(13) Hardware osobního počítače

Základ

• nezbytné součásti = zdroj + základní deska + procesor + paměť (úložistě)

Paměť (RAM)

• RAM = Random Acces Memory
• polovodičová paměť s přímým přístupem umožňující čtení i zápis
• velikost paměti se nejčastějši udává v bytech
• jaké paměti použijeme se vždy řídí použitou čipovou sadou na základní desce a základní deskou samotnou
• dělení dle uchovávání informací po odpojení zdroje
  • volatilní – při vypnutí napájení se informace smaže
  • nevolatilní – informace vydrží vypnutí napájení; tuto vlastnost mají magnetické paměti
• dělení podle technologie uchovávání informace
  • statická (SRAM) – minimální příkon, velká šumová odolnost, krátká přístupová doba x vyšší cena
  • dynamická (DRAM) – výrobně mnohem jednodušší než SRAM; nevýhoda: obsah každé paměťové buňky se musí pravidelně obnovovat
• dělení DRAM modulů do počítače
  • SIMM = Single Inline Memory Module
  • DIMM = Dual Inline Memory Module ⇒ dva moduly SIMM integrované na jedné desce (důvodem je obsazení celé šířky sběrnice)
    • SDR = Single Data Rate
    • DDR = Double Data Rate
    • DDR2 – podobné jako DDR, mají vyšší frekvence, stále se používají ve starších strojích
    • DDR3
    • DDR4 – vysoká cena, výkon srovnatelný s DDR3

Úložiště

• Pevný disk (HDD)
  • HDD = Hard Disk Drive
  • používá se k dočasnému nebo trvalému uchování většího množství dat
  • funguje na principu magnetické indukce
  • první komerční disky – 1956
  • výhodný poměr kapacity a ceny
  • hlavní nevýhodou je mechanické řešení, které má vysokou spotřebu elektrické energie, je náchylné na poškození při nešetrném zacházení a vyšší hmotnost.
  • data jsou na disku uložena pomocí zmagnetizování míst na magneticky měkkém materiálu, které se provádí pomocí cívky a elektrického proudu
  • čtení je realizováno také pomocí hlavy, ve které se při pohybu nad různě orientovanými zmagnetizovanými místy indukuje elektrický proud
  • zaznamenaná data jsou v magnetické vrstvě uchována i při odpojení disku od zdroje elektrického proudu ⇒ nevolatilní
  • data jsou na povrchu pevného disku organizována do soustředných kružnic zvaných stopy a dále do učitých zón a každá zóna má určitý počet sektorů na stopu
  • sektor je nejmenší adresovatelnou jednotkou disku, velikost 4 KB na sektor
  • rozhraní pevných disků
    • ATA: bývalo nejrozšířenější, jednoduché, levné,
    • SATA: nástupce ATA, vyšší rychlost, vyšší inteligence řadiče
• SSD (= Solid-state drive)
  • na rozdíl od magnetických pevných disků neobsahuje pohyblivé mechanické části a má mnohem nižší spotřebu elektrické energie
  • pro uložení dat je nejčastěji použitá nevolatilní flash paměť
  • používají stejně rozhraní SATA jako pevné disky
  • nižší spotřeba, jsou lehčí ⇒ použití v noteboocích
  • flash paměti mají omezenou životnost maximálním počtem zápisů do stejného místa, který je výrazně nižší, než u klasických pevných disků

Procesor

• Central processing unit = CPU
• umí vykonávat strojové instrukce ⇒ z nich je tvořen počítačový program ⇒ umí obsluhovat jeho vstupy a výstupy
• historicky byl CPU složen z mnoha součástek ⇒ v roce 1970 byly všechny potřebné obvody sloučeny do jednoho integrovaného obvodu ⇒ mikroprocesor
• stavba procesoru
  • řadič (nebo řadící jednotka): zajišťuje součinnost jednotlivých částí procesoru
  • sada registrů: uchování mezivýsledků
  • aritmeticko-logická jednotka
  • matematický koprocesor
• rychlost procesoru je jen jedním z faktorů, které ovlivňují celkovou rychlost počítače
• rychlost procesoru ovlivňuje přítomnost procesorové chache, která urychluje přístupy do operační paměti typu RAM
• cache může být několikastupňová
  • L1, L2, L3 – čím nižší číslo, tím blíže k procesoru

Základní deska

• mainboard/motherboard
• představuje základní hardware většiny počítačů
• hlavním účelem základní desky je propojit jednotlivé součástky počítače do fungujícího celku a poskytnout jim elektrické napájení
• čipset = Northbridge + Southbridge
• Northbridge
  • jeden ze dvou základních čipů na základní desce
  • určuje rychlost, druh procesorů, jejich množství a druh paměti RAM, který bude použit
• Southbridge
  • vstupně-výstupní řadič
  • jižní můstek odlišíme od severního snadno tak, že není přímo spojen s procesorem
  • má v typickém počítači na starosti obsluhu pomalejších zařízení

GPU (= grafický procesor)

• GPU = Graphic unit processor
• specializovaný procesor umístěný na základní desce nebo grafické kartě uvnitř počítače, který zajišťuje grafické výpočty nutné pro vykreslování dat uložených v operační paměti na zobrazovacím zařízení (monitor, projektor)

Zvuková karta

• rozšiřující karta počítače pro vstup a výstup zvukového singálu
• ovládaná softwarově
• zvukový čip
  • provádí digitálně-analogový převod nahraného digitálního záznamu
  • tento signál je přiveden na výstup zvukové karty (většinou 3,5mm jack-sluchátkový)

Síťová karta

• NIC = Network Interface Controller
• slouží ke vzájemné komunikaci počítačů v počítačové síti
• ve stolních počítačích má podobu karty, která se zasune do slotu základní desky nebo je na základní desce integrovaná
• Síťové rozhraní
  • obvykle síťová karta, která přijímá a vysílá rámce
  • ne: síťové porty, switche a bridge
• LAN, MAN, WAN