Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Informatika I 11. přednáška RNDr. Jiří Dvořák, CSc.

Podobné prezentace


Prezentace na téma: "Informatika I 11. přednáška RNDr. Jiří Dvořák, CSc."— Transkript prezentace:

1 Informatika I 11. přednáška RNDr. Jiří Dvořák, CSc.

2 Informatika I: přednáška 112 Obsah přednášky  Číselné soustavy  Struktura počítače  Procesory  Paměti  Periferie

3 Informatika I: přednáška 113 Vyjádření čísla v soustavě o základu z Nechť x a z jsou celá kladná čísla a nechť z  1. Jestliže číslo x vyjádříme ve tvaru kde c i jsou celá čísla, 0  c i  z, pak čísla c i jsou dekadické hodnoty cifer vyjádření čísla x v soustavě o základu z. Výše uvedené vyjádření čísla x je vzorcem pro zpětný převod čísla do dekadické soustavy. Dává však i návod jak získat „cifry“ c i. Číslo c 0 obdržíme jako zbytek po celočíselném dělení čísla x číslem z. Když získaný podíl opět celočíselně podělíme číslem z, získáme jako zbytek číslo c 1. Tento postup uplatňujeme tak dlouho, dokud celočíselný podíl není nulový. Je-li z  10, pak c i jsou přímo cifry a zápis čísla x v soustavě o základu z vypadá takto: c n c n  1 … c 1 c 0

4 Informatika I: přednáška 114 Vyjádření čísla v soustavě o základu z Nechť z je celé číslo, z  1 a nechť 0  x  1. Jestliže číslo x vyjádříme ve tvaru kde c i jsou celá čísla, 0  c i  z, pak čísla c i jsou dekadické hodnoty cifer vyjádření čísla x v soustavě o základu z. Toto vyjádření čísla x je opět jednak vzorcem pro zpětný převod do dekadické soustavy, jednak poskytuje návod jak získat „cifry“ c i. Číslo c –1 obdržíme jako celou část hodnoty součinu čísla x a čísla z. Když desetinnou část této hodnoty opět vynásobíme číslem z, dostaneme jako celou část výsledku číslo c –2. Tento postup však nemusí být konečný a to ani v případě, že číslo x má konečný počet desetinných míst. Je-li z  10, pak c i jsou přímo cifry a zápis čísla x v soustavě o základu z vypadá takto: 0. c  1 c  2 …

5 Informatika I: přednáška 115 Příklady 1071: = Zpětné převody: = 1· · · ·8 0 = = 4·8 –1 + 5·8 –2 =  =  =

6 Informatika I: přednáška 116 Soustavy o základu 2, 8, 16 z = 2soustava dvojková (binární) z = 8 soustava osmičková (oktalová) z = 16soustava šestnáctková (hexadecimální) Počítače používají binární reprezentaci čísel. Z důvodu špatné přehlednosti binárních zápisů se ale na rozhraní člověk-počítač používá hexadecimální vyjadřování (u dřívějších počítačů se používalo oktalového vyjadřování). Osmičková a šestnáctková soustava jsou důležité proto, že jejich základy jsou mocninami dvou. To umožňuje snadné převody mezi těmito soustavami a soustavou dvojkovou.

7 Informatika I: přednáška 117 dekadickydvojkověosmičkověšestnáctkově A B C D E F Vyjádření celých čísel od 0 do 15:

8 Informatika I: přednáška 118 Převody mezi soustavami o základech 2 a 8 Převod z dvojkové do osmičkové: Číslo se rozdělí na trojice dvojkových cifer počínaje od řádové čárky a každá trojice dvojkových cifer se zapíše jednou osmičkovou cifrou. Převod z osmičkové do dvojkové : Každá osmičková cifra se zapíše pomocí tří dvojkových cifer (včetně případných levostranných nul). Příklady: = 10|001|101|011|100 2 = = =

9 Informatika I: přednáška 119 Převody mezi soustavami o základech 2 a 16 Převod z dvojkové do šestnáctkové: Číslo se rozdělí na čtveřice dvojkových cifer počínaje od řádové čárky a každá čtveřice dvojkových cifer se zapíše jednou šestnáctkovou cifrou. Převod z šestnáctkové do dvojkové : Každá šestnáctková cifra se zapíše pomocí čtyř dvojkových cifer (včetně případných levostranných nul). Příklady: = 10|0011|0101| = 235C 16 2A5F 16 = =

10 Informatika I: přednáška 1110 Bit a byte bit zkratka z binary digit (dvojková cifra) základní jednotka informace přeneseně paměťové místo pro uložení jedné dvojkové cifry označení b byte 8 bitů objevuje se v souvislosti s mikroprocesory s šířkou slova 8 bitů nejmenší adresovatelná jednotka paměti označení B Velikost paměti paměti se udává v bytech kilobyte: 1 KB= 2 10 B (1 024 B) megabyte: 1 MB= 2 20 B ( B) gigabyte: 1 GB= 2 30 B terabyte: 1 TB= 2 40 B

11 Informatika I: přednáška 1111 Von Neumannovo schéma počítače Vstupní periferie Výstupní periferie Aritmetická a logická jednotka Řadič Vnitřní paměť data a programyřídicí signály stavové signály

12 Informatika I: přednáška 1112 Von Neumannova koncepce počítače Základní rysy koncepce sériové zpracování instrukcí jednotné uložení dat i programu univerzální struktura počítače (nezávislost na řešené úloze) binární reprezentace dat a instrukcí Jedná se o koncepci, která v podstatě platí do dnešní doby. Odlišnosti dnešních počítačů od von Neumannova schématu: počítač může zpracovávat paralelně více programů zároveň - tzv. multitasking počítač může disponovat i více procesory existují V/V zařízení, která umožňují jak vstup, tak výstup dat (programu)

13 Informatika I: přednáška 1113 Vývoj počítačů 1.generace (1940 – 1955): elektronky 2.generace (1955 – 1965): tranzistory 3.generace (1965 – 1980): integrované obvody (LSI - large scale integration) 4.generace (1980 – dosud): integrované obvody (VLSI - very large scale integration) 5.generace (ve vývoji):systémy umělé inteligence, neuropočítače

14 Informatika I: přednáška 1114 Architektura jednotné sběrnice procesor vnitřní (operační) paměť V/V obvody sběrnice (BUS)

15 Informatika I: přednáška 1115 Sběrnice Sběrnice je zařízení sestávající z množiny vodičů, které slouží jako společný nosič přenášející signály mezi částmi počítače. Druhy sběrnic: adresová sběrnice se užívá k přenosu binárních čísel identifikujících adresy v paměti nebo periferie datová sběrnice přenáší data řídicí sběrnice přenáší řídicí signály týkající se např. hodin, směru toku dat (čtení/zápis), synchronizace, přerušení,... Sběrnicová architektura umožňuje snadno rozšiřovat a upravovat konfiguraci počítače. Základní princip počítače se však tímto technickým řešením nemění. Základní parametry sběrnic: šířka přenosu (kolik bitů lze zároveň po sběrnici přenést), frekvence, rychlost (počet bytů přenesených za jednotku času)

16 Informatika I: přednáška 1116 Příklady standardů sběrnic ISA (Industry Standard Architecture, IBM, 1984), data 16 bitů, adresa 24 bitů, 8 MHz, 5 MB/s, MCA (Micro Channel Architecture, IBM, 1987), šířka 32 bitů, 10 MHz, není kompatibilní s ISA, EISA (Extended Industry Standard Architecture, 1989), 32 bitů, 8 MHz, kompatibilní k ISA, busmastering (může být řízena několika zařízeními, nejen procesorem), VL Bus (Vesa Local Bus, VESA, 1992) – spolupracuje s ISA, lokální spojení procesoru a paměti, maximálně 3 přídavné sloty, až 50 MHz (podle počtu obsazených slotů), 130 MB/s, PCI (Peripherals Component Interconnects, 1992), připojena k systémové sběrnici přes mezisběrnicový můstek), 64 bitů, 33 MHz, 264 MB/s, busmastering, podporuje Plug and Play

17 Informatika I: přednáška 1117 USB USB (Universal Serial Bus) je univerzální sériová sběrnice, která dovoluje připojit až 127 zařízení pomocí jednoho typu konektoru. Těmto zařízením poskytuje rovněž i napájecí napětí a sama zajišťuje správné přidělení prostředků (IRQ, DMA,...). Na USB je možné připojit zařízení jako jsou např.:  klávesnice  myš  trackball

18 Informatika I: přednáška 1118 Struktura PC Základní jednotka:  základní deska  pevné disky  mechaniky pružných disků  interní mechaniky CD-ROM a dalších diskových médií  videokarta (grafická karta), zvuková karta, I/O karta, síťová karta  další zařízení Základní periferní zařízení:  monitor  klávesnice  myš  tiskárna Další periferní zařízení: externí mechaniky diskových médií, scanner, plotter, …

19 Informatika I: přednáška 1119 Základní deska Základní deska (motherboard) obsahuje (může obsahovat):  Procesor (mikroprocesor)  Obvody čipové sady (systémový řadič, řadič sběrnic, buffer dat)  Sběrnice (systémová, rozšiřující)  Paměti (vnitřní, vyrovnávací cache paměť)  CMOS paměť (údaje o nastavení počítače a jeho hardwarové konfiguraci) + zálohující akumulátor  Hodiny reálného času  Vstup / výstupní porty (I/O - Ports)  Řadič pružných disků  Rozhraní pevných disků  Videokartu (videoadaptér)

20 Informatika I: přednáška 1120 Procesor (mikroprocesor) Procesor je nejdůležitější částí počítače. Je to integrovaný obvod tvořený řadičem (control unit) a aritmetickou a logickou jednotkou (arithmetic and logic unit - ALU). Obvykle je umístěn na základní desce počítače. Procesor počítače pracuje podle hodinových kmitů generovaných krystalem umístěným na základní desce. Během jednoho kmitu provede procesor jednu operaci. Výkonnost počítače je velkou měrou ovlivněna výkonností procesoru. Procesor obsahuje rychlá paměťová místa malé kapacity nazývané registry. Ukládají se do nich operandy a výsledky operací vykonaných aritmeticko-logickou jednotkou, adresy a stav procesoru.

21 Informatika I: přednáška 1121 Základní parametry procesoru  Rychlost (počet operací provedených za jednu sekundu)  Efektivita mikrokódu (mikroprogramů provádějících jednotlivé instrukce procesoru)  Přítomnost (nepřítomnost) numerického koprocesoru (speciální jednotka pro přímé provádění výpočtů v pohyblivé čárce)  Počet instrukčních kanálů (maximální počet instrukcí proveditelných v jednom taktu procesoru)  Šířka slova (maximální počet bitů, které je možné zpracovat během jediné operace)  Šířka přenosu dat (maximální počet bitů, které je možné během jediné operace přenést z/do čipu)  Kapacita rychlé interní cache paměti integrované přímo na čipu procesoru  Velikost paměti, kterou je procesor schopen adresovat (používat)

22 Informatika I: přednáška 1122 Registry 16-bitového procesoru Registry všeobecného použití (H – horní byte, L – spodní byte): AX (AH, AL) střadač (Accumulator) BX (BH, BL) bázový registr (Base register) CX (CH, CL) čítač (Count register) DX (DH, DL) datový registr (Data register) Segmentové registry: CSkódový segment (Code Segment); pro odkazy na adresy instrukcí DSdatový segment (Data Segment); SSzásobníkový segment (Stack Segment); při práci se zásobníkem ESalternativní segment (Extra Segment); při operacích s řetězci Speciální registry: IPUkazatel instrukcí (Instruction Pointer) SPUkazatel zásobníku (Stack Pointer) BPUkazatel báze (Base Pointer) SIZdrojový index (Source Index) DICílový index (Destination Index) FRegistr stavových příznaků (Status Flags)

23 Informatika I: přednáška 1123 Instrukce procesoru Procesor vykonává činnost, která je mu zadávána sledem instrukcí. Kód každé instrukce si vyzvedne z operační paměti na adrese, která je určena obsahem adresových registrů. Každá instrukce obsahuje vlastní kód, tzn. kód operace, kterou má vykonat a operandy (operandy nemusejí být vždy explicitně uvedeny). Instrukce mohou mít různou délku, minimálně však jeden byte. Procesor vždy ví, jak dlouhou instrukci vykonává, a pokud instrukce sama není skoková (tj. nezmění přirozený sled vykonávání instrukcí), automaticky zvýší obsah ukazatele instrukcí o takovou hodnotu, aby ukazoval na instrukci následující.

24 Informatika I: přednáška 1124 Typy instrukcí procesoru  Instrukce přesunu dat, které jsou určeny k přesunu dat mezi registry procesoru nebo mezi registrem a operační pamětí;  Aritmetické instrukce, které provádějí aritmetické operace s daty uloženými v registrech a v operační paměti (součet, rozdíl, inkrementace, … ) ;  Logické instrukce (and, or, xor, … ) ;  Instrukce pro větvení programu, které slouží ke změně přirozené posloupnosti vykonávání instrukcí (skok na libovolnou instrukci, skok podmíněný nastavenou hodnotou příznaku, skok do podprogramu, návrat z podprogramu, … );  Instrukce pro práci se zásobníkem, které slouží k efektivním přesunům dat mezi registry a zásobníkovou pamětí (push, pop, … );  Vstup/výstupní instrukce, které přesouvají data mezi registry a V/V zařízeními (input, output);  Řídicí instrukce, které umožňují modifikovat pracovní režim procesoru (povolení přerušení, krokování, … ).

25 Informatika I: přednáška 1125 Architektury procesoru CISC - Complex Instruction Set Computer více než 100 instrukcí různých délek a formátů, mnoho adresních módů a typů dat, většina instrukcí mohla adresovat operandy v paměti, soubor zahrnoval velmi složité instrukce, odpovídající konstrukcím a operacím vyšších programovacích jazyků, strojový program mohl být velice kompaktní, složité instrukce bylo potřeba interpretovat mikroprogramově, vedlo to ke zpomalování u rutinních instrukcí RISC - Reduced Instruction Set Computer instrukční soubor je omezený na často používané instrukce, ostatní instrukce jsou kompilátorem generovány jako sekvence těchto jednoduchých, jednotná délka instrukcí, omezený počet jejich formátů, omezený počet adresovacích způsobů, rozsáhlý soubor univerzálních registrů, zřetězené zpracování instrukcí (pipelining)

26 Informatika I: přednáška 1126 Pipelining Pipelining znamená proudové (zřetězené) zpracování. Procesor provádí instrukci v několika na sebe navazujících fázích, přičemž každé fázi odpovídá 1 takt procesoru: 1. fáze: výběr instrukce z paměti 2. fáze: dekódování instrukce 3. fáze: příprava operandů 4. fáze: vlastní provedení instrukce 5. fáze: zápis výsledků Zpracování instrukcí se překrývá, takže když je v 5. taktu dokončována prvá instrukce, 4 další se nacházejí v různých fázích zpracování a v každém dalším taktu je pak dokončena 1 instrukce. Skalární procesor má právě jednu frontu pro zřetězené zpracování instrukcí. Superskalární procesor má více než jednu frontu pro zřetězené zpracování a díky tomu může během jednoho taktu zpracovat více než jednu instrukci.

27 Informatika I: přednáška 1127 Cache paměť Cache paměť vyrovnává rozdíl mezi rychlostí procesoru a rychlostí přístupu do operační paměti. Operační paměť je obvykle realizována jako dynamická paměť (DRAM), která je poměrně jednoduchá a levná oproti statické paměti (SRAM), avšak má poměrně dlouhou přístupovou dobu. Cache paměť má podstatně menší kapacitu než operační paměť a je realizována pomocí rychlých statických pamětí. Cache paměť může být  externí (L2, sekundární)  interní (L1, primární) integrovaná přímo na čip procesoru; kapacita této paměti bývá poměrně malá

28 Informatika I: přednáška 1128 Velikost adresovatelné paměti Aby procesor mohl přistoupit k operační paměti pro načítání resp. ukládání dat, musí být zadána adresa paměťové buňky, se kterou bude pracovat. V programu bývá tato adresa zadána jako tzv. logická (virtuální) adresa. Tato virtuální adresa se potom určitým mechanismem (závislým na typu procesoru) postupně převádí na tzv. fyzickou adresu, která je již adresou ukazující na konkrétní paměťovou buňku. Každý procesor má k dispozici pouze určitý počet bitů, na kterých může být fyzická adresa vytvořena. Tímto počtem bitů a tím i maximálním číslem, jež pomocí nich můžeme vytvořit, je omezena maximální paměť, kterou může procesor využívat. Počet bitů určených k vytváření fyzické adresy také úzce souvisí s adresovou sběrnicí procesoru.

29 Informatika I: přednáška 1129 Příklad adresování paměti Mikroprocesor 8086 umožňuje adresovat paměťový prostor v rozsahu 1 MB. K adresaci tohoto prostoru nestačí jeden 16-bitový adresovací registr. Proto adresa každého slova, tzv. fyzická adresa, má dvě složky, a zapisuje se ve tvaru :. Logická adresa, neboli offset, nabývá hodnot menších než 64 KB, poněvadž adresové registry mají délku 16 bitů. Fyzický adresový prostor však vyžaduje 20-bitovou adresu (1 MB = 2 20 B). Tento rozdíl překlene mechanismus segmentace. Fyzická paměť se dělí do segmentů o velikosti 64 KB. 20-bitová adresa začátku segmentu se získá tak, že obsah 16-bitového segmentového registru se doplní zprava čtyřmi nulovými bity. Offset je relativní adresa vztažená k začátku segmentu a tedy skutečná (fyzická) adresa se obdrží přičtením offsetu k adrese začátku segmentu Tento mechanismus se dá vyjádřit vztahem = 16 * +, kde násobení šestnácti odpovídá posunu obsahu segmentového registru o 4 bity doleva.

30 Informatika I: přednáška 1130 Systém přerušení Přerušování činnosti procesoru je důležitým mechanismem. Používá se především tehdy, když nějaká část počítače vyžaduje obsluhu nebo kdykoliv dojde k nějakému význačnému stavu. Přerušení (interrupt) můžeme podle příčin rozdělit na: externí, která přicházejí do procesoru zvenčí, např. od periferie (hardwarová přerušení); mohou být maskována, tj. procesor může požadavky o přerušení ignorovat interní, která jsou vyvolána jako důsledek provádění programu (programová přerušení) V případě přerušení se uschovají do zásobníku obsahy registrů a spustí se program určený pro obsluhu příslušného přerušení. Po skončení jeho práce se obsahy registrů obnoví. Systém přerušení obsluhuje více externích přerušovacích vstupů. V okamžiku, kdy je vstupními obvody daný požadavek o přerušení akceptován, předá podsystém přerušení žádost o přerušení vlastnímu procesoru.

31 Informatika I: přednáška 1131 Úrovně žádostí o přerušení IRQ (Interrupt Request) IRQ0 – systémový časovač IRQ1 – řadič klávesnice IRQ2 – slouží pro zpřístupnění IRQ8 až IRQ15 IRQ3 – COM2, COM4 IRQ4 – COM1, COM3 IRQ5 – LPT2 IRQ6 – řadič disket IRQ7 – LPT1 IRQ8 – hodiny IRQ9 – videokarta, síťová karta IRQ10, IRQ11 – volné IRQ12 – myš nebo volné IRQ13 – koprocesor IRQ14 – pevný disk IRQ15 – pevný disk nebo volné IRQ s nižším číslem má vyšší prioritu než IRQ s číslem vyšším.

32 Informatika I: přednáška 1132 Příklady procesorů firmy Intel 8086: 1979, plně 16-bitový procesor, 16 bitová datová sběrnice, 20 bitová adresová sběrnice (možnost adresovat až 1MB operační paměti) 80286:1981, 130 tis. tranzistorů, plně 16-bitový, 16 b datová sb., reálný režim (pracuje stejně jako 8086) nebo chráněný režim (podporuje multiprogramování, 24 b adresová sb., až 16 MB op. paměti) 80386: 1986, 275 tis. tranzistorů, plně 32-bitový, adresová sb. 32 b, režimy reálný, chráněný (op. pamět až 4GB) nebo virtuální 80486: 1989, 1.25 mil. tranzistorů, vylepšený 80386, 8 KB cache, pipelining s 1 frontou (skalární procesor) Pentium: 1993, 3.1 mil. tranzistorů, vnitřně 32-bitový, datová sb. 64 b, pipelining se 2 frontami (superskalární procesor), předvídání skoků (minimalizuje problémy, které skokové instrukce působí při paralelním provádění instrukcí)

33 Informatika I: přednáška 1133 Příklady procesorů firmy Intel Pentium Pro: 1995, 5.5 mil. tranzistorů, externí (L2) cache paměť v jednom pouzdře s čipem procesoru komunikující s procesorem prostřednictvím speciální sběrnice, superskalární procesor se 3 frontami, vykonávání instrukcí mimo pořadí, předpovídání skoků, analýza toku dat, spekulativní provádění instrukcí, umožňuje rozšíření systému až na 4 procesory Pentium II: 1997, technologie MMX (instrukce pro podporu multimediálních aplikací), cache L2 ve společném pouzdře, max. 2 procesory (verze Xeon max. 4) Pentium III: 1999, 512 KB L2, MMX, rozšíření o 70 instrukcí oproti PII, max. 2 procesory (verze Xeon max. 8)

34 Informatika I: přednáška 1134 Paměti Paměť počítače slouží k ukládání programů a dat. Paměti lze rozdělit do tří základních skupin:  Registry: paměťová místa na čipu procesoru používaná pro krátkodobé uchování právě zpracovávaných informací  Vnitřní (interní, operační) paměti: paměti osazené většinou na základní desce. Bývají realizovány pomocí polovodičových součástek. Jsou do nich zaváděny právě spouštěné programy (nebo alespoň jejich části) a data, se kterými pracují.  Vnější (externí) paměti: paměti realizované většinou za pomoci zařízení používajících výměnná média v podobě disků či magnetofonových pásek. Záznam se provádí většinou na magnetickém nebo optickém principu. Slouží pro dlouhodobé uchování informací a zálohování dat.

35 Informatika I: přednáška 1135 Parametry pamětí Kapacita, přístupová doba, přenosová rychlost, statičnost / dynamičnost: statické paměti uchovávají informaci po celou dobu, kdy je paměť připojena ke zdroji elektrického napětí, kdežto dynamické mají tendenci zapsanou informaci ztrácet i v době, kdy jsou připojeny k napájení a tudíž je nutné ji neustále periodicky oživovat. destruktivnost / nedestruktivnost při čtení: destruktivnost znamená, že přečtení informace vede k její ztrátě a je tedy nutné ji následně po přečtení opět do paměti zapsat. energetická závislost / nezávislost: po odpojení od zdroje napájení energeticky závislé paměti uložené informace ztrácejí, kdežto energeticky nezávislé je uchovávají. přístup (sekvenční / přímý) spolehlivost, cena za bit

36 Informatika I: přednáška 1136 Typy vnitřních pamětí ROM (Read Only Memory): statická energeticky nezávislá paměť, informace pevně zapsána již při výrobě PROM (Programable ROM): po vyrobení neobsahuje žádnou pevnou informaci a je až na uživateli, aby provedl příslušný zápis; tento zápis je možné provést pouze jednou EPROM (Eraseable PROM): je na ni možno zapisovat, přičemž zápis může být vymazán pomocí UV záření EEPROM (Electrically EPROM): podobná jako EPROM, ale mazání se provádí elektricky Flash: statická energeticky nezávislá paměť, obdoba pamětí EEPROM, přeprogramování je možné provést přímo v počítači RAM (Random Access Memory): paměti energeticky závislé; mohou být statické (SRAM) nebo dynamické (DRAM )

37 Informatika I: přednáška 1137 ROM a RAM ROM – Read Only Memory, tj. paměť umožňující pouze čtení. Opakem tohoto pojmu by byl pojem R/WM (Read/Write Memory), tj. paměť umožňující čtení i zápis. RAM – Random Access Memory, tj. paměť s náhodným přístupem. Přívlastkem random (náhodný, namátkový) se vyjadřuje skutečnost, že všechna slova paměti jsou přímo adresovatelná. Opakem pamětí typu RAM jsou paměti se sekvenčním přístupem (např. magnetická páska). V terminologii PC zkratka ROM znamená adresovatelnou paměť ROM a zkratka RAM adresovatelnou paměť R/WM.

38 Informatika I: přednáška 1138 Přímý přístup do paměti Zkratkou DMA (Direct Memory Acces) je označována bezprocesorová komunikace mezi RAM a V/V obvody. Je realizována specializovanými obvody, tzv. řadiči DMA. Slouží k rychlým přenosům větších bloků dat, především při V/V diskových operacích. Řadič DMA je v podstatě specializovaný procesor, který při přenosu bloku dat přebírá řízení sběrnice. V režimu DMA se stává pánem (master), procesor je v té době od sběrnice odpojen.

39 Informatika I: přednáška 1139 Pevné disky Pevné disky jsou média pro uchování dat s vysokou záznamovou kapacitou (řádově stovky MB až desítky GB). Jedná se o pevně uzavřenou nepřenosnou jednotku, uvnitř níž se nachází několik na společné ose umístěných kotoučů (disků) tvořených nemagnetickým substrátem, který je pokryt magnetickou vrstvou. Záznam se provádí magneticky do soustředných kružnic nazývaných stopy (tracks). Množina všech stop na všech discích se stejným číslem se u pevných disků označuje jako válec (cylinder). Každá ze stop je rozdělena do sektorů, přičemž obvykle je počet sektorů u všech stop stejný bez ohledu na jejich délku. Existují i pevné disky, u nichž se používá tzv. zonální zápis označovaný jako ZBR (Zone Bit Recording). Při něm je možné umístit na vnější stopy větší počet sektorů než na stopy vnitřní. Záznamové médium je takto lépe využito, ale přístup k datům je podstatně složitější.

40 Informatika I: přednáška 1140 Kotouče pevného disku se otáčejí po celou dobu, kdy je připojen ke zdroji elektrického napájení nezávisle na tom, zda se z něj čte nebo se na něj zapisuje. Rychlost otáčení bývá 3600 až otáček za minutu. V důsledku otáčení se v okolí disků vytváří tenká vzduchová vrstva, na níž se pohybují čtecí/zapisovací hlavy. Vzdálenost hlav od disku je asi 0.3 až 0.6 mikronu. Data jsou na pevný disk ukládána po cylindrech, což umožňuje paralelní čtení (zápis) všemi hlavami. Vzhledem k vysoké rychlosti otáčení disku se nedá zaručit čtení (zápis) z (do) dalšího sektoru během jedné otáčky. Proto se zavádí prokládání (interleaving) pevného disku, při němž jsou data zapisována do každého n-tého sektoru. Při vypnutí počítače je nutné hlavy zaparkovat, aby nedošlo k poškození diskových kotoučů. Nové pevné disky využívají tzv. autopark založený na tom, že po vypnutí pevného disku se pevný disk ještě chvíli setrvačností otáčí a tím vyrobí dostatek energie nutné pro přemístění hlav do parkovací zóny. Zóna pro parkování je obvykle na nejvnitřnější stopě, protože ta má nejnižší rychlost.

41 Informatika I: přednáška 1141 Externí paměťová média Pružné disky (floppy disky, diskety) – záznam se provádí magneticky do soustředných kružnic (stop) dělených na sektory; ty tvoří nejmenší úsek média, na který je možné zapisovat; malá kapacita (do 1.44 MB) ZIP disky – princip je podobný jako u disket, kapacita MB Disky LS120 – podobné diskům ZIP, kapacita 120 MB Bernoulliho disk – pružný kotouč otáčející se v proudu vzduchu, který přitlačuje podle Bernoulliho jevu povrch média k hlavičce; kapacita 200 MB SyQuest disk – výměnný kotouč pevného disku, přechod mezi pevnými a pružnými disky, kapacita 270 MB JAZZ disky – obdobný princip jako pevné disky, kapacita 2 GB SyJet disky – podobné JAZZ diskům, kapacita 1.5 GB Flash disky – simulují disk pomocí Flash paměti, kapacita 1 GB Streamer – páskové médium s podélným proudovým záznamem, kapacita 20 GB

42 Informatika I: přednáška 1142 Externí paměťová média CD-ROM (Compact Disk) – zápis a čtení pomocí laserového paprsku; data se ukládají do spirály počínající ve středu kotouče; je využita pouze jedna strana disku; záznam je jednorázový a pak už je možné pouze čtení; kapacita až 700 MB. CD-RW (CD-Rewritable) – záznam může být přemazán a proveden znovu; přemazání je možné pouze na celém disku. DVD (Digital Versatile Disk) – obdobný princip jako u CD, vyšší hustota záznamu, záznam je možný na obě strany média a ve dvou vrstvách, kapacita až 17 GB.

43 Informatika I: přednáška 1143 Tiskárny Parametry tiskáren: typ tisku (jehličkové, inkoustové laserové), rychlost tisku, kvalita tisku (počet bodů na palec, bpi – bits per inch), barevnost, pořizovací cena, cena za vytištěnou stránku. Jehličkové tiskárny: tisková hlava obsahuje sadu jehliček (9 nebo 24), které se vystřelují proti barvicí pásce a papíru; hlučné, pomalé, nízká kvalita tisku, nízká pořizovací cena i cena za stránku. Inkoustové tiskárny: založeny na principu vystřelování kapek inkoustu; rychlejší než jehličkové, kvalita tisku závisí na kvalitě použitého papíru, nízká pořizovací cena, vysoká cena za stránku. Laserové tiskárny: vysoká rychlost a kvalita tisku, vysoká pořizovací cena, nízká cena za stránku. Barevný tisk: subtraktivní model mísení barev CMYK používá pro tisk tří až čtyř základních barev (Cyan – indigová, Magenta – fialová, Yellow – žlutá); plná hodnota všech tří složkových barev dává černou, při nulové hodnotě všech složkových barev vzniká bílá (nepotištěné místo); černá složka (blacK) se přidává pro dosažení kvalitnějšího tisku.

44 Informatika I: přednáška 1144 Monitory Monitory CRT (Cathode Ray Tube): pracují na principu katodové trubice, katoda (1 nebo 3) emituje elektronové svazky, na zadní stěně stínítka obrazovky jsou naneseny vrstvy luminoforů (luminofor je látka přeměňující kinetickou energii na světelnou). Monitory LCD (Liquid Crystal Display): využívají kapalné krystaly v nematické fázi (hmotné středy molekul jsou rozmístěny chaoticky, ale jejich osy jsou téměř rovnoběžné); mohou být pasivní (síť vertikálních a horizontálních vodičů s LCD, jedním tranzistorem je řízen celý řádek/sloupec bodů) nebo aktivní (v každém bodě řídicí tranzistor). Monitory PDP (Plasma Display Panel): světelné body samy generují světlo, připojením napětí na buňku s plynem (lehce stlačený xeon, argon, neon) vzniká plazma. Barevné monitory: aditivní (výsledná barva určená součtem všech složek) model mísení barev RGB (Red – červená, Green – zelená, Blue – modrá); plná hodnota všech tří složkových barev představuje bílou, při nulové hodnotě všech složkových barev vzniká černá.

45 Informatika I: přednáška 1145 Grafické adaptéry Grafické adaptéry (videokarty, grafické karty) jsou zařízení, která zabezpečují výstup dat z počítače na obrazovku monitoru. Jsou připojeny na sběrnici. Obsahují paměť (videopaměť) a procesor pro generování videosignálu. Většina videokaret dovoluje práci ve dvou základních režimech: textový režim – umožňuje zobrazovat pouze předem definované znaky; tyto znaky jsou definované pomocí matic bodů a je možné je zobrazovat pouze jako celek. grafický režim – informace jsou zobrazovány po jednotlivých obrazových bodech, tzv. pixelech (pixel – Picture Element). Parametry videokarty: rozlišení v textovém režimu, matice znaku, rozlišení v grafickém režimu, počet barev.

46 Informatika I: přednáška 1146 Typy grafických adaptérů MDA (Monochrome Display Adapter): 1981, černobílý, pouze text, 80  25 znaků, znak 9  14 bodů CGA (Color Graphic Adapter): text (80  25 znaků, znak 8  8 bodů, 16 barev), grafika (320  200 bodů, 4 barvy) Hercules: 1982, černobílý, text (80  25 znaků, znak 9  14 bodů), grafika (720  348 bodů) EGA (Enhanced Graphic Adapter): 1984, text (80  25 znaků, znak 8  14 bodů, 16 barev), grafický (640  350 bodů, 16 barev) VGA (Video Graphic Array): 1987, text (80  25 znaků, znak 9  14 bodů, 16 barev), grafika (640  480, 16 barev) MCGA (Multi Color Graphic Array): text stejně jako VGA, grafika (640  480, 16 barev; 320  200, 256 barev) SVGA (Super VGA): text jako VGA, grafika závisí na použitém procesoru a kapacitě videopaměti (256 KB: 800  600, 16 barev; 6 MB: 1600  1200, 16.7 mil. barev)

47 Informatika I: přednáška 1147 Další periferie Klávesnice (keyboard): základní vstupní zařízení Myš (mouse): vstupní zařízení, které umožňuje přenášet pohyb ruky po vodorovné podložce na obrazovku počítače Scanner: vstupní zařízení pro snímání předlohy do počítače; pracuje na principu digitalizace odstínu barvy na předloze procházející pod snímacím prvkem Plotter (souřadnicový zapisovač): zařízení pro grafický výstup na papír Trackball: vstupní zařízení používané někdy místo myši Tablet: vstupní zařízení tvaru tabulky (destičky) se snímačem polohy v podobě pera nebo zaměřovacího kříže Ovládací páka (joystick) Web kamera …

48 Informatika I: přednáška 1148 Plug and Play (PnP) Standard Plug and Play (zapoj a používej) zjednodušuje připojení nového hardwaru k počítači. Tento standard byl vyvinut společně prodejci hardwaru i softwaru. Hardware označený Plug and Play byl vyroben podle tohoto standardu. Všechny výhody PnP se uplatní na systému, který obsahuje operační systém podporující PnP, PnP BIOS na základní desce počítače a hardwarová zařízení standardu PnP. Při přidávání nebo odstraňování hardwarových součástí a periferií standardu Plug and Play počítač takové zařízení automaticky rozpozná a přizpůsobí se nové konfiguraci. Tím se odstraní některé obtížné postupy nutné při instalaci hardwaru u dřívějších verzí operačních systémů.

49 Informatika I: přednáška 1149 Použité prameny Pelikán, J. Hypertextový průvodce architekturou PC. Fakulta informatiky MU v Brně. Dumek, V. Informatika I. Studijní opora. FSI VUT v Brně.


Stáhnout ppt "Informatika I 11. přednáška RNDr. Jiří Dvořák, CSc."

Podobné prezentace


Reklamy Google