Základy technického vybavení počítačůMichal Černý

Počítač• Počítač je v informatice elektronické zařízení,

které zpracovává data pomocí předem vytvořeného programu

• Princip činnosti počítače může být dvojí:• Analogový počítač – zpracovává analogová data• Číslicový počítač – zpracovává digitální data

• Tři vrstvy:• Hardware• Software• Firmware

Harvardská architektura• Fyzicky odděluje paměť programu a dat a jejich

spojovací obvody.• Paměti můžou být naprosto odlišné, mohou mít

různou délku slova, časování, technologii a způsob adresování.

• Můžeme mít kombinaci ROM paměti (pro systém) a RWM (pro data).

• Příklad využití: mobilní telefon

Schéma

Von Neumannova architektura

1. Do operační paměti se pomocí vstupních zařízení přes ALU umístí program, který bude provádět výpočet.

2. Stejným způsobem se do operační paměti umístí data, která bude program zpracovávat.

3. Proběhne vlastní výpočet, jehož jednotlivé kroky provádí ALU. Tato jednotka je v průběhu výpočtu spolu s ostatními moduly řízena řadičem počítače. Mezivýsledky výpočtu jsou ukládány do operační paměti.

4. Po skončení výpočtu jsou výsledky poslány přes ALU na výstupní zařízení.

Schéma

Charakteristiky• Dvojková soustava• Data a programy ve stejné paměti, se stejným

adresováním• Rychlost vnitřní paměti srovnatelná s rychlostí

výpočetní jednotky přímé adresování (přístup)• V libovolném okamžiku přístupná kterákoliv buňka

paměti aritmeticko-logická jednotka• Pouze obvody pro sčítání čísel (ostatní operace se

dají převést na sčítání)

Odlišnosti dneška• Multitasking• Více jader a více procesorů v jenom zařízení• Počítač podle von Neumannova schématu

pracoval pouze v tzv. diskrétním režimu. • Existují také vstupní a výstupní zařízení současně.• Program se do paměti nemusí zavést celý.

• Dnešní procesor = řadič + ALU• Dnešní CPU = řadič + ALU + operační paměť

Základní komponenty počítače

Procesor• Řadič nebo řídicí jednotka, jejíž jádro zajišťuje

řízení činnosti procesoru v návaznosti na povely programu, tj. načítání instrukcí, jejich dekódování (zjištění typu instrukce), načítání operandů instrukcí z operační paměti a ukládání výsledků zpracování instrukcí.

• Sada registrů (v řadiči) k uchování operandů a mezivýsledků.

• Jedna nebo více aritmeticko logických jednotek (ALU - Arithmetic-Logic Unit)

• FPU pro výpočty v plovoucí desetinné čárce.

Parametry procesoru• Délka operandu v bitech• Frekvence• Počet jader• Počet vláken• Sada registrů a velikost L1, L2, L3,…• Vnitřní architektura (RISC, CISC)• Instrukční sady (MMX, SSE3,…)• Další technologie – virtualizace, EM64T,…• Podpora pamětí RAM• Druh patice• Spotřeba• …

Jak měřit rychlost?

Pevný disk (HDD)• Složení:• Plotny• Hlavy• Rotor• Rozhraní (ATA, SATA, SCSI,..)

• Čtení nebo zápis dat:1. vystavit čtecí hlavu na správnou pozici,2. vyčkat na utlumení rozkmitu způsobeném

setrvačností hlav3. vyčkat na pootočení disku na místo od kterého

se začne čtení nebo zápis.

Parametry• Kapacita – závisí na materiálu, technologii čtecích

a zapisovacích hlav• Velikost disku• Hustota záznamu• Rychlost otáček• Cache paměť• Další techniky a technologie (smart, možnost užití

více disků, RAID,…), ZBR• Sektor je nejmenší adresovatelnou jednotkou

disku, má pevnou délku (dříve 512 byte na sektor, dnes 4 KB na sektor).

Pevný disk

RAM• Označením RAM je většinou míněna paměť s

možností opakovaného zápisu a čtení informace (tzv. RWM), která je energeticky závislá.

• Statická RAM (SRAM) je realizována jako bistabilní klopný obvod.

• Dynamická RAM (DRAM) je levnější a výrobně mnohem jednodušší. Buňky jsou realizovány pomocí parazitních kapacit.

• SIMM, DIMM, DDR, DDR2, DDR3, RIMM, GDDR,…

Různé druhy paměti typu RAM

Sběrnice• ISA - starší typ pasivní sběrnice, šířka 8 nebo 16 bitů,

přenosová rychlost < 8 MB/s• PCI - novější typ „inteligentní“ sběrnice, šířka 32 nebo 64

bitů, burst režim, přenosová rychlost < 130 MB/s (260 MB/s)• AGP - jednoúčelová sběrnice určená pro připojeni grafického

rozhraní (karty) k systému, přenosová rychlost 260 MB/s - 2 GB/s

• PCI-Express (PCIe) - nová sériová implementace sběrnice PCI• USB - sériová polyfunkční sběrnice, 2 diferenciální datové

vodiče + 2 napájecí vodiče.• FireWire - sériová polyfunkční sběrnice, široké použití, 50

MB/s

Grafická karta• Převod dat na obrazový výstup. Může být

integrovaná na základní desce či samostatná.• Dva základní moduly – textový a obrazový.• Prvky:• GPU (3D-> 2D)• Paměť• Firmware• RAMDAC• Výstup (VGA, DVI, HDMI, S-Video,…)

• SLI mód

Grafická karta

Další rozšiřující karty• Síťová• I/O karta• Zvuková• Střihová• Televizní• …

Periferie

LCD panel

LCD panel

LCD panel• Využívá tekuté krystaly a jejich optické vlastnosti.• Můžeme sledovat základní parametry, jako je jas,

kontrast, viditelnost z úhlů, frekvence obnovování,…

• Užití od hodinek po televizory• Dalšími parametry je úhlopříčka, možnosti

výstupů atp.• Nahradili dřívější CRT obrazovky se žhavenou

katodou.

Optické mechaniky• Využívají odraz světla – nula odpovídá nižší

intenzitě než jednička (nebo naopak).• Disk se může otáčet konstantní lineární rychlostí

nebo úhlovou.• Hustota záznamu záleží na vlnové délce laseru

(CD – IR, Blue Ray – modré světlo,…).• Různé techniky organisace stopy – vždy jde ale o

spirálu.• Je třeba nějak navádět paprsek, mít mechanismus

na odstraňování chyb atp.

Klávesnice a myš• Různé rozložení a různé technologie – pěnové,

pérové, založené na kapacitě, Halově jevu…• Připojení USB, PS2, DIN…

• Myš může být kuličková nebo optická. V prvním případě kulička otáčí válečky a na základě změny pulsů diody do fotodetektoru se určuje směr. V druhém je snímán odražený paprsek od povrchu.

Tiskárny• Jehličková• Inkoustová (termoresistorová nebo

piezoelektrická)• Laserová• Speciální – plotter, sublimační, vosková,…

Děkuji za pozornost