvody (LSI) skíj desítky milion8 Integrované obvody (VLSI) Tab Tabulka generací po.íta.8 1 Zna.ka P2 znamená obrázková píloha - obrázek 2 2 Víslování tabulek a obrázk8 je <.íslo kapitoly>.<poadové.íslo obrázku nebo tabulky v dané kap.>, tj je kap obrázek

9 0. generace: Základem této generace byla relé. Sou.ástka, která je schopna pepínat dva stavy (0 a 1). R.1940 n:mecký stavební inženýr vytvoil po.íta. Z3 první prakticky použitelný po.íta.. Jeho rychlost byla cca jeden sou.et za minutu. Násobení 3-5 minut. Tento po.íta. byl používán pro výpo.ty balistických drah V-1 a V-2. Tyto po.íta.e byly programovány ve strojovém kódu na d:rných štítcích. To bylo velmi obtížné a trvalo b:žn: n:kolik týdn8. Byly pomalé a velmi poruchové. 1. generace: Z [6] se dozvídáme, že první generace po.íta.8 pichází na sv:t díky objevu elektronky,.ímž mohly být odstran:na pomalá a nespolehlivá relé. Tyto po.íta.e jsou vybudovány prakticky podle von Neumannova 3 schématu (obr. P1 4 ) a je pro n: charakteristický diskrétní režim práce. Von Neumann pišel s myšlenkou zavést do pam:ti po.íta.e zaveden vždy jen jeden program a data. Poté spustit výpo.et, b:hem kterého již není možné s po.íta.em komunikovat. Po skon.ení výpo.tu zadá operátor další program a jeho data. To vede k velkému plýtvání strojovým.asem, díky lidskému faktoru - operátorovi, který zp8sobuje nedostate.né využití stroje. V této dob: neexistují vyšší programovací jazyky, z.ehož vyplývá vysoká náro.nost pi vytváení nových program8. Neexistují ani opera9ní systémy. 2. generace: Druhá generace po.íta.8 vzniká s vynálezem tranzistoru, který dovolil výrazné zmenšení rozm"r/ celého po.íta.e, zvýšil spolehlivost a rychlost a co bylo nemén: d8ležité, energetické nároky po.íta.e, který v té dob: poteboval malou elektrárnu. 3 John von Neumann byl matematik pracující v r na konstrukci po.íta.e EDVAC, prvního po.íta.e vytvoeného podle von Neumannovy koncepce

10 Pro tuto generaci je charakteristický dávkový režim práce. Pi dávkovém režimu práce se nahradí operátor tím, že se programy a data, která se mají zpracovat, umístí do tzv. dávky a celá tato dávka je dána po.íta.i na zpracování. Takto se ušetí výrazné množství systémového.asu. V této generaci po.íta.8 také za.ínají vznikat opera.ní systémy a první programovací jazyky - COBOL a FORTRAN. 3. generace: Pro po.íta.e tetí a vyšší generace jsou charakteristickým stavebním prvkem integrované obvody, které na svých.ipech integrují velké množství tranzistor8. U této generace se za.íná objevovat paralelní zpracování program/, které lépe využije strojový.as PC. Ze zkušeností plyne, že program bu\to intenzivn: využívá CPU nebo teba spíše využívá I/O subsystém (kopírování dat). Vhodným procesem lze takovéto úlohy vykonávat sou.asn: a díky tomu se lépe využije potenciální kapacita po.íta.e. S dalším vývojem integrovaných obvod8 se neustále zvyšoval po.et sou.ástek na jednom.ipu. Podle po.tu takto integrovaných sou.ástek je možné rozlišit následující stupn" integrace [6]: Ozna.ení Anglický název Veský název Po.et logických.len8 SSI Small Scale Integration Malá integrace 10 MSI Middle Scale Integration Stední integrace LSI Large Scale Integration Vysoká integrace VLSI Very Large Scale Integration Velmi vysoká integrace a více Tab Stupn: integrace 4. generace: Díky VLSI bylo možno vytvoit mikroprocesor, spojující ALU (aritmeticko logickou jednotku) a adi. v jeden celek. Byly navrženy obvody uleh.ující procesoru práci a starající se o interaktivní styk s uživatelem, styk s vn:jší pam:tí. Hlavní novinkou bylo, že 4 P8 píloha

11 nebylo poteba starat se o komunikaci procesoru a jednotlivých komponent. Tyto vnitní procesy ídil mikroprogram uložený v ídící pam:ti (firmware). Tento lze narozdíl od tetí generace kdykoliv zm:nit podle poteby. 2.2 Základní deska Základní deska se obvykle ozna.uje v literatue Mainboard (MB). Je to v podstat: plošný spoj s konektory pro pipojení dalších komponent PC (Grafická karta, HDD atp). Dále jsou zde elektronické obvody zvané chipset, které podporují mikroprocesor. Je to základní 9ást po9íta9e. Existují dv: základní varianty základních desek: AT - naleznete ve starších po.íta.ích. ATX - zjednodušen: e.eno: je pevrácena o 90 stupj8 a podporuje automatické vypnutí po.íta.e. Tuto variantu MB zavádí firma Intel. Její výraznou pedností je mj. rozmíst:ní prvk8, které lépe odpovídá dnešním požadavk8m na PC. Tento typ se pak podle velikosti segmentuje na microatx a full ATX [6]. Na MB jsou integrované obvody, který se ozna.ují jako chipset. Ten obsahuje instrukce, kterými je ízen chod desky a její spolupráce s ostatním hardwarem. Zastaralý chipset m8že zp8sobit nekompatibilitu pídavných zaízení. Nejd8ležit:jší.ásti MB:

12 Obr z [12] Mainboard Legenda k obrázku 2.2.1: 1 Baterie pro napájení CMOS. 2 Southbridge. 3,4 Subchipsety sín + audio. 5 Audio extension sloty. 6- Panel pro LED diody a ovládání. 7 4x/2x AGP slot. 8 CPU fan konektor. 9 BIOS. Chipset Jak již bylo uvedeno, chipset jsou obvody starající se o chod desky. Navíc ur.uje, s kterými komponentami bude MB schopna spolupracovat. Podstatnou m:rou ovlivjuje kvalitu a výkon MB. Tyto obvody se dnes nej.ast:ji sdružují do dvou.ip8 North a South Bridge [3]. North Bridge nazývaný též System Controller je blíže procesoru a zajišduje rychlé peesuny dat mezi klí9ovými oblastmi po9íta9e. Sb:rnicí FSB (Front Side Bus) je pipojen k procesoru a zajišnuje tak jeho veškerou spolupráci s ostatními.ástmi základní desky i PC samotného. Frekvence AGP 5 je odvozena z kmito.tu FSB, nebon pro ob: se používá stejný frekven.ní generátor. Jako poslední z rychlých se k North Bridge Controlleru pipojuje také pam"dová sb"rnice. Její rychlost bývá v:tšinou stejná nebo vyšší než je rychlost FSB, a proto by frekvenci FSB m:ly odpovídat také parametry pam:nových.ip8. South Bridge - Peripherial Bus Controller se naopak stará o pipojení dalších periferií k základní desce. North Bridge a South Bridge jsou propojeny sb:rnicí PCI pop. speciální sb:rnicí nap. V-link 6. Sloty PCI jsou pak na motherboardu vyvedeny pro rozšiující karty. K South Bridge je pipojen pedevším kompletní 5 AGP Accelerated Graphic Port - kap patentováno firmou VIA, rychlé propojení South a North bridge

13 diskový subsystém, takže už samotné parametry South Bridge, resp. celého.ipsetu, rozhodují napíklad o tom, jakou penosovou rychlost budou moci pevné disky pipojené k základní desce využívat. Mimo disk8 se však South Bridge stará o USB, sériové a paralelní porty.i zajišnuje služby BIOSu. To je podrobn: rozebráno v kap. 7 - periferie. Basic Input Output System (BIOS) Vip BIOSu je fyzicky umíst:n na základní desce.erný velký.ip v DIP pouzdru viditelný na obr. 1 (.ást 9). Je to základní programové vybavení, nahrané v pam:ti flash ROM v po.íta.i. UmožJuje komunikaci procesoru s periferními zaízeními. To je d8ležité nap. pro zavedení vlastního opera.ního systému, schopnost zjistit, že byla stisknuta n:jaká klávesa atd. Mezi velmi d8ležité funkce patí i obsluha systémových hodin. BIOS obsluhuje i malý úsek pam:ti CMOS 7, která uchovává r8zné údaje o konfiguraci po.íta.e i po jeho vypnutí. Díky využití pam:ti CMOS z8stávají data o nastavení PC k dispozici i po vypnutí po9íta9e a lze je tudíž po startu znovu na.íst. Nicmén: i tato pam:n potebuje ke své.innosti energii, kterou v tomto pípad: dodává malá baterie. Nejznám:jšími výrobci BIOSu jsou firmy Award a AMI, ale m8žete se setkat i s jinými, nap. od IBM. Vyvolání BIOS Setupu (nastavování parametr8 BIOSu PC) je možné pouze pi startu po.íta.e a to stiskem klávesy DELETE ( pop. CTRL-F1, CTRL- F10 u r8zných výrobc8). Je-li teba firmware BIOSu zm:nit, nap. z d8vodu nekompatibility komponent, použije se tzv. peflashování. Pi peflashování je speciálním postupem nahrán nový firmware do FLASHROM. Tato operace je však pom:rn: nebezpe.ná a za.áte.ník8m se nedoporu.uje. Jumpery Jumpery jsou v podstat: jen jednoduché propojky. Na v:tšin: základních desek bývá ádov: pozic (pin), sloužících k nastavení n"kterých parametr/ MB. Jsou to v podstat: skupiny kontakt/, které se pomocí jumper8 zkratují a tím vytvoí jinou logickou 7 CMOS kap

14 hodnotu pro chipset a ten na to reaguje zm:nou parametru. Ke každé základní desce musí být návod, který vysv:tluje zp8sob propojení jednotlivých pin8 a jejich význam. Jednotlivé skupiny pin/ jsou o9íslovány pro snazší orientaci. Piny bývají dvojpinové a típinové. Alternativou k jumper8m jsou tzv. DIP switche. Obr Típin a DIP switch Ostatní konektory MB Na MB je samozejm: mnohem více typ8 konektor8, obrázky jsou v multimediální prezentaci umíst:né na CD. Zde uvedu jen vý.et n:kolika píklad8: FDD/IDE konektor konektor pro pipojení hard disku USB, LAN, COM, LPT, Audio konektory slouží pro pipojení periferií. SLOTY sloty r8zného tvaru podle typu sb:rnice. Popsáno v následující kapitole. 2.3 Sb"rnice Všechna data, která si mezi sebou dané periferie vym:jují, pecházejí pes Sb:rnici. Z toho vyplývá, že je jedním z nejd8ležit:jších.lánk8 PC. V pípad:, že je v PC pomalá sb:rnice, jsou data pomalu penášena a celý po.íta. se tak zákonit: zpomalí. Sb:rnice se rozd:lují na dv:.ásti [5]: Lokální sb"rnice je pipojena pímo na procesor, a ten je díky ní propojen s ídícími obvody. Procesor ji celou ídí. Systémová sb"rnice odd:luje lokální sb:rnici (tzn. sb:rnici u procesoru) od zbytku zaízení a pipojuje se na obvody. Je ukon.ena sloty. Existuje podle typu sb:rnice n:kolik druh8 slot8. Ke každé architektue sb:rnice písluší jiný slot. Do t:chto slot8 lze zasunout pídavná periferní zaízení (karty). Pizp8sobení slot8, an po velikostní.i jiné stránce, je jedine.né. Pokud si tedy poídíte nové zaízení (n:jakou kartu), nem8že se stát, že ji zasunete do špatného slotu. Tomu se íká sb:rnicový standard

15 Zp8sob komunikace pomocí sb:rnice je dobe vid:t z obrázku P4. Parametry sb%rnice Nepíjemnou záležitostí je fakt, že sb:rnice je pln: pizp8sobena architektue procesoru. Nejvíce viditelný bývá rozdíl v socketu 8. Proto je pi zm:n: procesoru.asto poteba zm:nit i MB. Našt:stí existují kompatibilní ady CPU, které mají sb:rnici stejnou. Existují následující hlavní hlediska sb:rnice [5]: Šíka adresové.ásti sb:rnice. Šíka datové.ásti sb:rnice. Hídicí kmito9et je generován specializovaným obvodem. Synchronizuje.innost veškerých obvod8 na MB. Rychlost, jakou jsou penášena data se nazývá peenosová rychlost a je vždy dána šíkou a rychlostí sb:rnice. Typy sb%rnic Existuje n:kolik typ8 sb:rnic pro PC, jež lze podle[5] rozd:lit na následující: AT-Bus (ISA) Také se m8žete setkat s ozna.ením ISA (Industry Standard Architecture). Používala se v po.íta.ích PC-AT, založených na mikroprocesoru (dále jen 286). Nejvíce se používala práv: v 286, ale byla základem i pro 386. Ve své dob: byla velmi výhodná a hlavn: levná. Dnes už na ni m8žeme s klidem zapomenout. MCA MCA od IBM m:la za úkol rozšíit schopnosti ISA pro 386. Cílem bylo zrychlení. Nerozšíila se, protože nespolupracovala s ISA a byla drahá. 8 Patice procesoru kap

16 EISA (Extended ISA) Zám:r byl podobný jako u MCA, tedy zrychlení. Tentokrát už byli všichni vypo.ítav:jší a EISA byla zp:tn: kompatibilní s ISA. Na EISA existují dv" patra slot/, horní pro ISA a spodní pro kontakty EISA. Bohužel ale EISA byla mnohem dražší než ISA. Díky tomu se také píliš nerozšíila. VESA Celým názvem VESA VL-Bus (Video Equipment Standards Association). Byla pechodným ešením - VESA je vlastn: pouze rozšíeení ISA, takže periferii zapojujete do VESA a ISA zárovej. Byla rychlejší, levn:jší. Problém byl v tom, že pi vyšším externím taktu procesoru klesala zatížitelnost karty (tzn..ím vyšší takt, tím mén: slot8 m8žete použít). PCI (Peripheral Component Interconnect) PCI si svou premiéru odbyl na 486, ale nejlépe se osv:d.ila na Pentiích. Bez problém8 spolupracuje i s jinými typy procesor8. Od procesorové sb:rnice je odd"len speciálními obvody, které se nazývají v.eském pekladu mosty (bridges). PCI se vyzna.uje vysokým kmito.tem, nezávislým na frekvenci procesoru. Také známé PNP (plug-and-play) bylo možno zavést díky PCI. AGP (Accelerated Graphic Port) Slot AGP je speciáln: zam:en na zobrazovací soustavu. Grafický adaptér je propojen pímo s opera.ní pam:tí. Takto se uleh.í velká.ást práce systémové sb:rnici a zvyšuje se rychlost penášených dat (n:kolikanásobn:). Musíte mít odpovídající procesor a opera.ní systém (min. Windows 95 OSR2). Abych jen tak nastínil, kolik dokáže AGP penést: je to 264 MB dat za jednu sekundu, což platí pro AGP 1x. Existují i další verze, nap.: AGP 2x a AGP 4x, AGP 8x

17 PCI EXPRESS PCI express by m:l být následovníkem PCI. Hlavním cílem je redukce velikosti sb:rnice, urychlení toku dat a možnost další miniaturizace MB. PCI express není zp:tn: kompatibilní s PCI. Je to prozatím nejnov"jší typ sb:rnice. PEednosti PCI Express: 2x v:tší penosová rychlost proti AGP 8x 4x rychlejší než PCI Standard definuje více druh/ PCI EXPRESS podle šíky sb:rnice [6]: PCI Expres 1x - Ur.ený pro pomalá zaízení (modemy, audio karty). PCI Expres 2x a 4x - Ur.ený pro rychlá zaízení (1Gbps a 10Gbps LAN karty, RAID atp.). PCI Expres 16x Následovník AGP 8x s dvojnásobným tokem, ur.ený pro Grafické karty (GPU) Typy skeíní SkíJ po.íta.e slouží pro fixaci komponent PC. ZároveJ ur.uje vn:jší tvar PC. PC se tak m8že stát dopljkem domácnosti. Všechny skeín" (case) mají ovládací tla9ítka, kontrolky, sloty pro mechaniky a otvory pro propojovací konektory. Používá se více typ8 skíní od r8zných výrobc8, našt:stí existují ustálené (standardní) kategorie skeíní, které výrobci respektují. V:tšina skíní se prodává s ATX zdrojem minimáln: 300W. Každý druh skín: má samozejm: své pednosti, ale i nedostatky. Desktop Výhodou desktopu je hlavn:, že se pokládá pímo na pracovní plochu stolu a nemusí stát vedle monitoru. Pokud na ní postavíme monitor (rozumné velikosti), dosáhneme ur.ité úspory místa na stole. SkíJ je dostate.n: velká pro pozd:jší rozšiování po.íta.e, ale má drobné problémy s chlazením. Další výhodou m8že být snadný peístup ke konektor/m. Tento druh case je vhodný hlavn: jako kanceláeské PC. Názory na použití tohoto typu case se dost r8zní

18 Obr Desktop Dalším typem desktopu je Slimline nebo SuperSlimline ( slim ). Tyto typy jsou cca o 50% - 70% užší. Výhodou je blokování menšího pracovního prostoru, ale naopak velmi podstatnou nevýhodou je menší vnitní prostor skín:, který tém: znemožjuje pozd:jší upgrade (zlepšení, rozšíení) po.íta.e. Tower (v%ž) V:žová provedení jsou dnes nej.ast:jší formou case (obr. 4). Byly zavedeny hlavn: pro to, aby bylo možno celé PC chladit jediným ventilátorem ve zdroji. Dnešní PC však generují takový tepelný výkon, že je teba použít ventilátor8 i n:kolik, pop. vodní chlazení

19 Obr Middle Tower V:ží se používá se n"kolik variant: Micro Tower (obr P5) - je v:ží nejmenší, nyní však hojn: používanou. Negativa jsou dost podobné slimline, tj. malá variabilita pro rozšiování. Jeho prostor posta.uje pro b:žné komponenty kanceláských po.íta.8, ale dopljování dalších komponent je výrazn: omezeno. Pozitiva jsou hlavn: prostorová skladnost. Big Tower: je nejv:tší skíní, používá se pedevším pro servery. Výhodou je relativn: velký prostor pro komponenty ve skíni. Ale oproti middle toweru nabízí navíc jen dva 5,25 sloty, tzn. že je pi dnešních kapacitách disk8 dostate.ný i Middle tower, se šesti 3,5 sloty a.tymi 5,25 sloty. Midi Tower je to n:co mezi Micro a Middle Tower. Hlavním problémem t:chto case je v:tšinou zdroj umíst:ný našikmo nad CPU, který znemožjuje efektivní chlazení. V:tšinou má ti 5,25 sloty. Middle Tower: (n:kdy také Middle Tower) prostorov: odpovídá desktopovému provedení, je menší než Big Tower. V sou.asné dob: zdaleka nejpoužívan:jší typ case. 2.5 Napájecí zdroj Veškeré komponenty, které jsou v PC (chladi.e, disky, CD-ROM, atp.) jsou peipojeny k napájecímu zdroji, který jim dodává energii. Ostatní periferie (karty) v:tšinou napájení

20 pímo ze zdroje nepotebují. Energii se jim dostane pes MB., výjimkou jsou dnešní nejsiln:jší grafické karty. Zdroj dodává n:kolik druh8 stejnosm:rných nap:tí. Napájení základní desky AT K základní desce AT se zdroj napojuje pomocí dvou šestipólových konektor8, které se ozna.ují P8 a P9. Pipojují se 9ernými vodi9i k sob". Detailní popis barev vodi.8 a hodnot nap:tí z [5] je na obr Obr Hodnoty nap:tí a barvy vodi.8 AT konektoru AT specifikace ur.ovala pro procesory základní nap:tí 5V. Díky snaze o snižování tepelného výkonu se dnes hodnota nap:tí pohybuje kolem 1,7V. Navíc i tato hodnota bude brzy zastaralá. To zp8sobilo problémy konstrukce základních desek a zdroj8. Problém se eší dv:ma nej.ast:jšími zp8soby [5]: Velmi málo používaný je zp8sob, že zdroj dodá pímo požadované nap:tí a základní deska to tak nechá, nic neupraví. Druhým pípadem je, že zdroj poád dodává 5 V, ale na desce jsou propojky, které si nastaví pesnou výši nap:tí, a tím si deska upraví nap:tí na požadovanou hodnotu

21 Napájení základní desky ATX Výhody ATX jsou následující [7]: Propojení je realizováno pomocí jednoho konektoru, takže se již konektory nedají prohodit viz. obr MB pracuje jen na nap:tí 3,3 V. Na desce už nejsou obvody pro konverzi z 5V na 3,3V. MB ale naopak obsahuje obvody pro snížení nap:tí nap. pro procesory, fungující nap. na 1.78V Zdroj obsahuje ídící obvod, který umožjuje vypnout dodávku proudu a tím vypnout PC. Všechny ATX desky umí s tímto obvodem pracovat. Pokud je teba násiln: vypnout PC, musí se stisknout spínací tla.ítko na min. 5 sekund. V:tšina t:chto zdroj8 mívá též kolébkový vypína. pro fyzické perušení dodávky proudu. Obr [5] - Hodnoty nap:tí a barvy vodi.8 ATX konektoru Legenda [5]: PS-ON - Signál pro zapnutí všech nap:nových okruh8. PW-OK - Kontroluje 5 V a 3,3 V okruhu. Pokud jeho hodnota poklesne pod vymezenou hranici, n:který z kontrolovaných pin8 pracuje s nedefinovaným nap:tím. To v praxi znamená, že v pípad: zkratu nebo poškození n:které komponenty zdroj okamžit: pestane dodávat proud a ve v:tšin: pípad8 ochrání zbytek PC. 5VSB - Záložní pin, na kterém se nachází 5V nap:tí, i když jsou ostatní okruhy vypnuty. GROUND (GND) - Ozna.ení zemnícího vodi.e

22 Ostatní HW se pipojuje ke zdroji velkými (Molex) a malými (Berg) konektory. Jsou konstruované tak, že není možno je oto9it (pepólovat) a zp8sobit tak poškození HW. Obr Napájecí konektory [4] Energetická náro4nost komponent V následující tabulce (tab [3]) jsou uvedeny orienta.ní hodnoty spoteby energie komponentami. Z toho vyplývá, že dnes b:žn: dodávaný 300W zdroj je v sou9asné dob" dostate9ný. zaízení spoteeba [W] procesor v.etn: ventilátoru základní deska (pro vlastní provoz) 5-15 USB zaízen za základní deskou 5-20 klávesnice + myš (PS/2) 1-5 RAM pam:ti 2-20 video karta 5-50 zvuková karta 2-10 interní faxmodem 2-10 sínová karta 2-10 pevný disk 5-20 CD-ROM mechanika 5-20 CD-R mechanika 5-20 DVD mechanika 5-20 Tab pevzata z [3] Energetická náro.nost komponent

23 Kapitola 3 Mikroprocesor Mikroprocesor (CPU - Central Processing Unit, procesor ) je hlavní.ástí po.íta.e. Jeho hlavním úkolem je zpracovávat instrukce, které dodávají programy. Rychlost CPU významn: ur.uje výkon PC. Není však jedinou sou.ástí mající vliv na výkon PC. CPU musí pro zpracování n:kterých instrukcí využít i jiné komponenty. Jádro CPU Intel P4 (Northwood) je na obr. P8 CPU je logický obvod, zpracovávající instrukce. Pro zjednodušení programování obsahuje CPU instruk.ní sady (IS) Parametry a vlastnosti CPU Koncepce CPU Existují dv: koncepce mikroprocesor8[5]: CISC (Complete Instruction Set Computer) - daný mikroprocesor obsahuje úplnou instruk9ní sadu. RISC (Reduced Instruction Set Computer) - obsahuje jen základní instrukce. Jsou mnohem jednodušší, a proto i snáze proveditelné. Filozofie je taková, že k vykonání 80 % instrukcí je poteba pouze 20 % instrukcí. Mikroprocesor typu RISC vykoná jednu instrukci mnohem rychleji než CPU typu CISC. Když CISC zpracovává instrukci, potebuje provést program složený z mikroinstrukcí. RISC je tedy mnohem jednodušší, a proto i levn:jší. Ale aby RISC vykonal instrukce, které nemá obsaženy, zkombinuje je z instrukcí již existujících. Toto kombinování je složit:jší a náro.n:jší, ale dochází k n:mu jen relativn: zídka, takže výhodn:jší variantou je poád RISC. Pokud byste cht:li pln: využít rychlosti RISC, musíte upgradovat vaše obvody na rychlejší, tzn. rychlejší pam:n apod [5]. Dodnes peevládá u osobních po.íta.8 CISC (hlavn: Intel a AMD), ale u nejnov:jších mikroprocesor8 i t:chto výrobc8 se už ve velké míe používají prvky RISC. Typ

24 mikroprocesoru RISC pln: využívají mikroprocesory PowerPC (Apple, IBM), ale ty se zatím u nás moc neuchytily, ale v USA jsou velmi rozšíené. Adresování Opera.ní pam:n (OP) je nezbytným fyzickým prostedkem systému. Musí uchovávat kód programu, mezivýsledky jeho.innosti [13]. CPU pak ur.uje adresu pam:nového prostoru, kde se nachází data, pomocí mechanismu zvaného adresování. Každé bujce je pak piazena ur.itá adresa a to bu\ pímo na fyzickou pam:n nebo na správce pam:ti, který spravuje fyzickou pam:n. Registry Aktuáln: zpracovávaná data si CPU ukládá do interních pam:tí, zvaných registry. Po.et registr8 je u r8zných CPU r8zný, ale ádov: kolem 10 až 20. Navíc dnes je k dispozici L1 cache o velikosti 512kB, která pomáhá ješt: více zrychlit pam:nové operace. Instruk4ní sada Každý mikroprocesor tuto sadu obsahuje. Sada musí obsahovat instrukce pro pesuny dat mezi pam:tí a registry, logické i aritmetické instrukce, instrukce pro ízení programu a n:kolik systémových instrukcí. Sou.ástí bývají i instrukce pro koordinaci víceprocesorových prostedí[5]. N:kteí výrobci ješt: dodate9n" doplwují instrukce pro podporu multimédií, tj. generování zvuku, grafiky a videa. První instruk.ní sadou takového typu byl soubor MMX (Multi Media extension) od firmy Intel. Jeho principem je provád:ní nej.ast:ji opakujících se.ástí multimediálních program8,.ímž se tyto úkony velmi zrychlují. Poprvé byl použit u procesor8 Pentium s frekvencí 166 MHz. Poté byl implementován i do dalších CPU. Intel Pentium III už vlastní nejnov:jší rozšíení sady o 70 instrukcí pro 3D aplikace. Ozna.uje se jako KNI (Katmai New Instructions) nebo také MMX+. Rozšíenou instruk.ní sadu mají i mikroprocesory od firmy AMD nazývané 3DNow! (3D multimedia instruction set)

25 Nap. Pentium IV podporuje SSE, SSE II, SSEIII, MMX, MMX+ a HTT. Oproti tomu AthlonXP MMX, MMX+, SSE, 3DNow!, 3DNow!+. 64-bitové instrukce jsou nap. IA-64,AA-64, ty využívají 64-bitové procesory. Správa pam%ti Správce pam"ti (SP) vytváí rozhraní mezi adresou generovanou programem a reálnou fyzickou pam:tí. SP tyto generované adresy petváí na takové adresy, aby to bylo nejvhodn:jší pro aktuální stav opera.ního systému (OS). D8vodem existence SP je výhodn"jší využití opera9ní pam"ti (OP). SP též zajišnuje zabezpe.ení ochrany pam:ti. V sou.asných OS pracuje zárovej i n:kolik program8 i sám OS. SP pak musí bránit kolizi t:chto program8. SP musí plnit následujících p:t funkcí [13]: Pid:lování pam:nových regionu na požádání programu. UvolJování pam:nových regionu na požádání. Udržování informací o obsazení adresového prostoru. Zabezpe.ení ochrany pam:ti. U víceúlohových systém8 (multitasking) musí SP podporovat stídavý b:h více procesu. Zabezpe4ení pam%ti Aby bylo spln:no pravidlo jednotky, že dva programy nemohou sou.asn: využívat stejnou adresu OP, mají moderní mikroprocesory min. dva režimy práce [5]: systémový - neklade omezení, povoleno je vše, pracuje v n:m OS uživatelský - povoleno je to, co umožní program b:žící v systémovém režimu. SP s ním spolupracuje, takže m8že uživatelským program8m bránit v provád:ní chybných operací

26 Systémové p:erušení Jak je uvedeno v [5] jedná se o signál, který vyšle k mikroprocesoru program.i n:které hardwarové zaízení. Odesílatel tohoto signálu se snaží zabrat mikroprocesor pro sebe. Nap. když stisknete klávesu na klávesnici, mikroprocesor peeruší dosavadní 9innost a daný povel, který pinesl signál, zpracuje. Všechny modern:jší mikroprocesory obsahují vektorový systém peerušení. To znamená, že každé perušení je identifikováno svým.íslem. Na ur.itém míst: v opera.ní pam:ti je uložena tabulka vektor8 perušení. Vektor perušení, identifikovaný.íslem perušení, ukazuje na adresu v pam:ti, kde je uložen obslužný podprogram perušení (rutina). Tzn. první perušení spustí pes první vektor perušení první program, který zpracuje zdroj perušení. Ped skokem na vektor perušení si uloží mikroprocesor sv8j momentální stav. Po zpracování peerušení mu to pak umožní vrátit se zp"t k p8vodní.innosti. Výhodou vektorového perušovacího systému je možnost nahrazení obslužného programu peerušení programem vlastním. Navíc je toto perušení možno využít k pepínání kontextu, a tím pepínání aktivní.ásti multitaskingového systému. Detailní specifikace t:chto d:j8 je výborn: popsána v [13]. Mikroprocesor musí obsahovat i mechanismus, kterým perušení do.asn: zakáže. Využívá se to v pípad: tzv. atomických operací (neperušitelných krátkodobých operací), kdy je nutností, aby nap. nedošlo ke zm:n: pam:ti b:hem.tení bloku pam:ti. [13] Pam%< cache Tento druh pam:ti je vyrovnávací pam"d, která umožjuje rychlejší pístup CPU k ostatním komponentám. Jejím ú.elem je vzájemné peizp/sobování rychlostí jednotlivých komponent. Cache na.te data z pomalejšího zaízení a pak je poskytuje na požadavek rychlejšímu zaízení. V:tšinou pomalejší komponenta neznamená, že by m:la menší penosovou rychlost, ale spíš delší pístupovou dobu

27 Cache existuje ve teech úrovních: L1 First level cache Slouží k zásobování registr8 mikroprocesoru daty ze sb:rnice, umíst:na na CPU [5]. L2 Second level cache umíst:na mezi CPU a OP zrychluje penos pam:nových blok8. L3 Third level cache vyrovnávací pam:n sb:rnice, umíst:na na MB, zrychluje komunikaci komponent. Metody využití cache a její režimy jsou podrobn:ji popsány v kapitole Architektura procesoru Pro starší mikroprocesory se podle [5] používalo sekven9ní zpracování instrukcí, tzn. instrukce se zpracovávaly jedna po druhé. Toto ešení naposledy využívaly 486. Sou.asné CPU využívají tzv. superskalární architekturu, která zvládne zpracovat n:kolik instrukcí najednou. Lze toho dosáhnout zdvojením n:kterých funk.ních celk8 CPU. Jinou metodou je vhodný návrh mikroprocesoru, kdy mohou jednotlivé celky pracovat nezávisle na sob: (Power PC). Ale ani tak nejde n:kdy zpracovávat instrukce paraleln: a to v pípad:, že se zpracovávají dv: instrukce, z nichž jedna pipravuje údaje pro druhou. Další možností je pipelining. Zpracovávaná instrukce se rozloží do více fází a ty jsou pak postupn" zpracovávány. V okamžiku provedení jedné fáze, postoupí se do další fáze. Uvoln:nou fázi za.ne využívat jiná instrukce. Vnit:ní ší:ka dat Množství bit/, které dokáže CPU zpracovat najednou v jedné operaci.. Sb%rnice Obecn: je sb:rnicí nazývána soustava vodi9/, kterými proudí data nebo ídící signály. Z CPU vychází mnoho sb:rnicových vodi.8 [5]. Všechny informace, které sb"rnice peenáší se skládají z jedni.ek a nul (dva stavy)

28 Sb:rnice se podle typu d:lí na: Datovou sb"rnici - penáší data mezi mikroprocesorem a okolím. Vím je širší, tím více dat naráz penese,.ímž stoupá rychlost penosu (Throughput speed) Adresovou sb"rnici - proudí jí adresy. Vím je širší, tím více má adresových kombinací a mikroprocesor m8že pracovat s v:tší fyzickou pam:tí. Pokud má sb:rnice 32 vodi.8 (co vodi., to jeden bit), tak se jedná o 32bitovou sb:rnici. Taková sb:rnice m8že vygenerovat kombinací (jinak také 2 32 ). Z toho vyplývá, že maximální adresovatelná velikost pam:ti je kolem 4GB. Základní deska musí nabídnout mikroprocesoru vhodnou šíku a rychlost sb:rnice, jinak tím zpomaluje výkon mikroprocesoru, popípad: neschopnost práce CPU, tzn. že daný CPU není schopen pracovat s MB, což m8že vést k poškození MB nebo CPU. Vnit:ní frekvence CPU potebuje vn"jší zdroj taktovací frekvence, která mu ur.í jak rychle má pracovat. MB obsahuje generátor, který tyto impulsy vytváí. Platí pímá úm:ra.ím vyšší frekvence, tím vyšší výkon (v rámci jedné architektury CPU). Bohužel více operací znamená také v:tší tepelný výkon, takže je poteba CPU dostate.n: chladit (vzduchem, vodou, tekutým dusíkem, atp.). Díky rostoucí teplot: nelze zvyšovat takt CPU pes ur.itou hranici. Vn%jší frekvence Pro komponenty je také generována frekvence, která slouží pro stanovení a synchronizaci peenos/ po sb:rnici. Rychlost sb:rnice je rozdílná od rychlosti CPU (nižší). Tato rychlost má pímý vliv na rychlost PC, lépe e.eno na schopnost komunikace HW komponent. Vnitní a vn:jší frekvence spolu úzce souvisí vnitní je x násobkem vn:jší. X se nazývá multiplikátor CPU

29 Napájení Díve bylo obvykle nap:tí CPU 5 V (AT zdroj). Vlivem rostoucích tepelných výkon8 bylo postupn: toto nap:tí sníženo na 3,3V (ATX zdroj). M8žete se setkat nap. s t:mito zkratkami [5], ale existují i další: VRT - mikroprocesor je sice napájen nap:tím 3,3 V, ale jeho jádro pracuje pouze s 2,8 V. STD - základní deska je schopna dodávat nap:tí od 3,135 V až po 3,6 V. VR - od 3,3 V až po 3,465 V. VRE - od 3,4 V až po 3,6 V. Chlazení mikroprocesoru Pro chlazení dív:jších CPU až do 386 sta.ilo chlazení case jedním ventilátorem. Od Pentia výš byl používán malý aktivní chladi. (žebra pasivního chladi.e ( pasívu ) s ventilátorem). Na dnešních procesorech je trendem použít na chlazení procesoru co nejv"tší ventilátor a pasív. Je to z d8vodu, že pi stejném pr8toku vzduchu potebuje menší otá.ky a tudíž generuje menší hluk. Pi použití i.ty ventilátor8 v case je rozdíl už výrazný. U po.íta.8 do typu 386 se kovová žebra na mikroprocesor nalepovala. Dnes se tam pipevjují speciálními klipsami a mezi CPU a pasív se maže tepeln" vodivá pasta, pro lepší penos tepla. Možná ješt: zajímav:jším, avšak mén: používaným, ešením chlazení je chlazení vodní. Obsahuje.erpadlo, vým:ník, hadi.kové rozvody, m:d:né pasivní bloky (waterblock). Na vým:níku je umíst:n tichý ventilátor pro zvýšení ú.innosti chlazení. Celé toto zaízení tvoí uzaveený systém, není tedy riziko úniku vody na komponenty. Díky své složitosti je ale mén: používaný. Ilustra.ní obrázek celého systému je obr. P

30 Socket Socket znamená v pekladu zásuvka nebo patice, do které se zasouvá CPU. Díve bývalo zvykem CPU pímo letovat do MB. Od 486 se za.ala využívat ZIF patice (Zero Input Force)[5]. ZIF má na boku pá.ku, jejímž zvednutím se mikroprocesor uvolní a m8že se vyjmout ze zásuvky. Jejím stla.ením se patice upevní. R8zné typy socket8 jsou v tab pevzaté z [3] Patice Rozsah naptí [V] pro mikroprocesor Socket 3 3, DX, SX, DX2, DX4, AMD 5x86, Cyrix 5x86 Socket 7 2,5-3,3 Pentium, Pentium MMX, AMD K5, AMD K6, Cyrix 6x86, Cyrix M II Socket 8 3,1-3,3 Pentium Pro Socket 370 1,3-2,05 Pentium II, III, Celeron, VIA Cyrix. Je ur0en pro mikroprocesory PPGA (Plastic Pin Grid Array) Socket 370 FCPGA* 1,6 V Pentium III, fyzicky stejná patice jako Socket 370, avšak nekompatibilní. Ur0ena pro procesory v pouzd>e FC-PGA - Flip-Chip Pin Grid Array Slot A 1,3-2,05 AMD Athlon Socket A 1,1-1,45 AMD Athlon a Duron Slot 1 2,1-3,5 Pentium II a III Socket 432 1,5 Pentium 4 Willamette Socket 478 1,5-1,75 Pentium 4 Northwood Tab typy socket8 3.2 Historie procesor/ S využitím [5] si piblížíme n:které typy dnes používaných mikroprocesor8. Je možné, že díky vývoji v tomto oboru toto nebude brzy vý.et kompletní, protože nový typ CPU se objevuje tém: každý rok. Ped mnoha léty (cca 1981) formuloval p. Moore tzv. Moor8v zákon, který íká, že po.et tranzistor8 v jádru CPU se každých 18 m:síc8 zdvojnásobí. A. s podivem, tento zákon stále platí

31 Intel bitový procesor od Intelu bžn oznaován jako 286. Oproti svým p edch"dc"m 8086 a 8088 p inesl výrazná zlepšení. Sestavy s tímto CPU byly oznaovány AT. Intel Firma Intel vytvoila CPU (tzv. 386) byl první 32 bitový. Ješt: pedtím však uvedla typ SX, který byl navržen pro montáž do základních desek 286, s užší sb:rnicí odpovídající 286, tj. šestnáctibitovou. Pozd:ji Intel vyvinul.ip (486), což byla jen naopak jen lehce vylepšená verze Hlavní zm:na spo.ívala v matematickém koprocesoru, jehož úkolem je provád:t pouze matematické výpo.ty. Ten byl od 486 již pevn: integrován do CPU, od 286 bylo možno tento.ip (80287) dokoupit a pidat na MB, pokud to podporovala. Tím bylo dosaženo výrazného zrychlení CPU. Navíc podle [5] 486 už za.íná používat 5-ti stupjový pipelining a objevují se tu i prvky RISC. Intel SX m:l peerušené spojení s koprocesorem,.ímž m:l asi o 15%-30% menší výkon, v závislosti na typu aplikace. MB pak obsahovala místo pro pipojení koprocesoru i DX - Základní verze DX/2 - kompatibilní s 486 DX, pracuje na dvojnásobné vnitní frekvenci. 486 DX/4 pracuje na trojnásobné vnitení frekvenci Intel Pentium Možná Vás napadne, pro. po názvech v.íselném tvaru z ni.ehonic pišel Intel s názvem Pentium. Je totiž pravdou, že posloupnost.ísel si nelze patentovat. Díky tomu ada výrobc8, v.etn: AMD prosperovala nap. díky.ipu Am386, který bez problém8-37 -

32 vydávala za Intel Proto Intel investoval nemalé prostedky do nového názvu, který si nechal patentovat a tím zablokoval cestu konkurenci. Pentium navíc obsahuje další superskalární prvky a prvky RISC. Za ur.itých okolností jsou schopny dv: aritmeticko-logické jednotky Pentia zpracovávat i dv: instrukce najednou v kombinaci s pipeliningem až 3. Navíc Pentium využívá i zv:tšenou cache pam:n v režimu write-back (kap ). Pracoval na frekvencích MHz. Pentium Pro K CPU byla pidána L2 cache a n:kolik dalších prvk8 RISC a navíc se zvýšil po.et 5 stupj8 pipeline na 14. Tento CPU má lepší analýzu toku dat lépe fázuje jednotlivé instrukce a sestavuje.asový plán pro zpracování jednotlivých píkaz8. V jednom PC navíc mohou spolupracovat až 4 Pentia Pro. Pentium II Je do zna.né míry podobné Pentiu Pro, ale op:t pidána cache a navíc i instrukce MMX. Na MB lze umístit dv: PII. Nové je též pouzdro CPU - S.E.C.C. (Single Edge Contact Cartridges). Prohlédnout si ho m8žete na obr. P7. V tomto pouzde je umíst:no CPU a navíc 512kB cache L2. PII pináší též zvýšení taktu vn"jší sb"rnice na 100 MHz oproti 66 MHz, což si vyžádalo nové rychlejší obvody v MB. Pentium III Procesory Pentium III pišly s SSE (Streaming SIMD Extensions), což je 70 nových instrukcí, které vedou k zlepšení výkonu v 3D aplikacích. Od 600 MHz se vyskytovaly s jádrem (hlavní.ást CPU) Coopermine, které bylo vyráb:no 0,18 mikronovou technologií, které již m:ly na CPU integrovanou 256kB L2 cache a vn:jší frekvenci 133MHz

33 Pentium 4 (P4) Jedná se o úpln: nové jádro, které není založené na PIII. Podporuje 400MHz systémovou sb:rnici, teoretická prostupnost je 3.2 GB/s. Pibyla nová sada SSE2 vedoucí ke zlepšení výpo.t8 v plovoucí.árce. Navíc implementuje funkci Hyper Pipelined (Hyper Threading). Bohužel je nutno použít nový MB s novou paticí Socket 423. Detail jádra v.etn: popisu je na obr. P8 z [17].Podporuje SSE, SSE II, SSEIII, MMX, MMX+ a HTT Celeron Je low-endovým (nízko nárokovým) ešením. Neobsahuje L2 cache. Mají sb:rnici 66MHz a jsou vyrobeny 0,25 mikronovou technologií. Od frekvence 300 MHz se nazývají Celeron A, který získal 128kB L2 cache. D8vodem byla konkurence AMD. Dnes je už na trhu i procesor Celeron II. Je to klasické P4, jen s polovi.ní L2 Cache. AMD K5 Byla to pímá konkurence Pentia. V jednom taktu mohl dokon.it až 4 instrukce. Hlavn: byl pi srovnatelném výkonu levn:jší než Pentium. AMD K6 Je kompatibilní s Pentiem, jako patici používá též Socket 7. Sb:rnice funguje na 66 MHz. Obsahuje i technologii MMX. AMD K6-2, K6-III Jedná se o pímou konkurenci P II a P III. Jsou ur.eny pedevším pro 3D aplikace. K6- III nabízí ješt: 256 KB integrované vyrovnávací pam:ti L2. Podporuje vlastní IS AMD 3DNow!, která urychluje práci v pohyblivé ádce. K6-2 byl velice úsp:šný, ale K6-III byl nakonec stažen kv8li vysoké cen: a tepelnému výkonu

34 Duron Je to v principu odleh9ená verze pozd:jšího Athlonu. Podle [5] je jeho L1 cache 64kB pro instrukce, 64kB pro data. L2 Cache pouze 64kB pímo na.ipu. Tato L2 cache je fullspeed (funguje na stejné frekvenci jako procesor). Obsahuje instruk.ní sady MMX a 3DNOW! Enhanced. Duron komunikuje na FSB 200 MHz a na 266 MHz pi použití 133 MHz SDRAM. AMD K7 Athlon Je vyroben 0.25 mikronovou technologií, disponuje 128kB L1 cache, 512kB L2 fullspeed cache. Využívá nový socket socket A. Sb:rnice funguje na 200 MHz. Je výkonn:jší než Pentia III a ve stejné úrovni je výrazn" levn"jší. AMD ATHLON XP Vyrábí se s r8znými jádry. Výkon ur.uje tzv. performance rating (PR). Obsahují kb cache, podle typu jádra. Prozatím jsou k dispozici do PR Tj. pi reálné frekvenci pibližn: 2,5 GHz odpovídají výkonov: P4 3,2 GHz. Podporuje MMX, MMX+, SSE, 3DNow!, 3DNow!+. Porovnání Intel byl dlouhou dobu v tomto odv:tví vedoucí spole.ností, ale situace se pomalu, ale jist: obrací ve prosp:ch AMD, i když Intel si stále ješt: drží nejvyšší podíl na trhu. Jaký mikroprocesor si koupit je na zváženou. V oblastí levných procesor8 soupeí mezi sebou Celeron II a AMD Duron a v oblasti výkonných procesor8 vás.eká rozhodování mezi Pentiem IV a Bartonem. Pentium 4 je stále dražší varianta a navíc MB Intelu neposkytují možnosti zm:ny frekvence FSB.i násobi.e, zatímco Athlony jdou.asto peetaktovat i o více než 500PR jednotek navíc (400 MHz). V:tšina uživatel8 spíš koupí jak levn:jší, tak i do budoucna petaktovatelný procesor. Pi výb:ru CPU je poteba dávat si pozor na typ jádra pi výb:ru nevhodného typu budete muset investovat do silného chladi.e

35 Kapitola 4 Pam"ti 4.1. Základní d"lení pam"tí Pam"t je jednou ze základních sou.ástí PC. CPU jí využívá ke.tení program8 a ukládání výsledk8. Existuje n:kolik druh8 pam:tí, ale nejvíce se používá segmentace na primární a sekundární. Primární pam:n je pedevším opera.ní pam:n. Vyzna.ují se nižší kapacitou, ale ádov: nižší vybavovací dobou. Sekundární je pedevším odkládací prostor, tj. disky. Hlavní parametry pam%tí: Kapacita udává po.et Byt8 (pop bit8), které lze do pam:ti uložit. Nej.ast:ji se udává v KB, MB a GB. PEístupová doba rychlost pro zapsání nebo vyhledání dat. PEenosový rychlost množství Byte penositelné za vteinu Energetická závislost jednou z nezanedbatelných v:cí je fakt, zdali se pam:n po vypnutí po.íta.e, tj. odpojení od proudu, vymaže nebo se obsah zachová. Destruktivnost pei 9tení Udává jestli data po pe.tení z8stanou neporušena PEístup možnost pistoupit k ur.itému místu pam:ti. Bu\ pímá nebo sekven.ní. Spolehlivost - MTBF Mean Time Between Failure stední doba selhání HW. Veli.ina udávající spolehlivost pam:ti. Dodává výrobce podle provedených test8. Cena za bit ekonomické hledisko pro zhodnocení výhodnosti pam:ti

36 Hlavní údaje shrnuje následující tabulka: Parametr Registry VnitEní pam"ti Vn"jší pam"ti Kapacita (jednotky byt8) 100 kb 4GB 10 MB 200 GB PEístupová doba okamžitá 10 ns 7 ms - 10 min PEenosová rychlost vzhledem k malé kapacit: se v:tšinou neuvažuje 1-10 MB/s 0,5 MB/s - 80 MB/s Energetická závislost statické statické i dynamické statické Destruktivnost pei 9tení nedestruktivní destruktivní i nedestruktivní nedestruktivní Energetická závislost závislé závislé nezávislé PEístup pímý pímý pímý i sekven.ní Spolehlivost velmi spolehlivé spolehlivé mén: spolehlivé Cena za bit vzhledem k nízké kapacit: vysoká nižší než u registr8 a vyšší než u vn:jších pam:tí vzhledem k vysoké kapacit: nízká Tab Klasifikace pam:tí 4.2. Princip pam"ti Každá polovodi.ová pam:n je tvoena maticí miniaturních elektronických prvk8. Každý z t:chto prvk8 m8že nabývat dvou stav8 0 a 1. 8 bit8 tvoí 1 Byte. Adresování je provád:no ádkovými a sloupcovými vodi.i umožjující elektronické ovládání, tj. zápis a.tení ROM (Read Only Memory) Hlavní využití je ve schopnosti pamatovat si data i po vypnutí po.íta.e, tj. po ukon.ení písunu elektrického proudu. Hlavní využití této pam:ti je v PC použito pro uložení BIOSu. BIOSu je využit OS pro komunikaci s HW. Jedná se o vcelku pomalou pam:n, proto je ihned po startu pehrána do rychlejší OP. Tato operace se nazývá shadowing

37 Typy ROM Podle specifikací v [5] : ROM - bujky pam:tí jsou pedstavovány elektrickým odporem nebo pojistkou. Výrobce pam:ti n:které z nich zám:rn: pepálí (0) a ostatní nechá (1) PROM - (Programmable Rom) - naprosto stejné, jako ROM, ale s tou výjimkou, že informaci do nich nezapisuje výrobce, ale uživatel pomocí programátoru pam:ti ROM. Ale ani do PROM nelze zapisovat opakovan:, zápis je nem"nný. EPROM - (Erasable PROM) - jedna z pam:tí, do které je možno opakovan" zapisovat. Informace se v ní udržuje pomocí dobe izolovaného elektrického náboje. Díky izolaci se nevymaže ani po vypnutí po.íta.e. EPROM je možno vymazat pomocí ultrafialového záení a po vymazání znovu zapisovat. EEPROM - (Electrically EPROM) - narozdíl od EPROM jsou mazatelné pomocí elektrického impulsu a doba mazání se pohybuje v milisekundách, narozdíl od EPROM, kde musíte ultrafialové záení nechat p8sobit zhruba p8l hodiny. Po.et zápis8 na EEPROM (potažmo i EPROM) je omezen. Doba pamatování informace je okolo 10 až 20 let. Flash-EPROM - je posledním typem ROM. Je z pedešlých typ8 nejrychlejší a dá se s ní vlastn: pracovat jako s RAM, ale po odpojení se nevymaže. Dokáže až 1000 programování a mazání. Lze ji peprogramovat pímo v po.íta.i RAM (Random Access Memory) Díky své rychlosti je zdaleka nej.ast:ji využívaným typem OP. Navíc oproti ROM umožjuje i zápis. Typy RAM: SRAM - (statická RAM) - pam:nová bujka je tvoena bistabilním klopným obvodem, který nabývá hodnot 0 nebo 1. Pístupová doba je kolem 25 ns [5]. Je však pom:rn: drahá. Obvyklá velikost je 256 a 512 KB.Využívá se pro cache L2. DRAM - (dynamická RAM) - pam:nová bujka je tvoena miniaturním kondenzátorem. Ten podle nabití reprezentuje stav 1 a 0. Kapacita t:chto kondenzátor8 je malá a proto je poteba dobíjet je v:tšinou každé 2-3 cykly (cyklus je

38 závislý na vn:jší frekvencí, jedno- nebo dvoj-násobek (DDR)). DRAM jsou levné a používají se v pam:tích s velkou kapacitou. Pístupová doba se pohybuje okolo 60 až 100 ns. [5] CMOS-RAM (Complementary Metal Oxide Silicon) bujky jsou vyrobeny technologii CMOS, díky ní se vyzna.uje malou spoteebou. Využití je hlavn: pro BIOS. SDRAM (Synchronous Dynamic RAM) pam:n, pracující pi stejném taktu, jaký je nastavený na sb:rnici. Její vybavovací doba je 8, 10 nebo 12 ns [5]. Je používána v pam:nových modulech DIMM. Penosová rychlost je pi taktu FSB 200 MHz a šíce sb:rnice 32 bit8 (=8 Byte) dána vzorcem = 1600 MB/s nebo-li 1,6GB/s. Pam"D DDR (Double Data Rate) Využívá k penosu náb:žnou i sestupnou hranu ídicího impulsu (generovaného systémovým.asova.em obr P3). Díky tomu provede DDR oproti SDRAM dv" operace místo jedné u SDRAM. Rychlost pam:tí je pak tedy dvojnásobná. Praktická reprezentace je na obr. P3. Pro rychlost FSB 200 se pak penosová rychlost rovná = 3200, tj. 3,2 GB/s Pam"D RDRAM (Rambus DRAM) Pam:ti Rambus (podle výrobce) používají zcela odlišný zp8sob penosu dat než klasické pam:ti. Používá se sb:rnice s frekvencí 400 MHz a šíkou 16 bit8. Data jsou na této frekvenci penášena jak na vzestupné, tak na sestupné hran: taktovacího hodinového signálu, odtud ozna.ení 800 MHz. Protože 16 bit8 jsou 2 Byte, pi 800 MB x 2 Byte za sekundu dostaneme celkovou propustnost l,6gb/s. Zvýšením po.tu kanál8 na 2 lze dosáhnout 3,2 GB/s atd. Pam%<ové banky Pokud pidáváme nebo odebíráme pam:ti do po.íta.e, pak je poteba, aby se tak d:lo pouze v rámci pam"dových bank/ [4]. Pam:Nový bank je tedy nejmenší jednotka pam:ti, která m8že být do po.íta.e pidána, pop. z po.íta.e odebrána

39 Teoretická propustnost pam%tí Datovou propustnost pam:tí spo.ítáme takto: frekvence FSB x po.et penášených byte x po.et pam:nových modul8. Výsledky ukazuje tabulka tab Pam:N FSB Penášené Byte Po.et kanál8 Datová propustnost Zna.eni Datová šíe [MHz] (šíka slova) [B] pro penos dat [GB/s] modulu [b] DDR 2x ,6 PC DDR 2x ,1 PC DDR 2x ,65 PC RIMM 2x ,2 PC Tab Propustnost pam:tí pevzata z [3] Cache V:tšinou tvoena z SRAM bun"k. Používá speciální Eadi9 (Eadi9 cache), který dokáže dopedu odhadovat, která data bude mikroprocesor potebovat a automaticky je pesune z opera.ní pam:ti do cache. Ušetí se tak mnoho.asu. HIT RATE Ur.uje pom:r mezi dotazy na.tenými do cache a celkovými dotazy mikroprocesoru. Režimy cache Write-Through (pímý zápis pes cache) - jde o nejstarší typ používané cache, zárovej je nejpomalejší. Data se v tomto režimu ukládají zárovew do cache i do OP. V pípad: poteby pak CPU otestuje cache na výskyt dané informace a pokud nenalezne shodu, pak na.te data z OP. Write-Back (opožd:ný zápis) - Oproti Write-Through se data zapisují pouze jednou a to pímo do cache. V okamžiku, kdy jsou tato data odstran:na z cache dojde k zápisu do OP

40 Pipelined Burst - Pam:N provádí n:kolik operací dohromady, tzn. pokud program za.ne.íst informace z ur.ité adresy, pak cache na9te zárovew i adresy následující za aktuální. Pístupová doba pam:ti k dat8m se udává zhruba od 10 ns až do 15 ns. 4.3.Vn"jší pam"ti Harddisk fyzická struktura Celý pevný disk se fyzicky skládá z následujících sou.ástí: magnetické hlavy médium, na kterém jsou uložena data mechanika, jejímž úkolem je pohybovat hlavami adi. pro ízení práce disku. Médium se skládá z pevných kotou9/, které jsou umíst:ny v n:kolika vrstvách na sob:. S t:mito kotou.i pracují magnetické hlavy, které z nich dokáží.íst nebo do nich zapisovat data. Pohybují se nad povrchem jednotlivých kotou.8 na vzduchovém polštái. Tohoto je dosaženo pomocí vztlaku, který vzniká mezi hlavou a rozto.enou plotnou disku, podobn: jako vznášedlo.vzdálenost hlav od kotou.8 je pár mikrometr/ a proto musí být disk bezpe.n: uzaven ve vzduchot:sném pouzde, aby nedošlo k n:jaké kolizi nap. s.ásticemi prachu. Pi ne.innosti disku jsou magnetické hlavy v tzv. parkovacích oblastech, kde nezp8sobí žádnou škodu. V pípad: kolize hlavy s kotou.em by došlo k poškození záznamové plochy disku a data by byla nenávratn: zni.ena. Magnetické hlavy slouží pro 9tení i zápis na médium (kotou.e). Pro každý kotou. existuje jedna hlava, ale ke.tení dochází z obou stran povrchu. Data se zapisují na všechny kotou.e, tj. do stop, které leží pímo pod sebou. Je to zp8sobeno tím, že všechny hlavy se pochybují spole9n" nad kotou9i. Stopy ležící nad sebou se nazývají cylindry. Tímto se dosáhne výrazného zvýšení rychlosti vybavování informací

41 Jednotlivé kotou.e jsou rozd:leny do soustedných kružnic nazývaných stopy (tracks). Každá z t"chto stop je rozd:lena do sektor/ (sectors). Stopy na kotou.i ve stejné vzdálenosti od stedu ozna.uje jako válec (cylinder). Obr Náhled na fyzickou strukturu disku [4] Parametry píslušné každému disku jsou pak[4]: Hlavy disku (heads) po.et.tecích (zapisovacích) hlav pevného disku, shodný s po.tem aktivních ploch. Stopy disku (tracks) po.et stop na každé aktivní ploše disku. Cylindry disku (cylindry) po.et cylindr8 pevného disku shodný s po.tem stop. Sektory (sectors): po.et sektor8, na které je rozd:lena každá stopa. U v:tšiny pevných disk8 po.et sektor8 na všech stopách stejný. Zápis a.tení z disku probíhá na magnetickou vrstvu kotou.e ve tech krocích[4]: Vystavení zapisovacích (.tecích) hlav na píslušný cylindr. Nej.ast:jší metodou vystavování hlav je VOICE COIL (vystavovací cívka). Cívkou prochází proud a tím zp8sobuje výchylku. Mezi hlavou a cívkou existuje zp:tná vazba hlava hlásí svou polohu ídící elektronice hlavy. Hlavy jsou na pružince, která pi výpadku proudu vrátí hlavy do parkovací oblasti. Pooto.ení disk8 na pati.ný sektor. Zápis (na.tení) dat

42 Data jsou na disk zapisována po cylindrech od prvního až po poslední, což má praktický význam pro zrychlení práce disku. Parametry HDD PEístupová doba tj. za jak dlouho je disk schopen vyhledat nebo zapsat data. V:tšinou se jedná o cca 7-10 ms (musí se se.íst doba.ekání a vystavení). Doba 9ekání - ekn:me, že hlava se už nachází nad správnou stopou. Musí se po.kat, až se pod ni doto.í sektor, ze kterého chce.íst. Nikdy nelze pesn: stanovit, za jak dlouho sektor dorazí, zhruba se používá polovina otá9ky disku. Dnes se nej.ast:ji 1 1 používají otá.ky 7200 ot/min. Tzn. 2 = cca 4,1 ms. 7200( otacek za sek.) 60( sek.) Disk s 9600 otá.kami by m:l tuto dobu cca o 1 ms nižší. Doba vystavení - jde o.as, který je potebný k pochybu hlav na stopu. Vasov: lze íci, že je dlouhá zhruba 3-4 ms. Prokládání Když dochází ke.tení dat z jednoho sektoru, odesílají se pes adi. a BIOS do opera.ního systému, který je poskytuje dále. Celá tato operace n"jakou dobu trvá a b:hem tohoto se hlava posune o ur.itou dráhu a už se nestihne pe.íst další sektor. Muselo by se tedy.ekat na doto.ení. Prokládání znamená, že data se ukládají ob n:jaký po.et sektor8 a.tení je bezproblémové a rychlé. Navíc svou roli v tomto pípad: sehraje i vyrovnávací cache na disku (b:žn: 2 nebo 8 MB). Faktor prokládání je.íslo, udávající po.et peskakovaných sektor8. Dnes je to díky cache pam:ti disku málo používaná metoda. Obr Prokládání 1:3-48 -

43 Hustota záznamu Cílem je vytváet stále jemn:jší a pitom stabilní magnetické struktury s možností vyšší hustoty zápisu dat. Data jsou zapsána na miniaturní dipóly uchovávající bitovou hodnotu 0/1. P8vodn: se na kotou.e nanášela slabá vrstva oxid8, ta byla však nahrazena vrstvou tenkého filmu. Kódování dat Pi.tení dat se.te zm:na nap:tí, která je vyvolána pouze zm:nami magnetického toku (zm:nou hodnoty na 0 nebo 1). Pokud však hlava.te stejné dipóly za sebou, není schopna rozlišit jejich po.et. Proto byly [14] vyvinuty metody kódování dat: MFM, RLL, PRML: MFM (Modified Frequency Modulation) Každý signál má vymezenu pesnou délku. Podle.asu pak adi. po.et stejných bit8 - dnes využíváno jen u disket. RLL (Run Length Limited) - adi. si pepo.ítává ukládanou posloupnost na novou kombinaci 0 a 1. Ukládaná hodnota je pem:n:na tak, aby se v n:m nevyskytovaly ne.itelné sledy 0 nebo 1. PRML (Partial Response Maximum Likehood) - hodnoty se zpracovávají digitálním signálovým procesorem (DSP). Ten i tyto hust: ležící dipóly pepo.ítá. PRML rozezná více dipól8 na malé ploše.ímž bylo dosaženo další navýšení kapacity disku. Prekompenzace disku Vn:jší stopy jsou delší než vnitní stopy uprosted kotou.8. Ale i tak nesou stejné množství dat. Ve vnitních oblastech existuje riziko slu.ování bitových informací (dipóly leží blízko u sebe a mohou se ovlivjovat). Tomu zabrajuje prekompenzace. eadi. tento pohyb dipól8 pedpokládá a data ukládá tak, aby byla po vzájemném p8sobení magnetických sil správn: uložena

44 Zone bit recording Plocha disku je rozd:lena na zóny, v jedné zón: bývá zpravidla více stop. Každá zóna má jiný po.et sektor8, podle délky stopy. Používání ZBR zvyšuje kapacitu disku, je však náro.n:jší na mechaniku adi.e. Dnes ho využívá v:tšina disk Harddisk logická stuktura Data se ukládají na disk do stop a sektor8. Ale celý prostor, kam se data ukládají, musí mít n:jaký organiza9ní systém. Data (soubory) jsou na disku mapovány soustavou tabulek. Jde o logickou strukturu disku, která se vytváí formátováním. MBR - Master Boot Record Základem logické struktury je MBR. Je umíst"n v nultém sektoru a nulté stop: disku. Rozd:luje se na zavád:cí záznam a tabulku oblastí. Zavád:cí záznam - malý program, který je spušt:n pi startu po.íta.e BIOSem. Jediný jeho úkol je pe.tení tabulky oblastí a nalezení aktivní oblasti, z níž se na.ítá systém, který se vzáp:tí za.ne spoušt:t [5]. Obvykle se vytváí pomocí program8 FDISK, LILO nebo GRUB. Tabulka oblastí - (Partition Table). Specifikuje d:lení disku na oblasti (partitions). DBR - DOS Boot Record Za.átek oblasti DOS, vytváí se pi logickém formátu disku. Op:t se d:lí na 2.ásti: Další malý program, jehož úkolem je zavedení systémových soubor8 z disku do OP. Tím peedá BIOS kontrolu OS. Tabulka BPB (BIOS Parameter Block). Obsahuje základní informace o parametrech disku pro BIOS

45 Oblast DOS Tabulka MBR m/že disk rozd:lit až na 4 oblasti a v každém oddílu by potom mohl být jiný OS [5]. Nej.ast:ji využívanou strukturou je oblast DOS, kterou využívají i Windows 9x 9. V oblasti DOS je možno vytvoit ješt: navíc n:kolik logických disk8. Oddíl rozd:lí na primární a rozšíený. Primární oddíl DOS obsahuje jednu logickou jednotku, kde jsou uloženy systémové soubory, které po startu na9tou OS do OP. Rozšíená oblast je pak odd:lenou.ástí oddílu a dá se ješt: dál d:lit na další logické oblasti. P8íklad : Máme disk o celkové kapacit: 120 GB. Rozd:líte ho na primární a rozšíenou oblast. Primární oblasti pid:líme 110 GB zvolíme souborový systém (SS) FAT32. Vytvoíme rozšíenou oblast 9,5GB, zvolíme SS ext3 pro Linux. Z zbytku 0,5 GB vytvoíme logickou jednotku se SS Linux swap. Nakonec všechny jednotky zformátujeme a máme funk.ní disk. Disk m8žeme samozejm: rozd:lit i jinak. Aloka;ní jednotky (Clustery) MS-DOS seskupuje sektory do aloka.ních jednotek Cluster/, což je nejmenší prostor pro položku(soubor). Položka o velikosti menší než cluster zabere pesto celý cluster položka pak zabírá na disku více místa než ve skute.nosti potebuje. Názory na d:lení disku se r8zní. Podle mne je nejvýhodn:jší mít jeden velký disk. Akceptuji ješt: rozd:lení na tzv. systémovou.ást nap. 5GB a datovou.ást 115GB (120GB disk). Toto d:lení má tu výhodu, že pi kolapsu systému, lze systémovou.ást zformátovat a neovlivní to data. Dalším hlediskem pro rozd:lení disku je optimální využití kapacity HDD. Problémem je, že je možno udržovat informace pouze o ur.itém množství cluster8 a proto pi v:tší kapacit: disku je teba mít v:tší clustery. Logickým d:lením disku lze dosáhnout menší velikosti cluster8 a tím lepšího využití kapacity disku. 9 Souhrnné ozna.ení Windows 95, 98, 98SE, ME

46 Root Directory V.eském pekladu znamená hlavní adresáe. Vytvoí se automaticky pi formátování. Zapisují se do n:j údaje o datech uložených na disku. Existuje n:kolik struktur logické skladby disku - starší FAT, nov:jší VFAT(FAT32), NTFS, ext2, ext3 a další. Ty jsou detailn: popsány dále. FAT Tabulka umíst?ní soubor@ - File Allocation Table Je hlavním jádrem logické struktury. Pid:luje fyzický diskový prostor ukládaným program8m. Základní datovou jednotkou disku je jeden sektor (512 B). Kv8li velkému množství sektor8 existuje cluster (aloka.ní jednotka). Do n:j se sdružují sektory a vytváí tak nejmenší logickou jednotkou na disku. Po.et sektor8 v clusteru je závislý na kapacit: disku a možnostech tabulky FAT/VFAT. Hlavní adresá8 ve FAT Údaje pro jeden soubor mají vyhrazeno místo 32 Byte. Organizace jednotlivých Byte je podle [5]: 8 Byte prostoru je pro jméno souboru.i adresáe 3 pro jeho píponu. Další 1 Byte v ad: obsahuje informace (atribut) souboru. Tj. A - soubor ur.ený k archivaci, S - systémový, H - skrytý a R - pouze pro.tení. Potom existují ješt: dva atributy. D - adresá, L - jméno disku. Dalších 10 Byte je nevyužitých (VFAT je používá pro info o souboru, tj. data a.as pro VYTVOeENÍ, OTEVeENÍ). 4 Byte popisují datum a.as posledního zápisu do souboru. 2 Byte ukazují na první cluster do tabulky FAT. A poslední 4 Byte uchovávají délku souboru. Hlavní adresá8 ve VFAT Velice podobné FAT, ale navíc zde existuje zápis dlouhých jmen. Možnost uložení delšího jména je vyešena tak, že je využita jedna nebo více položek DOS adresáe

47 ZároveJ se vytvoí náhradní jméno dlouhého názvu(prvních šest znak8, vlnovky a poadové.íslo). Ext3 - Žurnálový souborový systém Žurnálový SS od klasického SS liší tím, že obsahuje speciální datovou strukturu - žurnál [7]. Do té jsou zapisovány informace o provád:ných operacích. Pi perušení napájení se m8že se stát, že data budou na disku jsou v nekonzistentním stavu. To znamená, že v dob: výpadku byla nap..ást dat v pam:ti. Takováto data je pak nutné opravit, což u klasického souborového systému m8že trvat pom:rn: dlouhou dobu. I tak je pak oprava problematická a m8že dojít k poškození dat. Žurnálový SS naproti tomu zajišnuje, že data jsou na disku uložena v permanentn" konzistentním stavu [7], resp. všechny nesrovnalosti je možné rekonstruovat b:hem n:kolika vtein z žurnálu. Tento SS využívá hlavn: OS Linux. Ext3 umožjuje si vybrat stupew odolnosti proti nekonzistenci dat, který pak ur.uje výkon SS. Vybírat je možné ze tech úrovní [7]: data=journal - Do žurnálu se zapisují jak operace s hlavi.kami soubor8, tak se soubory samotnými. Po nekorektním vypnutí je možné souborový systém v plném rozsahu rekonstruovat. Tento režim pedstavuje maximální ochranu ped poškozením dat. data=ordered - Do žurnálu se sice zapisují pouze transakce s metadaty 10, ale operace s daty jsou uloženy ješt: ped zápisem metadat. Díky tomu jsou metadata v každém okamžiku konzistentní. Tato volba je implicitním nastavením, nerozhodete-li se jinak. data=writeback - Žurnálují se pouze metadata. Zápisové operace probíhají v optimálním poadí s ohledem na výkon. Po nekorektním vypnutí bude souborový systém v poádku, ovšem v datech m8že dojít k chybám. Tento režim je co do bezpe.nosti ekvivalentní systému Ext2 pi zachování rychlého pr8b:hu programu fsck. 10 data obsahující informace o souborech

48 Žurnálový SS ext3 sice pedstavuje pro po.íta. vyšší režii, ale ve skute.nosti by m:l být dokonce rychlejší než Ext2. M:lo by toho být docíleno tím, že zápisy jsou provád:ny inteligentn"ji se snahou minimalizovat zbyte.né pesuny hlavy disku. NTFS NTFS byl navržen na konci 80. let a to tak, aby spljoval sou.asné, ale i pedpokládané požadavky. K uživatelským dat8m jsou pidružena tzv. metadata, obdobn: jako u ext3. NTFS také obsahuje žurnál podobn: jako ext3. Master File Table (MFT) MFT je obdobou FAT. Udržuje informace o rozložení všech soubor8, adresá8 i metadat na disku. MFT je rozd:lena na záznamy. V jednom nebo více MFT záznamech NTFS ukládá metadata do jednoho nebo více záznam8. Ty pak popisují vlastnosti souboru nebo adresáe (bezpe.nostní nastavení, atributy) a jeho umíst:ní na disku. [19] Velikost záznamu je obvykle 1kB, ale m8že být i v:tší. Záznamy v MFT Záznam obsahuje: Hlavi.ku - s údaji o záznamu (CRC, ukazatel na 1. Volný Byte v záznamu a.íslo prvního záznamu v MFT). Atributy - popis dat nebo typu souboru.i adresáe. Adresá>e v NTFS V NTFS je adresá uložen v MFT jako atribut "index". Ten je použit k uložení jmen soubor8 a kopií atribut8 standardních informací pro soubory v tomto adresái. To zrychluje procházení adresá8, protože není poteba.íst MFT záznamy soubor8 v adresái. [19] Programy Pro vytvoení log. struktury (windows/dos) se používá program fdisk a format. Z vlastní zkušenosti doporu.uji však použít program Partition Magic, který poskytuje k t:mto program8m GUI (Graphic User Interface grafické uživatelské rozhraní) a navíc

49 umožjuje m:nit typy/velikosti partition beze ztráty dat, což fdisk neumožní. Navíc umí pracovat i s ext2/ext3/linux swap/ntfs Datové mechaniky Nej.ast:jšími typy datových mechanik jsou Disketa, CD-ROM, CD-RW, DVD-ROM, DVD-RW, DVD+RW, DVD-RAM, Combo drive a Flash disk (drive) Flash disk Populární klí9enka, která obsahuje pam:n typu Flash (kap ), rozhraní USB a ídící.ip. Vyrábí se v kapacitách od 32MB 2 GB. Navíc i ve variantách USB1 a USB2, které specifikují i penosovou rychlost. Rychlost zápisu je vždy o n:co menší než.tení, což vyplývá z fyzikální poteby zm:ny pi zápisu, kdežto pi.tení se jen vybavuje informace. eádov: je rychlost USB2 8MB/s pi.tení, pi sekven.ním zápisu 7MB a pi bufferovaném zápisu 3,5 MB/s Disketa Disketa(Floppy Disk FD) je jedním z nejpoužívan"jších penosných médií. Dnes ji pomalu za.ínají vytla9ovat Flash disky a minicd-rw(8 cm veliké CDRW). Je tvoena plastovým kotou.em, na jehož povrchu je vrstva oxidu železa. Kotou. je uzaven v pouzde z ochranného materiálu, které jej chrání ped ne.istotou a mechanickým poškozením a ve kterém se kotou. otá.í. Obal má tzv..tecí otvor, kterým pistupuje hlava k médiu. Záznam je provád:n magneticky. Data jsou zapisována do stop (Track) po obou stranách diskety. Stopy tvoí soustedné kružnic. Každá stopa je dál rozd:lena na tzv. sektory (sector), jež tvoí nejmenší log. jednotku diskety

50 D:lení FD ukazuje schématicky následující obrázek. Obr D:lení diskety na logické jednotky FDD (Floppy Disk Drive) mechaniky se pipojují k adi.i pružných disk8 (FDD controller). Standardní adi. podporuje pipojení maximáln: dvou mechanik FDD. Pipojení disketových mechanik k adi.i je provedeno pomocí plochého kabelu ( kšandy ) se 34 vodi.i. Toto je dobe vid:t na piložené prezentaci. Tento kabel má zpravidla 3 konektory jeden pro pipojení k adi.i a dva pro pipojení mechaniky 3,5. FDD adi. pozná první a druhou mechaniku podle pekížení kabelu. Vlastní.tení pop. zápis z pružného disku v mechanice probíhá ve teech krocích: Vystavení.tecích (zapisovacích) hlav na požadovanou stopu pomocí krokového motorku. Pooto.ení na píslušný sektor. Zápis (.tení) sektoru CD (Compact disk) Standardy CD S postupem.asu se vyvinulo n:kolik typ8 formát8 CD podle [3]: Red book - je první normou, definuje tzv. audio-cd. Je zam:ena na popis záznamu zvuku. Rychlost penosu je 150 KB/s. Yellow book - Vychází z první, ale je zam:ena na záznam po.íta.ových dat. Navíc obsahuje korekci chyb pi záznamu dat. Penosová rychlost z8stala 150 KB/s. Green Book - Obsahuje navíc videosekvence kódované pomocí MPEG. Orange Book - Popisuje formát pro zapisovatelné CD. Zápis m8že probíhat postupn: v n:kolika záznamech - multisession, nebo najednou - single session. White Book - Je ur.ena pedevším k pehrávání film8, v podstat: je konkurentem VHS videa. Je postavena na kódování MPEG. Audiosignál má

51 tém: plnou kvalitu CD, zatímco obraz videa MPEG o velikosti 352 x 288 bod8 pi 25 snímcích za sekundu. Korekce chyb Existuje ve dvou variantách: Mód l využívá korekci chyb. Kód pro opravu chyb je uložen na konci každého datového sektoru. Lze využít pro v"tší kapacitu disku, pokud se opravná data nepoužijí a zapíšou se místo nich b:žná data. Mód 2 opravu chyb nepoužívá. Sice se moc neprosadil, ale byly z n:j vyvinuty další speciální standardy. Organizace dat na CD disku - ISO 9660 Stanovuje logickou strukturu. tj. stanovuje, jakým zp8sobem se musí nacházet data a adresáe na CD, aby je mohl.íst OS. Dnes se používá ISO 9660 Level 2, která podporuje dlouhé názvy soubor8. CD odpovídající ISO 9660 jsou ur.it: nejrozšíeen"jší. Fyzikální princip "tení CD má pr8m:r 120 mm s 15mm otvorem uprosted. TloušNka je 1,2 mm. CD-ROM má jedinou spirálovitou stopu. Za.íná uprosted a odvíjí se sm:rem ven. Je rozkouskována na stejn: dlouhé sektory neboli bloky. Data jsou reprezentována pity (pits, d8lky) a poli (lands, plošky). Prakticky to zobrazuje obr Obr Princip.tení CD Laserový paprsek vyzaovaný fotodiodou z.tecí hlavy CD-ROM prochází polopropustným zrcadlem. Pak prochází.o.ku, která ho zaostuje a dopadá na disk. Pole odrážejí paprsek zp:t a pity jej rozptylují. Odražené sv:tlo je na zrcadle pesm:rováno na fototranzistor. Ten pevede sv:tlo na elektrické impulsy, dále zpracované v adi.i disku

52 Rozhraní Z po.átku existovala Eada možností, jak pipojit CD mechaniky. P8vodn: byly pipojitelné pes SCSI (Small Computer Systems Interface - U PC nepíliš používané rozhraní), je rychlé ale drahé. Další možností byla speciální karta daná výrobcem mechaniky, což bylo nevýhodné. Tak se nakonec [3] pední výrobci PC dohodli na definici standardu ozna.eného ATAPI (AT Attachment Packet Interface). Definice vyšla z p8vodní normy ATA a její velikou výhodou je to, že ATAPI CD-ROM je možné pipojit k rozhraní IDE, které je velmi rozšíené. P%episovatelné mechaniky CD Mimo lisování lze na CD zapisovat i laserovým paprskem. Toho využívá CD-R, CD- RW a Combo Drive (CD-RW + DVD-ROM). Médium CD-R (Compact Disk Recordable) Na CD-R lze zapisovat jen 1x. Z toho plyne využití pedevším k archivaci. CD-R se skládá ze dvou vrstev [3]: Vrchní, pln" odrazivé. Z.elní strany má tato vrstva zlatou nebo stíbrnou barvu. Spodní, pln" pohlcující sv:tlo laseru, bývá v:tšinou zelená nebo modrá. V polykarbonátové (spodní) vrstv: CD-R média je již ve výrob: vytvoena spirálová drážka, sloužící jako vodítko pro laser CD-R mechaniky. Je tak umožn:no velmi pesné nahrání dat na disk. Pi vypalování se horní vrstva propálí. Bohužel rozdíl mezi lisovaným a vypáleným pitem zp8sobuje nekompatibilitu u n:kterých starších CD-ROM

53 Mechanika CD-R/W CD-R/W mechanika je velmi podobná mechanice CD-ROM. Používá však speciální laser, pracující v n:kolika úrovních. Vtení, zápis 0 a zápis 1. Záznamová vrstva CD-RW po zahátí krystalizuje. Pi ješt: vyšší teplot: pejde do amorfního stavu. Krystalický stav tedy vytváí plošku (land) a amorfní stav zase pit. Postupné pln.ní disku - Multisession Disk je rozd:len na sekce (session), zápis je proveden vždy do samostatné sekce. Každá sekce navíc potebuje cca 15 MB na servisní data. Z vlastní zkušenosti vím, že více než 6 session již není vhodné. Neúm:rn: se zvyšují na.ítací doby a n:kdy dojde k ne.itelnosti CD. Audio CD Zapsání hudby na CD-R je další variantou. Na CD-R jsou data ukládána ve form: wav (nekomprimovaný audio formát). Dalším d8ležitým faktem je zp8sob, jakým bude zapisovací program ukládat skladby na disk. V zásad: jsou dv: možnosti [3]: Track-at-once - po jednotlivých stopách. Každá kompozice se zapisuje postupn: za sebou. Mezi skladbami na chvíli zhasne zápisový laser a proto se musí uložit i krátký blok lead-out s informací pro op:tovné navedení.tecího laseru CD-ROM. V podstat: pedstavuje jedna hudební skladba jednu sekci. Pi pehrávání se mezera mezi skladbami projeví dvousekundovým tichem a krátkým lupnutím (.tení bloku lead-out). Z tohoto d8vodu není track-at-once píliš vhodným zp8sobem pro vypalování hudby na CD-R. Disc-at-once je stará metoda záznamu, která nepoužívá multissesion. Celý disk se zapíše najednou a odpadne nepíjemné praskání mezi melodiemi. Tuto metodu však neum:jí všechny vypalovací programy

54 Kompatibilita Použití r8zných médií zp8sobuje problémy s jejich.tením. CD-ROM (tedy lisované médium) má odrazivost sv:tla zhruba 80 % [3], média CD-R mají odrazivost 45 až 60 % a média CD-RW mají odrazivost pouhých 25 %. Pi.tení CD-RW v CD-ROM mechanice se stává, že disk je odmítnut práv: kv8li nízké odrazivosti tvrstvy. Tyto problémy nastávají zejména u starších mechanik vyráb:ných v dob:, kdy se standardy CD-R a CD-RW ješt: nepoužívaly. BURNProof Speciální technologie snažící se zabránit peerušení toku dat b:hem vypalování. Ped zahájením vypalování se nejprve naplní vyrovnávací pam:n (buffer, cca 8MB). Tato pam:n slouží k tomu, aby vyrovnávala drobné výkyvy v penosu dat mezi jejich zdrojem (HDD, CD) a vypalova.kou. Poté se za.ne vypalovat a v pípad:, že buffer podte.e (tj. nedostává se dat), pálit pestane. Když data dorazí, najde se na disku místo posledního záznamu a tam se pokra.uje v zápisu. Bez této funkce nebyly mechaniky schopny najít konec zápisu na CD a každý pípad podte.ení bufferu (nedostatku dat) znamenal automaticky zni.ené CD DVD (Digital Versatile Disk, Digital Video Disk) Nový typ média je do zna.né míry podobný CD. Rozdíl je jen v hustot: záznamu a schopnosti zapisovat na ob: strany disku.. V:tšina DVD je navíc dvojvrstvá(tj,.tynásobná kapacita). Princip zápisu ukazuje obr Obr Princip DVD Lidé ve filmovém pr8myslu požadovali nové médium, které by nahradilo CD a na které by se vešel celove.erní film. Proto byla navržena následující kritéria [3]: Musí být zachována zp:tná kompatibilita, nová mechanika musí pe.íst též disky dív:jších standard

55 Kompatibilita mezi PC a televizí. Vysoká kapacita a výkon pi.tení dat. Disk musí pojmout celý film najednou. D8sledná ochrana autorských práv. Disk DVD Video-DVD pedchozí požadavky naprosto spljuje. DVD se n:kdy pekládá také jako Digital Video Disk. Typ komprese DVD je MPEG-2 a DVD pak má dva formáty [3]: 720 x 480 bod8 pi 60 snímcích za sekundu pro americkou televizní normu NTSC. 720 x 576 bod8 pi 50 snímcích za sekundu pro evropský PAL. DVD je navíc možno použít jak na b:žných, tak i širokoúhlých televizorech. Navíc je možno uložit záb:ry z devíti kamer, tj film je možno vid:t v devíti variantách. Samozejm: nechybí ani možnost uložit titulky, rovných 32. Pro záznam zvuku je použito Dolby Digital levý, stední a pravý, vzadu levý a pravý kanál. Navíc je tu l kanál pro subwoofer (nízkoúrovjový reproduktor, viz kap. 5.3) Formáty DVD Sjednocený standard je u DVD prozatím utopií. Existují 2 zastánci: DVD Forum a DVD Aliance. K tomu navíc existuje standard DVD-RAM, aby to bylo ješt: více komplikované. Systémy zápisu tedy jsou: DVD-RAM (Forum). DVD-R a DVD-RW (Forum). DVD+R a DVD+RW (Aliance). DVD-RAM Standard DVD-RAM je jedním z nejstarších standard8 zapisovatelných DVD medií. Byl sm:ován pedevším do oblasti výpo.etní techniky. DVD-RAM není kompatibilní se stolními pístroji DVD-Video. Velká výhoda je vysoký možný po9et peepis/ - až x. Kapacita starších medii DVD-RAM byla 2.6GB, sou.asná inovovaná media

56 pojmou obdobn: jako ostatní media 4.7GB [8]. Tyto disky jsou jako pepisovatelný nosi. dat mnohem vhodn:jší než DVD-RW, díky vyšší spolehlivosti. DVD-R Bohužel DVD-RAM nepokryje veškeré poteby kladené na DVD. Zejména v oblasti spotební elektroniky. Proto v roce 1997 vznikl první disk DVD-R. Výhody DVD-R: Dobrá kompatibilita (DVD-R pe.te 70% starších a více než 95% nových pístroj8 DVD [8]). Rychlost zápisu 2x a 4x. media DVD-R jednozna.n: nejlevn"jší. Nevýhody: Nejsou píliš vhodná pro.ast:jší zálohování dat, navíc se vyžaduje, aby každá session byla nejmén" 1GB velká. DVD-RW Disky DVD-RW jsou velmi podobné disk8m CD-RW, používá se identický typ záznamové vrstvy s fázovou zm:nou. Maximem rychlosti je 4x. Bohužel dostupnost t:chto medii není dobrá. Za další nevýhodou by mohla být považována vyšší cena medií typu "re-writable" a nižší rychlost zápisu. Výhody DVD-RW: Pokud je médium naformátováno jako VR (Video Recorder) je vhodné pro digitální rekordéry. Jsou také vhodné pro práci s daty, možný je i tzv. paketový zápis (UDF, sloužící jako HDD). Nevýhody [8]: Horší kompatibilita se stolními pehráva.i (30-40%), Pomalejší zápis a pepis než je tomu u disk8 DVD+RW

57 Pokud je disk naformátován jako VR, budou mu rozum:t jen n:které mechaniky DVD a stolní DVD-RW rekordéry, nikoliv již však pístroje DVD-Video. DVD+R a DVD+RW Media a mechaniky DVD+R a DVD+RW jsou nejnov:jším standardem v oblasti zapisovatelných a pepisovatelných DVD medií. Spole.nostem Aliance se nelíbily licen9ní podmínky vytvoené v DVD Foru a proto vytvoili nový standard - DVD+R a DVD+RW. Disky DVD+R a DVD+RW si kladou za cíl uspokojit jak zákazníky ve spoteební elektronice, tak uživatele PC (podpora standard8 UDF, Bridge UDF, ISO 9660). DVD+R Technologie výroby je stajná jako DVD-R, ale jsou více kompatibilní. Mechanika navíc není schopna rozlišit vypálené medium DVD+R od lisovaného media [8]. Cílem je pravd:podobn: zvýšení kompatibility. Výhody DVD+R: vynikající kompatibilita. základní rychlost zápisu je 2.4x-4x. cena se blíží blíží se mediím DVD-R. Nevýhody: Menší rozšíení než DVD-R. DVD+RW DVD+RW jsou velmi pružná, co se zápisu tý.e mechaniky používají Loseless Linking, tzn. že každý z 32kB blok8 dat m8že být kdykoliv pepsán pop. nahrazen jinými daty. Tyto média jsou ur.ena jak na PC tak pro videorekordéry. Výhody DVD+RW: Výhodnost použití v PC

58 Rychlost pepisu RW medií. Disk chová jako pomalý HDD. Nevýhody: Menší odrazivost % a tím mírn: snížená kompatibilita. Jaký formát vybrat? Podle mne je nejrozumn:jší vybrat si formát podle obliby a zp/sobu použití. Svou roli sehraje též kolektiv, ve kterém se pohybujete, tj. kompatibilita s kolegy. Já osobn: bych se rozhodl pravd:podobn: pro plusovou variantu

59 Kapitola 5 Multimédia Do této skupiny patí veškerá zaízení, která slouží ke zprostedkování styku po.íta.e a uživatele. Jedná se pedevším o grafickou kartu, zobrazovací zaízení (monitor, LCD, data projektor), zvukovou kartu a reproduktory. Navíc je možné do této skupiny zahrnout i n:které typy periferií, kterým je však v:nována samostatná kapitola. Klasickým rysem tzv. multimediálního po.íta.e je vyšší výkon a také cena. Je také pravda, že n:kteí dodavatelé výpo.etní techniky využívají spojení multimediální po.íta. jako magické zaklínadlo, jak zvýšit cenu. Takovýto po.íta. musí být schopen po ur.itou dobu vykonávat operace jako pehrávání videa a možnost hraní nových her. Nejv:tším problémem je udržet schopnosti takového po.íta.e delší dobu. Díky vývoji jak ve sv:t: jak videí, tak her, dochází k r8stu nárok8 takovýchto aplikací na výpo.etní a 3D zobrazovací výkon PC a d8sledkem je stárnutí PC. Nejvhodn:jší taktikou, jak udržet PC schopné držet krok s novými aplikacemi, je do p8l roku celý po.íta. prodat a poídit nový. Takto lze minimalizovat náklady na nákup PC Zobrazovací soustava Je nejviditeln:jší, nejdražší a energeticky nejnáro9n"jší.ástí po.íta.ové sestavy. Bohužel se na ní dá také nejvíce ušetit, mnohdy na úkor zdraví a spokojenosti spotebitele. Obraz vytváí po.íta. pomocí dvou hlavních prvk8: Grafické karty ta generuje obraz. Monitoru vygenerovaný obraz zobrazí. Režimy práce Zobrazovací soustava pracuje ve dvou režimech: textovém a grafickém

60 Textový režim Je starší a dnes již málo využívanou možností. Obrazovka je pi n:m rozd:lena na malá polí.ka, z nichž každé zobrazí jeden znak. Nej.ast:ji je na displeji 80 sloupc8 a 25 ádk8. Hlavní využití takového režimu jsou konzolové aplikace (v:tšinou nastavování PC). Tento zp8sob práce vyhovuje hlavn: psaní textu, je typický pro staré programy ur.ené k práci s opera.ním systémem DOS. Dnes se s ním setkáte hlavn: u starých program8 nebo pi startu, kdy vás Windows 9x informují o své.innosti b:hem spoušt:ní. Navíc se tento model využívá v BIOSu a pi POSTu (Power On Self Test hlášení a otestování po.íta.e pi startu) PC. Tento režim není hardwarov: náro.ný, ale je zastaralý. Grafický režim Obrazovka je rozd:lena na body. Rozsvícením ur.itých bod8 lze vykreslit libovolný text, obrazec atp. Navíc lze vytváet barevné kombinace a pechody v textovém režimu nemožné, nap. duhu. Nejd8ležit:jší charakteristikou grafického zp8sobu práce je rozlišovací schopnost (rozlišení). Ta popisuje, kolik bod8 (pixel8) se vejde do ádku a do sloupce. Vím v:tší, tím lépe (samozejm: podle specifikace monitoru). Standardn" se setkáte s t:mito rozlišeními: 640 x 480 (640 bod8 v ádku a 480 ádk8) je nejstarší, používaným pevážn: pro p8vodní DOS aplikace a p8vodní Windows x 600 nejmenší prakticky užitelné rozlišení pro OS od Windows x 768 je pom:rn: kvalitní, lze v n:m bez problém8 pracovat. v 1280 x 1024 a 1600 x 1280 jsou nejlepšími módy. Pracují s nimi hlavn: programy CAD a DTP (DTP - Desktop Publishing ), ale i pro b:žnou práci jsou píjemné. Je jen teba investovat do kvalitní zobrazovací soustavy

61 3D Grafický režim Je speciálním podrežimem grafické karty, kdy je od ní požadováno zobrazení složité 3D scény, pomocí speciálních instrukcí OpenGL nebo DirectX. D8ležitým hlediskem je pak tzv. FPS (frames per second) tj. po.et snímk8 za sekundu, který dokáže zobrazit. Pro nerušený pocit plynulého zobrazení je narozdíl od filmu (24 fps) poteba minimáln" 60 fps. U filmu totiž existuje jev zvaný Motion Blur rozmazání obrazu za pohybu. Tento jev zp8sobuje plynulejší vnímání obrazu. Ten se u 3D scény nevyskytuje. Z po.tu FPS vyplývá vysoké množství operací, které musí taková karta za sekundu zvládnout Zobrazovací adaptéry Jsou první.ástí zobrazovací soustavy. Jejich úkolem je spo.ítat polohu jednotlivých pixel8 a piadit jim barevný tón - grafické karty vlastn: pevád:jí píkazy CPU pro zobrazení scény. Výsledek své práce odešlou na monitor. Výrobci karet Nejzajímav:jší situace panuje na trhu grafických karet. Díky tvrdému boji mezi hlavními dodavateli grafických karet (nvidia a ATI) je velmi d8ležitý marketing. Problém je v tom, že cílem tohoto marketingu je maximalizace jejich zisku a ne možnost dát spotebiteli na výb:r. Takže sou.asná situace se dá sm:le nazvat chaosem.ísel a zkratek. Je teba obvyklé, že nap. FX 5200 je srovnatelné s GeForce 2TI, které je tém: o 2 roky starší kartou. FX5200Ultra je tase výkonné jako GF 3 TI Ultra je zase jako GF 4200 TI Bohužel ješt: existují pípony jako SE, LE, XT, které také výrazným zp8sobem m:ní výkon a cenu karty. Jedná se jen o marketingový trik, jak prodat více levných karet, které mají tém: stejné jméno jako jejich výkonn:jší klony. V pípad: že si hodláte poídit novou kartu, doporu9uji tabulku na obrázku P9. Je v ní pehledn: zachycen výkon jednotlivých typ8 karet. ZvlášN upozorjuji na pípony, porovnejte si výkony karet s a bez pípon

62 Vývoj grafických karet Zobrazovací soustava je nejd8ležit:jší sou.ástí interakce.lov:ka a PC. Vývoj grafických karet (GPU graphic processing unit) byl zdlouhavý. Dnes GPU poskytuje leckdy i vyšší výkon než Pentium IV. Nejd8ležit:jším sou.ástí videokarty je procesor. Ten spole.n: s grafickou pam:tí ur.uje její výkon. Grafické karty navíc bývají vybaveny akcelerátorem 3D operací, který uleh.uje CPU. Ten umožjuje mimo jiné i složit:jší operace používané pi práci s 3D grafikou (nap. zakrývání neviditelných hran, stínování apod.) nebo operace spojené s pehráváním videosekvencí. Tento typ karet se pak nazývá 3D akcelerátory. Na výkon videokarty jsou kladeny vysoké nároky. Proto je více než vhodné, aby do po.íta.8 s výkonnými procesory byly osazovány výkonné akcelerátory. Procesor videokarty je sb:rnicí spojen s videopam:tí. Šíka této sb"rnice bývá (32b, 64b, 128b). Jedná se o jednu z klí.ových hodnot pro výkon GPU. Pi nedostate.né šíce není možno pesouvat velké bloky dat a dochází k výrazné degradaci výkonu v 3D aplikacích. Pam%< na videokart% Tato pam:n m8že být následujících druh/ jak je uvedeno v [9]: DRAM (Dynamic RAM) popsána v sekci VRAM (Video RAM) pam:n mající možnost dvou vstup8 a výstup8 sou.asn:. SGRAM (Synchronous Graphic RAM) s podporou blokových operací. WRAM (Window RAM) podobn: jako VRAM, ale navíc s podporou blokových operací. DDR RAM (Double Data Rate RAM (DDR SDRAM)) též v Grafické režimy videokarty jsou ur.eny jak jejím procesorem, tak velikostí videopam:ti. Pro grafický režim platí následující vztah vyjadující potebné množství pam:ti pro zobrazení obrazu daného rozlišení

63 Velikost pam:ti = rozlišení x po.et bit8 / 8. Výsledky uvedeny v tabulce Tab Rozlišení 8 bit (256 barev) 16 bit (64 tis. barev) 24 bit (16 mil. barev) 640x kB 1MB 1MB 800x kB 1MB 2MB 1024x768 1MB 2MB 4MB 1280x1024 2MB 4MB 4MB 1600x1200 2MB 4MB 6MB Tab Kombinace rozlišení a barev a jejich pam:nová náro.nost Komunikace Videokarty mají standardn: pouze výstup pro analogový monitor. Pevod digitálního signálu na analogový má na starosti DAC (digital to analog converter) GPU. Dnes se m8žeme také setkat i s digitálním výstupem DVI. Multimediální karty (VIVO) jsou vybaveny ješt: navíc ješt: televizním vstupem a výstupem. P8vodn: grafické karty komunikovaly pomocí ISA sb:rnice, pozd:ji pes PCI. Ani to však nesta.ilo a tak vznikl AGP (Accelerated Graphic Port). Speciální typ sb:rnice ur.ený pouze pro videokarty. Standardem je komunikace na 66 MHz AGP 1x, dále pišla AGP 2x, 4x, 8x (tyto násobí penosovou rychlost na stejné frekvenci). 3D akcelerátory Dnes se málokdy setkáme s kartami bez akcelerátoru 3D, který významn: urychluje 3D operace. S prvním 3D akcelerátorem ur.eným pro hry pišla firma 3Dfx. Tyto karty se jmenovaly se Voodoo. To fungovalo pouze ve spolupráci s b:žnou grafickou kartou. Pozd:ji byl akcelerátor 3D implementován pímo na videokartu. Nároky uživatel8 navíc stále rostou. Akcelerace 3D hraje dnes ve sv:t: grafických komponent klí.ovou roli. Výrobci se pedhán:jí o nejlepší 3D akceleraci

64 Výkon Pokud budeme hodnotit vliv jednotlivých 9ástí po.íta.e na 3D výkon, m:li bychom podle mnou upravených hodnot z [9] dojít k následujícím záv:r8m: 15% - vysoký výpo.etní výkon CPU. Je potebný pro logiku aplikace/hry, podporu 3D rozhraní, inteligenci nepátel a v neposlední ad: na manipulaci s daty, jejich konverzi. 10% - vysoká propustnost sb"rnice procesoru. Tudy procházejí veškerá data - pokud je propustnost této sb:rnice vysoká, nemusí pak.ekat ve vstupních a výstupních bufferech. Mnohé neduhy pomalé sb:rnice zmírní pam:n L2 cache. 10% - vysoká rychlost pam"tí. Systémová pam:n je vlastn: zdrojem i spotebitelem veškerých dat a pímo navazuje na sb:rnici procesoru. Data musí být.tena a zapisována co nejrychleji. Nejrychlejšími standardními pam:tmi by m:ly být minimáln: PC2600 DDR. 10 % - rychlost sb"rnice ke grafické kart:. Jedná se o rychlost penosu dat sm:rem od CPU k vlastní grafické kart:. Je d8ležitá pro penos textur. Minimem by m:lo být AGP 4x, dnešním maximem je AGP 8x. V budoucnu by to m:l být PCI EXPRESS % - rychlý grafický 9ip na kart:. Již dnes není problémem jej vyrobit. Dnešní top.ipy tém: s rezervou zpracují obrovské množství polygon8. Problémem je vždy jen cena. 35% - rychlou pam"d na grafické kart". V ní jsou totiž veškerá data (obrazové buffery a zejména textury), se kterými karta stále pracuje. Pi vyšších rozlišeních a barevné hloubce zde provoz roste kvadraticky. Pi vyšších rozlišeních se zejména tady vytváí nejslabší místo celého PC. GPU Graphic processing unit Pro videokartu je klí.ovou.ástí grafický.ip. Tento.ip pak pebírá velkou.ást výpo.t8 procesoru po.íta.e v pohyblivé.árce FPU (Floating Point Unit). To je d8ležité pro rychlost grafických výpo.t8 a operací. Ale samozejm:, že záleží hlavn: na použité vnitní architektue. Frekvence grafických procesor8 se dnes od pohybuje pes 400 MHz (FX5600) až k 500 MHz, což je základní frekvence FX5950. Tyto frekvence bývají

65 mnohdy díky možnému peetaktování mnohem vyšší. Avšak mimo rychlosti jádra spíše záleží na rychlosti a propustnosti pam"tí ta je n:kde kolem 850MHz 27,2 GB/s, narozdíl od 300 Mhz, kde se pohybuje okolo 4GB/s. Vtygigabytová hodnota se sice m8že zdát dost, ale opak je pravdou. Funkce GPU Hlavním úkolem GPU je po.ítat obraz pro zobrazení. Nejv:tší úspory výkonu GPU lze dosáhnout odstran:ním neviditelných.ástí výsledného obrazu. Relativn: jednoduchým porovnáváním (Z-buffer) lze odstranit ty nejvýrazn:jší a nejzejm:jší pípady pekreslování. Ale problematické jsou zejména: Objekty polopr/hledné (voda, sklo, exploze, volumetrické sv:tlo, dým...). Objekt ležící v popedí peekrývá objekt (nebo.ást) v pozadí. Efekty Mezi nejznám:jší efekty GPU patí: Antialiasing (AA) a celoobrazovkový antialiasing (FSAA) - vyhlazování zubatých hran T&L lightning technologie zpracování osv:tlení Bump-Mapping zrealitisti.n:ní nerovností povrchu. Pixel a Vertex Shadery - technologie stínování objekt8 API Každý 3D akcelerátor spolupracuje s OS pes základní programovací rozhraní (API). To zna.n: zjednodušuje práci programátor8m. Nejobvyklejší API jsou: Glide nativní API pro.ipy Voodoo. DirectX API od Microsoftu, je momentáln: ve verzi 9.0 OpenGL API p8vodn: ur.ené výhradn: pro rendering pro vážnou práci, tedy ne pro hry. Poprvé ho využila hra Quake. Má dobrou kvalitu obrazu a je jednodušší na implementaci a poskytuje v:tší výkon než DirectX

66 Vývoj grafických 4ipF Pr/kopníkem v 3D byla firma 3Dfx s.ipem Voodoo1, pozd:jí podléhá konkurenci nvidia, která v roce 2000 firmu kupuje. S3 Firma produkující levné a nepíliš výkonné videokarty. Svou slávu si odbyla na 386 Pentiích kartami S3 Trio. Nedávno pešla pod spole.nost Via. nvidia nvidia je dnes jednou ze dvou nejsiln"jších firem produkujících 3D chipy. Její jedinou konkurencí je ATI. Prosadila se v dob:, kdy nejlepší grafickou kartou byla Voodoo. Zm:nu pinesl.ip Riva TNT2, který dostihl Voodoo a navíc v 32 bitech. Na trhu si svou pozici vybudovala v r ipy GeForce256. Jednalo se o První GPU (Graphic Processing Unit), který um:l hardwarovou transformaci a osv:tlení (T&L). Tyto karty pekonávaly všechny konkuren.ní firmy a nvidia koupila firmu 3Dfx a získala dominantní postavení na trhu grafických karet. Pozd:ji picházejí.ipy GeForce2, GeForce3, GeForce4, GeForceFX které stále drží linii výborného výkonu za pijatelnou cenu. Momentáln: jsou grafické karty s.ipem GeForceFX nejrychlejší na trhu (nepo.ítáme profesionální grafické adaptéry používané napíklad ve filmovém pr8myslu). Stále se ale petahují o prvenství s ATI Radeon. ATI Technologies Inc. Firma ATI produkuje špi.kové grafické a multimediální karty. V podstat: celou dobu drží krok s nvidií. Její plus je vylad:ná podpora multimédií. Problém byl zpo.átku v nedokonalých ovlada.ích, bohužel i po n:kolika letech se firma s nekvalitními ovlada.i stále potýká. I pesto stále drží krok s nvidií a tvoí tak zdravou konkurenci

67 Intel Spole.nost Intel zkusila své št:stí i na trhu grafických karet, a to s.ipem i740, ten se však stal velkým zklamáním a Intel od dalšího vývoje upustil. O.ekávám, že již brzy nastane doba, kdy bude kvalita her dosahovat filmu interaktivního charakteru. Rychlost po.íta.8 se pr8m:rn: co rok zdvojnásobuje a nároky na grafické karty též rapidn: stoupají. Monitory zvládnou.ím dál tím vyšší rozlišení. Penosy dat výrazn: stoupají. Dalšími trendy jsou nové videopam:ti, v:tší a rychlejší. S PCI Express 16 se zásadn: rozšíí šíka sb:rnice. Rychlejší architektura videokarty spolu DVI by m:la dopomoci k lepší kvalit: zobrazení Monitory Monitory jsou druhou základní sou.ástí výstupního zaízení po.íta.e. Slouží k zobrazování informací. V principu jsou monitory jen vylepšená elektronka - katodové trubice (CRT - Cathode Ray Tube). Hlavní.ástí každého monitoru je obrazovka. Vygenerovaný obraz se zobrazuje na stínítku. Jak je vid:t z obrázku z [4], pi práci barevné obrazovky jsou ze tí r8zných katod umíst:ných v jedné obrazovce emitovány elektronové svazky, které rozsv:cují jednotlivé body v mížce, která propustí vždy jen úzký svazek elektron8. Na zadní st:n: stínítka obrazovky jsou tzv. luminofory (luminofor = látka reagující na dopad elektronu záením). Tyto luminofory jsou ve tech základních barvách - Red (.ervená), Green (zelená), Blue (modrá) - pro aditivní (skládací) model skládání barev

68 Vlastní elektronové svazky jsou neviditelné, po dopadu na píslušný luminofor dojde k rozsvícení bodu odpovídající barvou. Obr [4] Princip barevné obrazovky Elektronové svazky (nabité.ástice) vychylují vychylovací cívky pomocí magnetického pole. Celý obraz pak vznikne tak, že se vykreslují poád dokola jednotlivé ádky dostate.n: rychle (až tisíc krát za sekundu). Elektronové svazky jsou emitovány z katody. Elektronové svazky pak prochází tzv. Wheneltovým válcem [4] (mížka g1), který má vzhledem ke katod: záporný potenciál. Elektrony jsou jím odpuzovány a projde jich jen požadované kvantum. Po pr8chodu Wheneltovým válcem procházejí tyto svazky pes jednotlivé mížky (g2 - g6), které mají naopak vzhledem ke katod: kladný potenciál [4], díky kterému jsou elektrony pitahovány. Speciální funkci zde má mížka g3 (ostení), která má za úkol zaostovat elektronové svazky, a mížka g6 (konvergence), od které se elektronové svazky postupn: sbíhají. Setkání nastane u masky obrazovky, kde se prokíží a dopadnou na své luminofory

69 Podle tvaru masky rozlišujeme následující typy obrazovek: Typ Maska Popis Delta Z obrázku je patrné, jak je uspoádána maska delta. Body tvoí trojúhelníky. Bohužel kvalita zobrazení není velká. CromaClear Otvory v masce jsou obdélníkového tvaru. Obrazovka CromaClear je dnes nejrozšíen:jší Je to kombinace Delty a Trinitronu. Trinitron Obrazovky Trinitron poskytují jedno z nejlepších zobrazení. Maska je tvoena svislými pásy, které ve svislém sm:ru nejsou nikde perušeny. Tím vznikne problém pichycení masky k obrazovce. eeší se natažením dvou vodorovných drátk8 pes obrazovku. Tyto dráty jsou potom bohužel vid:t. Tab Technologie obrazovek U konkrétních obrazovek se mohou projevit následující základní poruchy geometrie obrazu: paralleogram, trapezoid, poduškovitost (pincushion), soudkovitost, posunutí (shift), horizontální a vertikální nelinearita, oto.ení (tilt). Jak vypadají se m8žete nejlépe dozv:d:t z obr. P10. Opravit je m8žeme pomocí OSD (On screen display menu monitoru), popípad: je m8žeme nechat seídit v servisu. Parametry monitorf Každý monitor musí být peizp/soben videokart:, ke které má být pipojen typicky podle typu konektoru VGA (Video Graphic Array) nebo DVI (Digital Video Interface)