Sběrnice (Bus) Sběrnice je souhrn spojovacích vedení, řídící elektroniky a konektorů, který slouží pro připojení jednotlivých komponent počítače (resp.

Prezentace na téma: "Sběrnice (Bus) Sběrnice je souhrn spojovacích vedení, řídící elektroniky a konektorů, který slouží pro připojení jednotlivých komponent počítače (resp."— Transkript prezentace:

1 Sběrnice (Bus) Sběrnice je souhrn spojovacích vedení, řídící elektroniky a konektorů, který slouží pro připojení jednotlivých komponent počítače (resp. propojení základního procesoru s operační pamětí, periferiemi, ...). Sběrnice je funkčně členěna na řídící, adresní a datovou. Řídící sběrnice zajišťuje přenos řídících signálů, adresní sběrnice slouží pro přenos adres a datová sběrnice obstarává přenos dat. Velikost (šířka) adresové sběrnice limituje maximální velikost paměti (adresového prostoru), šířka datové sběrnice má podstatný vliv na rychlost počítače. Sběrnice (systémová sběrnice) je umístěna přímo na základní desce (tvořena vyleptanými cestami na plošném spoji) a je dále vyvedena na konektory, aby bylo možné připojit další zařízení (rozšiřující karty). Dnes existuje několik standardů systémové sběrnice (ISA, EISA, VL Bus, PCI, EISA a případně MCI). U současných výpočetních systémů se používají sběrnice ISA a PCI, v řídících počítačích sítí (serverech) se lze také velice často setkat se sběrnicí EISA. Většina současných základních desek používá kombinaci sběrnic PCI a  ISA. To znamená, že deska obsahuje několik vývodů PCI (většinou 3 - 4), které jsou používány pro rychlá zařízení (standardně videokarta, případně síťová karta) a několik vývodů ISA (3 - 6) pro pomalejší zařízení (například zvuková nebo síťová karta).

2 ISA (Industry Standard Architecture) je historicky nejstarší
ISA (Industry Standard Architecture) je historicky nejstarší. Sběrnice ISA je původně 8bitová, dnes 16bitová, pracuje s frekvencí 8 MHz a dosahuje výkonu až 8 MB/s. V souvislosti se zvyšujícími se nároky na výkon sběrnic (zejména v souvislosti s nástupem Windows) se objevila potřeba výkonnějších typů sběrnic, které zajistí například odpovídající podporu grafiky. Někdy se lze také setkat s označením AT Bus. EISA (Extended Industry Standard Architecture) EISA je vylepšená varianta sběrnice ISA, která pracuje na stejné frekvenci (8 MHz), ale má vyšší výkon (32 MB/s). Je poměrně drahá, ale ověřená (spolehlivá) takže se s ní lze setkat hlavně v některých řídících počítačích na síti (serverech), kde jí proto byla donedávna dávána přednost před novými typy sběrnic (jako je například PCI). Dnes se již spolehlivost PCI natolik zvýšila, že se často v serverech používá kombinace EISA a PCI. PCI (Peripheral Component Interconnect) PCI je moderní typ sběrnice. Sběrnice PCI byla vyvinuta a je dále podporována sdružením významných firem (Intel, Compaq, Dell, IBM, ...). PCI sběrnice má následující parametry 33 MHz ,132 MB/s. Stala se základní sběrnicí současných sestav PC.

3 PCMCIA (PC Card) Dalším druhem sběrnice je tzv. PCMCIA (Personal Computer Memory Card Industry Association). Tato nehezká zkratka je často vykládána jako “People Can’t Memorize Computer Industry Acronyms” (Lidé si nemohou zapamatovat zkratky počítačového průmyslu). I proto bylo místo označení PCMCIA zavedeno označení PC Card.. Tato sběrnice byla vyvinuta pro přenosné počítače, protože tato kategorie počítačů neměla vlastní přídavné sloty a bylo třeba řešit připojení dalších zařízení (nejprve paměti RAM nebo flash paměti s nahraným programovým vybavením, později i modemy nebo síťové karty). Dnes je PCMCIA velmi rozšířená. Přenosný počítač by měl mít standardně dva sloty PCMCIA. Sloty rozhraní PCMCIA existují ve třech variantách. PC Card má tvar kreditní karty o standardní délce a výšce. Jednotlivé typy (1 až 3) se od sebe liší pouze šířkou karty (3.3 mm, 5.5 mm a 10.5 mm) - PC Card typu 1, typu 2 a typu 3. Typ 1 je určen pro použití přídavných RAM karet a karet s programovým vybavením, typ 2 je pak určen pro modemy atd.. PC Card typu 2 se vyznačuje řadou zajímavých vlastností, jako je například hardwarová nezávislost, podpora PnP (Plug and Play). Nově existuje standard typu 3, který podporuje i výměnné pevné disky. Karty PCMCIA mají podobně jako ostatní moderní standardy frekvenci 33 MHz, ale šířka toku dat je zde zatím pouze 16 bitů.

4 Přídavné desky (rozšiřující karty) a rozhraní PC
součástí osobního počítače je také několik rozšiřujících desek, které se zasouvají do objímek (slotů) v zadní části mateřské desky. Zásuvky pro přídavné karty slouží pro doplnění a rozšíření konfigurace počítače. Lze do nich zasunout další komponenty ve formě přídavných karet. Druh konektoru na kartě musí pochopitelně odpovídat druhu slotu rozšiřující karty (PCI, ISA…) Počet slotů a jejich druh závisí na výrobci mateřské desky (boardu). Dnešní osobní počítače mají několik rozšiřujících slotů pro karty PCI. Vyjímečně je na desce také nějaký slot ISA. Důležitý je právě celkový počet slotů pro rozšiřující desky, máme více pozic pro případná další rozšíření sestavy počítače. Ve formě přídavné karty je v základní sestavě počítače standardně  karta pro obsluhu monitoru (tzv. videokarta), u starších počítačů i řadič diskových jednotek (ten je dnes integrován na základní desce). Řada slotů zůstává volná a lze je využít pro pozdější modernizaci nebo doplnění konfigurace počítače. Kromě těchto karet můžeme mít v sestavě PC ještě další rozšiřující karty, jako je síťová karta, interní faxmodemová karta, zvuková karta, atd. někdy výrobce boardu umístil (integroval) příslušné funkce přímo na board. Výhodou může být dosažení vyšší rychlosti, nevýhodou nutnost výměny celé mateřské desky v případě poruchy. Jak již bylo uvedeno, řadič diskových jednotek je dnes integrován na desce, naopak videokarta nebo síťová karta jsou často ve formě rozšiřující karty.

5 Plug and Play (PnP) se nepřekládá, protože český překlad "zapoj a hraj" není příliš použitelný, i když vystihuje podstatu věci. Smyslem PnP je umožnit dynamické sestavování systému a změny konfigurace bez jakéhokoliv zásahu uživatele. To znamená automatické nastavení řady hardwarových parametrů výpočetního systému, jako je např IRQ (Interrupt ReQuest) nebo DMA (Direct Memory Access). Tato problematika úzce souvisí se základním systémem  vstupu a výstupu počítače (BIOS), který musí PnP podporovat. Proto se dnes nabízejí základní desky, které mají podporu PnP. Stejně tak jsou k dispozici i příslušná zařízení (síťové karty, zvukové karty, atd.), které PnP podporují Proces nastavování konfigurace pro PnP probíhá při každém startu PC a navíc je nastavováno první (nejnižší) volné přerušení z pohledu systému.

6 Paralelní a sériové rozhraní
Pro komunikaci s dalšími zařízeními slouží komunikační rozhraní, která se obecně nazývají porty. Jejich řídící jednotka je dnes také integrována na základní desce počítače (dříve byla umístěna na kartě řadiče diskových jednotek). Z desky je vyvedena kabeláž, která vede ke konektorům jednotlivých rozhraní. Konektory se umísťují do volných pozic na zadní stěně skříně počítače (při pohledu zvenku PC vypadají jako rozhraní na kartě). Osobní počítače mívají dva druhy rozhraní (portů), a to paralelní rozhraní a sériové rozhraní. Paralelní rozhraní je často nazýváno Centronics. Jak vyplývá z názvu paralelní, prochází jím přenášené bity současně (paralelně). Používá se pro připojení tiskárny. Na straně počítače je použit konektor typu Canon 25 typ female (obsahuje zdířky pro zasunovatelné jehlice - zásuvka). Na moderních deskách je možné měnit parametry paralelního portu pomocí programu setup. Nastavit lze jednosměrný režim (compatible AT output mode - SPP), nebo složitější obousměrný režim (EPP - Enhanced Parallel Ports).

7 paralelní port sériový port / konektor 9 pinů sériový port / konektor 25 pinů
Sériová rozhraní jsou standardně v sestavě počítače dvě. Jsou označována jako COM1 a COM2. Toto rozhraní je označováno též jako RS232C (nebo rychlejší RS432). Používá se dvojího zapojení konektoru Canon (25 pinový nebo 9 pinový), který je vždy typu male (z konektoru vycházejí jehlice). V seriovém portu prochází jednotlivé bity postupně za sebou. Na sériový port se běžně připojuje myš a dále například externí modem (modulátor/demodulátor - zařízení umožňující dálkový přenos dat prostřednictvím telefonních linek). Na moderních základních deskách se používají rychlé sériové porty, které mají vyrovnávací paměť na 16 znaků (dříve pouze jeden znak). Tato vlastnost je nejvíce potřebná při používání moderních vysokorychlostních modemů. Naopak jsou v této souvislosti uváděny určité problémy s připojením myši.

8 USB rozhraní Plug and play sériová sběrnice, která musí být podporovaná OS (starší OS podporu nemají – MS Windows 95) USB1.0 - do 12Mb/s USB2.0 - do 480Mb/s USB3.0 připojení tiskáren digitálních fotoaparátů, přenosných flash pamětí apod.

9 Charakteristiky monitorů
Monitory (displeje) + grafické karty Dělení monitorů podle konstrukce: klasické, CRT (Cathod Ray Tube) tekuté krystaly, LCD (=ploché) plazmové displeje, (=ploché), drahá technologie Barvy: kombinace červené, zelené, modré, tzv. aditivní míchání, = RGB monitory Charakteristiky monitorů rozlišení v pixelech (matice bodů, např. 1024x768) pixel - obrazový prvek, nejmenší plocha, která se dá rozzářit nebo ztmavit = picture element úhlopříčka obrazovky (stínítka) - v palcích (17, 19) rozteč bodů - 0,21 mm u špičkových produktů počet barev (nebo stupňů šedi u monochrom.) jas a kontrast

10

11

12 Rozlišení a barvy záleží na použité grafické kartě Karty - vývoj:
obnovovací frekvence (vertikální, snímková) obrazu 70-85 Hz (=70 x za sekundu se obraz zobrazí, při 40 se pro lidské oko obrazy slévají) horizontální frekvence kolem 50 KHz šířka pásma MHz Rozlišení a barvy záleží na použité grafické kartě Karty - vývoj: Herkules - pro monochrom. monitory CGA - Color Graphics Adaptor EGA - Enhanced Graphics Adaptor VGA - Video Graphics Array (640x480 pixelů) SVGA Super VGA

13 na kartě: SVGA podporuje několik druhů rozlišení v pixelech
různý počet barev podle počtu bitů pro 1 pixel 16 bitů = barev = High Color grafika 24 bitů (3B) na 1 pixel = 16,7 mil. barev = True Color potřeba vidoepaměti roste do MB 4MB, 8MB, 128 MB…. na kartě: VRAM paleta převodníky DAC (Digital Analogous Convertor), mění hodnotu barvy na 3 analogové signály vlastní grafický procesor (ne centrální), 128 bitový, 256bit paměť grafických instrukcí

14 Rozhraní pro zobrazovací jednotku (videokarta, zobrazovací adaptér)
Videokarta je přídavná deska, která obsluhuje monitor počítače. Slouží k uchování a organizaci dat určených pro zobrazení a k vytváření výstupního signálu, zpracovávaného zobrazovací jednotkou. Podle druhu výsledného zobrazení lze rozlišovat mezi grafickými a znakovými adaptéry. Znakový adaptér - textové (alfanumerické) informace. U osobních počítačů se dnes vyskytují pouze grafické adaptéry, které dovolují zobrazení textu i grafiky. Důležitým parametrem z hlediska kvality zobrazovacího adaptéru je maximální rozlišení, tj. počet bodů (pixelů), které lze zobrazit. Například rozlišení 800 x 600 znamená, že na obrazovce je v každém řádku 800 bodů, přičemž počet řádků je 600. Dalším důležitým kriteriem je maximální počet najednou zobrazitelných barev (při daném rozlišení). Tyto barvy jsou vybírány z tzv. barevné palety, což je celkový počet možných barevných odstínů. Postupným vývojem bylo vytvořeno několik druhů videoadaptérů. Pokud se týká standardů grafických karet, po mnoho let je vytvářela firma IBM. Dnes používané videoadaptéry pracují na základě standardu VGA, který výkonem překračují a označují se Super VGA (SVGA), ovšem bez standardizace.

15 VGA adaptér (Video Graphics Array) je druh zobrazení, které bylo donedávna standardem. Vyznačuje se kvalitní grafikou, maximálním rozlišením 640 x 480 bodů při 16 barvách, případně také rozlišením x 200 bodů s využitím současně zobrazitelných barevných odstínů. S těmito adaptéry je možné se ještě setkat u starších počítačů. SVGA adaptéry (Super VGA) adaptéry jsou označovány v současnosti používané grafické karty. Neexistuje jejich přesná standardizace. Tyto adaptéry poskytují velmi kvalitní grafiku s možností použití velkého počtu barevných odstínů (přes 16 milionů). Tyto adaptéry podporují několik druhů rozlišení, které lze nastavovat například na rozlišení x 480, 800 x 600, 1024 x 768, případně 1280 x 1024 bodů. Počet barev se může standardně pohybovat od 16 nebo 256, přes (High-Color) až po (True-Color). Pro ukládání zobrazovaných dat je používána tzv. videopaměť (video RAM, obrazová paměť), která je součástí zobrazovacího adaptéru. Tato paměť je částečně přímo mapována do adresního prostoru. Každému bodu obrazovky odpovídá několik bitů ve videopaměti. Kapacita videopamětí se dnes pohybuje okolo 4 MB, ale může to být i  8 a více MB

16 konektor videokarty pro připojení monitoru
Důležitou součástí grafické karty je DAC (Digital Analog Converter, digitálně-analogový převodník), který zajišťuje převod digitálního signálu na signál analogový a tento výsledný signál je pak přes konektor na zadní straně grafické desky přenášen prostřednictvím přípojného kabelu monitoru na analogově řízený monitor. Kvalitní převodníky DAC dnes pracují s frekvencí počínaje 132 MHz, ale špičkové pak s frekvencí nad 200 MHz. Dnes se klasické osobní počítače prodávají výhradně s adaptéry SVGA. Pro provoz moderních systémů (Windows, Linux, atd.) nemá jiná kvalita ani smysl. Důležité zde je, že použitý monitor musí odpovídat základnímu standardu videokarty a jejím dalším parametrům (viz monitory).

17 Počet bitů pro vyjádření pixelu klade určité nároky na velikost videopaměti:
1 bit - 0, 1 (pouze dva stavy, svítí, nesvítí) 2 bity - 00, 01, 10, 11 (4 stavy), 24 bitů stavů, jeden pixel = 3 B (24 bitů), zobrazení 1280 x 1024 = pixelů, ===> potřeba skoro 4 MB videopaměti Pro zrychlení grafických operací jsou dnes dodávány videokarty, které jsou vybaveny speciálními jednoúčelovými vysokorychlostními čipy pro podporu grafiky (tzv. akcelerátory). Grafické operace nejsou potom prováděny procesorem počítače, ale těmito specializovanými čipy, čímž dochází jednak k výraznému zrychlení grafiky, ale také samozřejmě k menšímu zatěžování vlastního procesoru počítače. Moderní PCI grafické karty jsou osazeny 64bitovými a 128bitovými grafickými procesory. Rychlost zpracování zde samozřejmě výrazně ovlivňuje druh systémové sběrnice.

18 Na využití rychlosti akcelerátoru má také podstatný vliv realizace paměti videokarty. Základním problémem paměti videokarty, na rozdíl od běžné operační paměti, je potřeba současného přístupu dvěma různými zařízeními (jednak je do ní třeba zapisovat data, jednak je třeba data naopak číst). Pro levnější karty, kde není požadavek maximálního výkonu, se používají paměti DRAM. DRAM se může buď jen číst, nebo do ní lze jen zapisovat, takže se CPU a zobrazovací čip musí střídat. Zrychlení lze dosáhnout rozdělením této paměti na několik oblastí, do kterých procesor střídavě zapisuje nebo se z nich čte (tzv. interleave technika). Dražší a rychlejší variantou je použití pamětí VRAM (Video RAM), které mají zdvojený port a je možné do části paměti zapisovat a z druhé části číst. Poznámka: Většina výrobců grafických akcelerátorů standardně předpokládá provoz systému Windows. V případě používání jiných systémů (např. NextStep) na počítačích s procesory Intel, je třeba zjistit, zda je tento systém s daným grafickým akcelerátorem provozovatelný.

19 Zvuková karta PC dává zvuková znamení prostřednictvím reproduktoru (je standardní součástí skříně počítače a je připojen na základní desku). Multimediální aplikace používájí speciálních zařízení na podporu záznamu a reprodukce zvuku, které poskytují velmi kvalitní zvuk (zvukové karty). Jsou v počítači instalovány ve formě rozšiřující desky. Z hlediska principu činnosti se rozlišují tři základní způsoby reprodukce zvuku: - vzorkování (Sampling), - syntéza FM, - tabulková syntéza (Wavetable). zvuk musí být převeden z  analogové formy na formu digitální. Tento proces se často nazývá digitalizace, odborně je používán termín vzorkování signálu (sampling). Používá se metoda nazývaná PCM (Pulse Code Modulation, pulsní kódová modulace). Podstatou PCM je opakované odebírání vzorku signálu během sekundy. Průběh signálu je tedy vzorkován, přičemž je žádoucí co největší počet vzorků (čím větší počet vzorků, tím bude reprodukovaný signál kvalitnější). Počet vzorků za sekundu pro úplné zachycení signálu by měl obecně odpovídat nejméně dvojnásobku šířky pásma signálu. Šířka pásma lidského sluchu odpovídá rozsahu Hz, dvojnásobkem bude tedy vzorků za sekundu.

20 Zaznamenané hodnoty se aproximují v určitém intervalu, například ‑127,+127. Tím dosáhneme 256 možných hodnot a k jejich zakódování stačí 8 bitů. Použití 16 bitů dovolí rozlišovat hodnot, ale zdvojnásobí se množství dat. Hudební CD používají 16 bitů na vzorek při počtu vzorků za sekundu. Zvukové karty mohou používat 8 bitů (nejlevnější), 16 bitů (plně postačující), ale špičkové karty pak až 32 bitů. Vzorkování signálu plně odpovídá potřebě záznamu zvuků. Pokud je však žádoucí vytváření nových zvuků, používá se FM syntéza. Obvykle se realizuje MIDI obvodem (Musical Instrument Digital Interface, Digitální rozhraní pro hudební nástroje). Podstatou FM syntézy je rozklad zvuku na čtyři základní části. Jsou to nástup (Atack), pokles (Decay), trvání (Sustain) a doznívání (Release). V tomto případě mluvíme o modelu ADRS. Hudební nástroj má tedy určen vlnový průběh zadáním hodnot příslušných částí cyklu ADRS. Tento způsob má jednodušší kódování, ale pochopitelně také menší věrnost. Špičkové zvukové karty mají celý vlnový průběh hudebních nástrojů uložen v ROM paměti přímo na kartě. Tento způsob se nazývá tabulková syntéza (Wavetable).

21 Některé zvukové karty pracují pouze s MIDI a mohou tedy přehrávat pouze MIDI soubory, jiné přehrávají pouze soubory získané vzorkováním (WAW soubory). Optimální je podpora obojího. Pro vlastní reprodukci zvuků (případně přehrávání CD, poslech vestavěného radiopřijímače, atd.) je sestava PC doplněna o reproduktorovou stereosoustavu. Doporučuje se použití aktivních reproduktorů se zesilovačem, které jsou externě napájeny prostřednictvím zdroje. Výhodné je, pokud je zdroj přímo integrován do jednoho z reproduktorů. Reproduktory by měly být stíněné, aby nedocházelo ke zkreslování obrazu monitoru nebo poškození datových nosičů vlivem působení magnetického pole v případě, že budou umístěny v blízkosti vlastního počítače. Aby bylo možné prostřednictvím zvukové karty přehrávat také CD disky, musí být CD jednotka propojena se zvukovou kartou speciálním kabelem (audio kabel)

22 Rozhraní pro disketové jednotky a pevný disk (řadič)
Řadič (Controller) vnějšího paměťového média realizuje přenosové funkce mezi vlastní vnější pamětí a procesorem, resp. operační pamětí počítače. Původně realizován jako rozšiřující deska pro ovládání diskových jednotek. Později se používaly kombinované řadiče se vstupně/výstupními porty (I/O porty), kde byl součástí desky také paralelní port a tzv. game port. Na tento řadič se připojuje kabel disketových jednotek, kabeláž pevných disků a také propojení na koncovky sériových portů. Dnešní počítače mají tento systém integrován na základní desce. Na boardu jsou umístěny i konektory pro připojení kabeláže všech těchto zařízení (disketové jednotky, disky, sériové porty a paralelní port). Dříve problémy spojené s relativně velkou poruchovostí jednotlivých komponent. Dnes je spolehlivost kompletů základních desek na podstatně vyšší úrovni. V případě poruchy třeba opravit nebo vyměnit celou základní desku, což je navíc spojeno s demontáží počítače.

23 Rozhraní pevných disků
typ rozhraní: rychlost přenosu dat, maximální počet instalovatelných fyzických disků, druh diskových jednotek i použitelná kapacita diskových jednotek. Postupem doby bylo vyvinuto několik typů rozhraní pro pevné disky: ST506, ESDI, IDE, EIDE, ATA, SATA a SCSI. Komunikaci s disky “na úrovni sektoru” standardně zajišťují rutiny BIOSu počítače. Řadič ale může být pro tyto účely vybaven vlastními rutinami (vlastním BIOSem, který je jeho součástí - např. SCSI, EIDE). Tento externí BIOS má proti standardu desky řadu výhod a rozšíření. Při startu počítače potom přebírá řízení a blokuje funkce původního BIOSu. Rozhraní ST506 byl pouze u nejstarších druhů počítačů, tedy v souvislosti s nejstaršími typy pevných disků

24 ATA - (Advanced Technology Attachment,synonymum názvu IDE Integrated Drive Electronics a pro lepší odlišení se označuje též PATA). ATA rozhraní je relativně jednoduché a tedy i levné. ATA rozhraní má maximální teoretickou přenosovou rychlost okolo 1 Gb/s = 133 MB/s (prakticky zhruba poloviční). Při připojení jednoho disku je rychlost dostačující, protože pevný disk dokáže pracovat s datovým tokem až 640 Mb/s = 80 MB/s. Na jeden ATA kabel je možné připojit dva disky, takže se rychlost ATA rozhraní stává úzkým místem. 80žilový kabel, konektor stále 40pinový přibyl stínící vodič

25 SATA(Serial ATA) je nástupcem klasického PATA rozhraní
SATA(Serial ATA) je nástupcem klasického PATA rozhraní. Výhodou SATA je o něco vyšší rychlost; vyšší inteligence řadiče, umožňující optimalizaci datových přenosů možnost připojování disků za chodu systému a menší rozměry kabelů, které nebrání toku vzduchu ve skříni a tedy zlepšují chlazení počítačů. Z hlediska operačního systému je řízení disků pomocí tohoto rozhraní shodné s paralelní ATA. přenos probíhá sériově na vysoké frekvenci (až 6 GHz). Disky se připojují přímým a samostatným kabelem k řadiči a tím pádem se nemusí rozlišovat na Master, Slave a Cable Select. Oproti sběrnici ATA podporuje navíc odpojování a připojování zařízení za chodu počítače (Hot Plug)[. Díky sériové komunikaci není potřeba 40/80 žilový kabel, kabel se 7 vodiči 4 datové vodiče z toho 2 stíněné vodiče se 2 žilami (4 dohromady) 3 vodiče zem (GND) na kraji a mezi datovými full-duplexní přenos (obousměrný) diferenční signalizace malé úrovně napětí 250 mV délka kabelu do 1 m poskytuje vyšší výkon díky vestavěnému DMA řadiči

26 Pro dosažení vyššího výkonu (především počtu operací za sekundu) používá rozhraní SCSI (čti [skazi], zkratka Small Computer System Interface). Na jedno rozhraní (resp. kabel) je možné připojit více periférií. SCSI navíc podporuje periférie různých typů. Max. délka propojujícího kabelu je u SCSI obecně větší něž u standardu ATA/IDE. SCSI rozhraní je mnohem sofistikovanější než ATA/IDE, což samozřejmě znamená vyšší cenu jak řadičů v počítači tak i samotných pevných disků a proto je používáno zejména u serverů a pracovních stanic.

27 Vnější paměti Magnetické diskety (FD) Pevné disky (HDD) CD ROM (650MB)
CD RW (600 C, Ag,In,Sb,Te, 20mW) DVD 650 nm vlnová délka oproti 780 nm pro CD. menší pit ve srovnání s CD (0.74 µm for DVD versus 1.6 µm pro) Blue-ray Disc vlnová délka 405 nm, 50 GB dvouvrstvý Magnetická páska

28

29 HDD - velmi výhodný poměr kapacity a ceny disku doprovázený relativně vysokou rychlostí čtení a zápisu dat. Hlavní nevýhodou je mechanické řešení, které má poměrně vysokou spotřebu elektrické energie, je náchylné na poškození při nešetrném zacházení (pád, náraz apod.) a relativně vysoká hmotnost. Data jsou na disku uložena pomocí zmagnetizování míst na magneticky měkkém materiálu, které se provádí pomocí cívky a elektrického proudu

30 Tiskárny Výrobci tiskáren (až 100) HP - kontroluje většinu svět. trhu
Úderové - typové a maticové (jehličkové) - možnost tisku kopií Bezúderové - inkoustové laserové Výrobci tiskáren (až 100) HP - kontroluje většinu svět. trhu první s laserem, i barevným (vyvinul a pat. Canon) první s inkjet tiskem, i barevným (Desk Jety) Tektronix (USA) - řada patentů týkajících se barevných technologií Xerox (USA) Japonci: Epson, Canon (Bubble Jety), Fujitsu, Minolta, OKI, Panasonic, NEC

31

32 tiskárna musí mít překladač PS
Barevný tisk systém CMYK (cyan - azurová, magenta - purpurová, yellow, black) laserové barevné - pro každou barvu toner, pro každou zvlášť vytvořen obraz Jazyk Postscript (fa Adobe) - PS jazyk pro popis tiskové stránky pomocí PS se programuje grafika, DTP studia - třetina příkazů je pro grafiku je generován pomocí ovladače výstupního zařízení nebo pomocí exportního filtru aplikace (Adobe Illustrator, MS Word) tiskárna musí mít překladač PS EPS (Encapsulated Postscript), soubory s příponou EPS Druhý je standard PCL (Printer Control Language) od HP

33 Plottry - souřadnicové zapisovače
Klasický plotter kreslí obraz pomocí tužky nebo pera varianty s inkoustovou tiskovou hlavou podobnou klasické tiskárně, případně řezací plottery, kde místo pera je nástroj na řezání (reklamní folie na auta). Medium (papír) může být pohyblivé v jedné ose nebo je pevně umístěno a pohybuje se pouze pero. dělení podle technologie termotisk digitální tisk pérové inkoustové laserové

34 Klávesnice myš tablet touchpad trackball scanner

35 Klasifikace počítačů Z historického hlediska se vyvinulo několik tříd počítačů a to zejména: velké počítače tzv. mainframy např. IBM S/390 (operační systém OS/390 nebo MVS) minipočítače, mikropočítače, případně tzv. superpočítače (charakterizované mj. výkonem větším než 1 Gflops). Velikost a cena všech tříd počítačů se postupně zmenšovala a jejich výkon naopak rostl.

36 Z hlediska použitých operačních systémů lze dělit počítače, které jsou běžně dostupné uživateli na :
tzv. pracovní stanice používající převážně různé druhy operačního systému UNIX , osobní počítače, hlavně PC IBM kompatibilní (s operačním systémem MS DOS, Windows 95 a další), případně počítače Apple (Mac OS X 10.6 Snow Leopard), počítače s procesory PowerPC.

37 Podle typu použitého procesoru lze dělit počítače na:
počítače s procesory typu CISC (Intel 8086 a výše, Motorola a výše, apod.), počítače s procesory RISC1 (Sun Sparc - platforma na níž byl např. vyroben film Toy Story, MIPS, R6000, Alpha firmy DEC – podle některých zdrojů ve své době nejvýkonnější 64bitový procesor na světě, apod.).

38 V internetu stále více zařízení, která nejsou stolní počítače - rostoucí počet tzv. embeded systémů, ať už jde přímo o mobilní telefony a hand heldy nebo řadiče větších celků. Java + snadné nasazení v síťových aplikacích. - vysoké nároky na procesor a paměť.

39 Interpretací Java byte code se ztrácí strojový čas (výhodou nezávislost na platformě.) Java procesor- Pico Java Core 15x zrychlí provádění bytecodu

40 Počítače řady PowerPC PowerPC 601 byl prvním členem řady. Sériová výroba začala v polovině roku Mikroprocesor má superskalární architekturu RISC. Během jednoho cyklu může provádět současně až tři instrukce (skok v pevné řádové čárce a v pohyblivé řádové čárce). Čip obsahuje vestavěnou jednotku pro operace s pohyblivou čárkou, pro řízení paměti a pro podporu víceprocesorového režimu PowerPC 603 jako nejnižší člen řady s výrazným výkonem ale minimální cenou. Při ploše čipu 1/4 plochy Pentia dosahuje při frekvenci 200 MHz 6,4 SPECint95 a 4,1 SPECfp95 při spotřebě 4 W. Výraznou vlastností mikroprocesoru je třístupňový, uživatelsky programovatelný úsporný režim řízení výkonu, což je výhodné pro notebooky a cenově i pro levné stolní počítače.

41 PowerPC G4 první mikroprocesor dosahující rychlosti přes 1Gflops, má integrováno 162 SIMD (viz multiprocesorové systémy)instrukcí, v jednom cyklu provede instrukci dvojnásobné přesnosti.(3,6 Gflops) Velocity Engine je schopný zpracovávat data v 128 bitových dávkách - na rozdíl od 32 nebo 64 bitových dávek, kterých jsou schopny tradiční procesory. Jde o 128 bitovou technologii vektorového zpracování, Mimoto dokáže vykonávat čtyři (v některých případech i osm) 32 bitových výpočtů v plovoucí řádové čárce a to v jediném cyklu - čtyřikrát rychleji než tradiční procesor Jedna z mnoha výhod procesorů G4 je jejich schopnost přeskupování dat v registrech - konverze dat z jednoho formátu do druhého (což je často nezbytné při manipulaci s grafikou, hlasovým či video-záznamem, protože je nutné ukládat data v různých formátech).

42 Procesor Cell

43 IBM, Sony a Toshiba - Cell
IBM, Sony a Toshiba - Cell. Jde o vícejádrový procesor, přičemž „více-“ zde znamená konkrétně 9. Procesor obsahuje jedno jádro jakoby hlavní (64bitové založené na PowerPC) a k tomu 8 jednodušších. L1 a L2 cache pak přísluší jen tomu hlavnímu, ostatní komunikují na vnitřní sběrnici nazvané EIB (Element Interconnect Bus). V procesoru je také paměťový řadič XDR a sběrnice FlexIO SPE jednotky jsou nejvíce podobné Pentiu s SSE jednotkou. Díky tomu má jedno jádro pouze 7 milionů transistorů. Každé jádro má navíc 256 KB lokální paměti. Narozdíl od normální cache je tato lokální paměť řízená programově a stačí jí tedy méně tranzistorů (14 milionů).

44 Pentium - Instrukce se musely skládat tak, aby za sebou šly vždy jedna pro U pipu a druhá pro V pipu. To je velmi jednoduchý způsob jak vykonávat dvě instrukce paraelně a nemuset přitom hardwareově měnit jejich pořadí. U SPE se pak místo U a V používá označení sudá a lichá. Umí pracovat se 128 bitovými vektory skládajícími se z 4 single-precision floatů a nebo z celých čísel Další novinkou je 128 registrů. X86 ISA má 8 registrů, x86-64 ISA má 16 a PowerPC ISA má 32 registrů. Zásadní rozdíl je ale v tom, že všechny tyto architektury používají techniku přejmenovávání registrů, kdy je HW implementováno až 1024 registrů a při změně pořadí instrukcí se podle závislostí mezi nimi ISA registry přejmenovávájí na fyzické registry. To SPE dělat nemusí a tak dává SW plný přístup ke všem registrům

45 Skládá se z devíti jader PowerPC;
nejedná se ale o symetrický multiprocessing. Jedno jádro je privilegované a ostatním nadřazené s názvem PPE (Power Processor Element). Ostatní jádra jsou silně ochuzena o nepotřebné části, označují se jako SPE (Synergistic Processing Element). PPE má parametry průměrného 64bitového procesoru. Velikost cache L1 je KB, L2 má kapacitu 512 KB, podporuje cosi jako Hyper-Threading. SPE - Jde vlastně o vyfiltrovanou SIMD část pro plovoucí desetinnou čárku s obvyklou šířkou 128 bitů. Uvádí se, že při frekvenci 3,2 GHz vydá teoreticky výkon až 26,5 GFLOPS! - vynásobte sedmi (protože jich je sedm, osmý SPE je běžně vypnutý). V praxi se toto číslo samozřejmě zmenšuje. Podle IBM lze získat až 76 % teoretického maxima. To je možné hlavně díky 256 KB cache L2 pro každý SPE.

46 osm pomocných procesorů znamená 8× 256 kB = 2 MB L2 cache pro tuto část. Celý procesor má tedy 2,5 MB cache druhé úrovně.( L2 cache nositelkou výkonu - úplně první Celeron a jeho „A“ podoba. Rozdíl byl ve 128 kB cache L2 (mít či nemít)). Čím více cache je k dispozici, tím svobodněji lze programovat a o to více aplikací potom vznikne. Cache v Cellu navíc nepracuje jako běžná vyrovnávací paměť procesoru x86, nejsou v ní tedy uloženy poslední položky čtené z paměti, ale je to spíše rychlá lokální paměť každé vektorové jednotky, označení cache tedy pro ni ani není přesné. IBM využila jednu z nejrychlejších pamětí na světě (XDR DRAM) a připojila ji k procesoru Cell. Navíc rozdělila L2 cache tak, aby každé jádro mělo vlastní (přesněji lokální paměť). Procesory si tak svými požadavky na paměť „nelezou do zelí“ a mohou se soustředit na svou práci. Další klad je v tom, že jednotek není mnoho. Sestava je sice velká, ale stále existují i složitější.

47 SIMD jednotka zvaná VMX (AltiVec) je upravena do podoby VMX-128
SIMD jednotka zvaná VMX (AltiVec) je upravena do podoby VMX-128. Číslo napovídá nejen datovou šířku, ale také počet registrů, který je obrovský (tedy pro SIMD). Opět z toho těží programátor, který nemusí s několika registry šetřit a vše honem ukládat do RAM paměti (která je dnes opravdu daleko i přes všechny ty cache). procesor Cell dokáže ze sebe vydat při 3,2 GHz výpočetní výkon až 218 GFLOPS, po přetaktování na 4 GHz až 256 GFLOPS! Pro představu – Clearspeed CSX600 má 25 GFLOPS, nVidia GeForce 6800 na 550 MHz má 106 GFLOPS, GeForce FX 5900 má 40 GFLOPS, Riva 128 má 5 GFLOPS, Intel Itanium 2 na 1,6 GHz s 9 MB cache L3 má špičkový výkon 24,2 GFLOPS, Itanium 300 MHz má 13 GFLOPS, Pentium 4 na 3 GHz až 12 GFLOPS, první modely AMD Opteron měly 11,264 GFLOPS, Athlon XP má 7,2 GFLOPS, Athlon 600 MHz má 2,4 GFLOPS.

48 Rozdělení paralelních systémů do základních skupin navrhnul M. J
Rozdělení paralelních systémů do základních skupin navrhnul M.J.Flynn již v roce Toto rozdělení se používá dodnes. Flyn pohlíží na výpočetní systém jako na zařízení, do kterého vstupuje jeden nebo více toků (proudů) dat a jeden nebo více toků instrukcí, které zpracování dat řídí. Z tohoto hlediska lze výpočetní systém charakterizovat následujícími vlastnostmi: 1. SI (Single Instruction). Systém zpracovává jen jeden tok instrukcí. 2. MI (Multiple Instruction). Systém zpracovává více toků instrukcí. 3. SD (Single Data). Systém zpracovává jen jeden tok dat. 4. MD (Multiple Data). Systém zpracovává více toků dat.

49 Mainframy se vyznačují poměrně úzkým polem použití v oblasti transakčního zpracování extrémně velkého rozsahu, s požadavky na nepřetržité a spolehlivé zpracování dat 24 hodin denně 365 dní v roce (velké banky, pojišťovny, informační zajištění olympijských her, rezervace letenek, nejrychlejší WWW servery apod.) Systém IBM S/390 (např. P/390) první mainframe založený na technologii CMOS. Mainframy systému IBM S/390 s jejich velmi vysokým výkonem je možné také využít pro Internet, protože mohou nabízet většinu standardních služeb: - jsou zdrojem a poskytovatelem domovských stránek vytvořených jazykem HTML, grafiky, zvukových efektů a videosekvencí, - zajišťuje na žádost "prohlížeče" přenos dokumentů, - umožňuje získat a začlenit do přenášených stránek data z aplikací, databází apod., v souladu s přístupovými právy dle standardu Common Gateway Interface (CGI), - dovoluje správci serveru provádět veškerou administraci sítě z pracovní stanice, v jemu známém prostředí.

50 - vysokou výkonnost a s tím svázanou rychlou odezvu,
- vysokou spolehlivost a s tím spojenou prakticky nepřetržitou dostupnost, - značný objem dat, které jsou schopny tyto systémy pojmout, - vysokou míru bezpečnosti dat, s využitím hardwaru i softwaru. Např. standardní je hardwarová podpora kryptografických metod je možno oddělit části procesoru vyčleněné pro provoz Internetu od části věnované např. citlivým interním datům a operacím. Olympiáda v Atlantě byla podporována ve všech oblastech právě počítači IBM S/390, dále je interaktivně ve vztahu ke klientům využívají American Airlines, Holiday Inn Worldwide apod. Mainframy, které byly již mnohokrát v minulosti různými “experty” pohřbeny, tedy žijí ve špičkových aplikacích, i když nejsou nasazovány tak masově jako PC IBM kompatibilní.