4 Periferní zařízení Pod pojmem periferní zařízení rozumíme cokoliv, co lze k počítači připojit, tedy bez čeho by počítač taky fungoval, ale mnoho by toho neuměl Periferií tedy mohou být vnější paměti, monitor, klávesnice, myš, tiskárna, scanner, modem, plotter, atd Periferní zařízení rozdělujeme podle toho, jestli informace tečou z počítače do periferního zařízení nebo naopak Jestliže informace tečou do periferního zařízení pak mluvíme o vstupních zařízení U výstupních zařízení data vystupují z počítače do periferních zařízení Existují ale také zařízení, která kombinují obě varianty výstupní zařízení - monitor, reproduktory, tiskárny, plottery vstupní zařízení klávesnice, myš, scanner, tablet vstupně/výstupní zařízení disky, dotykové monitory 41 Permanentní paměti, vnější paměti (disky) Počítače musí manipulovat s velkými objemy dat Všechna data nemohou být trvale uložena v hlavní (vnitřní) paměti počítače, a to ze dvou důvodů: paměť je drahá a její obsah se při vypnutí počítače vymaže Data a programy jsou proto skladovány mimo hlavní paměť na velkokapacitních discích Nazývají se vnější paměti Data, se kterými se má manipulovat, a programy, které se mají spustit, jsou podle potřeby přenášeny z vnější paměti do paměti vnitřní Vytvořená či pozměněná data jsou pak přenesena zpět do vnější paměti Zde se skladují až do chvíle, kdy jsou znovu potřeba Nejobvyklejším typem vnější paměti je tzv pevný disk Je vyrobený z jednoho či více pevných kotoučů potažených magnetickou vrstvou Pevné disky Pevné disky jsou média pro uchování dat s vysokou kapacitou záznamu (řádově stovky MB až desítky GB) V současnosti jsou pevné disky standardní součástí každého PC Jedná se o pevně uzavřenou nepřenosnou jednotku Uvnitř této vzduchotěsné a prachotěsné jednotky se nachází několik nad sebou umístěných rotujících kotoučů (disků) Tyto disky se otáčejí po celou dobu, kdy je pevný disk připojen ke zdroji elektrického napájení nezávisle na tom, zda se z něj čte (na něj zapisuje) Rychlost otáčení bývá 3600 až 7200 otáček za minutu Díky tomuto otáčení se v okolí disků vytváří tenká vzduchová vrstva, na níž se pohybují (plavou) čtecí/zapisovací hlavy Vzdálenost hlav od disku je asi 0,3 až 0,6 mikronu Paměťové médium se skládá z nosné části (disk) a z citlivé vrstvy (oxid kovu) Disková jednotka je zařízení, které umožňuje operačnímu systému využívat paměťové médium pro zápis a čtení Skládá se: disk s vrstvou citlivého materiálu, synchronní motorek, vystavovací mechanismus, čtecí a záznamové hlavy Hlavičky jsou přemísťovány pomocí motorku nad definovaná místa nad diskem Využívají principu magnetizace materiálu a pracují se dvěma stavy informace - 0, 1
Princip zápisu Cívka, kterou prochází proud, vytváří magnetické pole, které je vedeno přes jádro zapisovací hlavy v magnetické vrstvě V místě štěrbiny prochází magnetické pole na materiál, magnetizuje ho Směr magnetizace závisí na směru zápisového proudu Velikost zmagnetované oblasti závisí na šířce štěrbiny Princip čtení Je založeno na principu elektromagnetické indukce Na vývodech cívky, která se nachází v magnetickém poli, lze naměřit napětí vždy ve chvíli, kdy se toto pole mění Tzn při přechodu 0 na 1 a z 1 na 0 se indukuje v cívce napětí Z tohoto napětí se získává (odvozuje) zapsaná informace Geometrie disku Pevný disk je definován svou geometrií, tedy počtem hlaviček, válců a sektorů Výraz hlavička se často používá pro označení jednoho povrchu talíře disku Pevný disk se sedmi talíři má tedy 14 hlaviček Čím více stop se na pevném disku může naformátovat, tím větší je jeho kapacita Kapacita disku pro uchování dat je přímo úměrná hustotě stop Vzhledem k tomu, že všechny čtecí/ zapisovací hlavičky se pohybují současně, je rychlejší zapisovat do stejné stopy na více talířích, než zaplňovat nejdříve jeden talíř a pak postupně další Skupina stop, které mají stejné pořadové číslo na různých talířích, se nazývá válec (cylinder) Stopy jsou na pevném disku rozděleny do sektorů Hlavička je povrch jednoho talíře Stopa - každá strana je rozdělena do soustředných stop Cylindr (válec) je souhrn všech stop daného čísla na všech površích Sektor je oblast disku vytvořená při fyzickém formátování
Operační systém DOS/Windows organizuje data po sektorech Disky jsou rozděleny do absolutních sektorů a sektory jsou spojovány do clusteru (nejmenší alokační jednotky paměťového prostoru pro uložení souboru) Organizace dat na disku Po zakoupení disku ho budete chtít rozdělit na více částí (disků) Každý díl (partition) vytvořený na disku, se chová jako jeden či více samostatných disků (nazývají se logické disky) a každý takový disk může mít svůj vlastní operační systém Program, který dokáže rozdělit disk na více dílů (partition) a ty na více logických disků se jmenuje fdisk Po rozdělení disku musíme provést ještě jednu akci a to zformátování logických disků Po těchto dvou operacích na jeden logický disk nainstalujeme operační systém Pak už můžeme disk používat a kopírovat na něj nové soubory Během rozdělení a zformátování disku se vytvoří následující oblasti s důležitými informacemi pro bezproblémový chod disku 1 Master Boot Record - obsahuje informace o rozdělení disku a zaváděcí instrukce pro spuštění operačního systému 2 Boot Record obsahuje technické informace o konkrétním logickém disku (např C, D,E atd) 3 FAT File Allocation Table (alokační tabulka souborů) obsahuje informace o tom, kde všude na disku se nachází soubor, má svoji kopii kvůli poškození, FAT 1 a FAT 2 4 Kořenový adresář obsahuje seznam všech souborů a adresářů, které se nacházejí v kořenovém adresáři 5 Datová oblast obsahuje další adresáře a soubory
Pevný disk Partition 1 Partition 2 Partition 3 logický disk C logický disk D Master Boot Boot sektor FAT1 FAT2 Kořenový adresář Datová oblast Boot sektor FAT1 FAT2 Kořenový adresář Datová oblast Kořenový adresář Jméno souboru Přípona souboru Atributy Datum poslední změny Čas poslední změny 1cluster Délka souboru Dopis TXT žádné 51195 3:20:25p 40 11271 40 = ukazatel do tabulky FAT Tabulka FAT pozice buňky ve FAT obsah buňky 39 EOF 40 41 41 42 42 43 43 45 44 BAD 45 68 68 69 69 EOF Tabulka FAT obsahuje: číslocluster EOFkonec souboru (EOF End Of File, konec souboru) BAD vadný sektor Clustery se přepočítávají na číslo hlavičky, číslo stopy a číslo sektoru Ve chvíli, kdy máme tato tři čísla, můžeme vystavit hlavičky na konkrétní sektor a daný soubor tak načíst do vnitřní paměti Prokládání disku Při pravidelném rozdělení sektorů dochází k tomu, že je načten jeden sektor do BUFFERU řadiče disku Provádí se kontrola správnosti přečtených dat (parita atd) Při rychlosti otáčení 3600 až 7200 ot/min se nestihne čtení následujícího druhého sektoru, protože čtecí hlava je už nad dalším sektorem (muselo by se čekat až se celý disk znovu otočí, což by zpomalovalo čtení) Proto se používá posunuté rozložení tzv prokládání např 1 : 3, 1 : 6 atd Data jsou zapisována do každého n-tého sektoru
Příklad prokládání 1 : 6 Příklad prokládání 1 : 1 Vzhledem k velmi vysoké hustotě záznamu je skutečně nutné, aby jednotka pevného disku byla pevně uzavřena, protože i velmi malá nečistota způsobí její zničení Velikost nečistot vzhledem k pevnému disku Pružné disky (floppy disky) Pružný disk, disketa je plastikový kotouč, pokrytý tenkou magnetickou vrstvou Na tuto vrstvu jsou data ukládána ve formě magnetického záznamu a to v soustředných kruzích tzv stopách V dnešní době je nejpoužívanějším floppy diskem disketa 3,5" (to jest disketa o průměru 3,5 inch = 8,89 cm) Ta má kapacitu obvykle 1,44 MB Existují i jiné průměry disket (například 5,25" s kapacitou 1,2 MB) V dnešní době se však téměř bez výjimky používají diskety 3,5" o kapacitě 1,44 MB Data z diskety se snímají pomocí čtecí a zapisovací hlavy, která se však na rozdíl od pevného disku dotýká přímo povrchu diskety Po zasunutí diskety do diskové jednotky se ochranný kovový kryt posune stranou a čtecí hlavičky disketové jednotky se dostanou přímo k povrchu diskety Čtecí jednotky kompaktních disků (CD-ROM) Kompaktní disk čili CD-ROM je vnější paměť, která se dnes používá stále častěji Donedávna je používali pouze ti, kteří si ji mohli dovolit, nebo měli pádný důvod, koupit si tak drahé zařízení Dnes jsou jednotky kompaktních disků mnohem levnější a běžně dostupné Na rozdíl od pružných disků, kompaktní disky se lisují z matrice Nejsou tedy nahrávány Je drahé zhotovit pouze několik kopií kompaktního disku, ale jakmile se jich vylisuje několik tisíc, cena rychle klesá Médium CD-ROM vznikalo původně jako audio nosič a jeho autory byly firmy Philips a Sony Na rozdíl od diskových zařízení (pružné disky, pevné disky apod) nejsou data ukládána do soustředných kružnic, ale do jedné dlouhé spirály podobně jako na gramofonové desce Spirála začíná u středu média a rozvíjí se postupně až k jeho okraji Záznam (spirála dat) je pouze na spodní straně disku, tj záznam na CD-ROM disku je jednostranný Délka celé spirály je zhruba 6 km a hustota dat v ní uložených je konstantní
52 Tiskárny Tiskárny jsou výstupní zařízení sloužící pro výstup údajů z počítače Prostřednictvím tiskárny je možné data uchovaná doposud v elektronické formě vytisknout (nejčastěji na papír) Druhy tiskáren Typové typové kolečko (dnes se nepoužívají) typový válec používá se u rychlotiskáren u sálových počítačů (rychlost 400řádků/min) Rastrové tiskárny jehličkové tepelné, inkoustové laserové LED Faktory kvality tisku Rozlišení určuje počet bodů na palec DPI (dot per inch) Např 300DPI znamená, že na ploše 1 čtverečního palce bude 300 x 300 bodů Pokud se tiskne jen černá barva je tisk bez problému Potíže nastávají při tisku odstínu šedi Proto se z těchto bodů vytváří tzv tiskový bod, který je tvořen z několika bodů, podle požadovaných stupňů šedi Pro zobrazení 256 úrovní šedi je zapotřebí vytvořit tiskový bod sestávající se ze 256 základních bodů, tedy tiskovým bodem bude čtverec o straně 16 bodů Pak rozlišení je pouze 20 bodů na palec Inkoustová tiskárna Inkoustová tiskárna tiskne pomocí inkoustu, který je stříkán na papír Inkoust bývá umístěn v malé nádržce, jež se pohybuje společně s tiskovou hlavou Tiskárna vytváří znaky na papíru kapkami inkoustu, které vyletují z jemných trysek uspořádaných v tryskové hlavě Uspořádání je sloupcové a barvivo je stříkáno ze zásobníku, který je umístěn za nimi Soustava je tvořena systémem piezokeramických trubek, které jsou schopny stříkat 80 tis kapek/sec Soustava trubek je přímo spojená se zásobníkem barviva, který u hlavice s 24 trubičkami postačí pro vytisknutí asi 3 mil znaků Proti zaschnutí inkoustu je čelo trysek vybaveno vzduchotěsným uzávěrem Uzávěr se otevírá automaticky před započetím tisku a uzavírá po skončení Pro případ, že se některá tryska zanese, jsou některé tiskárny vybaveny speciální rutinou, která po stisknutí určitých ovládacích tlačítek pročistí zanesené trubky tlakem inkoustu Princip stříkání kapek je takový, že elektrický impuls přivedený na odporový tepelný článek způsobí ohřátí v určitém místě trubičky, tímto ohřátím dochází k odpaření inkoustu ve formě bublinek Ty vyvolají tlak, jenž vytlačí kapičku inkoustu z trysky na papír Po skončení impulsu se teplo ztrácí a bublinky se smršťují, tím vzniká podtlak, který způsobí nasátí nového inkoustu do trubičky Kompletní konstrukce hlavy je jednoduchá a hlavice se vyrábí spolu se zásobníkem jako jeden celek Kvalita tisku inkoustové tiskárny je silně závislá na použitém papíru V případě kvalitního papíru je možné dosáhnout velmi kvalitního tisku (za cenu vyšších nákladů na tuto vytištěnou stránku) Barevný tisk bývá prováděn pomocí různobarevných inkoustů Inkoustové tiskárny poskytují vyšší rychlost tisku než tiskárny jehličkové Jedná se o zařízení vhodná pro tisk běžných textových i grafických dokumentů Jejich pořizovací cena dnes již není příliš vysoká Jejich nevýhodou je však poměrně vysoká cena za vytištěnou stránku, která je dána cenou inkoustu a vyšší cenou kvalitního papíru
Laserová tiskárna Laserová tiskárna je zařízení určené zejména pro profesionální použití Poskytuje velmi vysokou kvalitu (300 dpi - 1200 dpi) i rychlost tisku (desítky stránek za minutu) Jedná se o poměrně drahé zařízení - ale cena za vytištěnou stránku bývá většinou nižší než u inkoustových tiskáren Data jsou zasílána na vstup polovodičovému laseru Polovodičový laser vysílá laserový paprsek, který je vychylován soustavou zrcadel na rotující válec V místech, kam tento paprsek na válec dopadne, dojde k jeho nabití statickou elektřinou na potenciál řádově 1000 V Rotující válec dále prochází kolem kazety s barvícím práškem (tonerem), který je vlivem statické elektřiny přitažen k nabitým místům na povrchu válce Papír, který vstoupí do tiskárny ze vstupního podavače, je nejdříve nabit statickou elektřinou na potenciál vyšší než jsou nabitá místa na válci (cca 2000 V) V okamžiku, kdy tento papír prochází kolem válce, dojde k přitažení toneru z nabitých míst válce na papír Toner je do papíru dále zažehlen a celý papír je na závěr zbaven elektrostatického náboje a umístěn na výstupní zásobník Rotující válec po otištění na papír prochází dále kolem sběrače elektrostatického náboje a čističe od toneru LED tiskárny Nemají laser, ale soustavu LED diod, které osvětlují válec Válec je diodou osvětlován přímo a bočně Boční osvětlení se musí protínat, aby mohlo být použito Jinak je princip stejný jako u laserové tiskárny 53 Monitory Monitor je výstupní zařízení, které je pro všechny počítače zcela nepostradatelné Monitor umožňuje počítači komunikovat s uživatelem S nástupem grafických rozhraní se požadavky na výkonnost monitorů prudce zvýšily Dřívější počítače měly monitor monochromatický, který zobrazoval 25 řádků po 80 písmenech v zelené barvě na černém pozadí Tyto monitory neuměly zobrazovat grafiku První grafické monitory měly rozlišení 640 x 240 pixelů a mohly najednou zobrazit čtyři barvy Monitory, které se používají dnes, jsou podstatně vylepšeny Nabízejí vyšší zobrazovací schopnost a zobrazují více barev Zobrazovací režimy Počítač může pracovat v různých zobrazovacích režimech Zobrazovací režim je vlastně počet bodů (pixelů), které můžeme na monitoru zobrazit Můžeme volit mezi následujícím zobrazovacími režimy: 640 x 480, 800 x 600, 1024 x 768, 1280 x 960 a 1600 x 1200 K danému rozlišení můžeme zvolit určitý počet barev
Potřeba paměti při různých rozlišeních: Rozlišení 16 barev (4 bity/pixel) 256 barev 65000 barev 16,7 mil barev (8 bitu/pixel) (16 bitu/pixel) (24 bitu/pixel) 640 x 480 256 kb 512 kb 1 MB 1MB 800 x 600 256 kb 512 kb 1 MB 2 MB 1024 x 768 512 kb 1 MB 2 MB 3 MB 1280 x 1024 1 MB 2 MB 3 MB 4 MB 1600 x 1200 1 MB 2 MB 4 MB 6 MB Princip činnosti Tok elektronů, vystřelený z rozžhavené katody prochází zaostřovacím a vychylovacím systémem a je usměrňován do určitého bodu stínítka obrazovky Každý bod na luminiscenční vrstvě stínítka emituje malé množství záření, jehož intenzita rychle slábne Proto se musí obraz rychlým směrováním elektronového paprsku opakovaně vykreslovat Vychylování je realizováno buď elektrostatickým nebo elektromagnetickým polem Tok elektronů prochází dvěma páry elektrod, které jsou umístěny jednou svisle a jednou vodorovně Rozdíl napětí na daném páru elektrod určuje velikost výchylky elektronů v odpovídajícím směru Barevné katodové obrazovky zobrazují pomocí kombinace luminiscenčních barev, které emitují různé barevné světlo Základní barvy: červená, zelená a modrá Jejich kombinováním lze vytvořit různé barevné odstíny Pro přesný výběr luminoforu se v rastrových displejích používají stínicí masky Další dvě technologie jsou svítivé diody LED a tekuté krystaly LCD Tekuté krystaly umístěné před opticky odrazivou plochou se při aktivizace polarizují tak, že přestanou propouštět světlo Obraz je pak tvořen množinou tmavých bodů na světlém pozadí Tyto obrazovky se používají zejména u přenosných počítačů Grafické akcelerátory Stejně jako akcelerátor obsahuje i obyčejná grafická karta obvod RAMDAC, který převádí digitální data z paměti karty na analogový výstupní signál, srozumitelný monitoru U grafické karty musí všechny digitální údaje pro RAMDAC připravit mikroprocesor, kdežto akcelerátoru stačí, aby mu mikroprocesor řekl základní údaje
(napřsouřadnice krajních bodů přímky) a akcelerátor si zbylé údaje dopočítá sám Tím dojde k odlehčení mikroprocesoru a zrychlení tvorby obrazu Akcelerátory jsou buď: 2D, ty obsahují obvody pro konstrukci rovinných prvků 3D, které dokáží kreslit i prostorové objekty 54 Klávesnice Je vstupní periferní zařízení systému PC, skládá se z rozhraní, kabelů a klávesnice Rozhraní je tvořeno konektorem DIN, popř pomocí PS/2 konektoru Každá klávesa má přiřazen SCAN kód, po stisku klávesy je tento kód na portu klávesnice, odkud si ho vezme obsluha přerušení Ta jej uloží do vyrovnávací paměti (bufferu) klávesnice SCAN kód určuje fyzické tlačítko na klávesnici např když obsluha přerušení přečte z portu klávesnice hodnotu 44, jedná se o písmeno z Ve SCAN kódu se nerozlišuje malé a velké písmeno (např klávesa z má stejný SCAN kód jako klávesa Z) Podle stavu klávesy CAPS LOCK, příp SHIFT se rozliší, zda se jedná o velké nebo malé písmeno Vyrovnávací paměť klávesnice (buffer) je oblast paměti o velikosti 32 B v datové oblasti BIOSu Těchto 32 B tvoří kruhovou frontu, do které se ukládají znaky stisknuté na klávesnici Ukládají-li se znaky rychleji, než dokáže PC zpracovat, buffer se zaplní a počítač vydá zvukový signál Mikroprocesor překládá pomocí zvláštního programu (ovladač,driver) SCAN kódy na příslušná písmena, která už můžeme vidět na obrazovce Protože SCAN kódům mohou být přiřazena různá písmena, můžeme používat různé znakové sady V praxi to znamená, že můžeme používat současně několik jazyků (angličtina, čeština, němčina, atd), mezi kterými se můžeme přepínat 55 Polohovací zařízení Myš Myš (mouse) je zařízení, které umožňuje přenášet pohyb ruky po vodorovné podložce na obrazovku počítače Slouží většinou jako ukazovátko při práci s mnoha dnešními programy Myš se připojuje k počítači přes sériový port nebo přes PS/2 port Většina myší pracuje tak, že ve své spodní části obsahuje kuličku, která se při pohybu po podložce otáčí a toto otáčení je přenášeno na dva otočné válečky (jeden pro horizontální a jeden pro vertikální směr) Podle jejich otáčení jsou vysílány informace o pohybu myši do počítače, které způsobují patřičný pohyb kurzoru myši po obrazovce Kromě toho je možné vidět i myši optické Joystick Podobně jako myš, jsou i páková polohovací zařízení vstupními zařízeními, která překládají fyzický pohyb do dat, kterým počítač rozumí Joystick má také nejméně dvě tlačítka, která používají programy pro zadávání povelů Někdy je na páce tlačítko umožňující přepnout tato tlačítka do módu, který se nazývá střelba dávkou V tomto módu se jeden stisk tlačítka automaticky opakuje, což např umožňuje postřílet mnoho mimozemšťanů, nepřátel, kolik si
jenom přejete, aniž byste si unavili prst opakovaně tisknoucí spoušť Existuje mnoho modelů joysticků Některé vypadají jako zbraně, jiné jako volanty či řídící páky letadel Tablet Grafici a architekti potřebují polohovací zařízení, které je přesnější než myš S tímto cílem byla zkonstruována grafická podložka (nazývaná grafický digitalizační tablet) Jak vlastně takové zařízení funguje Na podložku kreslíme světelným perem, které je připojeno k rozhraní počítače Kresba se pak přenáší díky grafickému programu na obrazovku Pro aplikace vyžadující větší přesnost se používá jakési speciální myši se zabudovaným vlasovým zaměřovacím křížem Grafická podložka (tablet) je připojena na rozhraní počítače Podložka má rastr z jemných vodivých drátků, které jsou zality do plastického materiálu podložky Drátky vedou slabý elektrický proud, kterým je podložka napájena z rozhraní Světelné pero připojené k podložce obsahuje ve svém hrotu magnet Přiblíží-li se světelné pero k povrchu podložky jeho magnetické pole ovlivní elektrický proud v zabudovaných vodičích Překřížení vodičů v místě nejvyššího narušení pole pak ukazuje pozici světelného pera