Hardvér (HW)

Komponenty počítača

Hardvér HW – technické vybavenie počítača (elektronické, elektrické a mechanické).

K základným komponentom osobného počítača v súčasnosti patria:

základná doska (mainboard) – zabezpečuje základnú komunikáciu medzi komponentmi PC,

procesor (CPU) – vykonáva inštrukcie a riadi ostatné komponenty - „mozog“,

operačná pamäť (RAM) – slúži na ukladanie údajov, s ktorými systém pracuje (po vypnutí PC sa vymaže),

externé pamäte (HDD, CD, DVD, FDD, BD, USB FD) – slúžia na zápis a poskytovanie údajov (po vypnutí PC sa nevymažú),

grafická karta (GPU) – zabezpečuje zobrazovanie údajov na zobrazovacom zariadení,

zvuková karta – prevádza zvuky z digitálnej podoby alebo taktiež zvuky vyrába,

sieťová karta – umožňuje pripojenie PC do PC siete,

modem – umožňuje komunikáciu cez telefónnu linku.

Základná doska

mainboard, motherboard, matičná doska

Riadenie má na starosti integrovaný obvod (skupina integrovaných obvodov), ktoré označujeme ako čipset (chipset, čipová sada).

1. pätica procesora

2. sloty pre operačnú pamäť

3. čipset s chladičom

4. sloty PCI Express

5. sloty PCI

6. konektory Serial ATA

7. konektory IDE (P-ATA)

8. konektor FDD

9. výstupné porty

1

2

3

4

6

5

4

8 7

9 9 9

Základná doska

Zbernica (bus)

Zbernica je caharterizovaná:

1. šírkou,

2. rýchlosťou,

3. prenosovou kapacitou.

Z pohľadu zbernice základnú dosku môžeme rozdeliť na dve časti: severný (north bridge, lokálny (vnútorný) okruh) a južný (south brif

dge, vonkajší okruh) most.

Northbridge (z angl. north - sever a bridge - most) sprostredkuje rozhranie medzi procesorom, operačnou pamäťou a grafickou kartou, a je umiestnený bližšie k procesoru, ktorý je obvykle umiestnený v hornej časti (na "severe"),

Southbridge (angl. south - juh) obsahuje rozhranie k rozširujúcim konektorom a iným pomalším perifériám a obvykle je umiestnený na spodku dosky (na "juhu").

Základná doska

Základné vstupné porty

PS2 myš

PS2 klávesnica

paralelný port

sériový port

VGA konektor

USB port

ethernet port

Fire-wire port

audio konektory

...

Procesor (CPU – Central Processing Unit)

Hardvérové zariadenie na spracúvanie a vykonávanie inštrukcií. Vydáva jednotlivým

zariadeniam pokyny a riadi ich.

Časti procesora:

1. Radič (riadiaca jednotka) číta inštrukcie programu a podľa nich riadi ostatné

obvody procesora alebo komunikuje s komponentmi.

2. Aritmeticko-logická jednotka (ALU – Arithmetic and Logical Unit) vykonáva

matematické (a logické) operácie.

3. Registre predstavujú pamäťové miesta na krátkodobé uloženie práve

spracúvaných údajov.

4. Matematický (numerický) koprocesor – je určený na zrýchlenie výpočtov.

Koncepčne ide o samostatný procesor realizujúci len výpočty s pohyblivou

desatinnou čiarkou (je implementovaný ako súčasť procesora).

5. Cache je rýchla vyrovnávacia pamäť relatívne malej kapacity, ktorá slúži na

zrýchlenie toku údajov medzi procesorom a operačnou pamäťou (je súčasťou

procesora a označuje sa L1, L2).

Procesor (CPU – Central Processing Unit) Charakteristiky procesora:

1. Výber procesora závisí od pätice na základnej dosky.

2. Základnou charakteristikou je taktovacia frekvencia (výkon a rýchlosť procesora). Udáva sa v Hz, v súčasnosti v GHz (udáva koľkokrát je procesor schopný za sekundu zmeniť svoj stav). Okrem frekvencie je základnou jednotkou merania výkonu procesora FLOPS (Floating Point Operations Per Second) udávajúci počet operácií v pohyblivej rádovej čiarke, ktoré je procesor schopný vykonať za sekundu.

3. Efektivita mikrokódu hovorí o tom, ako efektívne sú napísané mikroinštrukcie procesora zabezpečujúce najjednoduchšie operácie.

4. Dôležitú úlohu zohráva šírka slova určená počtom bitov, ktorý je schopný procesor spracovať v rámci jednej inštrukcie – 8, 16, 32, 64 – táto hodnota vyjadruje šírku vnútornej zbernice.

5. Šírka dátovej zbernice (šírka prenosu údajov) je parametrom , ktorý vyjadruje rozmer vonkajšej zbernice komunikujúcej s okolím.

6. Existencia numerického procesora je v súčasnosti už len historickou podmienkou.

7. Kapacita cache zvyšuje výkon procesora, prostredníctvom skrátenia prístupovej doby k údajom.

8. Veľkosť adresovateľnej pamäte udáva veľkosť operačnej pamäte.

Pamäť Jedná sa hardvérové zariadenia na ukladanie dát. Dôležité parametre:

1. Kapacita pamäte – koľko bajtov je možné v pamäti naraz uchovať.

2. Prístupová doba – potrebný čas na sprístupnenie uloženej informácie.

3. Prenosová rýchlosť – jedná sa o množstvo údajov, ktoré je možné za časovú jednotku z pamäte načítať albo zapísať.

4. Energetická závislosť – dočasná pamäť, stála pamäť.

5. Prístup – vyjadruje spôsob, akým je možné informáciu sprístupniť (sekvenčný alebo priamy).

6. Možnosť zápisu – len na čítanie alebo čítanie aj zápis.

7. Princíp záznamu – magnetický, elektrický, optický.

8. Spoľahlivosť – udáva sa čas medzi dvoma poruchami zariadenia.

9. Nutnosť obnovovať obsah – či uložené údaje je potrebné neustále v pamäti obnovovať alebo v nej ostanú uložené po

primárnom zápise.

Pamäte delíme do troch skupín:

1. Registre a cache – predstavujú pamäťové miesta na priamo na čipe procesora a využívajú sa na krátkodobé uchovávanie

údajov a programov, ku ktorým potrebuje mať procesor okamžitý prístup (spomínali sme už pri procesoroch).

2. Vnútorná pamäť – je pamäť osadená do základnej dosky a pripojená k procesoru priamo prostredníctvom zbernice.

3. Vonkajšia pamäť – je určená na dlhodobé uchovávanie údajov. Slúži ako úložisko.

Pamäť – vnútorné pamäte Predstavujú typ pamäte pripojenej zvyčajne priamo k základnej doske. Pozostáva z

integrovaných obvodov a môže byť súčasťou prídavných kariet alebo periférnych zariadení.

Podľa spôsobu manipulácie s údajmi, delíme ich na:

1. RWM (Read/Write Memory) – pamäť určená na čítanie a zápis,

2. ROM (Read Only Memory) – pamäť určená len na čítanie (neumožňuje zápis).

Podľa prístupu k údajom delíme pamäte na:

1. RAM (Random Access Memory) – pamäť s ľubovoľným (náhodným) prístupom.

2. SAM (Sequential Access Memory) – pamäť so sekvenčným prístupom, ktorá pre prístup ku konkrétnemu bloku vyžaduje prečítanie všetkých blokov medzi aktuálnym a požadovaným (pásková jednotka),

3. CAM (Content-addressable Memory) – asociatívna pamäť, ktorá je tvorená tabuľkou obsahujúcou prehľadávané hodnoty a zodpovedajúce priradené pamäťové adresy (cache, switch, router).

Pamäť – vnútorné pamäte RAM – používa sa najmä ako operačná pamäť PC. Obsah tejto pamäte sa po vypnutí počítača

vymaže. Hardvérovo je spravidla realizovaná ako samostatný výmenný modul typu SRAM (statická) alebo DRAM (dynamická). Pre operačnú pamäť je charakteristická vysoká rýchlosť a energetická závislosť. Čím ma PC väčšiu pamäť, tým je práca plynulejšia.

ROM – jej obsah sa zvyčajne definuje u výrobcu a štandardne sa nedá prepísať. Je energeticky nezávislá. Má malú kapacitu, rádovo okolo 64kB. Existujú aj ďlšie modifikácie:

PROM (Programable ROM) umožňuje jediný zápis, potom je z nej ROM,

EPROM (Eraseable PROM) podobne ako PROM, no umožňuje vamazanie pomocou UV žiarenia,

EEPROM (Electrically EPROM) vymazanie pomocou elektriny a rýchlejšie ako u predchádzajúceho typu,

Flash EEPROM – umožňuje 1000 – násobné premazanie a je rýchlejšia ako predošlé typy – prakticky má vlastnosti RAM.

BIOS (Basic Input/Output System) – najznámejší príklad pamäte typu ROM, je umiestnený na základnej doske. Uskutočňuje pri štarte PC test počítača pri zapnutí, zavedenie (štart) operačného systému a základné funkcie na obsluhu zariadení počítača.

CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) – dnes sa nastavenia BIOSu ukladajú stále do pamäte ROM, no časť informácií sa ukladá do CMOS, ktorá je energeticky závislá a má malú kapacitu.

Pamäť – vonkajšie pamäte Vonkajšie (externé) pamäte slúžia na dlhodobé uchovávanie informácií. Nie sú

energeticky závislé ako vnútorné pamäte a vyznačujú sa väčšou kapacitou a nižšou rýchlosťou.

Pevný disk

Najpoužívanejšou externou pamäťou je pevný disk (HDD - Hard Disk Drive). Pripája sa k matičnej doske sériovým alebo paralelným 80-žilovým káblom cez rozhranie ATA/P-ATA (SCSI). V súčasnosti sa využíva novšie rozhranie SATA.

Parametre pevného disku:

kapacita – GB, TB,

počet otáčok za minútu (rpm – revolutions per minute),

prístupová doba,

hustota záznamu,

veľkosť diskovej cache,

prenosová rýchlosť,

komunikačné rozhranie (P-ATA, SATA, SCSI),

rozmer disku – 2,5“ alebo 3,5“.

Pamäť – vonkajšie pamäte

Fyzická štruktúra disku:

zápis údajov sa realizuje v sústredných kružniciach – stopy,

stopy s rovnakým polomerom tvoria – cylindre (umiestnené na platniach nad sebou),

stopy sú rozdelené na sektory (najmenšia jednotka, ku ktorej môžu hlavy pristúpiť - zvyčajne 512 B),

susedné sektory sa zlučujú do klastrov (cluster).

HDD má okrem priestoru určeného na ukladanie údajov (dátová oblasť) vyhradených aj niekoľko špeciálnych častí. „Začiatok“ disku (prvý sektor disku na platni 0 a cylindri 0) sa označuje ako master boot record (mbr) a pozostáva z dvoch častí:

zavádzací program (boot) – štart operačného systému,

tabuľka oblastí (partition table) – informácie o rozdelení disku.

Pamäť – vonkajšie pamäte Súborový systém diskov: - podľa použitého operačného systému.

FAT-16, VFAT, FAT-32 (File Allocation Table) – obsahuje údaje o umiestnení súborov v tabuľke. Čísla v označení hovoria o tom, koľko bitov používa daný súborový systém na adresovanie (DOS, OS/2, Windows 95/98, USB FD, pamäťové karty),

NTFS (New Technology File System) – na adresovanie súborov sa využíva 64 bitov a celý systém je riešený ako obrovská databáza, v ktorej jeden záznam zodpovedá jednému súboru,

ext, ext2, ext3 (extended file system) – žurnalovací súborový systém používaný v Linuxe,

HFS (Hierarchical File System) – súborový systém unixového pôvodu používaný v Apple Macintosh. Nasledovníkom je HFS plus.

Formátovanie – vytvorenie súborového systému na disku (vymaže z HDD všetky súbory a priečinky).

Ďalšie typy pevných diskov: - všetky uvedené typy sú založené na špeciálnom polovodičovom čipe, ktorý obsahuje tzv. pamäťové bunky. Tie môžu obsahovať pamäťový stav (0,1), ktorý je stály a mení sa pomocou miniatúrneho výboja – preto sa volajú FLASH (blesk) pamäte.

SSD (Solid State Disk) – stály disk bez pohyblivých častí. Jedná sa v podstate o špeciálnu pamäťovú kartu s rozhraním disku. Umožňuje viacej čítaní a zápisov ako klasický flash disk. Oproti HDD má pomalší záznam, rýchlejšie čítanie a menšiu kapacitu (rozdiely sa zmenšujú – budúci nástupca HDD),

pamäťové karty – trvalé pamäťové média s malou kapacitou... Typy kariet: CF (Compact Flash), SD (Secure Digital), Mini SD, Micro SD, MMC (Multimedia Card) a iné...

USB disky /USB Flash disky – pamäťové karty s pripojením USB. Rýchlosť je daná použitým USB, USB 2.0 alebo USB 3.0 rozhraním.

Pamäť – vonkajšie pamäte Kompaktné disky (CD) – prvé CD boli lisované a šírila sa pomocou nich hudba, až

neskôr sa začali využívať na ukladanie dát (12 cm - 600 MB). Je tu použitý záznam v tvare špirály, ktorá je rozkúskovaná na bloky. V blokoch sa nachádzajú stopy v tvare malých nerovnako dlhých jamiek (pity), ktoré sa striedajú s plôškami (lands). Jamky a plôšky nepredstavujú 0 a 1, ale jednotka je vyvolaná prechodom medzi nimi, žiadna zmena reprezentuje 0. Údaj číta laserový lúč. Lisovaný disk sa nazýva CD-ROM (Read Only Memory). CD-R (Recordable) možný jeden záznam, CD-RW (Rewritable) prepisovateľné médium (niekoľko tisíc krát). V súčasnosti sa používajú média s kapacitou 700 MB (8 cm - 200 MB).

DVD (Digital Video/Versatile Disc) – nástupca CD, pôvodne určený pre filmový priemysel. Súčasné jednovrstvové DVD má kapacitu 4,7 GB a dvojvrstvové 8,5 GB.

Blu-ray - najnovší prírastok do rodiny optických médií. Používa na zápis dát modrý laser a dosahuje v jednej vrstve zápis 25 GB.

Pamäť – vonkajšie pamäte História:

disketa – FDD (Floppy Disk Drive) 5,25“ / 720 KB, 3,5“ / 1,4 MB,

Zip média – 100 až 250 MB,

Jaz – 1 až 2 GB,

LS 120 – 120 až 240 MB,

Streamer – magnetická páska,

Magnetooptické disky – 120 MB až niekoľko GB,

HD DVD (High-Density) – prehral boj s Blu-ray...