Moderní technologie – aktuální informace, užití ve škole RNDr. Jaroslav PELIKÁN, Ph.D. katedra počítačových systémů a komunikací Fakulta informatiky Masarykovy univerzity Botanická 68a, 602 00 BRNO kanc.: B314, ( : +420 – 549 495 751 E-mail: pelikan@fi.muni.cz http://www.fi.muni.cz/usr/pelikan Osnova (1) • Procesory Intel: – Intel 8086 – Intel Core 2 Quad • Vnitřní paměti: – ROM, WORM – RAM – paměti cache • Rozšiřující sběrnice: – PCI – PCI Express Osnova (2) • Pevné disky • Rozhraní pevných disků: – Serial ATA – SCSI • Grafické karty: – SVGA • LCD panely • Sběrnice USB Osnova (3) • Standard FireWire/IEEE 1394 • Externí paměťová média: – Média Flash Memory – optické disky: • CD-ROM, CD-R, CD-RW, DVD • Tiskárny: – inkoustové tiskárny – laserové tiskárny Literatura • Messmer, Hans-Peter – Dembowski, Klaus: Velká kniha hardware, Computer Press 2005 • Mueller, Scott: Osobní počítač, Computer Press 2003 • Minasi, Mark: Velký průvodce hardwarem PC, Praha: Grada 2002 Procesor (mikroprocesor) • Integrovaný obvod zajišťující funkce CPU • Provádí jednotlivé instrukce programu • Synchronní zařízení, které pracuje podle hodinových kmitů generovaných krystalem umístěným na základní desce • Do značné míry ovlivňuje výkon celého počítače Parametry procesoru (1) • Frekvence (rychlost): – počet operací provedených za jednu sekundu – jednotka: Hertz [Hz] – např.: 4,77 MHz – 3,8 GHz – je-li základní deska navržena pro různé frekvence procesoru, je možné frekvenci na ní nastavit – v minulosti byly základní desky navrženy tak, aby pracovaly se stejnou frekvencí jako procesor (dnes toto řešení není technicky možné) – současné základní desky pracují s různými frekvencemi (odlišnými od frekvence procesoru) Parametry procesoru (2) Parametry procesoru (3) • Efektivita mikrokódu: – efektivita, se kterou jsou napsány jednotlivé mikroprogramy provádějící jednotlivé instrukce procesoru – počet kroků potřebných pro provedení jedné instrukce (např.: vynásobení dvou čísel) Parametry procesoru (4) • Numerický koprocesor (FPU): – přítomnost (nepřítomnost) speciální jednotky pro přímé provádění výpočtů v pohyblivé desetinné čárce – numerický koprocesor je přítomen u všech procesorů Intel 80486DX a vyšších (vyjma 80486SX) • Počet instrukčních kanálů (pipelines): – udává maximální počet instrukcí proveditel-ných v jednom taktu procesoru – rozsah: 1 – 4 instrukční kanály Parametry procesoru (5) • Šířka slova: – maximální počet bitů, které je možné zpracovat během jediné operace (např.: 8, 16, 32, 64 bitů) – určuje největší číslo, které procesor může zpracovat v rámci jedné operace – větší čísla musí být rozdělena na menší a zpra-cována po částech • Šířka přenosu dat: – maximální počet bitů, které je možné během jediné operace přenést z (do) čipu procesoru Parametry procesoru (6) – je určena šířkou datové sběrnice procesoru – nezávisí na šířce slova – např.: 8, 16, 32, 64 bitů • L1 a L2 cache paměť: – kapacita rychlé L1, popř. L2 cache paměti inte-grované přímo na čipu procesoru – např.: 0 – 32 kB (L1), 0 – 4096 kB (L2) • Velikost adresovatelné paměti: – velikost paměti, kterou je procesor schopen adresovat (používat) Parametry procesoru (7) – je dána šířkou adresové sběrnice a způsobem vytváření fyzické adresy – např.: 1 MB – 64 GB (1 TB) Procesory Intel 8086 a 80286 • Procesor 8086: – plně 16bitový procesor: • šířka slova: 16 bitů • šířka přenosu dat: 16 bitů – používaný v prvních počítačích PC a PC/XT – vybaven 20bitovou adresovou sběrnicí TH velikost adresovatelné paměti 1 MB • Procesor 80286: – plně 16bitový procesor – pracuje ve dvou režimech: • reálný režim (real mode) • chráněný režim (protected mode) Intel 80386 • Plně 32bitový procesor • Pracuje ve třech režimech: – reálný režim (real mode): • režim zaručující kompatibilitu s předešlými procesory – chráněný režim (protected mode): • podporuje paralelní zpracování více programů • adresová sběrnice má šířku 32 bitů TH fyzický adreso-vý prostor 4 GB – virtuální režim (virtual mode): • plně podřízen chráněnému režimu • má možnost virtualizovat 1 MB operační paměti, kte-rý mohl adresovat procesor 8086 a uložit jej kdekoliv do 4 GB operační paměti Intel 80486 (1) • Prodáván pod oficiálním názvem 80486DX • Plně 32bitový procesor • Na svém čipu má integrován: – zmodernizovaný procesor 80386 – numerický koprocesor 80387 – L1 (interní) cache paměť o kapacitě 8 kB • Má rychlejší a rozsáhlejší mikrokód • Pracuje ve stejných třech režimech jako procesor 80386 Intel 80486 (2) • Používá stejný adresovací mechanismus (segmentace + stránkování) TH může adresovat maximálně 4 GB operační paměti • Provádí zřetězené zpracování instrukcí, tzv. pipelining • Zřetězené zpracování je prováděno v jedné frontě (pipeline) TH skalární procesor Zřetězené zpracování instrukcí (1) • Zřetězené zpracování instrukcí dovoluje téměř každou instrukci provést během jednoho taktu procesoru • Zpracování instrukce lze rozdělit do pěti základních fází: – PF (Prefetch): výběr instrukce – D1 (Decode 1): dekódování instrukce – D2 (Decode 2): výpočet adresy operandu – EX (Execution): provedení instrukce – WB (Write Back): zápis výsledků Zřetězené zpracování instrukcí (2) • Každou z těchto fází může provádět samo-statně pracující jednotka • V okamžiku, kdy je tato jednotka se svou prací hotova, předá svůj výsledek jednotce provádějící následující fázi zpracování a po-kračuje ve své práci nad další instrukcí • Jestliže některá instrukce provede skok, pak je nezbytné provést vyprázdnění fronty, tzv. pipeline flush Zřetězené zpracování instrukcí (3) • Nezřetězené zpracování instrukcí: Intel 80486DX2 • Prakticky stejný procesor jako 80486DX • Pracuje se dvěma frekvencemi: – navenek s frekvencí x MHz (např. 33 MHz) – vnitřně s frekvencí 2x MHz (např. 66 MHz) • Rychlost odpovídá asi ^2/[3] rychlosti, jakou by měl procesor DX se stejnou frekvencí • Poznámka: – podobně pracoval i procesor 80486DX4: • navenek x MHz (např. 33 MHz) • vnitřně 3x MHz (např. 100 MHz) Intel Pentium (1) • Má integrovány všechny vlastnosti procesoru 80486 • Vybaven 32bitovou vnitřní architekturou s 64bitovou datovou sběrnicí • Superskalární procesor: – obsahuje více než jednu (dvě) frontu pro zřetěze-né zpracování instrukcí – poskytuje možnost, aby za určitých předpokladů byly instrukce prováděny paralelně – je možné, aby procesor během jednoho taktu dokončil až dvě instrukce Intel Pentium (2) • Problémy, které způsobují skokové instruk-ce, jsou řešeny (minimalizovány) pomocí techniky zvané branch prediction Intel Pentium (3) • Branch prediction: – technika předvídání větvení – na základě dosavadního průběhu programu (podle toho, zda skokové instrukce skok způsobily, či nikoliv) procesor Pentium odhaduje, zda při ná-sledujícím průchodu skok nastane nebo ne TH tzv. dynamic branch prediction – k realizaci této techniky je Pentium vybaveno speciální pamětí BTB (Branch Target Buffer) Intel Pentium Pro (1) • Superskalární procesor se 3 frontami pro zře-tězené zpracování instrukcí • Obsahuje L2 cache paměť o kapacitě 256 kB nebo 512 kB umístěnou v jednom pouzdře s čipem procesoru • L1 cache má kapacitu 16 kB (8 kB / 8 kB) • Má 36bitovou adresovou sběrnici TH může adresovat 64 GB operační paměti Intel Pentium Pro (2) • DIB (Dual Independent Bus): – L2 cache paměť komunikuje s procesorem pro-střednictvím speciální sběrnice (nikoliv pomocí CPU sběrnice) Intel Pentium Pro (3) • Používá techniky: – out-of-order execution (vykonání instrukce mimo pořadí): • dovoluje vykonávat instrukce i v jiném pořadí, než ve kterém jsou zapsány v programu – register renaming (přejmenování registrů): • procesor disponuje sadou záložních registrů, z nichž každý je možné podle potřeby přejmenovat tak, aby mohl vystupovat v roli registru, který je vyžadován momentálně zpracovávanou instrukcí Intel Pentium Pro (4) • Používá techniku Dynamic Execution: – multiple branch prediction: • zdokonalené (oproti Pentiu) předvídání větvení – dataflow analysis: • datová analýza, která umožňuje minimalizovat datové závislosti mezi instrukcemi – speculative execution (spekulativní provádění): • podobně jako out-of-order execution, ale instrukce může být provedena (mimo pořadí) i v případě, že se nachází za předvídaným větvením Technologie MMX (1) • Rozšíření architektury procesorů Intel • Poskytuje podporu pro multimediální aplikace • Zahrnuje: – 57 nových instrukcí orientovaných na práci s multimediálními aplikacemi – osm 64bitových registrů – 4 datové typy • Nové instrukce jsou určeny pouze pro práci s čísly v pevné desetinné čárce Technologie MMX (2) • Možnosti MMX jsou využívány především aplikacemi pro práci s: – 2D / 3D grafikou – zvukem – rozpoznáváním řeči – videem – kompresí dat Intel Pentium II • Vychází z procesoru Intel Pentium Pro • Vybaven 512 kB L2 cache paměti ve společ-ném pouzdře s procesorem TH DIB • L1 cache má kapacitu 32 kB (16 kB / 16 kB) • Obsahuje technologii MMX • Využívá Dynamic Execution Technology • Je osazen numerickým koprocesorem • Má 36bitovou adresovou sběrnici Intel Pentium III (1) • Vyráběn ve variantách s: – Discrete cache (L2 cache o kapcitě 512 kB): Intel Pentium III (2) • Kapacita L1 cache je 32 kB (16 kB / 16 kB) • Využívá architekturu DIB • Vybaven Dynamic Execution Technology: – multiple branch prediction – dataflow analysis – speculative execution • Má integrovánu jednotku FPU • Obsahuje MMX technologii Intel Pentium III (3) • Přináší SSE – Internet Streaming SIMD Extensions (IST – Internet Streaming Tech-nology): – 70 nových instrukcí pro: • zpracování obrazu • práci s 3D grafikou • zpracování audia a videa (umožňuje softwarové dekódování formátu MPEG2 při plné rychlosti) • rozpoznávání řeči – podpora (nová jednotka) pro zpracování čísel v po-hyblivé desetinné čárce – umožňuje provedení až čtyř operací s desetinnými čísly během jednoho taktu Intel Pentium 4 (1) • Používá mikroarchitekturu NetBurst: – hyperpipelined technology: • zdvojnásobuje (oproti procesoru Pentium III) hloub-ku zřetězeného zpracování – systémová sběrnice s frekvencí „400 MHz“, „533 MHz“ nebo „800 MHz“: • dosaženo přidáním speciálních signálů, které dovo-lují během jednoho taktu na 100 MHz (133 MHz, 200 MHz) systémové sběrnici, uskutečnit čtyři datové přenosy (po 8 B) • přenosová rychlost až 3,2 GB/s (4,3 GB/s; 6,4 GB/s) Intel Pentium 4 (2) – execution trace cache: • cache paměť dovolující uložit 12 k dekódovaných mikrooperací (micro-ops) – rapid execution engine: • dvě ALU, s dvojnásobným taktem oproti vnitřní frekvenci procesoru • dovoluje, aby základní celočíselné a logické operace byly prováděny během ^1/[2] taktu • L1 cache pro data má kapacitu: – 8 kB – 16 kB Intel Pentium 4 (3) • Přináší rozšíření instrukční sady označova-né jako SIMD Extensions 2 (SSE2): – 144 nových instrukcí pro: • práci s čísly v pohyblivé desetinné čárce (double precision) • práci s celými čísly v režimu SIMD • správu paměti • Poskytuje nové zpracování instrukcí - Advanced Dynamic Execution: – větší hloubka spekulativního provádění – dokonalejší předvídání větvení (4 kB BTB) Intel Pentium 4 (4) • Disponuje vylepšenou FPU a multimediální jednotkou: – zvýšený počet registrů u FPU – rozšíření FPU registrů na 128 bitů • Vyráběn v následujících variantách: – Intel Pentium 4: • systémová sběrnice pracuje s taktem „400 MHz“ nebo „533 MHz“ • L2 cache paměť (ATC) má kapacitu 256 kB nebo 512 kB Intel Pentium 4 (5) • procesory vyráběné s technologií 90 nm obsahují: – rozšíření instrukční sady označované jako SSE3 (13 nových instrukcí) určených zejména pro: • synchronizaci výpočtových vláken (threads) • zpracování videa • obrazu • kompresi dat • počítačové hry – 16 kB L1 cache paměti pro data – 1 MB L2 cache paměti (ATC) – některé varianty obsahují i technologii Intel 64 Architecture (EM64T) Intel Pentium 4 (6) – Intel Pentium 4 HT (Hyperthreading Technology): • systémová sběrnice pracuje s taktem „800 MHz“ • používá L2 cache paměť (ATC) o kapacitě 512 kB • procesory vyráběné s technologií 90 nm a 65 nm obsahují: – rozšíření instrukční sady SSE3 – 16 kB L1 cache paměti pro data – 1 MB nebo 2 MB L2 cache paměti (ATC) – vyráběny i ve variantách s technologií Intel 64 Architecture (EM64T) a EIST • Hyperthreading Technology: – technologie umožňující programovému vybavení „vidět“ dva procesory – dovoluje procesoru spouštět dvě výpočtová vlákna (threads) ve stejný okamžik Intel Pentium 4 (7) • EIST – Enhanced Intel SpeedStep Technology: – technologie dovolující (v závislosti na vytížení systému) dyna-micky přizpůsobovat napájecí napětí a frekvenci procesoru – umožňuje snížit spotřebu elektrické energie a dochází k menší-mu zahřívání se procesoru Intel Pentium D (1) • Založen na mikroarchitektuře NetBurst • Systémová sběrnice pracuje s taktem „800 MHz“ (vyjma procesoru s frekvencí 2,66 GHz, u něhož je frekvence systémové sběrnice „533 MHz“) • Má integrovánu technologii Dual Core: – dvě prováděcí jádra (pracující na stejné frekvenci) s nezávislým rozhraním k systémové sběrnici – dovoluje efektivnější zpracování paralelních výpoč-tových vláken než Hyperthreading Technolgy • Je vybaven 2 x 16 kB L1 cache pro data Intel Pentium D (2) • Každé jádro má integrovánu execution trace cache (pro 12 k dekódovaných micro-ops) • Obsahuje technologii Intel 64 Architecture (EM64T) a většina variant i technologii EIST • Vyráběn s technologií: – 90 nm: 2 x 1 MB L2 cache (ATC) – 65 nm: 2 x 2 MB L2 cache (ATC) • Obsahuje instrukční sady SSE2 i SSE3 • Některé varianty obsahují i technologii Intel Virtualization Technology (VT) Intel Pentium D (3) • Intel Virtualization Technology: – dovoluje jednomu procesoru fungovat jako několik paralelně pracujících procesorů – umožňuje provozovat zároveň několik operačních systémů na jednom počítači – každý operační systém může mít spuštěny další programy, které jsou pod ním provozovány – jednotlivé operační systémy pak pracují na virtuál-ním procesoru (virtual CPU), resp. virtuálním stroji (virtual machine) – poznámka: využívá stejnou myšlenku jako virtuální režim u procesoru 80386 Intel Core 2 Duo (1) • Systémová sběrnice pracuje s frekvencí „800 MHz“, „1066 MHz“ nebo „1333 MHz“ • Má integrováno: – 2 x 32 kB L1 cache pro data – 2 MB nebo 4 MB L2 sdílené cache realizované jako Advanced Smart Cache • Obsahuje technologie: – Intel 64 Architecture (EM64T) – Dual Core – Intel Virtualization Technology (vyjma variant, je-jichž systémová sběrnice pracuje na „800 MHz) – EIST Intel Core 2 Duo (2) • Využívá mikroarchitekturu Core, jejíž zá-kladní rysy jsou: – Wide Dynamic Execution: • technika dovolující, aby každé jádro během jednoho taktu mohlo dokončit až čtyři instrukce • obsahuje techniky, které mají za úkol snížit počet mikrooperací, jež jsou potřebné pro vykonání daných instrukcí: – Macro-Fusion: • dovoluje sloučit více instrukcí do instrukce jedné • např. po sobě následující instrukce CMP a JNE sloučí do instrukce CMPJNE, kterou provede během jednoho taktu – Micro-Fusion: • podobná technika jako Macro-Fusion • umožňuje sloučit dvě mikrooperace do jedné Intel Core 2 Duo (3) – Smart Memory Access: • zdokonalená množina algoritmů pro předvídání, která data budou zapotřebí a mají být tudíž zavedena z ope-rační paměti do paměti cache • využívá technologii memory disambiguation, která detekuje závislosti mezi po sobě následujícími instrukcemi pro ukládání (čtení) dat do (z) operační paměti a dovoluje u těchto operací aplikovat techniku out-of-order execution Intel Core 2 Duo (4) – Advanced Smart Cache: • zahrnuje sdílenou L2 cache, dovolující dynamicky alokovat kapacitu pro každé jádro • umožňuje jednomu jádru využít celou vyrovnávací paměť, když druhé jádro právě nepracuje • dovoluje taktéž přenášet data přímo mezi L1 cache paměťmi obou jader – Advanced Digital Media Boost: • zdvojnásobuje reálnou rychlost zpracování instrukcí využívaných především v multimediálních a grafic-kých aplikacích • zvýšení výkonu je dosaženo pomocí 128bitového zpracování instrukcí SSE, SSE2 a SSE3 (dříve byly tyto instrukce zpracovávány po 64 bitech) Intel Core 2 Duo (5) • Poskytuje Advanced Dynamic Execution • Přináší nové rozšíření instrukční sady SSSE3 – Supplemental SSE3, tj.16 (32) nových instrukcí • Má integrovaný DTS – Digital Thermal Sensor: – teplotní senzor umožňující měřit teplotu na kaž-dém jádru a v závislosti na zjištěných hodnotách přizpůsobovat rychlost otáčení větráku chladiče • Procesory Intel Core 2 Duo nejsou vybaveny Hyperthreading Technology Intel Core 2 Quad (1) • Systémová sběrnice pracuje s frekvencí „1066 MHz“ • Vychází z mikroarchitektury Core: – Wide Dynamic Execution – Smart Memory Access – Advanced Smart Cache – Advanced Digital Media Boost • Obsahuje technologie: – Quad Core: • čtyři prováděcí jádra (pracující na stejné frekvenci) s nezávislým rozhraním k systémové sběrnici Intel Core 2 Quad (2) – Intel 64 Architecture (EM64T) – Intel Virtualization Technology – EIST • Poskytuje Advanced Dynamic Execution • Vybaven rozšířením SSSE3 • Má integrovaný DTS – Digital Thermal Sensor • Je vybaven: – 4 x 32 kB L1 cache pro data – 2 x 4 MB L2 cache Intel 64 Architecture (1) • Architektura označovaná dříve jako EM64T – Extended Memory 64 Technology • Dovoluje potencionálně 64bitové adresování paměti, tj. mapování (stránkování) 64bitové lineární adresy na 52bitovou adresu fyzickou • Současná implementace Intel 64 Architecture umožňuje pouze mapování 48bitové lineární adresy na 40bitovou fyzickou adresu Intel 64 Architecture (2) • Přináší nový režim označovaný jako IA-32e mode, který se dělí na dva podrežimy: – compatibility mode: • dovoluje, aby pod 64bitovým operačním systémem pracovaly původní 32bitové aplikace – 64-bit mode: • umožňuje (v rámci 64bitového OS) spouštět nové 64bitové aplikace • v rámci tohoto režimu má aplikace mimo jiné přístup k: – 64bitovému (48bitovému) lineárnímu adresovému prostoru – 8 novým registrům pro obecné použití – 8 novým registrům pro SSE, SSE2 a SSE3 – 64bitovým registrům pro obecné použití – 64bitovému zpracování celých čísel Paměti (1) • Paměť: zařízení, které slouží k ukládání pro-gramů a dat, s nimiž počítač pracuje • Paměti počítače lze rozdělit do tří základních skupin: – registry: • paměťová místa na čipu procesoru • jsou používány pro krátkodobé uchování právě zpracovávaných informací – vnitřní (interní): • paměti osazené většinou uvnitř základní jednotky • realizovány pomocí polovodičových součástek Paměti (2) • jsou do nich zaváděny právě spouštěné programy (nebo alespoň jejich části) a data, se kterými tyto programy pracují – vnější (externí): • paměti realizované většinou za pomoci zařízení použí-vajících výměnná média v podobě disků či magneto-fonových pásek • záznam se provádí většinou na magnetickém nebo optickém principu • slouží pro dlouhodobé uchování informací a záloho-vání dat Vnitřní paměti • Vnitřní paměti lze rozdělit na paměti: – ROM – Read Only Memory: • určené pouze pro čtení • uložené informace jsou dány přímo z výroby – WORM – Write Once Read Many: • určené pro zápis i pro čtení • počet čtení většinou výrazně převyšuje počet zápisů • PROM, EPROM, EEPROM, Flash – RAM – Random Access Memory: • určené pro zápis i pro čtení • SRAM, DRAM Paměti EEPROM • EEPROM – Electrically EPROM • Jedná se o energeticky nezávislé paměti, kte-ré je možné naprogramovat a později z nich informace vymazat • Buňka paměti EEPROM pracuje na principu tunelování (vkládání) elektrického náboje • Přítomnost, resp. nepřítomnost tohoto náboje pak reprezentuje uložení bitu 1, resp. 0 Paměti Flash (1) • Obdoba pamětí EEPROM • Pracují rovněž na principu tunelování elek-trického náboje • Paměti, které je možné naprogramovat a kte-ré jsou energeticky nezávislé • Narozdíl od EEPROM se u pamětí Flash pro-vádí mazání nikoliv po jednotlivých buňkách, ale po celých blocích Paměti Flash (2) • Flash paměti se dělí do dvou základních skupin: – NOR Flash: • poskytují rozhraní s vyhrazenými adresovými a dato-vými vodiči TH umožňují přímý přístup k dané pamě-ťové buňce • chovají se jako paměti, které jsou mapované do určité části adresového prostoru • dovolují používat techniku XIP –Execute In Place: – je možné přímo spouštět programy, které jsou v nich uložené – spouštěné programy z těchto pamětí není nutné nejprve kopírovat do paměti RAM Paměti Flash (3) • mají menší hustotu paměťových buněk (dáno adre-sovacím mechanismem dovolujícím přímý přístup k paměťové buňce) • poskytují vyšší rychlost při čtení, avšak jsou pomalejší při zápisu i při mazání a jsou cenově nákladnější • používány zejména pro ukládání firmwaru (BIOS, firmware pro mobilní telefony, GPS apod.) • nejsou vhodné pro ukládání větších objemů dat – NAND Flash: • jsou připojeny pomocí relativně jednoduchého rozhraní • nevyžadují plnou šířku adresové a datové sběrnice Paměti Flash (4) • výhodou tohoto řešení je, že není nutné měnit počet vývodů příslušných integrovaných obvodů s měnící se kapacitou flash paměti TH snadnější upgrade • ve srovnání s NOR Flash paměťmi jsou pomalejší při čtení, ale rychlejší při zápisu i při mazání • používány zejména pro výrobu paměťových karet (např. SD card, SmartMedia, CompactFlash, Memory Stick) • Poznámka: – existují i paměti MLC (Multi-Level Cell) NAND, které dovolují v rámci jedné paměťové buňky uchovat dva bity (00, 01, 10, 11) Paměti RAM • RAM – Random Access Memory • Paměti určené pro zápis i pro čtení dat • Jedná se o paměti, které jsou energeticky závislé • Podle toho, zda jsou dynamické nebo static-ké, jsou dále rozdělovány na: – DRAM – Dynamické RAM – SRAM – Statické RAM Paměti SRAM (1) • SRAM – Static Random Access Memory • Uchovávají informaci v sobě uloženou po celou dobu, kdy jsou připojeny ke zdroji elektrického napájení • Paměťová buňka je realizována jako bistabil-ní klopný obvod, tj. obvod, který se může nacházet vždy v jednom ze dvou stavů, které určují, zda v paměti je uložena 1 nebo 0 • Mají nízkou přístupovou dobu (1 – 20 ns) Paměti SRAM (2) • Jejich nevýhodou je naopak vyšší složitost a z toho plynoucí vyšší výrobní náklady • Jsou používány především pro realizaci pa-mětí typu cache Paměti DRAM (1) • DRAM – Dynamic Random Access Memory • Informace je uložena pomocí elektrického náboje na kondenzátoru • Tento náboj má však tendenci se vybíjet i v době, kdy je paměť připojena ke zdroji elektrického napájení • Aby nedošlo k tomuto vybití a tím i ke ztrátě uložené informace, je nutné periodicky pro-vádět tzv. refersh, tj. oživování paměťové buňky Paměti DRAM (2) • Buňka paměti DRAM je velmi jednoduchá a dovoluje vysokou integraci a nízké výrobní náklady • Díky těmto vlastnostem je používána k výro-bě operačních pamětí • Její nevýhodou je však vyšší přístupová doba (10 – 70 ns) způsobená nutností provádět refresh a časem potřebným k nabití a vybití kondenzátoru Paměti DRAM (3) • Komunikace mezi operační pamětí a proceso-rem může být: – asynchronní: • starší model komunikace • paměti DRAM, FPM DRAM a EDO DRAM – synchronní: • novější model komunikace • paměti SDRAM, DDR SDRAM, DDR2 SDRAM a DDR3 SDRAM Paměti DRAM (4) • SDRAM – Synchronous DRAM: – veškeré operace jsou synchronizovány s náběžnou hranou hodinového signálu • DDR SDRAM – Double Data Rate SDRAM: – veškeré operace jsou synchronizovány s náběžnou i sestupnou hranou hodinového signálu – provádějí předvýběr dvou bitů, které ukládají do svých V/V bufferů – teoreticky zdvojnásobují přenosovou rychlost Paměti DRAM (5) • DDR2 SDRAM: – veškeré operace jsou synchronizovány s náběžnou i sestupnou hranou hodinového signálu (podobně jako u DDR SDRAM) – provádějí předvýběr čtyř bitů, které ukládají do svých V/V bufferů – následným použitím nového komunikačního protokolu je umožněno provedení 4 transakcí během jednoho taktu Paměti DRAM (6) • DDR3 SDRAM: – data jsou přenášena s náběžnou i sestupnou hranou hodinového signálu (podobně jako u DDR SDRAM a DDR2 SDRAM) – provádějí předvýběr osmi bitů, které ukládají do svých V/V bufferů • Poznámka: – paměťové moduly pro paměti SDRAM, DDR SDRAM, DDR2 SDRAM a DDR3 SDRAM nejsou vzájemně kompatibilní Paměti DRAM (7) Moduly DIMM DDR2 SDRAM s 240 vývody Paměti DRAM (8) Modul DIMM DDR3 SDRAM s 240 vývody Dual Channel DDR • Nejedná se o nový typ paměti, ale o novou architekturu základních desek využívající paměti DDR SDRAM • Pro práci s pamětí se využívají dva kanály • Data jsou přenášena po 128 bitech (64 bitů pro každý kanál) • Použití Dual Channel DDR teoreticky zdvojnásobuje přenosovou rychlost paměti Cache paměti (1) • Cache paměť: – rychlá vyrovnávací paměť mezi rychlým zařízením (např. procesor) a pomalejším zařízením (např. operační paměť) – vyrobena z obvodů SRAM s přístupovou dobou 1 – 20 ns • V dnešních počítačích se běžně používají dva druhy cache pamětí Cache paměti (2) – L2 (externí, sekundární) cache: • umístěna mezi pomalejší operační pamětí a rychlým procesorem • slouží jako vyrovnávací paměť u počítačů s výkon-ným procesorem, které by byly bez ní operační pamětí velmi zpomalovány • první L2 cache paměti se objevují u počítačů s pro-cesorem 80386 (o kapacitě 32 kB, 64 kB) • s výkonnějšími procesory se postupně zvyšuje i kapacita (128 kB, 256 kB, 512 kB, 1024 kB a více) • řízena řadičem cache paměti (součást čipové sady, popř. čipu procesoru) Cache paměti (3) • osazena na: – základní desce: 80386 – Pentium (MMX) – v pouzdře procesoru: Pentium Pro – Pentium III – na čipu procesoru: Pentium III, Pentium 4, Pentium D, Core 2 Duo, Core 2 Quad – L1 (interní, primární) cache: • slouží k vyrovnání rychlosti velmi výkonných pro-cesorů a pomalejších L2 cache pamětí • integrována přímo na čipu procesoru • poprvé se objevuje u procesoru 80486 (s kapacitou 8 kB) • řízena řadičem L1 cache paměti, který je integrován na čipu procesoru Cache paměti (4) • Práce cache paměti vychází ze skutečnosti, že program má tendenci se při své práci určitou dobu zdržovat na určitém místě pa-měti, a to jak při zpracování instrukcí, tak při načítání (zapisování) dat z (do) paměti - tzv. princip lokality Cache paměti (5) • Pokud dojde k zaplnění cache paměti a je potřeba zavést další blok, je nutné, aby některý z bloků cache paměť opustil • Nejčastěji se k tomuto používá LRU (Least Recently Used) algoritmu, tj. algoritmu, který vyřadí nejdéle nepoužívaný blok Rozšiřující sběrnice (1) • Sběrnice: – soustava vodičů, která umožňuje přenos signálů mezi jednotlivými částmi počítače – pomocí těchto vodičů mezi sebou jednotlivé části počítače komunikují a přenášejí data • Rozšiřující sběrnice (sběrnice): – sběrnice počítačů umožňující jejich snadné roz-šiřování o další zařízení, např.: • zvukové karty • síťové karty • řadiče disků Rozšiřující sběrnice (2) – standard, dohoda o tom, jak vyrobit zařízení (rozšiřující karty), která mohou pracovat ve standardním počítači – obsahuje konektory (tzv. sloty), pomocí nichž lze připojit rozšiřující karty • Typy sběrnic: – synchronní sběrnice: • sběrnice pracující synchronně s procesorem počítače • platnost údajů na sběrnici jednoznačně určuje hodi-nový signál • tímto způsobem dnes pracuje většina sběrnic Rozšiřující sběrnice (3) – multimaster sběrnice: • dovoluje tzv. busmastering • sběrnice, která může být řízena několika zařízeními, nejen procesorem • je možné, aby některé ze zařízení, které je ke sběrni-ci připojené (např. řadič pevného disku), na určitou dobu převzalo její řízení • po dobu, kdy takto řídí celou sběrnici, může toto zařízení rychleji a efektivněji provést své operace (např. přenos velkého objemu dat z pevného disku) a potom opět řízení vrátit procesoru Sběrnice PCI (1) • PCI (Peripheral Component Interconnect) je sběrnice, která byla navržena a vyrobena firmou Intel v roce 1992 • Původně byla určena pro počítače s proceso-ry Intel Pentium • Využívá tzv. mezisběrnicový můstek (CPU – PCI bridge), jehož prostřednictvím je připo-jena k systémové sběrnici Sběrnice PCI (2) • Toto řešení přináší následující výhody: – možnost použití sběrnice PCI i v jiných počíta-čích než jsou PC (např. Macintsoh, DEC) – můstek dovoluje provádět přizpůsobování napě-ťových úrovní • Sběrnice PCI je časově multiplexována, tj. adresa i data jsou přenášena po stejných vo-dičích (nejprve adresa, potom data) • Šířka přenosu dat i adresy je standardně 32 bitů Sběrnice PCI (3) • Existuje i 64bitová verze PCI, která se pou-žívá zejména pro řadiče diskových polí (RAID) a síťové karty pro Gigabit Ethernet • Pracuje s frekvencí 33 MHz nebo 66 MHz • PCI umožňuje busmastering • Podporuje standard Plug & Play • Používána u novějších počítačů s proce-sorem 80486 a u počítačů s procesory Pentium a vyššími Sběrnice PCI (4) • Základní deska se sběrnicí PCI: Sběrnice PCI (5) • Rozšiřující karta pro sběrnici PCI: Sběrnice PCI (6) • Základní deska s 64bitovou sběrnicí PCI: Sběrnice PCI Express (1) • PCI Express (PCIe) je nové označení techno-logie původně známé jako 3GIO • Specifikace PCIe byla dokončena v roce 2002 • Jedná se novou architekturu pro budování rozšiřující sběrnice • Dosud používané rozšiřující sběrnice (PC bus – PCI) jsou (byly) budovány jako systémy se sdílenou sběrnicí Sběrnice PCI Express (2) Sběrnice PCI Express (3) • Jednotlivá zařízení nemusí sdílet jednu sběr-nici, ale každé z nich má výhradní a přímý přístup k přepínači Sběrnice PCI Express (4) Sběrnice PCI Express (5) Sběrnice PCI Express (6) Sběrnice PCI Express (7) Sběrnice PCI Express (8) • Základní deska se sběrnicí PCIe (1x PCIe – x16 link a 3x PCIe – x1 link): Sběrnice PCI Express (9) • Grafická karta pro sběrnici PCIe x16: Pevné disky (1) • Pevný disk (Hard Disk, Winchester disk, HDD – Hard Disk Drive) je médium pro uchování dat s vysokou kapacitou záznamu • Jedná se o uzavřenou nepřenosnou jednotku Pevné disky (2) • Uvnitř této jednotky se nachází několik nad sebou umístěných rotujících kotoučů (disků) • Tyto disky se otáčejí po celou dobu, kdy je pevný disk připojen ke zdroji elektrického napájení Pevné disky (3) • Díky tomuto 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 Parametry pevných disků (1) • Kapacita: – množství informací, které lze na pevný disk uložit – např.: 10 MB – 500 GB • Přístupová doba: – doba, která je nutná k vystavení čtecích/zapisova-cích hlav na požadovaný cylindr – např.: 3,6 – 65 ms • Přenosová rychlost: – počet bytů, které je možné z disku přenést za jed- nu sekundu – např.: 700 kB/s – řádově desítky MB/s Parametry pevných disků (2) • Počet otáček: – počet otáček kotoučů pevného disku za jednu minutu – např.: 3600, 5400, 7200, 10000, 15000 otáček/min • Kapacita cache paměti: – kapacita vyrovnávací cache paměti pevného disku – cache paměť pevného disku je realizována jako paměť typu DRAM – např.: 0 – 8 MB Parametry pevných disků (3) • Velikost: – průměr disků použitých ke konstrukci pevného disku – např.: 2”; 3^1/[2]”, 5^1/[4]” • Počet cylindrů: – počet stop (cylindrů) na každém disku (řádově stovky až tisíce) • Počet hlav: – odpovídá počtu povrchů, na které se provádí záz-nam – např: 2 – 16 hlav Parametry pevných disků (4) • Počet sektorů: – počet sektorů na každé stopě – kapacita jednoho sektoru je standardně 512 B – např. 8 – řádově stovky sektorů na stopu • Typ rozhraní: – určuje, jaký typ rozhraní musí být v počítači osa-zen, aby bylo možné tento pevný disk připojit – např.: ATA (EIDE), SCSI, SATA • Podpora S.M.A.R.T.: – podpora pro technologii S.M.A.R.T. (Self Monito-ring Analysis And Reporting Technology) Parametry pevných disků (5) – pracuje tak, že disk sám sleduje určité své para-metry a vlastnosti, jejichž změna může indikovat blížící se poruchu – umožňuje uživatele informovat o běžně nepozoro-vatelných problémech při práci pevného disku, např.: • chybné čtení (chybný zápis) sektoru • kolísání rychlosti otáček • teplota uvnitř pevného disku • počet realokovaných (vadných sektorů) • doba provozu disku • počet zapnutí pevného disku Parametry pevných disků (6) • Typ hlav: – typ čtecích (zapisovacích) hlav: • TFI – Thin Film Inductance: – využívají technologii nanášení tenkých vrstev – používány pro zápis i čtení u disků s kapacitou do 1 GB – dodnes používány pro zápis (pro čtení je použit magnetorezis-tivní senzor) • AMR – Anisotropic Magnetoresistive: – pro zápis využívají TFI hlavu a pro čtení AMR senzor – používány u disků s kapacitou do 30 GB • GMR – Giant Magnetoresistive: – pro zápis využívají TFI hlavu a pro čtení GMR senzor – používány u disků s kapacitou nad 30 GB Parametry pevných disků (7) • ZBR: – metoda, která dovoluje zapisovat na stopy, jež jsou vzdálenější od středu pevného disku (jsou větší), vyšší počet sektorů Možnosti zvyšování kapacity pevných disků • Kapacitu pevných disků lze zvýšit: – zvětšením rozměrů disku: nevhodné řešení – zvětšením počtu povrchů: omezené možnosti – použitím ZBR – zvýšením hustoty záznamu: • vyžaduje vyšší citlivost čtecí hlavy • původní (TFI) hlava svou citlivostí nedostačuje • v současné době se používají tzv. magnetorezistivní hlavy (MR heads) Magnetorezistivní hlavy (1) • Magnetorezistivní hlavy se skládají ze dvou částí: – TFI hlava: slouží pouze pro zápis dat – magentorezistivní senzor: slouží ke čtení dat • Magnetorezistivní senzor je vyroben ze sli-tin, které pokud jsou vystaveny působení magnetického pole, mění svůj elektrický odpor Magnetorezistivní hlavy (2) • Výhodou tohoto řešení je, že magnetorezis-tivní senzor vykazuje při čtení mnohem vět-ší citlivost než dříve používaná TFI hlava Magnetorezistivní hlavy (3) • Podle typu magnetorezistivního senzoru je možné tento typ hlav dále rozdělit na: – AMR hlavy: • anisotropní magnetorezistivní hlavy • max. hustota záznamu cca 3 Gb/in^2 – GMR hlavy: • giant magnetorezistivní hlavy ^• max. hustota záznamu cca 10 Gb/in^2 až 35 Gb/in^2 • Pozn.: TFI hlava dovoluje max. hustotu záznamu do 1 Gb/in^2 Rozhraní Serial ATA (1) Rozhraní Serial ATA (2) Rozhraní Serial ATA (3) Rozhraní Serial ATA (4) Rozhraní SCSI (1) Rozhraní SCSI (2) Rozhraní SCSI-1 (1) Rozhraní SCSI-1 (2) Rozhraní SCSI-2 (1) Rozhraní SCSI-2 (2) Rozhraní SCSI-3 Grafická karta Parametry grafických karet (1) Parametry grafických karet (2) Grafická karta SVGA (1) Grafická karta SVGA (2) Grafická karta SVGA (3) Grafická karta SVGA (4) Grafická karta SVGA (5) Grafická karta SVGA (6) Grafická karta SVGA (7) Grafická karta SVGA (8) Grafická karta SVGA (9) Grafická karta SVGA (10) Grafická karta SVGA (11) Grafická karta SVGA (12) LCD (1) • LCD (Liquid Crystal Display): zobrazovací jednotka, která při své činnosti využívá tech-nologii kapalných (tekutých) krystalů • Pro konstrukci LCD panelů se používají tzv. nematické kapalné krystaly • Tyto krystaly jsou založeny na bázi hexyl-kyanidbifenylu, jehož molekuly mají pod-louhlý (tyčovitý) tvar LCD (2) • Zarovnávací vrstvy jsou z vnitřní strany zvrásněny LCD (3) • Zvrásnění zarovnávacích vrstev je pootoče-no o úhel 90° LCD (4) • Polarizační filtry jsou nastaveny tak, aby propouštěly polarizovanou rovinu světla, která je rovnoběžná se zvrásněním příslušné zarovnávací vrstvy • Molekuly kapalných krystalů přilehlé k za-rovnávacím vrstvám se natočí ve směru jejich zvrásnění • Mezilehlé molekuly se stočí a vytvoří tak část šroubovice (spirály) LCD (5) • Za polarizačním filtrem A je umístěn zdroj světla (nepolarizovaného) – výbojka • Světlo (není-li na elektrody přivedeno elek-trické napětí): – prochází přes polarizační filtr A – po průchodu tímto filtrem je již polarizované a kmitá pouze v jedné rovině – prochází zarovnávací vrstvou A – prochází oblastí kapalných krystalů, jejichž molekuly svým uspořádáním stáčí jeho polari-zovanou rovinu o úhel 90° LCD (6) – prochází přes zarovnávací vrstvu B – prochází přes barevné filtry – prochází přes polarizační filtr B • Pokud na transparentní elektrody, které jsou umístěny na vnější straně zarovnávacích vrstev přivedeme elektrické napětí, mole-kuly kapalných krystalů se začnou narov-návat a opouští tak původní uspořádání ve tvaru šroubovice LCD (7) • Toto způsobuje, že polarizovaná rovina svět-la, která prochází oblastí kapalných krystalů se již nestáčí o úhel 90°, ale o úhel menší než 90° • Velikost tohoto úhlu je dána hodnotou elek-trického napětí přivedeného na transparentní elektrody • Polarizované světlo, jehož rovina se stáčí o menší úhel, prochází přes polarizační filtr B s menší intenzitou LCD (8) • Pasivní matice (Passive Matrix): – pro adresování jednotlivých obrazových bodů používá vertikálních a horizontálních transpa-rentních elektrod LCD (9) – pasivní matice nedokáže rychle reagovat na změny a proto se jeví jako nevhodná v okam-žiku, kdy je nutné zobrazovat rychle se měnící scenérii (videosekvence, rychle se pohybující objekty atd.) – skutečnost, že jednotlivé body jsou adresovány přímo pomocí horizontálních a vertikálních elektrod má za následek vznik přeslechů (roz-svícení jednoho obrazového bodu negativním způsobem ovlivňuje jas okolních bodů, zejména na tomtéž řádku) LCD (10) • Aktivní matice (Active Matrix): – založena na technologii TFT (Thin Film Tran-sistor) – používá ze zadní strany panelu samostatnou elektrodu pro každý obrazový bod a ze přední strany jednu elektrodu společnou pro všechny body – každý obrazový bod je vybaven miniaturním tranzistorem, který pracuje jako spínač a který v případě sepnutí umožňuje rozsvícení přísluš-ného obrazového bodu LCD (11) – vodiče k jednotlivým elektrodám jsou vedeny mezi obrazovými body – použití tranzistoru dovoluje separovat každý obrazový bod od vlivu okolních bodů a tím i minimalizovat přeslechy LCD (12) – uvedený mechanismus adresace dovoluje i pou-žití kapalných krystalů které se ve spojení s ele-ktrodami chovají jako kondenzátor (uchovávají si jistý elektrický náboj, který udržuje molekuly kapalných krystalů ve správném natočení) – tyto krystaly mohou mít také mnohem menší setrvačnost, neboť správné natočení jejich mo-lekul je drženo pomocí elektrického náboje, což dovoluje eliminovat i poměrně nízkou rychlost pasivních matic – nevýhodou aktivních matic je vyšší spotřeba elektrické energie LCD (13) • Řez TFT panelem: LCD (14) • LCD panely: USB (1) • USB (Universal Serial Bus) – standard sběr-nice vyvinutý firmami Compaq, Intel, IBM, Microsoft, NEC a dalšími v roce 1995 • Hlavním cílem bylo definovat externí rozši-řující sběrnici umožňující snadné připojová-ní periferních zřízení – tzv. functions • Počítač, ve kterém je osazeno rozhraní pro USB, tzv. (USB) host controller, bývá v terminologii USB označován jako host • Host může být v systému pouze jeden USB (2) • K host controlleru je připojen tzv. root hub (kořenový rozbočovač), ke kterému je možné připojit: – USB zařízení (může obsahovat i USB hub) – USB hub: zařízení, které slouží jako rozbočovač pro připojení dalších USB zařízení, popř. USB hubů • Tímto vzniká stromová fyzická topologie, avšak logická topologie (princip komunikace) odpovídá topologii sběrnice USB (3) USB (4) • Každý uzel tohoto stromu, který není listem je tvořen pomocí USB hubu (popř. zařízení, které USB hub obsahuje – compound device) • Strom USB sběrnice může mít maximálně 7 úrovní (vrstev) a 127 zařízení: – 1. úroveň: tvořena Root Hubem – 2. - 6. úroveň: tvořena zařízeními nebo huby – 7. úroveň: tvořena pouze zařízeními • Jednotlivá připojená USB zařízení mohou být napájena přímo ze sběrnice (+ 5V) USB (5) • Je rovněž možné, aby zařízení mělo svůj vlastní napájecí zdroj • Připojování zařízení se provádí pomocí stan-dardního 4 vodičového kabelu (se dvěma rů-znými konektory): – upstream konektor („A“): pro připojení směrem k hostu (hubu) – downstream konerktor („B“): pro připojení k zařízení FireWire / IEEE 1394 (1) • Standard definující vysokorychlostní sério-vou sběrnici (podobně jako USB) • Sběrnice FireWire byla původně vyvinuta firmami Apple Macintosh a Texas Instruments • Firmou Sony je tento standard rovněž ozna-čován jako i-Link • Z původního návrhu pak vychází dnes po-užívaný standard označovaný jako IEEE 1394 FireWire / IEEE 1394 (2) • Podporuje: – technologii Plug & Play – automatická konfigurace připojených zařízení – hot-swap – možnost připojovat (odpojovat) zaříze- ní za chodu počítače • Komunikace prostřednictvím IEEE 1394 pro-bíhá pomocí packetů, a to ve dvou režimech: – asynchronní: • pro aplikace, které nemusí pracovat v reálném čase • např. připojení tiskáren, scannerů • v tomto režimu je zaručeno korektní doručení packetu FireWire / IEEE 1394 (3) • příjemce zasílá odesilateli informaci o správném přijetí packetu • v případě poškození (ztráty) packetu dochází k jeho opětovnému zaslání – isochronní: • pro aplikace vyžadující práci v reálném čase • např. přehrávání video sekvencí, přehrávání zvukových záznamů • v tomto režimu nejsou přijaté packety potvrzovány a tudíž nedochází ani opravnému zasílání poškozených (ztracených packetů) FireWire / IEEE 1394 (4) • Pomocí IEEE 1394 lze obecně propojit i více „vzdálenějších“ pracovišť (segmentů) FireWire / IEEE 1394 (5) • IEEE 1394 slouží k připojování zejména digi-tálních videokamer, televizozrů HDTV, scannerů a hudebních nástrojů Externí paměťová média • Média sloužící pro dlouhodobější uchování dat • Externí paměťová média lze rozdělit na: – pásky s magnetickým záznamem – disky s: • magnetickým záznamem • optickým záznamem (optické disky) – paměťová média Flash Memory Parametry externích pam. médií (1) • Kapacita: – maximální množství dat, které je možné na dané médium zaznamenat – např.: řádově 1 MB – 100 GB • Přenosová rychlost: – množství dat, které je možné z média přenést do počítače za jednotku času – např.: 10 MB/min – 10 MB/s Parametry externích pam. médií (2) • Připojení k počítači: – rozhraní (řadič), pomocí kterého je možné čtecí (zapisovací) mechaniku pro dané médium připojit k počítači – např.: ATAPI/EIDE, SCSI, USB, řadič pružných disků, paralelní port, FireWire (IEEE 1394) • Princip záznamu: – způsob, kterým se jednotlivé bity na médium za-znamenávají: • magnetický záznam • optický záznam • záznam ukládaný do paměti Flash Média Flash Memory (1) • Paměťová média tvořená čipy Flash • Tato média bývají často využívána různými „nepočítačovými“ zařízeními (např. digitální fotoaparáty) • Jejich zpřístupnění na počítači se provádí po-mocí speciálního čtecího zařízení • V současné době existují následující typy: – CompactFlash – SmartMedia – Multi Media Card Média Flash Memory (2) – SD Card – xD Picture Card – Memory Stick Média Flash Memory (3) Média Flash Memory (4) • Jako paměťová média založená na technologii Flash pamětí se využívají i tzv. Flash disky – kapacita bývá 256 MB, 512 MB, 1 GB, 2 GB, 4 GB – připojení se provádí nejčastěji prostřednictvím sběrnice USB Optické disky • Čtení z optického disku je prováděno lasero-vým paprskem, který dopadá na médium a odráží se od něj. Následně jsou snímány jeho vlastnosti (např. intenzita, stáčení roviny polarizováného světla) CD-ROM (1) • Médium CD-ROM je vyráběno lisováním z předem vyrobené matrice • Data jsou uložena ve spirále, která je čtena od středu média k jeho okraji, a to jako posloup-nost tzv. pitů a landů: CD-ROM (2) • Laserový paprsek je ostřen na land TH od landu se odráží s vyšší intenzitou než od pitu, kam dopadá mírně rozostřen • Čtení dat tedy probíhá v závislosti na inten-zitě odraženého paprsku od média • Jednotlivé pity a landy jsou interpretovány takto: – 1 – změna z pitu na land nebo z landu na pit – 0 – setrvalý stav (pit nebo land) CD-ROM (3) • Celková kapacita CD-ROM disku je 650 MB • Celková délka spirály je asi 6 km • Podle způsobu čtení datové spirály lze CD-ROM mechaniky rozdělit do dvou skupin: – CLV (Constant Linear Velocity): • data jsou čtena konstantní lineární rychlostí • nutné přizpůsobovat rychlost otáček čteného média • vyšší přístupová doba – CAV (Constant Angular Velocity): • data jsou čtena konstantní úhlovou rychlostí • rychlost otáček média je konstantní CD-R (1) • Dovoluje provést záznam pomocí CD-R me-chaniky, který je možné přečíst v mechanice pro disky CD-ROM: CD-R (2) • Záznamová vrstva je tvořena organickým barvivem: – cyanine: zelená – phtalocyanine: zlatá – azo: modrá • Nové médium CD-R obsahuje (z výroby vyli-sovanou stopu – pregroove), do které se pro-vede vlastní záznam • Záznam je prováděn laserovým paprskem vyš-ší intenzity CD-R (3) • Tento paprsek spálí organické barvivo, které pak již nepropouští světlo a nemůže tedy dojít k jeho odrazu od odrazivé vrstvy • Tímto se vytvoří ekvivalenty jednotlivých pitů a landů, což dovoluje, aby zaznamenané CD-R médium bylo čteno v běžné CD-ROM mecha-nice CD-RW (1) • CD-RW disky dovolují na rozdíl od CD-R disků, aby pořízený záznam (v CD-RW me-chanice) byl přemazán a proveden znovu: CD-RW (2) • Záznam se provádí na principu změny fáze záznamové vrstvy: – krystalická: odráží více světla – amorfní: odráží méně světla • Stopa zaznamenaného média je pak tvořena částmi s amorfní fází a částmi s krystalickou fází, které opět vytvářejí ekvivalenty pitů a landů DVD (1) • Záznam na DVD (Digital Versatile Disk) dis-ku je proveden na obdobném principu jako u CD-ROM disku s tím rozdílem, že informace: – jsou zaznamenány s vyšší hustotou – mohou být zaznamenány na obou stranách a ve dvou vrstvách DVD (2) • DVD disky se vyrábí ve 4 formátech: – SS/SL (Single Sided, Single Layer): 4,7 GB – SS/DL (Single Sided, Double Layer): 8,5 GB – DS/SL (Double Sided, Single Layer): 9,4 GB – DS/DL (Double Sided, Double Layer): 17,0 GB DVD-R (1) • Záznamová vrstva je tvořena organickým bar-vivem a zápis lze provést pouze jedenkrát • Princip zápisu je podobný jako u média CD-R (při zápisu dochází ke spálení organického barviva) • Při zápisu se používá metoda wobbled land and groove • Média jsou vybavena z výroby vylisovanou stopou (groove) ve tvaru sinusoidy • Tento tvar stop dovoluje velmi přesné navádě-ní optické soustavy při zápisu dat DVD-R (2) • Záznam je prováděn pouze do oblasti groove (z pohledu laseru se jedná o výstupek) DVD-RAM (1) • Dnešní média DVD-RAM jsou vyráběna s ka-pacitou: – 4,7 GB – SS/SL (DVD-5) – 9,4 GB – DS/SL (DVD-10) • Média DVD-RAM dovolují až 100000 přepi-sů • V současné době je tento formát podporován jen poměrně malým množstvím mechanik • Při zápisu se používá metoda wobbled land and groove DVD-RAM (2) • Data jsou ukládána do stop i do oblastí mezi nimi (lands) • Data jsou zapisována do sektorů a každému sektoru je předřazena hlavička (header), která nese informaci o jeho fyzické adrese • Formát DVD-RAM umožňuje pracovat (z po-hledu uživatele) s tímto médiem podobně jako např. s pružným nebo pevným diskem • Zápis na DVD-RAM médium pracuje na prin-cipu změny fáze záznamové vrstvy (krystalic-ká « amorfní) DVD-RAM (3) DVD-RW (1) • Technologie DVD-RW byla vyvinuta jako přepisovatelná varianta k technologii DVD-R (počet přepisů je asi 1000) • Záznam je prováděn na principu změny fáze záznamové vrstvy (krystalická « amorfní) • Kapacita média je 4,7 GB • DVD-RW využívá podobně jako DVD-R a DVD-RAM metodu wobbled land and groove DVD-RW (2) • Data jsou zapisována pouze do oblasti groove • K adresaci jednotlivých sektorů a k identifika-ci dat slouží tzv. land prepit areas, které se nacházejí v oblasti land DVD+R a DVD+RW (1) • Média DVD+R i média DVD+RW mají kapa-citu 4,7 GB • Pracují na principu: – DVD+R: záznamu do vrstvy tvořené organickým barvivem – DVD+RW: změny fáze záznamové vrstvy a dovo-lují cca 1000 přepisů • Umožňují zpravidla zápis vyšší rychlostí než média DVD-RW DVD+R a DVD+RW (2) • Pro fyzický zápis se používá metoda high fre-quency wobbled groove, tj. vylisovaná stopa ve tvaru sinusoidy s vyšší frekvencí (oproti DVD-R a DVD-RW) • Data jsou ukládána výhradně do oblasti groove DVD-R DL a DVD+R DL (1) • Média DVD-R DL a DVD+R DL používají dvě záznamové vrstvy tvořené organickým barvivem • Nad spodní vrstvou se nachází semiodrazivá vrstva umožňující průchod světla k horní záznamové vrstvě • Horní záznamová vrstva má větší citlivost, což umožňuje provést do ní záznam, aniž by došlo k poškození spodní záznamové vrstvy • Kapacita těchto médií je 8,5 GB DVD+R DL a DVD-R DL (2) • Poznámka: – stopa (groove) má podobně jako i u předešlých zapisovatelných médií tvar sinusoidy Tiskárny (1) • Tiskárny jsou výstupní zařízení sloužící pro výstup údajů z počítače v tištěné podobě • Prostřednictvím tiskárny je možné data ucho-vaná doposud v elektronické formě vytisknout (nejčastěji na papír) • Základní parametry: – typ tiskárny (tisku): jehličková, tepelná, inkousto-vá, laserová, s pevným inkoustem, sublimační – rychlost tisku: počet znaků (stránek) vytištěných za jednotku času (100 zn/s – 10 stránek/min) Tiskárny (2) – rozlišení (kvalita tisku): počet bodů, které je tis-kárna schopna vytisknout na jeden palec (udáváno v bodech na palec – dpi – Dots Per Inch) – barevnost: schopnost tisknout pouze černobíle ne-bo i barevně – pořizovací náklady: cena tiskárny – cena za vytištěnou stránku: je dána • cenou listu požadovaného papíru • cenou a životností tiskové náplně (barvící páska, cartridge s inkoustem, kazeta s tonerem atd.) Tiskárny (3) • Barevný tisk pracuje se subtraktivním mode-lem mísení barev • Tento model (CMY – Cyan, Magenta, Yellow) používá tři základní barvy Tiskárny (4) • Protože, smísení výše uvedených třech základ-ních barev neposkytuje čistě černou barvu, je tento model velmi často doplněn na model CMYK (Cyan, Magenta, Yellow, Black), kte-rý využívá samostatné černé barvy • Tiskárnu je možné k počítači připojit prostřed-nictvím: – sériového portu: pro starší tiskárny – paralelního portu – USB sběrnice Inkoustové tiskárny (1) • U inkoustových tiskáren je tisk prováděn po-mocí inkoustu, který je prostřednictvím mi-niaturních trysek po kapkách vystřikován na papír • Inkoust je umístěn v malé nádržce (cartridge), která se pohybuje společně s tiskovou hlavou • Inkoustové tiskárny lze podle technologie tis-ku rozdělit do následujících skupin: – DOD (Drop On Demand): tiskárny u nichž je kap- Inkoustové tiskárny (2) ka z trysky vystřikována pouze v okamžiku, kdy má dojít k jejímu nanesení na papír, tj. když má dojít k vytištění barevného bodu. Tyto tiskárny se dále dělí do dvou skupin: • thermal technolgy: vyráběny firmami Hewlett-Packard a Canon • piezo-electric technology: vyráběny firmou Epson – continuous flow: tiskárny, u nichž je inkoust z trysky vystřikován nepřetržitě. Technologie používaná zejména u velkých tiskáren (nahrazují-cích „klasické“ plottery) Inkoustové tiskárny (3) • DOD – thermal technology: tiskárny tohoto typu používají k vystříknutí kapky inkoustu tzv. topný rezistor (heating resistor) Inkoustové tiskárny (4) • Tisk je prováděn ve čtyřech fázích: – topný rezistor způsobí zahřátí inkoustu v dutině trysky – v dutině trysky (vlivem tepla) vzniká bublina, která vytlačuje inkoust ven z dutiny – vystříknutí inkoustu na papír spojené se zánikem bubliny – zánikem bubliny vzniká v dutině trysky podtlak, který způsobí její opětovné naplnění inkoustem Inkoustové tiskárny (5) • DOD – piezo-electric technology: tiskárny, které k vystříknutí kapky inkoustu na papír používají piezo-krystal Inkoustové tiskárny (6) • V okamžiku, kdy má dojít k vystříknutí kapky inkoustu na papír, je do piezo-krystalu zave-den elektrický proud, který způsobí jeho prohnutí • Toto prohnutí piezo-krystalu má za následek vystříknutí kapky inkoustu z dutiny trysky • Prohnutí piezo-krystalu, lze poměrně dobře ovládat, což dovoluje s dosti velkou přesností regulovat velikost kapky Inkoustové tiskárny (7) • Inkoustové tiskárny: Laserové tiskárny (1) Laserové tiskárny (2) • Veškerá data potřebná k vytištění jedné strán-ky jsou nejprve umístěna do paměti tiskárny • Tato (znaková) počítačem zasílaná data, jsou převáděna řadičem tiskárny na videodata • Videodata jsou posílána na vstup polovodičo-vému laseru, který v závislosti na nich vysílá přerušovaný laserový paprsek • Laserový paprsek je vychylován (odrážen) soustavou rotujících zrcadel, tak aby dopadal na rotující válec Laserové tiskárny (3) • Povrch tohoto válce je zhotoven z materiálu schopného uchovávat elektrostatický náboj • V místech, kam laserový paprsek na válec do-padne, dojde k jeho nabití statickou elektřinou na potenciál řádově 1000 V • Rotující válec dále prochází kolem kazety s barvícím práškem (tonerem), který je vlivem statické elektřiny přitažen k nabitým místům na povrchu válce Laserové tiskárny (4) • Papír, který vstoupí do tiskárny ze vstupního podavače, je nejdříve nabit statickou elektři-nou na potenciál vyšší než jsou nabitá místa na válci (cca 2000 V) • V okamžiku, kdy tento papír prochází kolem válce, dojde k přitažení toneru z nabitých míst válce na papír • Toner je do papíru dále zažehlen a celý papír je na závěr zbaven elektrostatického náboje a umístěn na výstupní zásobník Laserové tiskárny (5) • Rotující válec po otištění na papír prochází dále kolem čističe, který provede odstranění přebytečného toneru a kolem sběrače elektro-statického náboje • Barevný tisk je možné docílit použitím různo-barevných tonerů