Jdi na obsah Jdi na menu
 


Maturitní otázka číslo 4: Hardware

(case, rozšiřující karty , porty(COM, LPT, USB...))

Skříně (Case)

Neboli počítačové šasi. Jsou to krabice, ve kterých se nalézá celý vlastní počítač. Nejznámější výrobci skříní

jsou firmy Chieftec, Aopen, Asus. Součástí většiny skříní je napájecí zdroj. Čím výkonnější počítač, tím

výkonnější zdroj je třeba. Dnešní počítače používají zdroje s výkonem okolo 300W. Skříně se dělí na :

Desktop

Skříň, která bývá umístěna vodorovně na stole. Základní deska je ve vodorovné poloze a jednotlivé

rozšiřující karty se osazují svisle.

Slim (Minidesktop nebo Slimtower)

Skříň umístěná vodorovně na stole nebo svisle pod stolem. Rozšiřující karty se osazují vodorovně do slotů

umístěných na tzv. stromečku, který je zasunut kolmo na základní desku. Jedná se provedení, které

poskytuje jen velmi málo prostoru pro další rozšiřování počítače.

Barebone

Nová koncepce case. Svým kvalitním provedením a stylovým designem určená pro použití jako

multimediální centrum v obývacím pokoji apod. Malé rozměry limitují instalaci hardware. Standardně

obsahuje už zabudovaný motherboard určený přímo pro barebone systémy.

Minitower

Skříň postavená svisle na stole (popř. pod stolem). Základní deska je umístěna ve svislé poloze a rozšiřující

karty se zasouvají vodorovně. V současné době se už téměř nevyrábí.

Miditower

O něco větší verze minitoweru.

Tower

Velká skříň umístěna většinou ve svislé poloze pod stolem. Základní deska je opět osazena do svislé polohy

a rozšiřující karty se zasouvají vodorovně. Tower je skříň, která poskytuje poměrně velké možnosti dalšího

rozšiřování počítače a je vhodná zejména pro počítačové servery.

Bigtower

Větší verze toweru.

Čip Super I/O

Třetí nejdůležitější součástí, kterou naleznete na základní desce je čip

Super I/O. Tento čip obvykle

integruje funkci zařízení, která dříve bývala součástí několika různých rozšiřujících karet. Čip Super I/O

přinejmenším tyto funkce:

Řadiče disketové mechaniky

Řadiče dvou sériových portů

Řadiče paralelního portu

Ve většině případů řadič disketové mechaniky podporuje dvě mechaniky; podpora pouze jedné mechaniky je

spíše vyjímečná.

Zvuková karta

Zvuková karta (sound card) je zařízení, které slouží k počítačovému zpracování zvuku. V závislosti na své

kvalitě (a tím i ceně) zajišťuje kvalitní zvukový výstup z počítače vhodný i pro profesionální účely. Ke

zvukové kartě lze dále připojit: sluchátka, reproduktory, zesilovač, mikrofon nebo externí zdroje (např.

rádio, magnetofon,…). Nejznámější výrobci jsou Genius, Creative, Yamaha.

MIDI rozhraní

Je-li karta vybavena rozhraním MIDI (Musical Instrument Digital Interface), je možné k ní připojit i

elektronické hudební nástroje vybavené také tímto rozhraním (např. elektronické varhany, syntetizátory

apod.).

FM syntéza

Až do poloviny 90. let většina levnějších zvukových adaptérů generovala zvuky pomocí FM (frekvenční

modulace) syntézy, tj. Technologie objevené roku 1976. Zvuk nástroje je při použití této syntézy

napodobován kombinací několika zvukových vln. Zvuk se svému originálu značně podobá, ale

pravděpodobně nikdo by tento generovaný zvuk neoznačil za skutečný zvuk.

Syntéza, využívající tabulky zvuků (wavetable)

Wave Table syntéza se používá u dražších zvukových karet. Tato metoda používá přímo navzorkovaný

signál skutečného nástroje uložený ve své vlastní paměti (ROM nebo RAM). Protože je nemožné, aby v

paměti byly uchovány vzorky všech výšek tónů od všech nástrojů, je v paměti vždy uložen jeden tón od

každého nástroje. Různých výšek tohoto tónu se pak dosahuje různou rychlostí přehrání tohoto vzorku.

Víceúčelové procesory digitálního zvukového signálu

Součástí mnohých zvukových adaptérů je i procesor digitálního zvukového signálu (DSP – Digital Signal

Processor), jehož použití vede ke zmenšení zátěže systémového procesoru a ke zrychlení reprodukce

jednotlivých zvuků. Například procesor EMU10K1 adaptéru SoundBlaster Live! Podporuje hardwarovou

akceleraci generování zvuku, která je vyžadována posledními verzemi rozhraní DirectX/Direct Sound 3D

firmy Microsoft.

Interní konektor pro propojení s mechanikou CD-ROM

V případě, že v počítači je osazena CD-ROM mechanika a zároveň i zvuková karta, je velmi vhodné, aby

obě tato zařízení byla propojena pomocí tzv. audio kabelu. Díky tomuto propojení je pak možné na CDROM

přehrávat zvukové CD a poslouchat je z reproduktorů připojených ke zvukové kartě.

Grafická karta (videokarta, grafický adaptér)

Obraz na monitoru vytváří právě grafická karta. Kvalita grafické karty je dána počtem bodů, který je

schopna vykreslit na monitoru, počtem barev, které tyto body mohou mít, a obnovovací frekvencí obrazu.

Čím více bodů karta vykreslí, tím je obraz jemnější, ale také menší. Proto vysoká rozlišení vyžadují velké

monitory. Velký počet barev použitelných pro každý bod je podmínkou kvalitního zobrazení obrázků.

Obnovovací frekvence je počet „bliknutí“ za sekundu. Čím je vyšší, tím lépe, protože lidské oko blikání

přestává vnímat. Dnes je minimem frekvence 75 Hz, optimem 85 Hz.

V průběhu vývoje počítačů bylo postupně vyvinuto několik různých standardů pro grafické adaptéry a

monitory, z nichž se v současnosti používá pouze VGA (Video Graphics Array) a SVGA (Super VGA).

Mnohé z těchto standardů byly původně definovány firmou IBM a následně převzaty dalšími výrobci

počítačů.

Mezi nejdůležitější výrobce patří Asus, Matrox, Microstar, InnoVision, Gainward, Sapphire, Leadtek.

Grafické adaptéry VGA

První grafické adaptéry a monitory standardu VGA uvedla na trh firma IBM v roce 1987 jako součást svých

počítačů řady PS/2. VGA je založeno na analogových signálech na rozdíl od dřívějších digitálních. To

umožnilo zvýšit počet zobrazitelných barev na 262 144 (643), z nichž 256 mohlo být zobrazeno současně.

Grafické adaptéry SVGA

Na rozdíl od všech do té doby vyvinutých standardů grafických adaptérů se standard SVGA nevztahuje

pouze k adaptérům odpovídajícím nějakým přesně vymezeným specifikacím, ale používá se k označení celé

skupiny adaptérů, majících značně rozdílné možnosti. Z tohoto důvodu do kategorie SVGA adaptérů spadají

jak adaptéry nabízející rozlišení 800 x 600 a stejný počet barev jako VGA adaptéry, tak i adaptéry

umožňující zobrazení s ještě větším zobrazením a vyšším počtem barev. Fyzicky se adaptéry SVGA značně

podobají adaptérům VGA a navíc používají i stejné konektory.

Standardy VESA SVGA

V roce 1989 organizace VESA (Video Electronics Standards Association), sdružující různé výrobce

zabývající se výrobou počítačů a grafických adaptérů zjistila, že vývoj aplikací pro grafické adaptéry SVGA

je díky absenci jakýchkoliv standardů velmi komplikovaný. Z tohoto důvodu tato organizace definovala

určité standardní režimy SVGA. Současné standardy VESA pokrývají téměř všechny kombinace rozlišení a

počtu barev, a to až do rozlišení 1600 x 1200 při 32bitové barevné hloubce. Je-li nutné využít nějaké vyšší

rozlišení, vytvořila VESA formát GTF (General Timing Format), umožňující využití rozlišení až 1880 x

1440.

Součásti grafického adaptéru

Všechny grafické adaptéry mají stejné základní součásti, k nimž patří:

Video BIOS

Součástí grafických adaptérů je jejich vlastní BIOS, který je z hlediska svého návrhu podobný BIOSu celého

systému, ale je na něm nezávislý. BIOS grafického adaptéru je uložen v čipech ROM a obsahuje základní

instrukce, vytvářející rozhraní mezi hardwarem grafického adaptéru a softwarem, spuštěným v systému. Díky

instrukcím, obsaženým v BIOSu grafického adaptéru, mohou být na monitoru zobrazovány některé informace

ještě dříve než dojde k načtení jakýchkoliv ovladačů z pevného disku.

Grafický procesor

Základem každého grafického adaptéru je čipová sada obsahující i grafický procesor. Tato čipová sada pak

určuje funkce podporované daným adaptérem a současně i jeho výkon.

Paměť grafického adaptéru

Většina soudobých grafických adaptérů je vybavena svojí vlastní pamětí, do které se ukládají jednotlivé

obrázky v době jejich zpracovávání. Existují i některé adaptéry se sběrnicí AGP využívající pro tyto účely

paměť počítače. Podobným způsobem využívají systémovou paměť i některé levné počítače založené na

základní desce s integrovaným grafickým adaptérem. Velikost paměti grafického adaptéru určuje maximální

možné rozlišení a počet barev, které lze využít pro zobrazení informací na monitoru (např. minimální paměť

potřebná pro práci ve 2D je při 1024 x 768 rovna 4 MB, při práci v 3D dokonce 8 MB).

Konvertor digitálního signálu na analogový (DAC – Digital-to-Analog Converter, RAMDAC)

Úkolem tohoto konvertoru je skutečně převod digitálního obrazu, vytvářeného počítačem, na analogové

signály zobrazitelné monitorem. Rychlost těchto konvertorů se udává v Mhz (v současnosti běžně okolo 500

Mhz) a platí, že čím je vyšší rychlost konvertoru, tím je větší i obnovovací frekvence.

Konektor pro připojení ke sběrnici

Lze říci, že ve většině moderních počítačů je grafický adaptér připojen přes sběrnici AGP nebo modernější

sběrnici PCI-Express. Sběrnici AGP lze považovat za určité rozšíření sběrnice PCI, navržené pouze pro

grafické adaptéry a umožňující jim velmi rychlý přístup do systémové paměti. Díky tomu mohou grafické

adaptéry některé grafické prvky, jako např. Textury, vykreslovat přímo ze systémové paměti, aniž by musely

nejprve kopírovat data do paměti adaptéru a tam je teprve zpracovávat.

Ovladač

Ovladač grafického adaptéru je základní, a přitom mnohdy problematickou, součástí celého grafického

subsystému. Úkolem ovladače je umožnit komunikaci mezi softwarem a nainstalovaným grafickým

adaptérem. Může se tedy stát, že do počítače nainstalujete adaptér s nejrychlejším procesorem a velmi

výkonnou pamětí, avšak celkový výkon grafického subsystému bude díky špatně napsanému ovladači

poměrně chabý.

3D grafické akcelerátory

Trojrozměrné obrazy se v počítačových hrách používají již řadu let a v posledních letech si našly cestu i do

obchodních aplikací. Pochopitelně tyto prostorové obrazy nejsou ve skutečnosti trojrozměrné, neboť jsou

zobrazovány na monitoru, který je dvojrozměrný; příslušný software je však schopen vytvářet iluzi prostoru

pomocí stínování, zobrazení perspektivy a textur. 3D aplikace nezobrazují skutečné obrazy, tvořící sekvenci,

ale jejich abstrakce či zjednodušení. Výsledné prostorové obrazy jsou pak generovány – či renderovány – z

těchto abstrakcí. Při samotném renderování jsou pak využívány dvě základní funkce, umožňující vytvoření

trojrozměrného prostoru z dvojrozměrných abstrakcí:

Výpočet geometrie a osvětlování. Tento proces zajišťuje výpočet správné velikosti objektů, jejich

orientace a pohybu v prostoru. Současně je jeho součástí výpočet efektů, daných virtuálních osvětlením

celé scény.

Rasterizace (rasterization). V průběhu rasterizace jsou jednotlivé jednoduché objekty měněny na body

výsledného obrazu. Přitom jsou dané objekty vyplněny, správně vystínovány, vyplněny osvětlenými

texturami či kombinací obojího.

Součástí soudobých 3D grafických akcelerátorů jsou speciální čipy, umožňující výrazné zrychlení procesu

celé rasterizace, a to díky tomu, že tyto čipy provádějí mnohé části rasterizace a snižují tak zátěž

systémového procesoru. Ke standardním funkcím těchto čipů pak například patří:

Výpočet obrysů. Jsou zjišťovány body obrazovky, které jsou součástí daného prostoru, vymezeného

nějakým jednoduchým objektem.

Stínování. Jednotlivé body jsou vyplněny barvou, a to buď pomocí plochého či Gouraudova stínování.

Gouraudovo stínování používá takové přechody barev, aby se zvýšil dojem kulatosti a hladkosti kulatých

předmětů.

Vyplňování texturami. Jednoduché objekty jsou vyplňovány obrázky odvozenými z dvojrozměrných

textur či obrazů povrchu.

Určení viditelných ploch. Určení těch bodů obrazu, které se nacházejí ve skrytu jiných objektů, tvořících

obraz celé scény.

Alfa míchání (alpha blending). Jedna z prvních technik pro zvýšení dojmu prostorovosti, umožňující

vytváření průhledných objektů. Této proces byl využíván pro renderování scén výbuchů, kouře, vody či

skla.

Aplikační programová rozhraní (API)

Aplikační programová rozhraní (API) jsou prostředkem, který může být dodavateli hardwaru a softwaru

použit při vývoji ovladačů či programů schopných pracovat rychle a spolehlivě na mnoha hardwarových

platformách. Pokud existuje API, může být aplikace napsána tak, aby komunikovala s tímto API; nikoliv

přímo s operačním systémem či hardwarem. Základními API v oboru 3D grafiky jsou OpenGL firmy SGI a

Direct 3D firmy Microsoft. Ačkoliv podpora OpenGL je zajišťována výrobci různých karet, je podpora

Direct 3D součástí mnohem obecnějšího API firmy Microsoft, nazývaného DirectX.

Microsoft DirectX

Rozhraní DirectX bylo vyvinuto pro operační systémy Windows a jeho účelem je zrychlení práce s

multimédii ve hrách a novějších obchodních aplikacích. Součástí DirectX je vrstva abstrakce hardwaru

(Hardware Abstraction Layer – HAL), umožňující programátorům psát software tak, aby pracoval s určitou

verzí tohoto API; vývojář se tak nemusí vůbec zabývat rozdíly mezi množstvím grafických či zvukových

karet, herních ovladačů apod., dostupným na trhu. Další důležitou součástí DirectX je i vrstva emulace

hardwaru (Hardware Emulation Layer – HEL), umožňující softwaru použití emulovaných funkcí hardwaru

v případě, že daný hardware určitou funkci přímo nepodporuje. Je zřejmé, že HEL je pomalejší než HAL, ale

stále je lepší emulovaná funkce než žádná funkce. Tyto úkoly může DirectX provádět proto, že obsahuje

ovladače hardware, který podporuje. Z tohoto důvodu lze zjednodušené schéma spolupráce hardwaru,

DirectX a softwaru znázornit takto:

Hardware - > DirectX - > Software

Navíc DirectX je navrženo tak, aby řízení hardwaru bylo možné přímo z tohoto rozhraní, nikoliv pouze z

operačního systému. Díky tomu lze DirectX aktualizovat nezávisle na operačním systému. Součástí DirectX

je i jakási základní vrstva, umožňující přímý přístup ke zvuku, hardwaru pro 2D a 3D zobrazení,m vstupním

zařízením a programům pro nastavení. Jednotlivé součásti základní vrstvy jsou např. DirectDraw (2D

grafika), Direct 3D (3D grafika), DirectSound (3D zvuk, standardní zvuk, efekty pro mixování zvuku),

DirectPlay (hraní her po lokálních sítích či přes modemy a Internet), DirectShow (podpora souborů ve

formátech MPEG, MP3, WAV a AVI).

Síťová karta (adaptér)

Umožňuje propojení počítačů do místní počítačové sítě a tím sdílení dat a programů, tiskáren, telefonních

linek, komunikaci mezi obsluhou jednotlivých počítačů... Nejdůležitější výrobci jsou Edimax, Intel, Planet,

3COM a Linksys.

U většiny počítačů je síťové rozhraní tvořeno síťovým adaptérem (Network Interface Card – NIC), který lze

nainstalovat do slotů sběrnice PCI. Některé základní desky obsahují již vestavěný síťový adaptér. Součástí

firmwaru adaptérů pro Ethernet je i jedinečná hardwarová adresa. Protokol síťového rozhraní pak využívá

tuto adresu k identifikaci konkrétního počítače v síti. Paket dat se dostane ke správnému cílovému počítači

jedině díky tomu, že v jeho záhlaví, vytvořeném protokolem síťového rozhraní, je uvedena jak hardwarová

adresa odesílajícího, tak i adresa přijímajícího počítače.

Kritéria pro výběr síťového adaptéru

Při výběru síťových adaptérů pro jednotlivé pracovní stanice byste měli posuzovat zejména tato kritéria:

Rychlost

Má-li být dosaženo optimálního výkonu sítě, je nutné vybírat adaptéry určené pro uvažovanou maximální

rychlost celé sítě. Současně je vhodné, aby vybraný adaptér podporoval jak poloduplexní (síťový adaptér je v

určitém časovém okamžiku schopen data buď přijímat nebo vysílat), tak i plně duplexní (umožňuje současné

vysílání i příjem dat) provoz.

Vestavěné konektory

Síťové adaptéry mají obvykle konektor nazývaný RJ-45. Tento konektor se používá zejména v sítích

10BaseT a Fast Ethernet, a to u kabelů UTP. Naopak pro sítě tvořené kabeláží z tlustého koaxiálního kabelu

je určen konektor DB-15. Je-li použit tenký koaxiální kabel, jsou jednotlivé počítače připojovány přes

konektory BNC. Některé typy síťových adaptérů jsou vybaveny konektory několika typů a bývají pak

označovány přívlastkem combo.

Kabeláž

Základní typy kabeláže jsou:

Tenký a tlustý koaxiální kabelu

Kroucený čtyřpár

Z hlediska fyzického odpovídá kroucený čtyřpár přesně svému názvu: jedná se o izolované vodiče v

ochranném obalu, přičemž každý pár vodičů musí být kroucen. Počet překrutů je přesně stanoven.

Překroucení vodičů vede ke snížení vlivu elektromagnetické interference na přenášené signály. Základní

varianta těchto kabelů nemá žádné speciální stínění a je nazývána nestíněným krouceným čtyřpárem

(Unshielded Twisted Pair – UTP). Pro prostředí s větší pravděpodobností elektromagnetického rušení je

určen stíněný kroucený čtyřpár (Shielded Twisted Pair – STP).

Optické vlákno

Prakticky všechny soudobé sítě využívají krouceného čtyřpáru; koaxiální kabel je již zastaralý a méně

flexibilní než kroucený čtyřpár a optická vlákna jsou stále ještě příliš drahá.

Porty

Port je kterýkoliv konektor, umožňující připojení externích zařízení k počítači či k nějakému rozšiřujícímu

adaptéru.

Sériové porty (COM)

Asynchronní sériové rozhraní bylo navrženo jako port pro komunikaci mezi dvěma zařízeními. Asynchronní

znamená, že neexistuje synchronizace nebo hodinový signál, takže jednotlivé znaky se posílají s libovolným

časováním. Pojem sériový znamená, že data jsou posílána po jednom vodiči, kde každý bit je seřazen v sérii

bitů, které se posílají. K sériovým portům lze připojit různá zařízení jako např. Modemy, plottery, tiskárny,

další počítače, čtečky čárových kódů či obvody pro řízení dalších zařízení. Maximální doporučená délka

sériového kabelu je 16,7 m.

Paralelní porty (LTP)

Název paralelní vychází z toho, že paralelní porty mají 8 vývodů pro současné vysílání jednotlivých bitů,

tvořících 1 bajt. Paralelní porty jsou většinou využívány pro připojování tiskáren k počítači.

Univerzální sériová sběrnice USB

Hlavním cílem při vývoji sběrnice USB bylo umožnit připojování externích zařízení k počítači bez jakékoliv

starosti o nastavení systémových zdrojů a bez nutnosti restartu počítače. Dalším cílem bylo vyhnout se

používaní dalších rozšiřujících karet. V září 1996 byla zveřejněna druhá verze standardu USB označovaná

jako USB 1.1. Sběrnice USB 1.1 podporuje přenosovou rychlost až 12 Mb/s (1,5 MB/s), přičemž data jsou

přenášena po jednoduchém kabelu, tvořeném čtyřmi vodiči. Sběrnice umožňuje připojení až 127 zařízení a

je založena na topologii stupňovaných hvězdic (tiered-star). Základem této topologie jsou rozbočovače,

které mohou být umístěny v samotném počítači, v jakémkoliv jiném zařízení připojeném ke sběrnici, či

mohou být tvořeny samostatnými zařízeními. Je nutné zdůraznit, že ačkoliv sběrnice umožňuje připojení 127

zařízení, všechna připojená zařízení sdílejí jedno přenosové pásmo o šířce 1,5 MB/s. To znamená, že každé

přidané zařízení může vést ke zpomalení sběrnice. Lze však očekávat, že v praxi počet připojených zařízení

nepřekročí 8. Pro připojení pomalejších zařízení , jakými jsou např. myši, klávesnice apod., má sběrnice

USB vyhrazený subkanál o přenosové rychlosti 1,5 Mb/s.

O něco později byla vyvinuta sběrnice USB 2.0, nabízející až 40násobné zvýšení přenosové rychlosti. Přitom

sběrnice využívá stejné kabely a konektory; pouze rozbočovače musí být navrženy pro tuto verzi.

Samozřejmě je možné ke sběrnici připojit i rozbočovač USB 1.1; všechna zařízení připojená k tomuto

rozbočovači však budou s počítačem komunikovat rychlostí pouze 1,5 MB/s. Přitom sběrnice umožňuje, aby

se vzájemně propojená zařízení „domluvila“ na přenosové rychlosti. Pokud některé ze vzájemně

komunikujících zařízení nepodporuje vyšší přenosové rychlosti, budou tato dvě zařízení spolu komunikovat

sníženou rychlostí, tj. 1,5 MB/s.

Rozhraní FireWire

Standard IEEE-1394 (též i.Link či FireWire) je poměrně nový a definuje vysokorychlostní sériovou sběrnici.

Celý standard je odpovědí počítačového průmyslu na požadavky přenášení rostoucích objemů dat.

Přenosová rychlost tohoto rozhraní je 800 Mb/s, přičemž je možné vyvinout ještě rychlejší varianty. Název

i.Link začala pro toto rozhraní používat firma Sony, zatímco FireWire je termín, který si nechala patentovat

firma Apple. Kabely sběrnice IEEE-1394 jsou založeny na technologii kabelů herní konzole Nintendo a

používají i obdobné konektory: 4 vodiče slouží pro přenos dat, zatímco další dva vodiče zajišťují napájení.

Podobně jako sběrnice USB i IEEE-1394 plně odpovídá standardům technologie Plug-and-Play, tj.

jednotlivá zařízení lze připojovat za chodu počítače a není nutné je nijak konfigurovat.

 
 

 

Portrét



Poslední fotografie




Archiv

Kalendář
<< duben / 2020 >>