2.Základní popisy regulovaných soustav

Automatizace a technické prostředky IT

1.Lineární regulace Jednoduchý regulační obvod ●

●

●

y - regulovaná veličina (regulovaná proměnná): je výstupní veličinou soustavy, její okamžitou hodnotu v měřícím místě zjišťuje čidlo regulátoru v - akční veličina (akční proměnná): je výstupní veličninou regulátoru, jejím působením na regulovanou soustavu se uskutečňuje regulace

Poruchové veličiny

z1(t)

z2(t)

Regulovaná veličina y(t)

Regulovaná soustava (Řízený systém) v(t) akční veličina e(t)

Regulátor (Řídící systém)

w - řídící veličina (referenční proměnná): její hodnota určuje požadovanou hodnotu veličiny regulované

Řídící veličina w(t)

Regulační odchylka

●

z - poruchová veličina: působí změnu výstupu – regulované veličiny, působí na všechny členy regulačního obvodu, nejčastěji na RS

●

e – regulační odchylka: rozdíl mezi požadovanou a okamžitou (skutečnou) hodnotou regulované veličiny (e=w-y), vzniká v porovnávacím členu, je vstupní veličinou do ústředního členu regulátoru

Spojitá regulace – dochází k plynulému nastavování akční veličiny, např. regulace množství vstřikovaného paliva u motoru Dvoupolohová regulace – akční z (t) z (t) veličina dosahuje pouze dvou různých Poruchové veličiny hodnot, zpravidla zapnuto/vypnuto, např. regulace teploty v peci zapínáním Regulovaná veličina y(t) w a vypínáním přívodu tepla. Regulovaná soustava 1

2

2

Pomocná regulovaná veličina: je veličina, kterávznikne odbočením regulované veličiny v místěsoustavy, kde zpoždění neníještě tak velké. Zlepšuje stabilitu obvodu. Měřená porucha: poruchová veličina se zavádí do regulátoru dříve, než by se mohla projevit na výstupu regulované soustavy

(Řízený systém) v(t) akční veličina

Regulátor (Řídící systém)

Řídící veličina

e(t)

w(t) w2

2.Základní popisy regulovaných soustav Vyjádření diferenciální rovnicí Lineární regulovaná soustava je obecně popsána rovnicí an y

(n)

+ an − 1 y

( n − 1)

+ K + a1 y ˘ + a0 y = bm u

(m)

+ bm − 1u

( m − 1)

+ K + b1u ˘ + b0 u

U regulovaných soustav je důležitým koeficientem tzv. součinitel autoregulace s0, který určuje, zda

jde o regulovanou soustavu statickou nebo astatickoua to: při s0≠0-jednáse o statickou soustavu s0= 0 -jednáse o astatickousoustavu Soustavy statické diferenciální rovnice obsahuje člen a0 (součinitel autoregulace), 0., 1. ... řádu. Při vychýlení z rovnovážného stavu se výstup ustálí na nové rovnovážné hodnotě. Soustava 0. řádu – vždy statická y (t ) = k ⋅ u (t ) , kde k ke zesílení soustavy Příklad: potrubí s ventilem – průtok závisí na otáčení ventilu změna průtoku okamžitá, bez zpoždění, setrvačnosti přechodová charakteristika:

u 1 t y k

GS =

k T⋅ p+ 1

, kde G s  p=

1

Y  p 1 = =K s k ke zesílení soustavy U  p  s0

t

a T je časová konstanta, Dynamické chování statické soustavy 1. řádu T⋅y ´ t  y t =k⋅u t y 0=0 u t =1 t  Přechodová fce: G p=

t

u

Soustava 1. řádu



−t T

y t=k 1−e

y k



t

Ks Y  p = U  p T n p1 u

Soustava 2. řádu Mají dvě kapacity zařazené za sebou a s 2 y ´ ´ s1 y ´ s 0 y=u dvě časové konstanty, a to dobu náběhu Tna dobu průtahu Tu Rychlost změny regulované veličiny ks je největšív inflexním bodě. Na G s  p= 1T 1 pT 2 2 p2 začátku odezvy a při dosažení rovnovážného stavu je rychlost změny nulová.

1

t

y

y= ks*u

Tu

Tn

Regulované soustavy několikakapacitní n-téhořádu T Přechodovécharakteristiky těchto soustav majíobdobný tvar jako přechodovácharakteristika soustavy dvoukapacitní. Majíi stejnécharakteristickéveličiny -KS, Tu, Tn. Tyto soustavy, obdobnějako soustavy dvoukapacitní, mohou obsahovat i členy druhého řádu (setrvačnéhmotnosti, indukčnosti) regulovatelnost statických soustavlzepřibližněposoudit z poměru y Astatická 1. řádu doby průtahu k doběnáběhu

t

p

Soustavy astatické – v diferenciální rovnici chybí člen a0 (součinitel autoregulace), 0., 1. ... řádu. Při vychýlení z rovnovážného stavu se výstup neustálí na nové rovnovážné hodnotě, výstup se ustaví až na mezní hodnotě, astatická soustava je vždy nestabilní a k dosažení stability je vždy zapotřebí regulátoru

t y

Astatická 2. řádu

t

U soustavy s dopravním zpožděním nelze zanedbat omezenou rychlost šíření signálu. Po změně vstupu nedochází k okamžité změně výstupu, ke změně výstupu dochází až po jisté časové prodlevě. Tento jev se vyskytuje zejména u soustav, které realizují dopravu určitou rychlostí po určité dráze. Např. pásový dopravník paliva do pece (zvýšení přísunu paliva na pás se neprojeví okamžitým zvyšováním teploty v peci, jistou dobu trvá než se od dávkovače dostane do pece zvýšené množství). Dopravní zpoždění zhoršuje stabilitu soustavy, jejíž regulovaná hodnota se obtížně ustavuje na ustálené hodnotě.

3.Lineární regulace Druhy regulace ● Regulace na konstantní hodnotu: žádaná hodnota regulované veličiny je udržována na konstantní hodnotě ● Vlečná regulace: regulovaná veličina se mění v závislosti na jiné fyzikální veličině. Řídící veličina w neníkonstantní. ● Programovaná regulace: je zvláštním případem vlečné regulace, řídicí veličina je dána předem časovým plánem neboli programem. Nastavování konstant r −1 1 spojitých regulátorů 1 T D p  r 0 r 1 p T p U  p p 1 r0...proporciální konstanta G R  p= = =r E  p 1T 1 pT 2 2 p2... 0 1T 1 pT 22 p2 ... r-1... integrační konstanta r1...derivační konst. T I=

r0 r−1

T D=

… integr. Časová konst

r1 r0

...derivační čas. Konst.

Pokud čas. Konst. Zpožďujících členů = 0, dostaneme ideální PID regulátor: 1 U  p 1 de t  G R  p= =r 0 1 T D p u t=r 0 y tr−1∫ e  d r 1 E  p T1 p dt 0 První člen je proporciální, druhý integrační, třetí derivační. V praxi se používají PID, PD a PI, mohou být ideální (bez zpoždění), nebo skutečné (s). Přesnost regulace zjišťování v ustáleném stavu – relativní odchylka od žádané hodnoty rychlost přechodového děje – dyn. Vlastnosti, dle průběhu přechod. Char. 1...ideální 2...kmitavá 3...kmitavý bez přeregulování 4...nekmitavý (aperiodický) 5...bez regulace

w(t)

y(t)

1

1

w

2

3

t odezva na skok řídící veličiny w

požadovaná

1 4

5

t

y(t) 1

w

požadovaná

∆ ymax

ymax

U kmitavého děje jsou měřítkem kvality: maximální hodnota nežádoucího překmitu v procentech k limitní hodnotě doba regulace tR Integrální kritéria: rozdíl ploch pod ideální a skutečnou charakteristikou

t

obrázek napravo, zapojení regulátorů s pomocí integračních zesilovačů: ● a)Regulátor tyu P (proporciální) ● b)Regulátor typu I (integační) ● c)Regulátor typu D (derivační) konstanty jsou: místo R1 – C1 a C2 - R 2

Regulátor PID

4.Stabilita regulace Obecná podmínka stability regulačního obvodu Regulační obvod je stabilní, jestliže po svém vychýlení z rovnovážného stavu a odstranění vzruchu, který vychýlení způsobil, je schopen se ustálit v rovnovážném stavu. Nový rovnovážný stav nemusí být s původním rovnovážným stavem totožný. Regulační obvod je stabilní, jestliže všechny kořeny s1 , s2 , …..sn charakteristické rovnice jsou záporná čísla a v případě komplexních kořenů mají tyto kořeny zápornou reálnou část. Zároveň musí platit, že všechny koeficienty charakteristické rovnice musí být stejného znaménka. Co je to charakteristická rovnice a jak se získá? a n s n...a1 sa 0=0

G0 s=GR s ⋅GS s =

M s  N s 

Praktický postup při sestavení charakteristické rovnice: Přenos rozpojeného regulačního obvodu, který je součinem přenosu soustavy a přenosu regulátoru, vyjádříme ve tvaru podílu polynomů M(s), N(s), následně sečteme čitatel a jmenovatel a získáme char. Rovnici. M(s) + N(s) = 0

Michajlov-Leonhardovo kritérium stability Je to frekvenční kritérium, které vychází z charakteristické rovnice obvodu. Z levé strany této rovnice utvoříme funkci n

H s=a n s ...a 1 sa 0 za s dosadíme jω n

H  j =a n⋅ j  ...a1 j a 0 Rozdělíme na reálnou a imaginární část a sestrojíme křivku ( Michajlov-Leonhardovu) pomocí dosazení několika libovolných bodů za ω do rovnice, dostaneme reálný a imaginární kořen.

Aby byl regulační obvod stabilní, musí Michajlov-Leonhardova křivka H(jω) začínat na kladné reálné poloose komplexní roviny a se vzrůstajícím ω od 0 do ∞ musí projít postupně (tj. v pořadí) v kladném smyslu (proti pohybu hodinových ručiček) tolika kvadranty, kolikátého stupně je charakteristická rovnice.

5.Kvalita a přesnost regulace Stabilita regulace Regulační pochod je stabilní, jestliže všechny reálné kořeny a reálné části komplexních kořenů charakteristické rovnice jsou záporné •Stabilita regulačního pochodu závisí jen na výrazu ve jmenovateli přenosu •Algebraická kriteria stability vychází z koeficientů charakteristické rovnice •Nutnou podmínkou stability regulačního pochodu je, aby všechny koeficienty charakteristické rovnice byly kladné a nenulové. Pro 1. a 2. řád je tato podmínka i podmínkou postačující. Pro posouzení kvality regulace se používají různá kritéria optimálního regulačního pochoduUkázka průběhu regulačního pochodu při skokové změně žádané hodnoty.

Metoda podle Zieglera a Nicholse •na regulátoru vyřadíme složky I a D •zvyšujeme zesílení r0 tak dlouho, až obvod začne kmitat netlumenými kmity -zjistíme r0 krit. •ze záznamu průběhu regulované veličiny zjistíme periodu netlumených kmitů Tkrit •nastavení konstant určíme podle tabulky:

•vhodné pro statické soustavy vyššího řádu •z přechodové charakteristiky určíme zesílení k, dobu průtahu Tu, dobu náběhu Tn •nastavení konstant určíme podle tabulky:

6.Logické kombinační řízení Logické řízení je cílená činnost, při níž se logickým obvodem zpracovávají informace o řízeném procesu a podle nich ovládají příslušná zařízení tak, aby se dosáhlo předepsaného cíle. Logické řízení pracuje s binární soustavou, což znamená, že nabývá pouze dvou hodnot (0,1; nebo vypnuto, zapnuto; ANO, NE atd.) Výst. i vst. mohou mít pouze dva stavy, je to nejjednosušší způsob řízení. Logický obvod je fyzikální systém, který lze charakterizovat logickými prvky propoje-nými mezi sebou logickými (dvouhodnotovými) veličinami. Postup návrhu a řešení od forem zápisu logické funkce přes minimalizaci k realizaci. Při návrhu se postupuje stylem označení vstupů a výstupů, následně vypsání do tabulka všechny možné kombinace vstupů a k nim přiřazení příslušných výstupů (jak se obvod bude chovat) Pro každý výstup se pak vypíše z tabulky funkce trzn kombinace vstupů pro řádky tabulky kde je výstup 1, následně se provádí minimalizace De morganovými zákony pro zjištění minimální funkce, nebo se z tabulky vyplní Karnhafova mapa, z které se vypíše minimální funkce rovnou. Následně se sestavuje obvod podle funkce s hradly které jsou k dispozici (AND, OR, NAND...) Realizace funkce kontaktními prvky a základními logickými obvody řešení obvodu kontakty se provádí tak, že proměnné v přímé formě nahradíme spínacími kontakty a negované rozpínacími, součin sériovou kombinací kontaktů a součet paralelní kombinací. obvodu je třeba zařadit spotřebič. Realizace funkce: Y =A B AC pomocí kontaktů

a

a

b c

Do

Realizace tentýž funkce pomocí hradel AND, NAND, NOR

b a

1 1

&

1 &

c

7.Logické sekvenční řízení Sekvenční řízení je charakterizováno schopností pamatovat si předchozí stav, na rozdíl od kombinačního řízení, kde hodnoty výstupů závisí na kombinaci vstupů, u sekvenčního řízení stavy výstupů závisí i na přecdchozím stavu výstupů. Při řešení sekvenčních úloh s pamětí se musí vzít předchozí stav výstupů jako další vstup. Sekvenční řízení se používá tam, kde je třeba ponechat předchozí stav. Synchronní sekvenční obvody: Každá změna stavu je řízena synchronizačními impulsy, k tomu slouží v obvodu synchronizační vstup, u asynchronních probíhá změna stavu pouze v závislosti na kombinaci vstupů, a předchozích stavech. Řešení LSO zpětnovazebním zapojením nebo použitím klopných obvodů RS. U sekvenčních úloh odpovídá stejné kombinaci vsupů jiný výstup(y) proto nelze úlohy řešit

kombinačně. Je třeba zavést proměnou předchozího stavu výstupua kombinaci vstupů psát v pořadí ve kterém bude prováděna sekvence programu. Při vypisování tabulky opíšeme předchozí stav výstupu do nové proměnné, která reprezentuje nyní další vstup. Tabulku po zhotovení doplníme o zakázané vstupy. Funkci můžeme minimalizovat mapou, zpětnou vazbu realizujeme tak, že přivedeme z výstupu funkce. Nejlepší je znázornění příkladem: Stav Ls Hs Vp V 1 0 0 0 1 2 0 0 1 1 3 1 0 1 1 4 1 1 1 0 5 1 1 0 0 6 1 0 0 0 7(1) 0 0 0 1 X 0 1 X X Tabulka 1: tabulka doplněná o předchozí stav Vp

Hs Vp

1 1

Hs

1

Ls

1

0 1

Vp

0 0

Ls

X X

&

1

V

8.Programovatelné automaty (PA) Programovatelné automaty jsou programovatelné řídicí systémy umožňující řízení průmyslových a technologických systémů a procesů, u starších typů a u menších systémů specializované na úlohy převážně logického typu. Jsou známé pod označením PLC (Programmable Logic Controller). Menší typy bývají řešeny jako kompaktní celky, větší se zásadně konstruují jako modulární. Programem PLC lze řešit i jinak velmi ob-tížné úlohy, kde jsou vazby mezi regulací různých ve-ličin (např. teploty a vlhkosti), lze jím optimalizo-vat technologický proces a přizpůsobovat jej měnícím se podmínkám. Některé PLC mají zabudovanou i fuzzy logiku, a tím se rozšíří možnosti jejich použití i do dalších odvětví, např. do diagnostiky a zabezpečovací techniky. Cyklická činnost PLC 1. čtení vstupů do paměti 2. vyhodnocování vstupů a podmínek, do paměti výstupů zapisuje nové hodnoty výst. proměnných 3. nastavení výstupních modulů 4. závěrečná fáze scanu: vyřízení komunikace s ostatními zař. , obsluha časové základny, nulování watch dog Důvody použití scanu: - odolnost proti rušení

- znovuspustitelnost od posledního dosaženého stavu před výpadkem - nepřekročení doby cyklu programu - snadná programovatelnost Provedení PA (PLC) • Modulární - velká variabilita konfigurací, rozsáhlé aplikace • Kompaktní – kompaktní celek s fixní konfigurací I/O, možnost vestavěného ovládacího panelu • Mikro PLC – úsporné nejlevnější provedení pro řízení malých aplikací resp. jednotlivých strojů Programování PLC a) textové jazyky (IL, ST) – seznam instrukcí , použití mnemokódů – strukturované jazyky (obdoba vyšších j.) b) grafické jazyky - symboly obdobné liniovým schématům. ( LD, FBD, SFC ) - symboly obdobné logickým členům – jazyk sekvenčních blokových schémat Grafcet grafický návrhový nástroj pro řídicí systémy, popisuje pouze logický automat v matematickém smyslu, nezávisle na technologii a konečné realizaci, vychází z Petriho sítí, které jsou matematickým nástrojem pro modelování systémůdiskrétních událostí. Grafcet je vhodný pro návrh algoritmů řízení PLC (programovatelných logických automatů). 1. Grafcet obsahuje dva základní prvky :krok a přechod. 2. Každý krok se může vyskytovat ve dvou stavech:aktivní nebo neaktivní aktivita kroku je znázorněna značkou (tečka) 3. Ke kroku lze vázat akci, jež je výstupem Grafcetu. 4. K přechodu je vázána podmínka, je vstupem Grafcetu

9.Architektura počítače Základní koncepce počítače. Obecné blokové schéma.Princip činnosti. Procesor je obecně součástka, která vykonává velmi jednoduché operace s datovou pamětí a to velmi rychle. Jedná se nap. o přesun hodnoty z jedné paměťové buňky do jiné nebo sčítání obsahu dvou buněk.To co však dělá procesor procesorem nejsou tyto jednoduché operace (říká se jim instrukce procesoru) sami o sobě ale to, že můžeme naprogramovat které a v jakém poadí se mají vykonávat. Tím můžeme ovlivňovat to, jak se procesor bude chovat navenek. Historie počítačů Timer

CPU

Paměť

I/O

BUS

Počítače se rozdělují do tzv. generací, kde každá generace je charakteristická svou konfigurací, rychlostí počítače a základním stavebním prvkem. Generace počítačů:

Generace Rok Konfigurace Rychlost (operací/s) Součástky 0. 1940 Velký počet skříní Jednotky Relé 1. 1950 Desítky skříní 100 - 1000 Elektronky 2. 1958 do 10 skříní Tisíce Tranzistory 3. 1964 do 5 skříní Desetitisíce Integrované obvody 3.1/2 1972 1 skříň Statisíce Integrované obvody (LSI) 4. 1981 1 skříň desítky milionů Integrované obvody (VLSI) 1. generace: První generace počítačů přichází s objevem elektronky, jejímž vynálezcem byl Lee De Forest a která dovoluje odstranění pomalých a nespolehlivých mechanických relé. Tyto počítače jsou vybudovány prakticky podle von Neumannova schématu a je pro ně charakteristický diskrétní režim práce. Při tomto zpracování je do paměti počítače zaveden vždy jeden program a data, s kterými pracuje. Poté je spuštěn výpočet, v jehož průběhu již není možné s počítačem interaktivně komunikovat. Po skončení výpočtu musí operátor do počítače zavést další program a jeho data. Diskrétní režim práce se v budoucnu ukazuje jako nevhodný, protože velmi plýtvá strojovým časem. Důvodem tohoto jevu je "pomalý" operátor, který zavádí do počítače zpracovávané programy a data. V tomto okamžiku počítač nepracuje a čeká na operátora. V této době neexistují vyšší programovací jazyky, z čehož vyplývá vysoká náročnost při vytváření nových programů. Neexistují ani operační systémy. 2. generace: Druhá generace počítačů nastupuje s tranzistorem, jehož objevitelem byl John Barden a který dovolil díky svým vlastnostem zmenšení rozměrů celého počítače, zvýšení jeho rychlosti a spolehlivosti a snížení energetických nároků počítače. Pro tuto generaci je charakteristický dávkový režim práce. Při dávkovém režimu práce je snaha nahradit pomalého operátora tím, že jednotlivé programy a data, která se budou zpracovávat, jsou umístěna do tzv. dávky a celá tato dávka je dána počítači na zpracování. Počítač po skončení jednoho programu okamžitě z dávky zavádí program další a pokračuje v práci. V této generaci počítačů také začínají vznikat operační systémy a první programovací jazyky, jako jsou COBOL a FORTRAN. 3. generace: Počítače třetí a vyšších generací jsou vybudovány na integrovaných obvodech, které na svých čipech integrují velké množství tranzistorů. U této generace se začíná objevovat paralelní zpracování více programů, které má opět za úkol zvýšit využití strojového času počítače. Je totiž charakteristické, že jeden program při své práci buď intenzivně využívá CPU (provádí složitý výpočet), nebo např. spíše využívá V/V zařízení (zavádí data do operační paměti, popř. provádí tisk výstupních dat). Takové programy pak mohou pracovat na počítači společně, čímž se lépe využije kapacit počítače. S postupným vývojem integrovaných obvodů se neustále zvyšuje stupeň integrace (počet integrovaných členů na čipu integrovaného obvodu). Podle počtu takto integrovaných součástek je možné rozlišit následující stupně integrace: Označení Anglický název Český název Počet logických členů SSI Small Scale Integration Malá integrace 10 MSI Middle Sclae Integration Střední integrace 10 - 100 LSI Large Scale Integration Vysoká integrace 1000 - 10000 VLSI Very Large Scale Integration Velmi vysoká integrace 10000 a více Integrované obvody je možné vyrábět pomocí různých technologií, z nichž každá má svůj základní stavební prvek a díky němu poskytuje specifické vlastnosti: • TTL (Transistor Transistor Logic): rychlá, ale drahá technologie. Jejím základním stavebním prvkem je bipolární tranzistor. Její nevýhodou je velká spotřeba elektrické energie a z toho

•

•

•

•

vyplývající velké zahřívání se takovýchto obvodů. PMOS (Positive Metal Oxid Semiconductor): technologie používající unipolární tranzistor MOS s pozitivním vodivostním kanálem. Díky tomu, že MOS tranzistory jsou řízeny elektrickým polem a nikoliv elektrickým proudem jako u technologie TTL, redukuje nároky na spotřebu elektrické energie. Jedná se však o pomalou a dnes nepoužívanou technologii. NMOS (Negative Metal Oxid Semiconductor): technologie, která využívá jako základní stavební prvek unipolární tranzistor MOS s negativním vodivostním kanálem. Tato technologie se používala zhruba do začátku 80. let. Jedná se o levnější a efektivnější technologii než TTL a rychlejší než PMOS. CMOS (Complementary Metal Oxid Semiconductor): technologie spojující v jednom návrhu prvky tranzistorů PMOS i NMOS. Tyto obvody mají malou spotřebu a tato technologie je používána pro výrobu velké čáti dnešních moderních integrovaných obvodů. BiCMOS (Bipolar Complementary Metal Oxid Semiconductor): nová technologie spojující na jednom čipu prvky bipolární technologie i technologie CMOS. Používána zejména firmou Intel k výrobě mikroprocesorů.

Základní rozdělení podle zobrazení dat: 1. spojité (analogové), zobrazení dat, které mají kvantitativní charakter. Obraz je spojitou funkcí zobrazovaného údaje 2. nespojité (diskrétní, digitální) pro zobrazení dat, které mají kvantitativní charakter, ale i pro zobrazení dat jiného charakteru (text). Rozlišuje se pouze několik stavů, přípustné určité tolerance. Podle toho jak jsou zobrazena data uvnitř počítače: 1. analogové charakteristické spojité zobrazení 2. digitální nespojité zobrazení 3. hybridní použito spojité i nespojité zobrazení Základní koncepce počítačů = instrukce příkazy, kódovány jako čísla 1. počítače s vnějším řízením instrukce jsou postupně načítány ze vstupního zařízení. Vstupní data jsou načítány z jiného vstupního zařízení 2. počítače s vnitřním řízením - Von Neumann, Harvard Von Neumannovy Program se nejprve zavede do paměti, z ní se postupně vybírají instrukce. Do jedné paměti se ukládají i zpracovávaná data. Paměťová buňka může reprezentovat data i instrukci. Určeno kontextem. Počítač harvardského typu Dost podstatná modifikace von Neumanna. Program se ukládá do jiné paměťi než data • Paměť instrukcí • Paměť dat Vysvětlivky Von-Neumanovo schéma • Ř = řadič • AJ = aritmetická jednotka • VST = vstupní zařízení • HP = hlavní paměť • VÝST = výstupní zařízení • P = processor • ZJ = základní jednotka

CISC Výraznou vlastností procesorů CISC (Complex Instruction Set Computer) je existence paměti mikroprogramů, v níž jsou uloženy mikroprogramy jednotlivých instrukcí. Procesor vykonává rozsahem složité instrukce (complex), ty jsou implementovány formou mikroprogramu. Jednotka EU (Execution Unit) řídí provádění mikroinstrukcí čtených z pamětiROM (konkrétní mikroprogram je dánkódem instrukce), na realizaci se podílí ALU, registry procesoru, …… Pokud by měly být tyto funkce realizovány obvodově (hardwired), tzn. z logických prvků, pak by taková struktura byla enormně složitá (nahrazovala by realizaci posloupnosti mikroinstrukcí). Realizace instrukce mikroprogramem je vždy pomalejší než realizace instrukce logickými obvody (platí obecně, že hardwarová realizace funkce je rychlejší než realizace cestou mikroprogramu) – režie s realizací mikroprogramu je vysoká. Dnešní stav: většina dnešních mikroprocesorů je řízena „částečně“ mikroprogramově. Stav v Pentiu: jednoduché instrukce jsou realizovány obvodově, složité instrukce jsou realizovány mikroprogramem. Výhoda řízení procesoru mikroprogramem: přechod na vyšší verzi mikroprocesoru – doplnění o nové instrukce a vytvoření nových mikroprogramů reprezentující činnosti, které mají tyto nové instrukce realizovat (nová instrukce = nový mikroprogram) - extensivní rozvoj.. Mikroprocesory CISC se proto vyvíjely především tak, že se rozšiřovaly množiny instrukcí a vytvářely se jim odpovídající mikroprogramy – extensivní rozvoj. RISC (Reduced Instruction Set Computer) Redukce počtu instrukcí. Zřetězení provádění instrukce. Složité a rozsáhlé instrukce (co do počtu kroků) neexistují, jsou nahrazeny jednoduššími instrukcemi. Omezení komunikace s pamětí. Implementace těchto instrukcí je realizována logickými obvody – např. sekvenčním automatem (výrazně rychlejší alternativa než mikroprogram). Nedestruktivní zpracování operandů. RISC procesory jsou tzv. nedestruktivní, což znamená, že obsahy paměťových míst, v nichž jsou uloženy operandy, se nemění. Von Neumannovo schéma Von Neumannovo schéma bylo navrženo roku 1945 americkým matematikem (narozeným v Maďarsku) Johnem von Neumannem jako model samočinného počítače. Tento model s jistými výjimkami zůstal zachován dodnes. Podle tohoto schématu se počítač skládá z pěti hlavních modulů: • Operační paměť : slouží k uchování zpracovávaného programu, zpracovávaných dat a

•

•

• •

výsledků výpočtu ALU - Arithmetic-logic Unit (aritmetickologická jednotka): jednotka provádějící veškeré aritmetické výpočty a logické operace. Obsahuje sčítačky, násobičky (pro aritmetické výpočty) a komparátory (pro porovnávání) Řadič: řídící jednotka, která řídí činnost všech částí počítače. Toto řízení je prováděno pomocí řídících signálů, které jsou zasílány jednotlivým modulům. Reakce na řídící signály, stavy jednotlivých modulů jsou naopak zasílany zpět řadiči pomocí stavových hlášení Vstupní zařízení: zařízení určená pro vstup programu a dat. Výstupní zařízení: zařízení určená pro výstup výsledků, které program zpracoval

Ve von Neumannově schématu je možné ještě vyznačit dva další moduly vzniklé spojením předcházejících modulů: • Procesor: Řadič + ALU • CPU - Central Processor Unit (centrální procesorová jednotka): Procesor + Operační paměť Princip činnosti počítače podle von Neumannova schématu 1. Do operační paměti se pomocí vstupních zařízení přes ALU umístí program, který bude provádět výpočet. 2. Stejným způsobem se do operační paměti umístí data, která bude program zpracovávat 3. Proběhne vlastní výpočet, jehož jednotlivé kroky provádí ALU. Tato jednotka je v průběhu výpočtu spolu s ostatními moduly řízena řadičem počítače. Mezivýsledky výpočtu jsou ukládány do operační paměti. 4. Po skončení výpočtu jsou výsledky poslány přes ALU na výstupní zařízení. Základní odlišnosti dnešních počítačů od von Neumannova schématu • Podle von Neumannova schématu počítač pracuje vždy nad jedním programem. Toto vede k velmi špatnému využití strojového času. Je tedy obvyklé, že počítač zpracovává paralelně více programů zároveň - tzv. multitasking • Počítač může disponovat i více než jedním procesorem • Počítač podle von Neumannova schématu pracoval pouze v tzv. diskrétním režimu. • Existují vstupní / výstupní zařízení I/O devices, která umožňují jak vstup, tak výstup dat (programu) • Program se do paměti nemusí zavést celý, ale je možné zavést pouze jeho část a ostatní části zavádět až v případě potřeby

10.Architektura procesoru 286 a 386 intel 80286 (oficiálně pojmenovaný iAPX 286) je 16-bitový mikroprocesor postavený na architektuře x86,

který byl uveden Intelem 1. ledna 1982. Původně běžel na 6 a 8 MHz, později byl dodatečně zrychlen až na 12,5 MHz (Intel), 16 MHz (ostatní výrobci), s chladičem až na 25 MHz. Byl často používán v IBM PC a kompatibilních počítačích od poloviny 80. let až do začátku 90. let. Oproti svému předchůdci 8086 přinesl možnost adresovat 16 MB paměti (8086 – 1MB) v tzv. rozšířeném módu. Režimy procesoru 80286 Reálný režim • je nastaven po inicializaci procesoru • je slučitelný s procesorem 8086 Chráněný režim • zapíná se programově z reálného režimu • adresuje 16 MB reálné paměti a 1 GB virtuální paměti • poskytuje prostředky 4úrovňové ochrany • nelze se vrátit z chráněného režimu zpět do reálného Adresace paměti v chráněném režimu 80286 Pojmy • Proces • Segment je definován 1. bází segmentu (adresou začátku segmentu) 2. limitem segmentu (délkou segmentu ve slabikách) 3. přístupovými právy a typem segmentu • Globální adresový prostor • Lokální adresový prostor • Virtuální adresa (selektor : offset) Selektor obsahuje 13 bitů (8192 kombinací) indexu do tabulky popisovačů segmentů lokálního nebo globálního adresového prostoru a další 3 informační bity s tímto významem: RPL (Requested Privilege Level) představuje úroveň oprávnění, kterou proces nabízí při přístupu k tomuto segmentu. TI (Table Indicator) indikuje, ukazuje-li index do tabulky popisovačů segmentů lokálního adresovacího prostoru (TI=1) nebo globálního adresovacího prostoru (TI=0) Kombinace Index=0 a zároveň TI=0 se nazývá neplatný selektor a má speciální význam. Intel 80386 je mikroprocesor vyráběný firmou Intel a využívaný jako CPU mnoha osobních počítačů od roku 1986 ca do r. 1994. Navazuje na procesory architektury x86, ale architektura byla natolik rozšířena, že se počítá jako zakladatel nové architektury i386. Procesor má 32bitovou adresovou sběrnici, maximální velikost operační paměti 232 B = 4 096 MB. Procesor má datovou sběrnici o šířce 32bitů (i386DX) nebo u low-end varianty (i386SX) 16bitovou datovou sběrnici. Procesor nemá interní cache pamět. Procesor má tři módy činnosti - reálný, chráněný a virtuální 8086 (V86). V chráněném režimu mohou programy běžet na jedné privilegované a třech neprivilegovaných úrovních oprávnění. Některé instrukce a registry jsou přístupné pouze v reálném módu nebo na privilegované úrovni chráněného módu. V reálném a V86 módu se procesor chová podobně jako procesor 8086, hlavně z hlediska segmentů adresového prostoru. Procesor má poměrně složitý systém řízení paměti, kde se adresa, použitá v programu, pomocí dvou a více tabulek v paměti - stránkového adresáře a stránkových tabulek - přepočítává na skutečnou. Systém řízení paměti má dvě úrovně: segmentování, stránkování. Segmentování je vyšší úroveň a nelze ho zcela vypnout (minimalní nastavení je jeden kódový a jeden datový segment přes celou paměť). Segmenty mohou mít libovolnou velikost, zatímco stránky mají dvě pevné velikosti - 4KB a 4MB. V reálném režimu je adresace kompatibilní s procesorem 8086, všechny segmenty mají

délku 64kB (16bit) a lze takto adresovat pamět do velikosti 1MB. Registry Systém registrů je převzat z 8086, jsou rozšířeny o další, jsou 32bitové, vyjma segmentových registrů, které mají viditelnou 16bitovou část a neviditelnou (softwarově nepřístupnou) 64bitovou část cacheující v chráněném módu obsah descriptoru. Aplikační registry jsou určeny k přímému použití s výjimkou regitru (esp/sp) vyhrazeného jako ukazatel zásobníku: Všeobecné registry procesoru Intel 386 • Šest 16bitových segmentových reg. (cs,ds,es,ss,fs,gs) • Osm 32bitových aplikačních reg. (eax,ebx,ecx,edx,esi,edi,ebp,esp) • U aplikačních registrů lze adresovat i spodních 16 bitů (ax,bx,cx,dx,si,di,bp,sp) • U registrů pro všeobecné použití lze adresovat i spodních 2 x 8 bitů (al,ah,bl,bh,cl,ch,dl,dh) • Instrukční čítač 32bitový (eip) nebo 16bitový (ip) podle velikosti slova instrukčního segmentu • Řídící registr a množina vlajek (eflags) Registry, se kterými je možné manipulovat pouze v privilegovaném režimu: • Jeden řídící 32bitový registr s množinou vlajek (cr0), spodních 16bitů odpovída registru MSW procesoru Intel 80286. • Dva registry pro správu stránkování (cr2,cr3) • Ladící registry (dr0,dr1,dr2,dr3,dr6,dr7) Důležité vlajky v registru eflags: VM (Virtual 8086 Mode) – je-li tento přepínač nastaven na 1 v chráněném režimu, aktivní proces je v režimu V86 IOPL (IO Priority Level) - toto pole je dvoubitové a udává prioritu potřebnou k provádění vstupů a výstupů. Je-li priorita programu, který provádí v/v operaci nižší (numericky vyšší) než obsah pole IOPL, operace se neprovede a namísto toho se vyvolá výjimka GP (General Protection Fault) CF Carry - přenos do vyššího řádu artimetických operací jednotky ALU OF Overflow - přetečení artimetických operací jednotky ALU ZF Zero - výsledek aritmetické nebo logické operace je nula AF AuxCarry - přenos do vyššího 4bitového nible artimetických operací jednotky ALU s BCD kódem PF Parity - sudá nebo lichá parita výsledku DF Direction - řídí směr zpracování při řetězcovích operacích. Důležité vlajky cr0: PG - zapnutí stránkování PE - zapnutí chráněného módu

11.Architektura procesoru 486 a Pentium Intel 80486 Procesor Intel 486SX / 33 MHz Procesor Intel 80486 je plně 32bitový procesor, zpětně kompatibilní s předchozími typy procesorů

společnosti Intel (viz Intel 80386) Byl to první typ procesoru pro osobní počítače typu AT, který měl dostatečný minimální výkon pro grafické a multimediální aplikace. Architektura procesoru Intel 80486 obsahuje interní paměť cache o velikosti 8 kB, interní matematický koprocesor (jen typy i486DX), taktovací frekvence dle typu 25 MHz – 120 MHz. Šířka vnější sběrnice pro data 32bitů, taktovací frekvence sběrnice 25 MHz nebo 33 MHz. Dokáže adresovat 4 GB fyzické paměti, 64 TB virtuální paměti. Pomalejší verze procesoru má stejnou taktovací frekvenci jako vnější sběrnice (i486DX/SX, 25 MHz – 33 MHz), rychlejší verze obsahují vnitřní násobičku taktovací frekvence 2x nebo 4x (i486DX2, i486DX4, 50 MHz – 120 MHz). Cache Vyrovnávací cache paměť je dvoucestná, rozdělená na čtyři bloky po 2 kB, společná pro data a strojový kód. Cache pamět má dvě části: TAG a DATA. TAG udržuje informaci o platnosti kopie dat v cache paměti a jejich skutečné pozici v operační paměti. Dva hlavní rivalové - Am486 DX2 a Intel 486 DX2

Pipeline Dalším vylepšením 80486 byla pipeline o třech stupních: Locate, Fetch a Execute. 386 musela každý z těchto stupňů provádět postupně, zatímco 80486 mohla zároveň jednu instrukci zpracovávat ve stupni Execute, další ve stupni Fetch a třetí ve stupni Locate. Napájení Napájecí napětí procesoru je 5 V, komunikace procesoru s okolím je s logickými urovněmi signálů odvozenými od napájecího napětí. Rychlejší verze procesoru již vyžadovala alespoň pasivní chlazení. Pentium Superscalarní architectura tzn. Má dvě datové cesty (pipeline), což umožňuje víc než jednu instrukci za hodinový cyklus. První pipe (nazvaný U obstará první instrukci, zatímco druhý (V) provádí jinou, avšak jednodušší instrukci, což je typické pro archutekturu RISC. Pentium bylo jedno z prvních použití RISC. Pentium je mikroprocesor od společnosti Intel, který byl uvedený na trh roku 1993. Je to superskalární procesor, t.j. během jednoho hodinového cyklu dokáže vykonat více operací, čímž se výrazně zvýší výkon mikroprocesoru. Toho dosahuje tím, že má ne jednu, ale dvě pipeline: U a V (některé instrukce ovšem bylo možné provádět jen ve V). Jednalo se o první mikroprocesor s architekturou x86 který tuto RISCovou vlastnost implementoval. Obsahuje také velmi výkonnou jednotku FPU. Ve své době to byl revoluční mikroprocesor, jehož klony vyráběly i konkurenční společnosti, jako AMD (procesor K5), NexGen (Nx586) a Cyrix (Cx5x86). Procesory Pentium byly taktované na frekvencích 60 až 150 MHz, poté je vystřídaly procesory Pentium Pro a Pentium MMX. V procesoru Pentium jsou integrovány všechny vlastnosti procesoru Intel486.

Navíc poskytuje tato významná rozšíření: • superskalární architekturu, • dynamické předvídání skoků, • zřetězenou FPU, • zkrácení doby provádění instrukcí, • oddělené 8KB datové a instrukční vnitřní vyrovnávací paměti, • protokol MESI pro řízení datové vyrovnávací paměti, • 64bitovou datovou sběrnici, • zřetězování cyklů sběrnice, • adresové parity, • vnitřní kontrolu parity, • kontrolu správné funkce znásobením čipů s procesorem, • sledování provádění, • monitorování výkonnosti, • ladění prostřednictvím IEEE 1149.1 Boundary Scan, • režim správy systému a • rozšíření v režimu V86. Instrukční repertoár Pentia je plně kompatibilní s Intel486. Plně kompatibilní je také správa paměti (MMU). Předvídání skoků - Branch Target Buffer - BTB Při výběru instrukce se testuje obsah BTB na shodu s adresou vybírané instrukce. Pokud se adresa v BTB najde, zkoumá se obsah bitů historie.

Pentium Pro je procesor šesté generace x86 architektury vyráběný firmou Intel. Původně měl úplně nahradit stávající procesor Pentium, ale později byl jeho cílový segment zúžen na serverové a jiné high-end použití. Pentium Pro mohl být osazen i do dvou a čtyř procesorových systémů. Zasazoval se do velkých obdélníkových patic Socket 8. Pentium Pro byl plně optimalizovaný pro 32-bitové aplikace, v nich byl o 25-35% rychlejší než Pentium na stejné frekvenci; v 16-bitových aplikacích byl rychlejší průměrně o 20%. Pentium MMX je mikroprocesor založený na architektuře CISC, nástupce mikroprocesoru Intel Pentium Pro. Zavedl novou sadu instrukcí s názvem MMX, která byla určená na zvýšení výkonu v multimediálních aplikacích. Standardně běží na frekvenci 233 MHz.

Párování instrukcí Instrukce mohou být spojeny do páru za splnění následujících podmínek. • Obě instrukce v páru musí být "jednoduché" podle dále uvedené definice. • Mezi instrukcemi v páru nesmí být vztah "čtění až po zápisu" nebo "zápis až po čzení". • Žádná z instrukcí nesmí mít výpočet adresy složen ze dvou částí: z přímé hodnoty a zároveň z přírůstku.

Instrukce s prefixy (vyjma 0F před podmíněným skokem) lze provádět pouze ve frontě "u". Jedno duché instrukce jsou ty, které nevyžadují mikrokód a provedou se během jednoho hodinového cyklu. Vyjímkou jsou instrukce aritmeticko-logické jednotky (ALU) mem,reg a reg,mem, které se provádějí ve dvou nebo třech taktech a jsou považovány za jednoduché. Za jednoduché se považují tyto instrukce určené pro celočíselné zpracování: •

12.Zobrazovací periferie LCD, CRT obrazovka CRT monitory - U katodových (CRT) monitorů je v zadní části umístěna trojice elektronových děl, které vysílají směrem ke stínítku obrazovky tři svazky elektronových paprsků, které jsou usměrňovány pomocí elektromagnetického pole vychylovacích cívek. Elektrony z těchto svazků při dopadu na luminiscenční vrstvu stínítka vyvolávají základní barvy (červenou, zelenou a modrou). Elektrony díky usměrnění dopadají přesně na určené místo, které se na určitou chvíli rozzáří. Kombinací těchto barev o různé intenzitě vznikají všechny zobrazované barvy. Trojice elektronových svazků je magnetickým polem cívek vychylována tak, aby postupně překreslila celou obrazovku (viz obrázek). Aby se dosáhla požadovaná ostrost (přesnost) obrazu, musí elektronový svazek před osvitem bodů obrazovky projít několika mřížkami. Jednak je to Wheneltův válec, který má vzhledem ke katodě záporný potenciál. Elektrony jsou tedy od něj odpuzovány a přes něj projde jen jejich požadované množství. To je ovlivněno napětím na válci (čím vyšší, tím méně elektronů prochází). Elektrony jsou po průchodu Wheneltovým válcem naopak přitahovány mřížkami s kladným potenciálem. Ty umožní paprskům projít až na stínítko obrazovky. Mřížky mají tedy kladný potenciál, který je čím dál (od válce) vyšší. Mezi těmito mřížkami jsou ještě další dvě velice důležité – jedna pro ostrost a druhá pro konvergenci obrazu. Když elektrony proletí touto spletí „mřížek-usměrňovačů“, jsou prakticky na konci cesty. Poté se již jen paprsky setkají na masce obrazovky, odtud se odrazí směrem na své luminofory, které se tak rozzáří a vznikne tak konečně obraz na stínítku. Obrazovka je tedy neustále znovu a znovu rastrována pomocí paprsků takovou rychlostí, že naše oči většinou nejsou schopny rozeznat nějakou neplynulost. Protože rozsvícený bod obrazovky rychle pohasíná, je u katodových monitorů velmi důležitá snímková frekvence (kolikrát je za jednu sekundu obrázek na obrazovce překreslen). Měla by být nastavena na hodnotu alespoň 72 Hz, jinak monitor viditelně bliká (nejlépe 85 až 100 Hz). Vysvětlete funkci LCD a CRT monitoru. LCD – monitory Tekuté krystaly jsou materiály, které pod vlivem elektrického napětí mění svoji molekulární strukturu a díky tomu určují množství procházejícího světla. Každý obrazový bod je ohraničen dvěma polarizačními filtry, barevným filtrem (pro červenou, zelenou a modrou) a dvěma vyrovnávacími vrstvami. Tranzistor náležící k obrazovému bodu kontroluje napětí, které prochází vyrovnávacími vrstvami a elektrické pole pak způsobí změnu struktury tekutého krystalu a ovlivní natočení jeho částic. LCD displeje s aktivní TFT maticí Každý obrazový bod matice je aktivně ovládán jedním tranzistorem. Aby vznikl obraz potřebujeme světlo a barvu. Světlo je zajišťováno podsvětlujícími katodami, které jsou u těchto displejů velice jasné. Primárně jde o světlo bílé a je na LCD technologii, aby vyprodukovala výslednou barvu, kterou můžeme složit ze tří barevných složek - červené, zelené a modré. Pro každou tuto barevnou složku každého pixelu existuje jeden tranzistor ovládající tekuté krystaly. Základ obrazu zde

není tvořen zářením z katodových trubic jako u CRT. „Zářičem“ je zde fluorescentní svítící trubice po straně displaye (může jich být 1-4). Z nich se světlo rozvede pomocí světlovodivého panelu rovnoměrně přes celou obrazovku. Fotony postupují přes polarizační filtr, vrstvu s tekutými krystaly a další polarizační filtr. Vrstvy polarizačního filtru jsou orientovány stejně jako jsou natočeny drážkované destičky u vrstvy LCD. Světlo při průchodu přes polarizační filtr změní svůj charakter. Přes první filtr totiž projdou jen rovnoběžné vlny. Struktura tekutých krystalů dále světlo natočí tak, že projde i přes druhý polarizační filtr, který je vůči prvnímu otočen o 90°. Normálně by světlo při průchodu dvou polarizačních vrstev vzájemně pootočených o 90° neprocházelo, ale vše funguje právě díky vrstvě z tekutých krystalů. Výhody CRT (Catod ray tube): Výhody LCD: • nejvyšší rozlišení ● životnost • nejvyšší kontrast ● rozměry, hmotnost • maximální spolehlivost ● zdravotní neškodlivost • určeny pro speciální aplikace ● menší odrazovost • lepší přizpůsobivost změně rozlišení ● menší spotřeba energie • cena ● odolnost proti rušení

Společné parametry určující kvalitu: životnost, množství vstupů, spotřeba energie Parametry CRT: obnovovací frekvence, frekvence řádkového rozkladu, šířka pásma. Tj. celkový počet bodů, které je monitor schopen za sekundu vykreslit, velikost (rozteč) luminiscenčních bodů, míra vyzařování škodlivého magnetického záření. Parametry LCD: doba odezvy, Jas, kontrast, pozorovací úhel (kromě doby odezvy společné i pro CRT, ale pro LCD stěžejní)

13.Pevné disky HDD - Hard Disc Drive. Nejběžnější zařízení pro uchovávání dat. Data jsou ukládána na magnetický povrch disku. Ten má až několik ploten(povrchů). Informace jsou usporádány soustředných kruhových stop. Stopám se stejným číslem na několika površích se říká Cylindry (válec). Disky jsou připojeny k řadiči 40 žilovým, nebo 80 žilovým plochým kabelem. Na trhu se vyskytují disky pro rozhraní IDE, SATA a pro SCSI.

Diskové rozhraní - standard komunikace mezi diskem a řadičem pevných disků. Nejznámější diskové rozhraní je IDE(Integrated Device Electronics)(Respektive EIDE Enhanced IDE) pracující se standardem ATA(Advanced Technology Attachment) a z něj vycházející Ultra ATA/33, Ultra ATA/66, Ultra ATA/100, Ultra ATA/133. Zcela specifické rozhraní je SCSI. Specifické je i rozhraní ATAPI(ATA Packet Interface) které umožňuje rozhraní IDE komunikovat i se zařízeními jako CDROM apod..Nejedná se o samostatné rozhraní, ale jak z názvu vyplývá, jedná se o rozšířené rozhraní ATA. PIO (Processor Input/Output) - komunikační protokoly určující rychlost komunikace. Rozlišujeme módy PIO, kdy je přenos řízený procesorem, a DMA (Direct Memory Access), který přistupuje přímo do paměti. Rozhraní Serial ATA, rozhraní neposílá data paralelně plochým 80tižilovým kabelem jak jsme byli doposud zvyklí ale přes tenký kabel čož smozřejmě zlepší i cirkulaci vzduchu ve skříni.Každý disk má svůj vlastní kabel, takže se nemusí dělit o kabel. Nové rozhraní užívá DMA kanály a datový tok bude 150MB/s v případě SerialATA1x a až 600MB/s. Souborové systémy - Na disku musí být uložena informace, co kde je, aby bylo možné informace na harddisku najít. Zároveň s informací o umístění je zde rovněž umístěna informace o datu vytvoření, zmenění souboru a atributy souboru. Nejstarším systémem je FAT(File Allocation Table), tento systém podporuje maximálně 2GB velkou oblast(partition). Windows od verze 95 OSR2 jsou schopny používat systém FAT32, Windows NT mají vlastní systém NTFS(NT File System.). Systém OS2 má zase HPFS(High Performance System) Linux vlastní systém Linux Extension 2. Diskové oblasti - Někteří uživatelé potřebují, aby systém k jednomu pevnému disku přistupoval jako k několika samostatným diskům s vlastními písmeny.Tento přístup umožňuje uživateli používat více různých souborových systémů. Disk rozdělíme na primární oblast(primary partition) z níž se zavádí systmém (až 4 různé) a rozšiřenou oblast(extended partition) na níž se poze ukládají data. K rozdělení disku můžeme požít dosový FDISK nebo DOSový i Windowsový program od Power Questu Partition Magic. Diskové oblasti je pak potřeba naformátovat na požadovaný souborový systém (Dosový příkaz FORMAT). FAT je zkratka anglického názvu File Allocation Table. Jedná se o tabulku obsahující informace o obsazení disku v souborovém systému vytvořeným pro DOS. Zároveň se tak označuje zmíněný souborový systém.

Struktura Boot sektor (VBR, spouštěcí záznam svazku) První sektor logické oblasti disku (označované také jako diskový oddíl, logický oddíl, svazek nebo partition) obsahující souborový systém FAT se skládá ze dvou částí: blok parametrů disku a spouštěcí kód svazku. Drobné upozornění: Boot sektor není totéž co Master boot record (hlavní spouštěcí záznam), který je úplně prvním sektorem na fyzickém disku a obsahuje tabulku rozdělení disku (Partition table) a hlavní spouštěcí kód. Nicméně boot sektor i master boot record jsou oblíbeným místem počítačových virů, neboť kód uložený v těchto sektorech bývá vykonán dříve než samotný operační systém. Blok parametrů disku Obsahuje specifické informace o svazku jako např. verze, počet sektorů na cluster, počet rezervovaných sektorů před první FAT, počet FAT, počet sektorů kořenového adresáře, celkový počet sektorů na disku, počet sektorů v jedné FAT, název svazku (volume label), … Spouštěcí kód svazku Program, který zahájí proces spouštění operačního systému (u systémů MS-DOS a Windows 9x načte soubor IO.SYS a předá mu řízení). Alokační tabulka souborů (FAT) Tato tabulka popisuje přiřazení každého clusteru v oddílu (1 záznam odpovídá 1 clusteru). Obvykle existují 2 kopie (obě jsou uloženy bezprostředně za sebou) – ta druhá je použita v momentě, kdy první se stane nečitelnou. Přiřazení clusteru může nabývat různých specifických hodnot jako např. volný (0x0000), vadný (0xFFFE), cluster indikující konec souboru (0xFFFF), nebo obsahuje číslo následujícího clusteru souboru. Kořenový adresář V původní verzi obsahoval jednoduchou databázi obsahující veškeré informace o všech souborech, které jsou známé operačnímu systému, v příslušném oddílu. Se zavedením podadresářů (tedy dalších adresářů kromě tohoto) se stal kořenem stromové hiearchie adresářů: záznam o podadresáři v něm uložený neobsahuje žádné informace o souborech uložených v tomto podadresáři (ani součet velikostí), pouze informace o podadresáři. Pokud bychom tedy chtěli pracovat s databází souborů, museli bychom přečíst všechny adresáře (pro běžnou práci se svazkem to ovšem není nutné). Od verze FAT 32 může být uložen kdekoliv a jeho velikost může libovolně narůstat. Parametry disků Kapacita, rychlost otáčení ploten, doba vyhledávání (seek time) liší se podle vzdálenosti na povrchu disku tzn. Vzdáleností, kterou musí překonat hlava (2ms, 30ms), průměrná vyhledávací doba(814ms) , hustota záznamu (Gb/cm2), Vyrovnávací paměť S.M.A.R.T. technologie SMART (Self Monitoring Analysis and Report Technology) umožňuje inteligentní diskové jednotce podávat OS zprávy o příznacích zhoršování výkonu nebo hrozících poruchách (které je schopna předvídat). SMART podporují Win95 od verze 2, OS/2 Merlin a některé diagnostické programy. Disky s technologií S.M.A.R.T. se nazývají SMART disky. Tato technologie se začleňuje do technologií PFA, tj technologií s predikcí chyby. Úspěšnost predikce je do 60ti procent. V r. 1999 se zavádí S.M.A.R.T. phase2, která obsahuje i systém vnitřní diagnostiky povrch disku a uložených dat.

14.Sběrnicový systém počítače V dnešních počítačích se prosazuje 64-bitová adresová sběrnice. Dále je zde 64-bitová datová sběrnice. Disponují sběrnicí RS232, paralelní port, USB rozbočovač, často již IEEE1394 Firewire, pro síťová připojení Ethernet, sloty PCI, PCI-Expres, dříve i ISA a další

ISA • • • • •

data 16b adresa 24b max. teoretický výkon 2 - 8,33 MB/s nelze použít s 32bitovými procesory EISA lze

PCI • • • • • • • • • • •

procesorově nezávislá pseudosynchronní přenos dat možnost souvislého přenosu (burst) centralizované přidělování 33 MHz / 66 MHz 133 / 266 MB/s některá zařízení mohou být typu master - může jim být přidělena sběrnice, pak jsou iniciátory dat. přenosu multiplexovaná datová a adresová sběrnice (32 nebo 64 bitů) sběrnicový cyklus má obvykle adresovou a datovou část jednotky zapojeny zřetězeně řízení sběrnice pomocí podsběrnice C/BE

Zápis / čtení do / z paměti: • • • •

začátek nastavením signálu FRAME první takt adresový přenos dat lze přibrzdit čekacími takty (signály SRDY a TRDY) deaktivace signálu FRAME znamená poslední cyklus, ten končí, až jsou obě zařízení (iniciátor i target) připravena

Speciální cyklus •

broadcast pro všechna zařízení (např. reset)

SCSI • • • • • •

inovace kanálové architektury 5 - 160 MB/s paralelní sběrnice max. počet zařízení 8 nebo 16 zařízení se připojují za sebou - zřetězeně, každé má tedy 2 konektory, na konec se připojuje ukončovací člen - terminátor fáze SCSI: • sběrnice volná

• • • • • • •

arbitrace výběr nový výběr data příkaz stav zpráva

Princip a uspořádání obecného sběrnicového systému počítače. Charakterizujte sběrnice ISA, PCI, PCI-EXPRES. Vysvětlete důvody pro zavádění rychlých sériových sběrnic.

15.Počítačové sítě

Stanice sítě: servery (obslužné stanice): stanice, které poskytují některé ze svých prostředků, například disky či tiskárny, do sítě. Servery mimoto zajišťují vlastní chod sítě a realizují jednotlivé síťové funkce. V síti může být jeden nebo více serverů. Jejich počet závisí především na typu sítě LAN. V sítích typu client-to-server , kam patří i sítě Novell, to bývá často jeden nebo několik málo serverů. V sítích peer-to-peer je naopak poměrně velký počet serverů, často polovina všech stanic sítě. pracovní stanice (workstations): umožňují uživatelům provádět práci, nenabízejí tedy žádné služby či prostředky směrem do sítě. Sběrnicová topologie: (topologie bus) topologie, kdy je použito průběžné spojovací vedení, přičemž jednotlivé stanice jsou k němu připojeny pomocí příslušných rozbočovacích prvků (T konektory). Používá se především tam, kde je jako vedení použit koaxiální kabel. Výhody:přirozenost,menší spotřeba kabelu, snazší realizace Nevýhody:vyšší poruchovost, při porušení linky přestávají pracovat všechny stanice v dané větvi sítě. Hvězdicová topologie: (topologie star) topologie, kdy jednotlivá vedení se rozbíhají z rozbočovače (HUB, SWITCH) vždy k jedné stanici sítě. V běžných sítích má tato topologie většinou poněkud složitější podobu, místo některých stanic sítě se zapojuje další rozbočovač a vzniká tak další hvězdice. Výsledná podoba sítě se pak přibližuje stromové struktuře. Používá se především tam,

kde je jako vedení použita kroucená dvoulinka. Výhody:menší náchylnost k poruchám kabeláže, při poruše se odpojí pouze jedna stanice sítě, resp. jedna část subsítě (je-li na této větvi připojen rozbočovač). Nezanedbatelným rysem je i snadné vyhledávání závady v kabeláži Nevýhody:složitější a „mohutnější“ kabelový svazek, tedy i vyšší pořizovací cena, jsou nezbytné aktivní prvky – rozbočovače Společným rysem sběrnicové i hvězdicové topologie je to, že zpráva vyslaná jednou stanicí se šíří po celém vedení (nejsou-li zde speciální prvky - SWITCH, ROATER), přičemž ji přijímá pouze ta stanice, pro kterou je zpráva určena. Tím se samozřejmě síť do značné míry zahlcuje a klesá reálná propustnost sítě. Kruhová topologie: (Token Ring) topologie, kdy jednotlivé stanice jsou spolu propojeny tak, aby vytvářely souvislý kruh. Zprávy jsou pak v této síti předávány postupně od stanice ke stanici. Výhody: jednoduchá koncepce předávání zpráv mezi stanicemi, možnost ověřování neporušenosti zprávy při oběhu celým kruhem. Nevýhody: bez dodatečných prostředků při poruše rozvodů je nefunkční celá síť, je nutné přemosťovat vypnuté či odpojené stanice (jednotky MAU). Při jejich použití se již síť však spíše podobá síti s hvězdicovou topologií Tento typ sítě se v českých zemích používá spíše výjimečně s jedinou výjimkou - rychlé páteřní rozvody (backbone) středně velkých a velkých sítí. Celosvětově je spíše obvyklejší v anglosaských zemích, kde má jistou tr Síťové desky (karty): nezbytná součást všech počítačů připojených do sítě. Spolu s příslušným software realizují přenos dat z počítače na spojovací vedení sítě a naopak. Rozdělení karet: ● podle provedení: ISA, EISA, MCA, VL-bus, PCI, PCMCIA ● podle rychlosti: 10 MB/s, 100 MB/s , 1 GB/s ● podle konektoru: BNC, AUI, RJ45 (combo) ● podle standardu: ARCnet, Ethernet, Token Ring, FDDI ● podle výrobce: 3COM, SMC, WD, GENIUS, EDIMAX Spojovací vedení a konektory: propojují jednotlivé stanice sítě adici (IBM). mezi sebou. Základní vlastnosti spojovacího vedení využívaného v daném segmentu sítě jsou dány typem síťového standartu, který je v tomto segmentu použit (např. síť Ethernet - 50 Ohmový koax. kabel, sběrnicová topologie, max. délka segmentu 185 metrů). V současné době se v převážné míře používají následující typy vedení pro LAN sítě: ● koaxiální kabel (nízké pořizovací náklady, odolné vůči elekromagnetickému rušení, snadné připojení další stanice, nízká přenosová rychlost (10 MB/s)) ● kroucená dvoulinka (ve dvou provedení - stíněná dvojlinka (STP) a nestíněná dvojlinka (UTP), odolnost proti rušení zkroucením párů (=odolné i proti magnetické složce), vysoká přenosová rychlost (100 MB/s i více), možnost realizace strukurované kabeláže) ● optický kabel (plastová či skleněná vlákna, přenosové rychlosti kolem 100 MB/s, dosah řádově kilometry, absolutně odolná vůči elektomag. záření, galvanické oddělení, vysoké pořizovací náklady (především konvertory) ) bezdrátový spoj ( úzce směrovaný infračervený nebo laserový paprsek, případně všesměrový radiový spoj, dosah v přímé viditelnosti cca 100 až 20 000 m. , drahé s různou přenosovou rychlostí ovlivňovanou meteorologickými i jinými vlivy) V dnešní době se především používají bezdrátové sítě na frekvenci 2 Ghz. Tyto sítě mají reálný dosah cca 10 km a pracují s přenosovou rychlostí 2 x 2 MB/s. Náklady na takové propojení je cca 50 000 Kč.

Další možností jsou v dnešní době oblíbené Wi-Fi sítě (vzdušný Ethernet), které mají dosah 20 – 50 m (při rychlosti přenosu 54 MB/s, resp. 75 – 180 m při rychlosti 11 MB/s. Zesilovač: (repeater) zesiluje procházející signál, umožňuje zvětšit délku větve sítě) Převodník: zesiluje signál a převádí jej na jiný typ kabelu (např. koax. <=> twist) Rozbočovač: (HUB, SWITCH) slouží pro větvení sítě, především v rozvodech realizovaných kroucenou dvoulinkou Most: (bridge) vzájemné propojení dvou nebo více kabelových segmentů, přenos dat mezi nimi. Lze tedy realizovat spojeni např. mezi sítí typu ARCnet a Ethernet. Navíc provádí filtrování paketů = pakety se nešíří do části sítě, kde jsou zbytečné (částečně datově oddělené sítě) Směrovač: (router) funguje obdobně jako most, používá se však spíše při propojování vzájemně spojených LAN sítí. Jelikož pracuje na úrovni síťové vrstvy ISO/OSI modelu, je schopen adresy procházejících paketů zpracovávat dokonaleji z hlediska celého segmentu propojených sítí, pakety tedy neposílá do všech propojených sítí ale pouze do dané sítě. Brána: (gateway) zařízení pracující na úrovni aplikační vrstvy ISO/OSI. Používá se k připojení sítí LAN k cizímu prostředí např. k sálovým počítačům, sítím X.25 atd. Standardy síťového hardware Definují řadu parametrů sítě, které musí být při její realizaci dodrženy. Tím je dána např. rychlost přenosu dat, metoda přístupu, topologie sítě, použité typy vedení, jejich max. délky, pravidla pro připojování stanic. ARCnet: jednoduchá realizace a nízká pořizovací cena, lze kombinovat sběrnicovou a hvězdicovou topologii, nízká přenosová rychlost (2,5 MB/s), max. 255 stanic na segmentu, vysoká odolnost na rušení Ethernet: nejrozšířenější standart pro LAN, přenosová rychlost 10, 100, 1000 MB/s, choulostivost sítí na kvalitu provedení a vnější vlivy, kabelový segment max. 185 m., max. 25 stanic, min. vzdálenost stanic 3 m. IBM Token Ring: přenosová rychlost 16 MB/s, vyšší složitost i pořizovací cena, v případě nestíněné dvojlinky lze zapojit na jeden kruh 72 stanic, v případě stíněné dvojlinky 260 stanic FDDI: optické rozhraní pro distribuovaná data, přenosová rychlost 100 MB/s, kruhová topologie (dva protisměrné kruhy), síť pro nejvyšší nároky a velké objemy dat Bezpečnost počítačových sítí.

16.Rozhraní USB Elektrické parametry USB USB rozhraní používá dva typy konektorů. Plochý konektor „typ A“ je dnes obsažen na prakticky každém novém PC v minimálně 2 konektorech (některé základní desky mají integrován rovnou USB hub, který obsahuje až 8 portů přímo v PC). Pin Jméno Barva Popis Druhý konektor „typ B“ je určen pro periferní zařízení, čímž je 1 VBus Red +5 VDC 2 DWhite Data zároveň definován standard propojovacího kabelu. 3 D+ Green Data + • High Speed - 480Mbits/s 4 GND Black Ground • Full Speed - 12Mbits/s • Low Speed - 1.5Mbits/s Všechny verze propojení mohou být použity a provozovány současně pro připojení různých typů periferií k jednomu počítači. Uvedené verze se od sebe liší jak provedením kabelu, tak elektrickými parametry rozhraní připojeného zařízení.

Při rychlostech "Full Speed" a "High Speed" je log. 1 přenášena diferenciálně uvedením D+ přes 2.8V s připojeným 15Kohm odporem na GND a D- je pod 0.3V s 1.5Kohm odporem připojeným na 3.6V. Log. 0 je řešena opačně =D- přes 2.8V a D+ pod 0.3V se stejnými hodnotami odporů. Pro přenosové rychlosti do 1,5 Mb/s nemusí být datové vodiče zkrouceny, nemusí být použito stínění a maximální délka takovéhoto kabelu je 3 m. Přenosová impedance kabelu je v obou případech 60 . Pro obě varianty je použito diferenční zapojení vysílačů z ( podle [1] ) : Jsou definovány dvě verze fyzické vrstvy USB 1.1. Pro USB verze 2.0 byla doplněna nejrychlejší vrstva : • High Speed - 480Mbits/s • Full Speed - 12Mbits/s • Low Speed - 1.5Mbits/s Všechny verze propojení mohou být použity a provozovány současně pro připojení různých typů periferií k jednomu počítači. Uvedené verze se od sebe liší jak provedením kabelu, tak elektrickými parametry rozhraní připojeného zařízení. Při rychlostech "Full Speed" a "High Speed" je log. 1 přenášena diferenciálně uvedením D+ přes 2.8V s připojeným 15Kohm odporem na GND a D- je pod 0.3V s 1.5Kohm odporem připojeným na 3.6V. Log. 0 je řešena opačně =D- přes 2.8V a D+ pod 0.3V se stejnými hodnotami odporů. Napájení : USB zařízení mohou být napájena přímo z USB sběrnice, pokud jejich odběr nepřekročí 100mA , příp. 500mA (max. jedno zařízení na celé USB sběrnici. Napájecí napětí je 5V. Pokud mají USB zařízení vlastní zdroj (např. počítač má vlastní systém pro distribuci napájení nezávislý na USB), je řízen USB sběrnicí (zapínání, vypínání, SUSPEND mód atd.) Každý segment USB umožňuje omezený přenos výkonu pro napájení USB zařízení, přičemž zařízení může být současně napájeno z vlastního zdroje, • HUB dodává pomocí napájecích pinů do USB zařízení napětí 4.75 V až 5.25 V. • Maximální pokled napětí ze HUBu je 0.35 V. • Každý HUB musí být schpen poslat konfigurační data na napětí 4.4V, ale jen "low-power" funkce musejí fungovat. • HUB napájený po sběrnici : Odběr max 100 mA při zapnutí a 500 mA průběžně. • HUB napájený ext. zdrojem : Odběr max 100 mA, musí dodávat 500 mA na každý port. • Zařízení "Low power" : Odběr max 100 mA. • Běžná zařízení : Odběr max 100 mA. • "Spící" zařízení : Max 0.5 mA Stínění : Stínění USB kabelu musí být připojeno k pinu GND na straně "host".. Žádné zařízení již nepřipojuje stínění k pinu GND. Architektura USB: Zařízení vybavené rozhraním USB je buď rozdělovač (hub – centrální jednotka hvězdicovité struktury), nebo funkční jednotka (periferní zařízení – např. myš, klávesnice, scaner, tiskárna, MP3 přehrávač, digitální audiovstup..). Propojení je řešeno pomocí víceúrovňové hvězdicové struktury. Středem každého hvězdicového propojení je HUB a jednotlivé propojovací segmenty spojují buď počítač (USB host) obsahující centrální rozdělovač s funkčními jednotkami a rozdělovači na vyšší úrovni, nebo rozdělovač na vyšší úrovni s funkčními jednotkami a rozdělovači na nižší úrovni. Každé USB zařízení má svoji USB adresu a podporuje jednu nebo několik koncových jednotek (end-points / nodes), se kterými může počítač komunikovat. Příklad jednoduché reálné struktury umožňující připojení běžných komerčních periferií je uveden na obrázku. Přenos dat Pro veškerou komunikaci mezi počítačem a funkční jednotkou jsou k dispozici tři typy paketů.

Každá výměna dat začíná tím, že počítač vyšle tzv. token packet obsahující popis typu a směru výměny dat, adresu USB zařízení a číslo koncové jednotky (endpoint number). Pak zařízení, které má vysílat data, vyšle datový paket nebo indikuje, že žádná data nejsou k dispozici. Přijímací strana nakonec vyšle tzv. handshake packet, kterým informuje, zda přenos proběhl úspěšně. Existují zde dva typy přenosového modelu : Tok dat (stream) využívající izochronní přenos dat v reálném čase. Nemá přesně definovanou strukturu. Zpráva (message) využívající asynchronní přenos. Má přesnou strukturu : • Řídicí zpráva určená pro konfigurování poprvé aktivovaného zařízení; • Zpráva obsahující větší objem dat (např. pro tiskárnu nebo plotter), jež je většinou segmentována do více částí; • Zpráva s přerušením (obvykle několik bajtů), kterou spontánně vysílá zařízení, aby předalo zprávu o svém stavu (např. změna polohy myši). Pro kódování je ve všech případech použit kód NRZI (not-return-to-zero recording). Zabezpečení přenosu zajišťuje CRC (Cyclic Redundancy Check). • NRZ - původní data • NRZI - každá jednička - reverzace, každá nula - beze změny signálu

17.Periferie pro tisk, komunikace periferie s procesorem Jehličkové tiskárny Technicky vzato jde stále o průklepové tiskárny, nenajdeme zde však žádná kladívka, typová kolečka či řetězy, jako u předchozích. Tisk je realizován tzv. tiskovou hlavou, která v sobě má několik "jehliček" zakončených malou kuličkou. Jednotlivá písmenka jsou před tiskem "resterizována" - to znamená rozložena na malé body. Každý bod je pak vytištěn zvlášť proklepnutím pásky jehličkou. Jehličkové tiskárny dokážtí tisknout text i grafiku, jejich tisk má postačující kvalitu, je velmi levný a lze při něm "propsat" více kopií současně. Podle počtu jehliček rozlišujeme 1-jehličkové, 9-jehličkové a 24-jehličkové. Dalo by se říci - čím víc jehliček, tím kvalitnější tisk. Ve skutečnosti však kvalita tisku není dána počtem jehliček, ale "umělým" zvýšením rozlišení - tzn. že jednotlivé znaky jsou složeny z více teček, mohou tedy být vykresleny přesněji. Inkoustové tiskárny Inkoustové tiskárny jsou první, které nepoužívají pásku s barvou. Jak už název napovídá, existuje zde nějaký zásobník inkoustu, který je různými metodami nanášen na papír. Obecně to umožňuje poměrně rychlý, kvalitní a tichý tisk, dokonce i barevný. Pořizovací náklady na inkoustovou tiskárnu jsou velmi nízké, provotní náklady naopak velmi vysoké. Při barevném tisku ve skutečnosti nedochází k fyzickému míchání jednotlivých barevných složek, využívá se nedokonalosti lidského oka - na papír jsou natištěny těsně vedle sebe jednotlivé barevné tečky (černá, červená, zelená, modrá), které jsou tak malé, že lidskému oku splývají v jednolitou barevnou plochu... Podle způsobu nanášení inkoustu můžeme tyto tiskárny dělit na: Plnoprůtokové Inkoust je v tomto případě neustále hnán čerpadlem, cirkuluje a vrací se zpět do zásobní baňky. Při tisku je tok inkoustu vychýlen elektrickým impulsem, čímž dojde k jeho nanesení na papír. Tisk

touto metodou je nekvalitní a nepřesný, inkoust není chráněn před vysycháním. Piezoelektrické Využívají gravitačního působení, inkoust je nanášen elektrickým výbojem. Bubble jet Nejpoužívanější současná technologie, v tiskové hlavě je umístěno miniaturní topné tělísko, které při rozžavení odpaří kapičku inkoustu, která tak vysříkne na papír. Tisk při použití této technologie je kvalitní (při použití kvalitního papíru se blíží klasické fotografii). Laserové tiskárny Princip fungování laserových tiskáren je v podstatě jednoduchý. Máme nějaký válec (selenový), tento válec je na celém povrchu nabitý kladným nábojem. Při tisku je válec v místech, kde mají být písmenka, grafika atd... osvícen laserovým paprskem, který jej (v těchto místech) vybije. Válec pak projde kladně nabitým tonerem (tj. náplní, barvou). Barva toneru je ve formě jemného prášku, který se na vybitá místa válce nalepí (můžete si to představit stejně, jako se třeba lepí prach na obrazovku televizoru díky statické elektřině). Válec následně obtiskně barvu na papír (ten je nabit záporně opačné náboje se přitahují). Barva je potom do papíru "zapečena" zahřátím na relativně vysokou teplotu. Barevný tisk Barevný tisk na laserové tiskárně pobíhá stejně, jako černobílý, použity jsou tři tonery. Proti inkoustovým tiskárnám zde však dochází ke skutečnému míchání jednotlivých barevných složek, výsledná kvalita je tudíž vyšší.Pořizovací náklady na laserovou tiskárnu jsou relativně vysoké, provozní náklady při černobílém tisku jsou ale podstatně nižší, než u inkoustových tiskáren. Barevný tisk na laserové tiskárně je zatím dost drahý.Pokud jde o rychlost, laserové tiskárny jsou jednoznačně na prvním místě (desítky stran za minutu...) Princip jehličkové, inkoustové a laserové tiskárny. Přerušení procesoru, princip. Typy přerušení. Činnost procesoru při vyvolání přerušení. Prerušení, jejich typy a obsluha, maska přerušení, priority a jejich vyhodnocování Při práci počítače mohou vznikat nestandardní situace, na které je zapotřebí zareagovat. Nejjednodušší je ignorovat. Lepší řešení je nastavit příznakový byt a nejlepším řešením je vyvolat přerušení. Příčiny, které přerušení způsobují se nazývají příčiny přerušení. • Přerušení spočívá v tom, že se přestane provádět původní sekvence instrukcí a že se začne provádět jiná sekvence, nazývaná rutina přerušení, která začíná na určené adrese. Ta se nazývá přerušovací adresa. (připomíná skok na přerušovací adresu) Při přerušení se ukládají informace o přerušení programu data přerušení, která dostatečně charakterizují stav, v němž se program nacházel před přerušením a dovolují zpustit program tak, jako by k němu vůbec nedošlo. (FLAGS, CS, IP) (zajišťuje instrukce IRET, kterou přerušení končí.) • programová přerušení - charakter chyby v programu • technická přerušení - výpadek napájení, poruch technického vybavení • přerušení V/V od periferních zařízení • vnější přerušení - příchodem signálů na speciální přerušovací vstupy procesoru. • přerušení od časovače • instrukční přerušení vyvolané instrukcí INT • Vznikne-li v průběhu zpracování instrukce, tak se zpravidla zpracování dokončí a teprve potom dojde k přerušení. Příčinám, které mohou vzniknout současně jsou

přiřazeny priority. Obsloužen je nejprve ta s nevětší prioritou. • jednoúrovňové přerušení není možné přerušit rutinu přerušení CLI • víceúrovňové přerušení umožňuje přerušení i v rutině přerušení, musí se ale zabránit tomu, aby přerušení způsobila příčina s nižší prioritou. Bývá přípustné až po provedení několika prvních instrukcí. • Maska přerušení je registr, jehož každému bitu je přiřazena jedna nebo více příčin přerušení. 0 zamaskovány, 1 odmaskovány. Nastavuje se pomocí příslušné instrukce. Umožňuje nejen přerušení potlačit, ale v určité fázi také víceúrovňové přerušení pro příčiny s vyšší prioritou. • Vyhodnocování priorit 1. Samostatné žádosti - každá jednotka má vlastní signál pro přerušení (ŽÁDOST a PŘIDĚLENÍ) Vyhodnocení se provádí prioritním dekodérem. Kombinační obvod zpracuje žádosti s minimálním zpožděním. Alternativou program, který vyhodnocuje stav registru (snadná změna). 2. Zřetězení žádost vysílají všechny jednotky po jedno vodiči anonymně. Procesor nerozpozná prioritu, ale vyšle pouze společný přidělovací impuls po 1 vodiči, který postupně prochází všemi jednotkami. Pořadí jednotek odpovídá jejich prioritě. Pokud jednotka žádala, zablokuje přidělovací signál a nepustí jej dál a současně potvrdí výběr. (lze kombinovat se samostatnými žádostmi a zřetězením) 3. Cyklická výzva jednotky vysílají žádosti opět po 1 vodiči, procesor přijme anonymní žádost. Namísto jednoho vodiče, který signalizuje přidělení sběrnice, je použita sběrnice, schopná přenést kteroukoliv adresu PZ, Procesor začne postupně po sběrnici vysílat adresy všech PZ v prioritním pořadí. Jakmile PZ rozpozná svoji adresu, reaguje na ni jako na signál přiděleno a vyšle potvrzení výběr. Přerušení způsobená periferiemi • není třeba, aby procesor čekal při požadavku na periferii - dá o sobě vědět pomocí přerušení. • CPU musí uložit informace potřebné po návratu z obsluhy přerušení - pro pokračování v přerušeném programu • o přerušení se stará řadič přerušení - tomu přijde signál oznamující přerušení, jiným signálem o tom informuje CPU a předá adresu přerušovací rutiny • oznámení přerušení i adresu předávají PZ prostřednictvím sběrnice

18.Vývoj procesorů osobních počítačů 1971 první sériov vyrábný procesor Intel 4004, 4 bity, jen pár instrukcí, určen pro kalkulaky, stejný výkon jako ENIAC, řídí i vesmírnou sondu Pioneer 10. Pro jeho univerzálnost se rozšíil i do jiných oborů a stal se na dlouhou dobu nejrozšíenjším procesorem v USA. 1972 osmibitový procesor 8008, frekvence 200Khz, 3500 tranzistor. 1974 8080 další generace, další procesory nap. Motorola, první osobní počítače Sinclair ZX81, Sinclair Spectrum, Apple a další 1978 8086, 8088, 29000 tranz. , 10Mhz, první 16ti bit od Intelu 1981 IBM PC, MSDos 1985 80386, podpora multitaskingu, první 32ti bitový procesor od Intelu, 275 tisíc tranzistor, 33MHz 2000 Pentium 4, 1,5Ghz, 42 mil. Tranz., 2GHz 2003 první 64ti bitový procesor od AMD Vývoj procesorů 1971: 4004 Microprocessor

Intel představuje svůj první procesor. Intel 4004 se skládal z 2300 tranzistorů a prováděl 60000 instrukcí za sekundu. Jeho pracovní frekvence byla 108KHz. Měl 4bitovou sběrnici a umožňoval adresovat 640 bajtů. Měl jen pár instrukcí pro aritmetické výpočty. Tento zásadní vynález s 10 mikronovou technologií poháněl kalkulačku japonské firmy Busicom. 1972: 8008 Microprocessor Byl následníkem 4004, ale byl vyvíjen současně s 4004. Měl již 3500 tranzistorů a pracoval na frekvenci 200KHz, jeho sběrnice je byla 8bitová a mohl adresovat až 16 KB paměti. Používal se v titulkovacích strojích (TV) , kalkulačkách a jednodušších výrobních linkách na plnění lahví.

1974: 8080 Microprocessor Skládal se z 6000 tranzistorů. A při použití 6mikronové technologie pracoval na 2 MHz. 8bitová sběrnice mohla adresovat až 64 KB. A prováděl 640 tisíc operací za sekundu. Používal se na řízení světelných křižovatek a stal se mozkem prvního osobního počítače - Altair (cíl cesty lodi Enterprise ze StarTreku). V prvních měsících se prodaly desítky tisíc kusů. 1978: 8086-8088 Microprocessor Zahajuje první generaci procesorů x86. Počet tranzistorů na čipu se zvýšil na 29 tisíc. Pracovní frekvence je 5-10 MHz. 8086 je 16bitový procesor, může adresovat 1 MB. 8088 je 16bitový jen uvnitř, sběrnici má 8bitovou. Počínaje tímto modelem, měly všechny procesory jednoho společného jmenovatele. Byly určeny pro světově nejrozšířenejší osobní počítače PC kompatibilní. Je třeba připomenout, že roku 1981 spatřil světlo světa první osobní počítač IBM PC. 8086 je cca 10 krát rychlejsí než 8080. Přidáním některých podpůrných obvodů přimo na čip 8086 vznikl i 80186 (rok 1982). 1982: 286 Microprocessor Tento procesor byl první, který začal zachovávat zpětnou kompatibilitu. Zpětná kompatibilita se stala charakteristickým rysem rodiny procesorů Intel. Po 6 letech od jeho vydání bylo odhadováno 15 miliónů 286-počítačů instalovaných na světě. 1.5mikronová technologie umožňovala na křemíkovou destičku vměstnat 134 tisíc tranzistorů, které při frekvenci až 12 MHz dosahovaly až 2.66 MIPS. Vnější adresovatelná pamět byla 16 MB a vnitřní (virtuální) 1 GB. Je 6krát rychlejší než 8086 a Intel v té době uváděl, že může prohledat "Encyclopedia Britannica" za 45 sekund. 1985: Intel 386(TM) Microprocessor Intel 80386 tvořený 275 tisíci tranzistory byl 100 krát rychlejší než 4004. Tento 32-bitový procesor již plně podporoval "multitasking". V roce 1985 se vyráběla verze DX taktovaná 12 MHz (6 MIPS), 32bitová sběrnice adresovala až 4 GB paměti, virtualní pamět dovolovala adresovat až 64 TB. V roce 1988 byla vydána verze SX pro mobilní počítače externí sběrnice byla jen 16bitová, a mohla adresovat jen 16 MB. Další verze SL byla vydána v 1990. Tento procesor byl určen pro kompaktní systémy, měl integrovanou cache, řadič sběrnice a řadič pamětí. (855 tisíc tranzitorů, 1mikronová technologie). Pracoval až na 20 MHz. 1989: Intel 486(TM) DX CPU Microprocessor Integrovaná cache a vestavěný matematický koprocesor dělají z 386 procesor 486. Čip i486 čtvrtá generace procesorů x86 - obnáší už 1.2 milionu tranzistorů a dokáže při 20 MHz provést 20 MIPS. V roce 1992 mohou být provozovány při pracovní frekvenci 50 a 66 MHz (označení DX2) a přitom provádějí 54 MIPS. Sběrnice ale pracuje u DX2 jen na poloviční frekvenci tj. 25 nebo 33 MHz. O dva roky později se objevují procesory s označením DX4, které pracují na trojnásobné frekvenci sběrnice, tj 75 a 100 MHz. Dále se ještě objevuje verze SX jako "levná varianta" bez matematického koprocesoru.

1993: Pentium Processor Pentium je plně kompatibilní s předchůdci, ale obsahuje řadu významných rozšíření jako je 64bitovou datovou sběrnici (stále je to ale 32bitový procesor), oddělené 8 KB datové a instrukční vyrovnávací paměti, zřetězené provádění instrukcí, dynamické předvídání skoků, atd. Obsahoval 3.1 milionu tranzistorů (0.8 mikron BiCMOS). Při pracovní frekvenci 66 MHz prováděl 112 MIPS. Adresovatelný prostor byl 4 GB a virtualní 64 TB. Až do roku 1997 se zlepšovala technologie výroby z 0.8 na 0.35 mikronu, to umožnilo zvedat pracovní frekvenci na 75, 90, 100 , 120, 130, 150, 166, 200 MHz. Je třeba si ale uvědomit, sběrnice je 2 až 4 krát pomalejší, proto reálný výkon tak závratně neroste. 1997: Pentium MMX Processor V roce 1997 přišel Intel s novou technologii MMX. Podle Intelu je to největší pokrok od 386. MMX přináší rozšíření o multimediální instrukce. Jedná se o 57 nových instrukcí. Ty jsou optimalizovány s ohledem na výpočty, které jsou potřebné u zvukových a grafických úloh. Ovšem není všechno zlato, co se třpytí. A to se týka i MMX. Protože multimediální rozšíření používá stejné registry jako matematický koprocesor, nemohou oba výpočty pracovat současně. A právě matematický koprocesor se stává při grafických ulohách nepostradatelným. Neustále přepínání procesor velmi brzdí. Procesory Pentium MMX jsou i v základní sadě instrukcí cca o 20% rychlejší díky drobným změnám v architektuře, jako bylo zvětšení vnitřní cache na dvojnásobek - ze 16 na 32 KB a nový algoritmus na předpovídání větvení běhu programu. První MMX pracovaly na 166 MHz, v lednu 1999 byl vydán čip pracující i na 300 MHz, je určen především do notebooků a může se pochlubit 4.5 miliony tranzistorů. 1995: Pentium Pro Processor Koncem roku 1995 Intel vydal procesor s označením "Pentium Pro". Pět a půl milionu tranzistorů se tísní na malé křemíkové destičce. Způsob práce procesoru označuje Intel jako "dynamic execution". "Dynamic execution" je je pojem, který razí Intel. Skrývá se za ním kombinace tří technik použitých v procesoru Pentium Pro za účelem urychlení běhu programu. Jsou to tyto: • Předpověd skoků: procesor se dívá několik kroků v programu dopředu a určuje, které skoky s velkou pravděpodobností nastanou a které skupiny instrukcí proto budou zřejmě zpracovávany jako příští. • Analýza toku dat: v dalším kroku procesor zkoumá, jaké instrukce jsou závislé na jiných výsledcích a datech. Tím sestavuje optimální časový plán pro zpracování jednotlivých příkazů. Původní pořadí provádění příkazů přitom nemusí být dodrženo: nastupuje "out-oforder-execution". Díky tomu je možné obejít některé případy, které si v Pentiu vynucují pauzy. • Spekulativní provádění: na základě časového plánu se provádějí "potenciální" příkazy a procesor je díky tomu stále smysluplně zaměstnán. V procesorovém pouzdru je integrována vyrovnávací paměť druhé úrovně Second Level Cache (L2 cache). Jako druhý čip doplňuje 5.5 mil. tranzistorů vlastního procesoru (téměř dvakrát více než u Pentia) o dalších 15.5 mil. tranzistorů. To platí pro 256KB variantu procesoru. Pro servery je verze s 512 KB které ještě zdvojnásobuje interní paměťovou kapacitu. Protože jsou struktury vyrovnávací paměti rovnoměrné, může být v křemíku realizována velmi hustě. Čip paměti cache je proto menší než čip CPU. Úlohou paměti cache je zabránit zpožděním, která vznikají přístupem do RAM. Typické přístupové doby jsou 60ns až 80ns. Pro rychlý procesor je to však velmi pomalé. Prostorová blízkost k CPU umožňuje Pentiu Pro, aby nyní mohla být mezi centrální jednotkou a L2 cache s plnou rychlostí procesoru vyměňována data. CPU a L2 cache komunikují přes 64bitové rozhraní. Vyráběly se verze s 256 KB , 512 KB, 1 MB vyrovnávací pamětí a taktované 150 až 200 MHz.

1997: Pentium II Processor První verze pracovaly na 233, 266 a 300 MHz. V jeho útrobách najdeme celkem 7.5 milionu tranzitorů, použita je 0.35 mikronová technologie. Vyrovnávací pamět první úrovně má velikost 32 KB. Procesory jsou ale externě vybavovány 512 KB L2 cache. O vzrůst výkonu procesoru se starají především: • rchitektura dvou nezávislých sběrnic - Dual Independent bus, poprvé nasazená v procesoru Pentium Pro. Ta umožňuje odstranit úzké hrdlo propustnosti dat v předchozích generacích procesorů Intel. Tato architektura odstraňuje omezení při existenci pouze jedné sběrnice, jako je tomu u procesoru Pentium (socket 7). Nová technologie nabízí až trojnásobný vzrůst propustnosti dat a tomu odpovídající nárůst výkonnosti systému. Architektura je tvořena dvěma sběrnicemi - pro vyrovnávací pamět druhé úrovně (L2 cache) a systémovou sběrnici mezi procesorem a hlavní pamětí. Oddělením těchto dvou cest dochází ke zvýšení taktu na sběrnici L2 cache např. na 150 MHz (u 300 MHz varianty Pentia II), což je znatelný přírůstek oproti procesoru Pentium, kde vyrovnávací paměť je taktována "pouze" 66 MHz. Systémová sběrnice mezi pamětí a procesorem pak umožní současné provádění paralelních transakcí místo jednoduchých známých z předchozích generacích procesorů. Výsledkem je opět nárůst výkonu. • Technologie dynamického vykonávání instrukcí - Dynamic Execution, která zvyšuje sílu procesoru zpracováním větších objemů dat. • Procesor pomáhá softwarové nadstavbě při zpracování multimédií, videa, grafiky, komunikací i při šifrování a dešifrování. O to vše se stará technologie MMX. • Hybnou silou všech technologií, jak uvádí Intel, je nové pouzdření Single Edge Contact (S.E.C.), které má dostatečnou rezervu pro zvyšování výkonu dalších generací procesorů. Jde o inovační krok, který opouští starší technologii Pin Grid Array (PGA). Nová technologie umožňuje integrovat všechny prvky na podložku a pak je zavřít do umělohmotného a kovového krytu tvořící vlastní tělo procesoru. Díky existenci externí L2 cache umístěné v pouzdru S.E.C. lze použít běžné statické paměťové moduly, což umožňuje větší variabilitu nabídky vazby procesor - L2 cache, vhodnou pro různé požadavky zákazníka. V dubnu 1998 se začal vyrábět Pentium II bez L2 cache, tento procesor nese označení Celeron, a je levnější variantou. 0.25 mikronová technologie dovoluje (za dobrého chlazení) taktovat tyto procesory 450 MHz (sběrnice stále zaostává "jen" na 100MHz). V lednu 1999 je představen Pentium II Xeon (450 MHz) s integrovanou L2 cache až o velikosti 2 MB. 1999: Pentium III Processor Tento procesor byl sice vyvíjen pod názvem Katmai, ale oficiálně se jmenuje Pentium III. Je založen na jádře Pentium II, navíc obsahuje 70 instrukcí (známých jako KNI - Katmai New Instructions) pro zrychlení multimediálních aplikací, 3D aplikací, aplikací pro rozpoznávání hlasu, přehrávání videa a her. A stále se zvedá pracovní frekvence a velikost druhé vyrovávací paměti. Až na 550 MHz a 2 MB cache. Vysvětlete princip Hyper-Threading Technology, EPIC. Prognóza vývoje procesorů osobních počítačů.

19. Základní deska PC (mainboard, motherboard) Deska plošného spoje tvořící základ celého počítače. Základní deska obsahuje:

Procesor (mikroprocesor) Vzhledem k tomu, že u novějších procesorů (80486 a vyšší) je již numerický koprocesor integrován přímo na čipu procesoru, není nutné, aby základní deska obsahovala patici pro jeho zapojení. Základní deska dále může obsahovat: • Patici pro numerický koprocesor (popř. osazený koprocesor) • Obvody čipové sady • Rozšiřující sběrnici (bus) • Paměti • Vyrovnávací cache paměť • Sloty umístěné na rozšiřující sběrnici pro připojení rozšiřujících karet • CMOS paměť • Hodiny reálného času • Akumulátor zálohující CMOS paměť • Vstup / výstupní porty (I/O - Ports) • Řadič pružných disků • Rozhraní pevných disků • Videokartu (videoadaptér) Zařízení jako jsou procesor, numerický koprocesor, řadič cache paměti, paměti a obvody čipové sady jsou společně propojeny pomocí tzv. systémové sběrnice (CPU bus), která umožňuje jejich rychlou vzájemnou komunikaci. Čipová sada je tvořena obvody s následující funkcí: •

systémový řadič: obvod, který řídí společnou činnost jednotlivých obvodů základní desky a realizuje následující funkce: • generuje hodinové signály • vytváří adresy pro paměti RAM • generuje řídící signály pro paměťový subsystém • zabezpečuje RESET systému po připojení elektrického napájení nebo stisku tlačítka RESET řadič sběrnice: zabezpečuje komunikaci mezi systémovou sběrnicí a rozšiřující sběrnicí, dále obsahuje rozhraní reproduktoru a rozhraní paměti EPROM buffer dat: obvod, který slouží k zachycování dat a jejich přepínání mezi jednotlivými datovými sběrnicemi osobního počítače BIOS BIOS je zkratka anglického názvu Basic Input-Output System, který označuje základní programové vybavení osobního počítače. BIOS vytváří základní vrstvu abstrakce pro vyšší programy. Vznikl převážně proto, aby sjednotil rozhraní různých počítačů a zjednodušil psaní operačních systémů. Programový kód BIOSu je obvykle uložen v paměti (integrované na základní desce) typu ROM

nebo EEPROM (či modernější flash paměť) s možností přepisu (upgrade). BIOSu je předáno řízení při (re)startu počítače. Po inicializaci systému pak BIOS nahraje zaváděcí část operačního systému do paměti a předá mu řízení. V moderních operačních systémech nejsou již služby BIOSu tvořící jeho rozhraní používány, nebo je jejich využití omezeno na některé činnosti nebo fáze běhu operačního systému (start a detekce zařízení atd.). Služby BIOSu • služby obsluhy klávesnice • služby obsluhy řadiče disků (disketa, pevný disk) • základní služby obsluhy grafické karty (většinou jen pro textový režim) • výstup na tiskárnu • řízení komunikačních portů Video BIOS Součástí modernějších grafických karet je tzv. Video BIOS, rozšiřující základní služby BIOSu o grafické služby, správu fontů atd. Typickým příkladem je VESA standard. Integrované obvody je možné vyrábět pomocí různých technologií, z nichž každá má svůj základní stavební prvek a díky němu poskytuje specifické vlastnosti: TTL (Transistor Transistor Logic): rychlá, ale drahá technologie. Jejím základním stavebním prvkem je bipolární tranzistor. Její nevýhodou je velká spotřeba elektrické energie a z toho vyplývající velké zahřívání se takovýchto obvodů. PMOS (Positive Metal Oxid Semiconductor): technologie používající unipolární tranzistor MOS s pozitivním vodivostním kanálem. Díky tomu, že MOS tranzistory jsou řízeny elektrickým polem a nikoliv elektrickým proudem jako u technologie TTL, redukuje nároky na spotřebu elektrické energie. Jedná se však o pomalou a dnes nepoužívanou technologii. NMOS (Negative Metal Oxid Semiconductor): technologie, která využívá jako základní stavební prvek unipolární tranzistor MOS s negativním vodivostním kanálem. Tato technologie se používala zhruba do začátku 80. let. Jedná se o levnější a efektivnější technologii než TTL a rychlejší než PMOS. CMOS (Complementary Metal Oxid Semiconductor): technologie spojující v jednom návrhu prvky tranzistorů PMOS i NMOS. Tyto obvody mají malou spotřebu a tato technologie je používána pro výrobu velké čáti dnešních moderních integrovaných obvodů. BiCMOS (Bipolar Complementary Metal Oxid Semiconductor): nová technologie spojující na jednom čipu prvky bipolární technologie i technologie CMOS. Používána zejména firmou Intel k výrobě mikroprocesorů. Master Boot Record (zkratka MBR) je prvních 512 bytů na začátku disku (sektor 0). Je zde umístěn zavaděč systému, volitelně i identifikátor disku, ale hlavně také tabulka rozdělení disků na oddíly (partition table). Počítačové viry někdy Master Boot Record infikují, čímž se při bootování dostanou ke kontrole počítače dříve, než operační systém (zejména u starších virů pro systémy DOS). Struktura MBR Master boot record (česky zhruba hlavní spouštěcí záznam) je vždy uložen na 0. hlavě, 0. cylindru, 1. sektoru daného disku a skládá ze ze 2 částí: Hlavní tabulka rozdělení disku (MPT) Anglicky Master Partition Table. Obsahuje seznam logických oddílů na daném fyzickém disku a informace o umístění zaváděcích sektorů (boot sektorů) jednotlivých disků. Tato tabulka může obsahovat maximálně 4 záznamy. Je-li potřeba rozdělit jeden disk na více logických oblastí, potom některý ze 4 záznamů odkazuje na tzv. Extended partition table (rozšířená tabulka rozdělení disku), která opět může obsahovat až 4 záznamy. Obsahuje maximálně 4 primární oddíly, jeden z nich může být označený jako Rozšířený oddíl. V rozšířeném oddíle lze vytvořit „libovolný“ počet logických oddílů. .:: Možnost používat tzv. Dynamické svazky ( nabízejí více funkcí než běžné

disky, jako například možnost vytvoření svazků odolných proti chybám v operačních systémech řady Microsoft® Windows® 2000 Server nebo řady Microsoft® Windows Server 2003. Dynamické svazky lze rozšířit (kromě systémových a spouštěcích svazků), zrcadlit a přidávat nové dynamické disky bez nutnosti restartovat počítač.) Hlavní spouštěcí kód Jedná se o krátký úsek kódu, který je při startu počítače zaveden BIOSem do paměti počítače a následně je spuštěn. Jeho úkolem je načíst do paměti zaváděcí (boot) sektor z oddílu, který je v tabulce označen jako aktivní (t.j. oddíl, ze kterého má být zaveden operační systém) a spustit ho. Od tohoto okamžiku je už start operačního systému stejný, jako při zavedení z diskety. Zaváděcí sektor (boot sector) je již závislý na konkrétním operačním systému, aby ho uměl zavést do paměti a předat mu řízení počítače. Hlavní spouštěcí kód může být kromě zneužití virem (viz výše) využit i pro rozšíření možností starších verzí BIOSu, které neuměly pracovat s velkými disky. V takovém případě je do prvního (resp. nultého) sektoru disku umístěn speciální ovladač a celý zbytek disku je pak o 1 sektor posunut. Ovladač na sebe přesměruje i obsluhu volání BIOSu a tak s velkými disky mohou následně pracovat i systémy DOS. Tento mechanismus není funkční u plně 32 bitových systémů, které pro obsluhu disků nepoužívají BIOS, ale vlastní ovladače.

20.GSM technologie Síť GSM Obecně řečeno, síť GSM je digitální buňková radiokomunikační síť umožňující přenos hlasu a dat. Skládá se z několika subsystémů: • Mobilní stanice (terminál) je transceiver (vysílač a přijímač), který komunikuje se základnovou stanicí sítě (BTS) a je vybavena uživatelským rozhraním a identifikačním modulem, kartou SIM. • Subsystém základnových stanic (BSS) je subsystém, se kterým komunikují jednotlivé mobilní stanice. Přímá komunikace dvou mobilních stanic není možná. • Síťový spojovací subsystém (NSS) plní mnoho základních funkcí sítě, především spojovací funkce uvnitř sítě a s externími sítěmi, funkce pro autentizaci a autorizaci účastníků, funkce .související s mobilitou účastníků aj. • Operační a podpůrný subsystém (OSS) zajišťuje zejm. správu, sledování a konfiguraci sítě. V Evropě systém GSM využívá dvě rádiová pásma – 900 MHz a 1 800 MHz. Ta jsou rozdělena na sestupné a vzestupné rádiové kanály. V pásmu 900 MHz je jich celkem 124 a jsou rozděleny mezi jednotlivé operátory GSM. Na každém kanálu je metodou časového multiplexu (TDMA) vytvořeno osm časových úseků – timeslotů, z nichž první se využívá pro přenos služebních informací a ostatních sedm pro přenos hlasu a dat. Pro přenos hlasu je nutné převést původní analogový signál do digitální formy vhodné pro přenos v síti GSM. K tomu byly vyvinuty speciální kodeky. Kodek je algoritmus určený ke kódování původního signálu na digitální signál přenášený telekomunikační sítí a k jeho zpětnému dekódování na straně příjemce. Termínem kodek se ale také označuje specializovaný integrovaný obvod, popř. počítačový program, který tyto činnosti provádí. Úvod do standardu CSD/HSCSD Moderní digitální mobilní sítě byly sice primárně vyvinuty pro potřebu přenosu hlasu, avšak lidský hlas přenášejí v digitálním tvaru. V takových digitálních sítích je tedy poměrně snadné zajistit přenos obecných dat. Zkratkou CSD se označuje metoda přenosu dat v mobilních sítích Circuit Switched Data a zkratkou HSCSD její vylepšená a zrychlená varianta High Speed Circuit Switched Data. Jde o metodu pro přenos dat na principu přepojování okruhů a současně také o službu, kterou operátoři GSM nabízejí svým zákazníkům.

Přepojování okruhů, podle kterého funguje také klasická telefonní síť, v principu znamená to, že mezi oběma komunikujícími stranami je vytvořena a vyhrazena souvislá přenosová cesta, která má určité vlastnosti. Touto přenosovou cestou jsou přenášena data jako souvislý datový tok. Data se přitom nikde „nezdržují“ (nikde se dočasně neskladují). To (spolu s konstantní „šířkou„ trasy, přesněji konstantní přenosovou kapacitou) znamená, že mohou být doručována časově určitě. Okruh sestavený pro přenos dat je pro komunikaci vyhrazen po celou dobu spojení, bez ohledu na to, zda se data přenášejí trvale či ne. Rozšířenou specifikaci HSCSD schválila standardizační skupina ETSI v roce 1997 a reagovala tak na narůstající problém nedostatečné rychlosti přenosu dat v síti GSM. Ta byla původně omezena na 9 600 b/s (nekomprimovaných). To však velké části aplikací přestávalo vyhovovat. Ze standardů GSM vyplývá, že na rádiovém rozhraní sítě, tj. mezi terminálem a základnovou stanicí, probíhá komunikace rychlostí 33,8 kb/s. Avšak jen část kapacity, přesně 22,8 kb/s, je využita pro hovorový kanál. Zbylých 11 kb/s je vyhrazeno jako režijní přenosová kapacita, která slouží k zajištění vlastních funkcí sítě. Avšak ani celých 22,8 kb/s není možné využít pro přenos uživatelských dat. Jakou část z oněch 22,8 kb/s představuje propustnost kanálu, určuje kódovací schéma( způsob kódování přenášených dat – standardy CS1 až 4).V původním návrhu metody CSD, který vycházel z kódovacího schématu CS1, tedy z obdobného způsobu zabezpečení dat jako u hlasových přenosů, je pro datové přenosy využita kapacita 9,6 kb/s a 13,2 kb/s spotřebuje zajištění spolehlivosti přenosu, ošetření chyb a výpadků. Užití datových přenosů v pozdější době ukázalo, že není třeba tak robustního zabezpečení, a že je tedy možné efektivněji přenášet data vyšší přenosovou rychlostí. U novějšího návrhu technologie HSCSD je pro přenos uživatelských dat použita kapacita 14,4 kb/s. Pro informaci: v GPRS je nejrychlejší kódovací schéma CS4, kde maximální propustnost může dosahovat až 21,4 kb/s na kanál. Zmenšila se tím část kapacity pro zabezpečení přenou dat. Zvýšení efektivní přenosové kapacity bylo ovšem dosaženo za tu cenu, že datové přenosy využívající kódovací schémata vyžadují kvalitnější signál. V místech se slabým signálem se efektivní využitelnost těchto datových přenosů snižuje. Další možností, jak zvýšit rychlost přenosu dat, je současné použití více timeslotů. Pro oživení znalostí z minulého dílu jen zopakujme, že v síti GSM jsou jednotlivé hovorové kanály časově multiplexovány na rádiový kanál. Časovému úseku připadajícímu na jeden hovorový kanál se říká timeslot. Metoda CSD umožňuje použít pouze jeden timeslot pro příjem a jeden timeslot pro vysílání. Jde tedy o symetrický přenos. Naproti tomu metoda HSCSD dovoluje slučovat více timeslotů pro příjem i vysílání a poskytuje možnost nastavit symetrický (2 + 2) nebo asymetrický (3 + 1) přenos. Sítě a terminály GSM se rozlišují podle parametru multi-slot class, který určuje, kolik kanálů současně a v jaké konfiguraci může být použito jedním terminálem pro jedno datové spojení. Je-li na příslušné základnové stanici v okamžiku inicializace spojení k dispozici více volných timeslotů, jsou využity k sestavení datového okruhu. Tato kapacita je udržena po celou dobu trvání datového přenosu. Oblasti použití Možnosti využití datových přenosů CSD nebo HSCSD jsou poměrně široké. Využívají se v mnoha oborech. Pro představu uveďme několik nejvýznamnějších oblastí: • Automatizace – přenos dat mezi entitami distribuovaného řídicího systému. Ve srovnání s GPRS a datovými přenosy pomocí SMS poskytuje CSD a HSCSD stabilnější přenosové parametry spojení, proti je způsob časového zpoplatnění služby operátora. • Připojení k internetu – dříve jediný způsob mobilního přístupu k internetu dnes ztrácí dech v souboji s modernější metodou GPRS, která je na našem území rychlejší a navíc má příznivější způsob účtování. • Dálkový přístup k počítačové síti – jedním ze způsobů využití HSCSD je replikace malých databází, stažení a odeslání pošty.

Trendy vývoje ukazují, že technologie HSCSD si své místo udrží ještě nějakou dobu, avšak mnohem masivnějšího použití se dočkají paketově orientované technologie, jako je GPRS, představené v předchozím článku. Ve spoustě aplikací, od průmyslových po zábavní, GPRS postupně získává převahu. Síť GPRS Zavedení GPRS vyžaduje poměrně velký zásah do existující mobilní sítě standardu GSM, protože ten je navržen pro přenos dat na bázi přepojování okruhů. Je možné představit si tento komplikovaný proces jako „přeložení“ komplementární sítě pracující na bázi přepojování paketů přes existující části původní sítě GSM a provázání těchto dvou sítí s řídicími prvky. Některé prvky sítě musí být doplněny, jiné musí být softwarově povýšeny na společnou funkci. Modifikována je rádiová část sítě, kde jsou základnové stanice rozšířeny o blok PCU (Packet Control Unit), i páteřní část sítě, kde jsou doplněny velmi důležité stavební prvky GSN (GPRS Support Node). Jsou to SGSN (Serving GPRS Support Node), které plní zejména funkce: • směrování datových paketů, • bezpečnostní funkce (autentizace, šifrování), • tzv. mobility management (lokalizace, routing area update), • řízení logických kanálů k mobilnímu terminálu, • spojení s ústřednovou částí sítě (HLR, VLR, MSC, SMSC), a GGSN (Gateway GPRS Support Node), jehož úkolem je zajištění: • rozhraní s vnějšími paketovými sítěmi (IP, X.25), • některých bezpečnostních funkcí (překlad adres, firewall), • komunikace s příslušnými SGSN pro správné směrování paketů, • doplňkové funkce pro mobility management. Mezi další prvky sítě GPRS patří BG (Border Gateway), která umožňuje propojení s jinými operátory (GPRS roaming), nebo CG (Charging Gateway), která zaznamenává a vyhodnocuje zúčtovací data a předává je do fakturačního systému operátora. EDGE a Enhanced GPRS (EGPRS) Enhanced GPRS (EGPRS) označované také jako EDGE - je rozšířením GPRS. Rozšíření spočívá v nové modulaci 8-PSK, novém přepracování RLC/MAC bloku a dalších věcech. EGPRS nabízí vyšší rychlosti než GPRS a je zpětně kompatibilní s GPRS. Třídy GPRS zařízení Roznáváme tři třídy GPRS zařízení: • Class A – umožňuje simultánní využívání GPRS i hlas. Takto funkce je nazývána jako Dual Transfer Mode - DTM tedy přenos hlasu a dat současně. Např. mobilní telefon Nokia N95 tuto funkci podporuje. Technologii DTM tedy Class A musí podporovat i síť operátora. České mobilní sítě tuto technologii zatím nepodporují. • Class B – hovor, nebo data. V závislosti na podpoře sítě je možné například při GPRS spojení přijmout hovor (a zastavit GPRS) nebo opačně. Všechny v současné době prodávané GPRS mobilní telefony a zařízení patří do Class B) • Class C – umožňuje pouze datový provoz, z takového přístroje nelze telefonovat (datové karty PCMCIA, speciální průmyslové moduly). Kódová schémata u GPRS GPRS používá čtyři kódová schémata CS-1 až CS-4. Mobilní telefon musí vždy podporovat všechna čtyři kódová schémata a GSM síť obvykle podporuje CS-1 a CS-2 některé moderní sítě (v Česku např. T-Mobile a Vodafone) podporují všechna kódová schémata CS-1 až CS-4. Kódové schéma se vybírá v závislosti na odstupu signál/rušení tedy tzv. C/I, tak aby byl zajištěn co nejlepší a nejefektivnější přenos dat.

●

Kódové schéma

Rychlost [kbit/s]

●

CS-1

8,0

CS-2

12,0

CS-3

14,4

CS-4

20,0

21.Rozhraní počítačů CENTRONICS • paralelní • jednosměrné • 8bitové • asynchronní přenos, oboustranné kvitování • max. délka kabelu 2 m RS-232 • UART • sériové • obousměrný, plně duplexní přenos • max. rychlost 38,4 kb/s • asynchronní, resp. aritmický či izosynchronní (používá start a stop sekvence bitů) přenos s oboustranným kvitováním • max. délka kabelu 15 m Charakterizujte rozhraní RS232. Elektrická a logická specifikace RS232.

22.Paměť RAM Vnitřní paměti Vnitřní paměti lze rozdělit na registry, vyrovnávací paměť a hlavní paměť. Pro jejich realizaci je použito polovodičových paměťových obvodů typu RAM (do konce 70.let se používaly magnetické prvky, feritová jádra..) • Nejrychlejší jsou registry, realizovány přímo na čipu (eliminace zpoždění na vedení a budičích), 10 až 100 • vyrovnávací paměť slouží pro ukládání dat a programů bezprostředně určených ke zpracování (1-10Kb), samostatný blok s vlastním řízením, co nejblíže k procesoru. rychlé paměťové čipy (bipolární technologie, ECL, TTL) vybavovací doba (20 - 100 ns) • hlavní paměť, programy a úlohy aktuálně spuštěné. 100 až 1000Mb. vybavovací doba 100 1000ns. dnes? :) Paměť s prodlouženým slovem = zápis několika slov procesoru do jednoho slova paměti. (pracuje-i sběrnice dostatečně rychle) Jedno slovo obsahuje 64, 128, 512 bitů. datový registr se postupně naplní a pak v celku zapíše. Zrychlení se uplatní pouze pokud jsou adresy zpracovávány za s sebou. Paměť s prokládanými cykly = Cyklus paměti byl 4x delší. Aby se tento nepoměr odstranil, byla paměť rozdělena do 4 bloků, pracujících samostatně schopných provádět nezávisle čtecí nebo zápisový cyklus. Umístíme-li adresy tak, že v bloku+ jsou adresy 4i, ve druhém 4i+1, .., můžeme

nejnižší dva byty adresy použít k výběru bloku. pak můžeme 4 po sobě jdoucí adresy volat současně. (v praxi se volá v ¼ cyklu paměti) Vhodné pro sekvenční zpracování adres. Dnes DRAM, SDRAM, WRAM, DDRAM, .... Organizace a princip uchování dat v RAM. Paměti RAM Paměti RAM jsou určeny pro zápis i pro čtení dat. Jedná se o paměti, které jsou energeticky závislé. Podle toho, zda jsou dynamické nebo statické, jsou dále rozdělovány na: • DRAM - Dynamické RAM • SRAM - Statické RAM Paměti SRAM (Static Random Access Memory) Paměti SRAM uchovávají informaci v sobě uloženou po celou dobu, kdy jsou připojeny ke zdroji elektrického napájení. Paměťová buňka SRAM je realizována jako bistabilní klopný obvod, tj. obvod, který se může nacházet vždy v jednom ze dvou stavů, které určují, zda v paměti je uložena 1 nebo 0. U SRAM pamětí se používá dvou datových vodičů. Vodič Data je určený k zápisu do paměti. Vodič označený jako \Data se používá ke čtení. Hodnota na tomto vodiči je vždy opačná než hodnota uložená v paměti. Takže na konci je nutno ji ještě negovat. Při zápisu se na adresový vodič umístí hodnota logická 1. Tranzistory T1 a T2 se otevřou. Na vodič Data se přivede zapisovaná hodnota (např. 1). Tranzistor T1 je otevřen, takže jednička na vodiči Data otevře tranzistor T4 a tímto dojde k uzavření tranzistoru T3. Tento stav obvodu představuje uložení hodnoty 0 do paměti. Zcela analogicky tato buňka pracuje i při zápisu hodnoty 1. Rozdíl je pouze v tom, že tranzistor T4 zůstane

Ilustrace 1: Realizace jedné buňky SRAM v technologii MOS uzavřen a to způsobí otevření tranzistoru T3. Při čtení je opět na adresový vodič přivedena hodnota logická 1, což opět způsobí otevření tranzistorů T1 a T2. Jestliže byla v paměti zapsána hodnota 1, je tranzistor T4 otevřen (tj. na jeho výstupu je hodnota 0). Tuto hodnotu obdržíme na vodiči \DATA. Opět zcela analogicky v případě uložené hodnoty 0, kdy tranzistor T4 je uzavřen (tj. na jeho výstupu je hodnota 1). Poznámka: Tranzistory T5 a T6 plní pouze funkcí rezistorů. Paměti SRAM je možné uskutečnit i v technologii TTL. Buňka takovéto paměti pracuje na podobném principu jako buňka v technologii MOS.

Paměti SRAM jsou výhodné zejména pro svou nízkou přístupovou dobu (15 - 20 ns). Jejich nevýhodou je naopak vyšší složitost a z toho plynoucí vyšší výrobní náklady. V současné době jsou paměti SRAM používány především pro realizaci pamětí typu cache, jejichž kapacita je ve srovnání s operační pamětí několikanásobně nižší. Paměti DRAM (Dynamic Random Access Memory) Ilustrace 2: Realizace jedné buňky paměti SRAM v technologii TTL

V paměti DRAM je informace 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 tomutu vybití a tím i ke ztrátě uložené informace, je nutné periodicky provádět tzv. refersh, tj. oživování paměťové buňky. Tuto funkci plní některý z obvodů čipové sady. Při zápisu se na adresový vodič přivede Realizace jedné buňky paměti DRAM v technologii hodnota logická 1. Tím se tranzistor T TTL otevře. Na datovém vodiči je umístěna zapisovaná hodnota (např. 1). Tato hodnota projde přes otevřený tranzistor a nabije kondenzátor. V případě zápisu nuly dojde pouze k případnému vybití kondenzátoru (pokud byla dříve v paměti uložena hodnota 1). Při čtení je na adresový vodič přivedena hodnota logická 1, která způsobí otevření tranzistoru T. Jestliže byl kondenzátor nabitý, zapsaná hodnota přejde na datový vodič. Tímto čtením však dojde k vybití kondenzátoru a zničení uložené informace. Jedná se tedy o buňku, která je destruktivní při čtení a přečtenou hodnotu je nutné opět do paměti zapsat. Buňka paměti DRAM je velmi jednoduchá a dovoluje vysokou integraci a nízké výrobní náklady. Díky těmto vlastnostem je používána k výrobě operačních pamětí. Její nevýhodou je však vyšší přístupová doba (60 - 70 ns) způsobená nutností provádět refresh a časem potřebným k nabití a vybití kondenzátoru.

23.Kanál DMA DMA Channels DMA (Direct Memory Access) Channels (kanály přímého přístupu do paměti) jsou mechanismy využívané některými zařízeními k přenosu dat do a z paměti bez účasti procesoru počítače. Například starší řadiče pevných disků využívaly tento mechanismus, který jim dovoloval přenášet data přímo do (z) operační paměti, aniž by tím zatěžovaly procesor. V opačném případě by totiž přenos mohl být Znázornění využití DMA kanálu č. 2 velmi pomalý. • PC/XT má 4 takové kanály (0 - 3) • PC/AT má ještě navíc kanály (4 - 7) Standardní obsazení DMA kanálů

DMA Použití U počítačů XT dynamické občerstvování paměti 0 U počítačů AT volný U počítačů XT řadič pevného disku 1 U počítačů AT volný 2 řadič pružného disku 3 Volné 4 Volné 5 Volné 6 Volné 7 Volné Z dalších zařízení využívá DMA kanály např. zvuková karta a některé starší řadiče CD ROM mechanik. DMA (Direct Memory Access) je medota kopírování dat z paměti do paměti (například mezi dvěma disky) bez použití procesoru. Je to hlavně z důvodu, že přenášet data uvnitř počítače, mezi jeho jednotlivými částmi, nemusí být vždy úplně jednoduché. Různá periferní zařízení totiž mohou mít dosti specifické požadavky na to, jak rychle jim mají být data poskytována (při výstupních operacích), resp. jak rychle mají být od nich přebírána (v rámci vstupních operací). Kdyby měl být přenos dat mezi řadičem disku a operační pamětí zajišťován procesorem, mohlo by se stát, že by to ani při nejlepší vůli nedokázal "stíhat". Proč? Činnost procesoru je řízena strojovými instrukcemi, které procesor sám načítá z operační paměti. I kdyby byl procesor vybaven strojovou instrukcí, která přenáší data z paměti rovnou do vstupněvýstupních registrů (V/V bran, portů) periferních zařízení, resp. naopak, musel by ji procesor vždy nejprve sám načíst z paměti - na přenesení každého bytu "užitečných dat" by tak ve skutečnosti bylo nutné přenést hned několik bytů (tvořících strojovou instrukci) z paměti do procesoru Je zde však ještě jeden zajímavý moment: žádná strojová instrukce nikdy nemůže přenést byte (slovo, dvojslovo) ze zadaného vstupně-výstupního registru na zadanou adresu do paměti přímo vždy to musí být "nadvakrát": nejprve z V/V registru do procesoru (do některého jeho pomocného registru, který je jinak pro uživatele neviditelný) a odsud, ještě v rámci téže instrukce, do paměti (analogicky pro obrácený směr). Otázkou ovšem je, zda by tuto maximální rychlost nedokázal využít někdo jiný než procesor a jak. Jedinou možností, jak "obejít" procesor a zajistit přenos dat po adresové sběrnici z paměti přímo do V/V registru resp. naopak, je využít adresovou sběrnici pro adresování jednoho účastníka přenosu (nejspíše paměti), a druhého adresovat jiným způsobem. Teprve pak je možné implementovat techniku, které se příznačně říká Direct Memory Access (zkratkou DMA), česky: přímý přístup do paměti. U mikroprocesorových systémů má realizaci této techniky na starosti specializovaný obvod, tzv. řadič přímého přístupu do paměti (DMA-řadič). Jeho úkolem je tedy zajišťovat přenos dat po datové sběrnici přímo mezi vstupně-výstupními zařízeními a pamětí, bez dočasného ukládání těchto dat kdekoli v pomocných registrech a bez účasti a bez zprostředkování procesorem. Má-li ovšem DMA řadič zajistit takovýto přímý přístup do paměti, musí umět ovládat operační paměť - posílat jí adresy po adresové sběrnici a generovat nezbytné řídicí signály, jež jsou předávanz po řídicí sběrnici. Kromě toho se DMA-řadič musí umět také dohodnout s procesorem, protože v daném okamžiku může i procesor chtít pracovat s pamětí. Nejčastější řešení je takové, že o využití paměti rozhoduje procesor a DMA-řadič v okamžiku skutečné potřeby žádá procesor o přidělení sběrnic a s nimi o právo přístupu k paměti. Jakmile procesor této žádosti vyhoví, stává se DMA-řadič výlučným pánem paměti a všech sběrnic a může zprostředkovat přímý přenos dat mezi V/V zařízením a pamětí. Po jeho skončení pak zase vrací sběrnice (a s nimi i paměť) zpět procesoru.

V praxi jsou DMA-řadiče tvořeny několika samostatnými kanály, z nichž každý je pevně vyhrazen určitému zařízení - proto, aby jej mohl adresovat již dříve naznačeným "jiným způsobem". Ten spočívá v tom, že mezi zařízením a jemu vyhrazeným kanálem DMA-řadiče vedou dva signály: jedním zařízení signalizuje svou připravenost a žádá o zprostředkování přenosu dat z pamětia do ní a druhým kanál DMA-řadiče odpovídá na tuto výzvu. DMA řadič přitom může pracovat v různých režimech - může zajišťovat jednotlivé přenosy, tedy po každém jednotlivém přístupu do paměti zase sběrnice vrátit procesoru, nebo si je může ponechat tak dlouho, dokud je co přenášet. Tímto způsobem pak dokáže skutečně využít maximální možnou rychlost přenosu dat po datové sběrnici. DMA řadič není řízen programem, resp. strojovými instrukcemi, a nemá tudíž režii, která by připadala na načítání z paměti

24.Rozhraní počítačů Základní technické parametry sběrnice Měřicí systém podle standardu IEEE 488.1 se skládá z funkčně samostatných zařízení (přístrojů, počítačů apod.) propojených standardizovanou paralelní sběrnicí. Základní vlastnosti systému IEEE 488.1: - celkový počet funkčních jednotek zapojených v systému – max. 15 - celková max. délka sběrnice – 20 m - max. vzdálenost mezi dvěma funkčními jednotkami – 2 m - počet vodičů sběrnice – 24 (8 datových DIO1 až DIO8, 3 pro řízení přenosu dat – DAV, NRFD, NDAC, 5 pro vysílání jednovodičových zpráv – ATN, IFC, REN, SRQ, EOI, 8 zemních vodičů) - max. přenosová rychlost – 1 MB/s (typicky podstatně nižší – 250 až 500 kB/s) - elektrické úrovně signálu – TTL, L (< 0.8 V), H (> 2,0 V) - logické úrovně signálu – log. 1 (TRUE) ~ L, log. 0 (FALSE) ~ H Signály IEEE 488 Datové linky DIO1 – DIO8 8 datových linek nese buĎ data nebo povely (commands). Stav ATN určuje, zda jde o data nebo povely. Všechny povely a většina dat používá 7 bitový ASCII nebo ISO kód. Korespondenční linky Tři linky asynchronně řídí přenos zpráv mezi zařízeními. Zaručují, že přenos je bez chyb a přizpůsobí se nejpomalejšímu zařízení. NRFD (nepřipravenost dat – not ready for data), indikuje, zda je zařízení připraveno přijmout byte zprávy. Linka je buzena všemi zařízeními při příjmu povelů, posluchači při příjmu datových zpráv a mluvčím při umožnění HS 488 protokolu (viz dále). NDAC (nepřijatá data – not data accepted). Indikuje, zda zařízení přijalo nebo nepřijalo data. Linka je buzena všemi zařízeními, které přijímají příkazy a všemi posluchači, kteří přijímají data. DAV (data platná) určuje kdy jsou data stabilní a mohou být přijmuta zařízeními. Řídič (controller) budí linku, když posílá povely a mluvčí budí linku při posílání datových zpráv. Linky řízení sběrnice (jednovodičové signály - zprávy) ATN kontroler dá ATN platná při posílání povelů po datových linkách tj. ATN = TRUE interfaceové

zprávy- command adresy, vícevodičové zprávy ATN = FALSE informační data (device depen. messages) data, program. instrukce, výsledky měření, stavy zařízení IFC systémový řídič budí linku při inicializaci sběrnice REN systémový řídič budí linku při uvedení zařízení do místního nebo vzdáleného (remote) režimu SRQ vyžádání obsluhy zařízení budí asynchronně linku při požadavku obsluhy EOI značka konce přenosu dat –mluvčí nebo identifikace paralelního hlášení – řídič Elektrické parametry LOG 1 <+0,8V LOG 0 >+2V Přenos dat: prep: Kontrola přijímačů a periferií na datových vodičích t-1: Všichni posluchači připraveni pro příjem dat. NRFD = 0 t0: Vysílač ověřuje data (DAV low) t1: První přijímač nastavuje NRFD=1, když už dále nemůže data přijímat t2: NDAC= 0 znamená všichni přijali data t3: DAV= 0, indikuje že data nebudou platná t4: první přijímač nastaví NDAC= 1, jako přípravu pro další cyklus t5: začíná se od t-1 Principy komunikace v systému IEEE 488 Jedna systémová řídicí jednotka (systém controller) - ovládá činnost systému - vysílá jednovodič. zprávu IFC, REN - umožňuje vysílání jednovodič. příkazů ATN, EOI, adres, vícevodičových příkazů, vysílání a příjem přístrojových zpráv

zvýšení přenosové rychlosti až na 8MB/s

mluvčí vyšle impulz „LOW", informuje posluchače, že je schopen přenášet data v HIGH SPEED 488 režimu

posluchač nereaguje změnou NRDF na DAV a tím indikuje, že je schopen použití HS 488

druhý bit přenesen

Vlastní komunikace probíhá mezi jednou vysílací jednotkou (mluvčí - talker) a jednou nebo více přijímacími jednotkami (posluchači - listeners). Není rozlišen směr přenosu, určení směru přenosu je řešeno tak, že každá jednotka má přiřazeny dvě adresy – přijímací MLA a vysílací MTA. Adresy se liší v 6. a 7. bitu, prvních 5 bitů je společných. Adresa - pomocí přepínačů - z klávesnice na předním panelu přístroje – rozsah (0 - 30) 31 odadresování UNL, UNT

Druhy zpráv: • informační data , data, instrukce ATN =false • interfejsové zprávy: adresy, univerz. příkazy, vícevodičové zprávy ATN = true Adresy zařízení adr= 0-30, 31 = UNL , UNT odadresování • Posluchačské adresy: MLA0 – MLA 30 = adr +32 • Adresy mluvčích: MTA0 – MTA 30 = adr +64 Komunikace: • řídí kontroler ( akt. controller in charge), • při ATN= true odadresuje, adresuje sebe jako mluvčího, adresuje posluchačské jednotky, případně pošle univerz. příkazy • při ATN = false vyšle podle programu data – řetězce, kterými jsou programovány jednotlivé přístroje – posluchači, dále se podle programu může přepnout na posluchače, případně přepne další jednotky a přijme data z přístroje ve formě řetězců; vše podle programu Formát dat: • ASCII • Numerické • Znakové • Řetězce, bloky

Přenos dat po linkách RS485 a RS422 Pro přenos dat mezi zařízeními se často používá sériová komunikace. Zatímco snaha po zrychlení toku dat (například mezi jednotlivými obvody v jednom přístroji) vede k užívání synchronního přenosu (data, synchronizační impulsy, rámec), pro malé objemy dat a větší vzdálenosti je naopak výhodná asynchronní komunikace. Pojmem "malý objem dat" je zde myšlena rychlost v řádech 1 až 100 kbitů za sekundu. Asynchronní komunikace minimalizuje počet vodičů potřebných k přenosu, čímž se zlevňuje komunikační vedení.

Linky RS232, RS485 a RS422 Komunikace po lince RS232 je nejběžnější, protože rozhraní RS232 má vyveden každý běžný počítač. Používá se pro připojení zařízení komunikujících maximální rychlostí 115.2 kBd na vzdálenost maximálně 15m. Kromě vodičů pro přenos dat - RxD a TxD obsahuje ještě další vodiče pro řízení toku dat. Tyto pomocné řídící signály nejsou obsaženy v linkách typu RS422 ani RS485 a musí být nahrazeny komunikačním protokolem. Ani mnohá zařízení komunikující po lince RS232 tyto signály nevyužívají. Nevýhodou linky RS232 je omezená komunikační vzdálenost a nemožnost jejího větvení. Navíc obvykle nebývá od zařízení galvanicky oddělena, což přináší problémy se zemními smyčkami, které v průmyslovém prostředí celou komunikaci znemožní. Proto tam, kde nelze použít jinou linku, lze doporučit alespoň galvanicky oddělit všechny používané signály. Kromě zlepšení komunikace se tak předejde zničení budičů a přijímačů zařízení. Pro přenos dat na větší vzdálenosti je vhodné použít linku RS485 nebo RS422. Linky mohou být vedeny až na vzdálenost 1600m (vodiče s kapacitou do 65pF/m) a lze je větvit. Každý ze signálů linky je přenášen po dvojici vodičů, nejlépe v provedení twistový pár. Vodiče označované a a b jsou vysílačem buzeny v protifázi a přijímač vyhodnocuje jejich napěťový rozdíl. Tímto principem se odstraní součtové (aditivní) rušení.

Přenos jednoho signálu po lince RS485 nebo RS422. D je vysílač, R je přijímač.

Z toho vyplývá i základní doporučení pro provedení linky RS485 nebo RS422 - není-li k dispozici zkroucený (twistový) pár vodičů, je třeba použít alespoň tak vedené vodiče, aby se do obou indukovaly poruchy shodně. Zatímco linka RS232 pracuje s úrovněmi typicky -12V a +12V, úrovně linky RS485 nebo RS422 jsou menší, typický rozdíl mezi vodiči je 2V. Aby přijímač mohl pracovat diferenciálně, nesmí být rozdíl mezi zemí vysílače a zemí přijímače větší než 7V. V opačném případě se vstupy přijímače zahltí a dojde k přerušení komunikace. Proto je nezbytné používat linky RS485 a RS422 vždy s galvanickým oddělením, jinak se jejich výhody ztratí. Provedení nevětvené linky RS422.

Linka RS422 používá jeden pár vodičů pro signál RxD a druhý pro signál TxD. Z toho vyplývá, že použijeme-li linku RS422 k prodloužení přenosové vzdálenosti místo "třídrátové" RS232 (RxD, TxD, GND), nic se nemusí na způsobu komunikace měnit a není tedy třeba ani zásah do software.

Obr. 3. Provedení nevětvené linky RS485.

Linka RS485 používá jeden pár vodičů pro oba směry toku dat. Je tedy třeba směr komunikace přepínat a to může být problém zvláště v případech, kdy s touto možností software nepočítá. Přepínání směru komunikace jistě bude vyřešeno u zařízení, které obsahuje už standardně linku RS485. Pokud však používáme zařízení s vyvedenou linkou RS232 (například počítač PC) a následným převodníkem RS232/RS485, je třeba přepínání směru zajistit. Nejvhodnější způsob je použít pro přepnutí některý volný řídící signál linky RS232 (například DTR nebo RTS), jeho ovládání však musí umožňit použitý program (pozor při psaní takového programu pro PC - díky různým bufferům na nových motherboardech to není úplně jednoduché).

Jestliže není signál pro přepnutí k dispozici, je jedinou možností použít převodník linky RS232 na RS485 s automatickým přepínáním. I to má však úskalí. Takový převodník je stále přepnut na příjem z linky RS485 a při zjištění dat vysílaných ze strany linky RS232 se přepne na vysílání. V režimu vysílání však převodník zůstane ještě po nějakou dobu (protože nemůže přesně identifikovat konec dat). Jestliže během této doby začne na linku vysílat někdo jiný, dojde ke kolizi a data nejsou přijata. Problémy s přepínáním lze však po prozkoumání konkrétní situace téměř vždy vyřešit. Poslední možností je použít linku RS422, která přepínání nepotřebuje. U rozvětvených linek může být počet zařízení na lince maximálně 16, avšak existují přijímače s menší zátěží, takže jich může být až 128. Linka by měla být provedena jako linie s krátkými odbočkami, ne jako strom nebo hvězda.

Zakončení Impedanční zakončení linky RS485 nebo RS422 je věc dosti problematická. Samozřejmě je správné na konce linky zapojit rezistor o shodné hodnotě s impedancí vedení a tím zabránit odrazům na vedení. V praxi však nejsou obvykle používány vysoké rychlosti přenosu (typické jsou 9.6 kBd nebo 19.2 kBd) a ani vedení nebývají správně provedena. Zakončení pak ztrácí smysl a jen snižuje úroveň signálu a tím i odolnost proti poruchám. Proto je vhodné volit zakončení spíše větší, do 1000 Ohmů. Mnohem důležitější než impedančíní zakončení je definování klidového stavu linky. Protože při komunikaci po lince RS485 nebo při rozvětvené lince RS422 se vysílače odpojují, dochází k dobám, kdy na linku žádné zařízení nevysílá. V této době není stav linky definován a linka je extrémě citlivá na indukovaná napětí (poruchy), které se jeví jako přicházející data. Proto je třeba definovat klidový stav linky připojením rezistorů podle obrázku (předpokládáme, že v klidu je vodič b zápornější než a.

Obr. 4. Definování klidového stavu linky. Odpor Rt je zakončovací (např. 150Ohmů), odpory R1 a R2 definují klidový stav (oba asi 470Ohmu až 1Kohm). Vcc a GND jsou lokální napájení a zem budiče.

Co je vodič a a co je vodič b Rozpoznání vodičů linky RS485 nebo RS422 není složité, ale ve značení je zmatek. Vodiče a a b bývají různě značeny u různých výrobců a ani z normy EIA není zřejmý jejich vzájemný potenciál v klidovém stavu. Pokud tedy označení vodičů není jasné, je jediným řešením uvést zařízení do klidového stavu při vysílání a polaritu změřit, nebo prohozením správné zapojení najít. Přehozením vodičů nelze budiče linky zničit, přímo norma předepisuje proudové omezení.

Protokoly V historii byla řada pokusů o zavedení standardních komunikačních protokolů na sériových linkách,

avšak žádný z nich se neujal. Typy komunikace jsou standardní maximálně pro zařízení od jednoho výrobce. Tato skutečnost komplikuje připojení více různých zařízení na jednu linku, protože dochází ke kolizím dat.

Proudová smyčka Pro komunikaci na větší vzdálenosti se dříve používala také proudová smyčka 0/20mA (pozor, nezaměňovat se smyčkou 0(4) až 20 mA pro přenos analogových veličin). Její vlastnosti jsou však horší než u linek RS485 a RS422, proto pro nová zařízení není vhodná.

Závěr Linky RS485 nebo RS422 lze doporučit pro nejrůznější přenosy dat v průmyslovém prostředí. Při správném provedení je spolehlivost přenosu v provnání s linkou RS232 nebo proudovou smyčkou vysoká.

25.Bezdrátové komunikace Bluetooth Využívá frekvenční pásmo v oblasti 2,4 GHz, které není licencované. Standard je koncipován tak, aby podporoval typy přenosů point-to-point i point-to-multi-point. Vlastní dosah standardního komunikačního řešení je od 10 po 100 m. Komunikační rychlost je až 721 kb/s. Použití bluetooth Primárně pro domácí a kancelářské aplikace. Propojení PDA, tiskáren, mobilních telefonů a sad hands-free. Existují řešení pro průmysl, především aplikace typu cable-replacement. Wi-fi Zatím nejrozšířenějším standardem podle IEEE 802.11 je IEEE 802.11b, který byl uveden do praxe jako první. V současné době jsou k dispozici WLAN založené na standardech IEEE 802.11a, 802.11b a 802.11g. Souhrnně jsou tyto standardy označovány jako Wi-Fi (Wireless Fidelity). V Evropě je zatím rozšířen pouze 802.11b a začíná se používat 802.11g. Komunikační rychlosti dosahují až 54 Mb/s. V případě použití směrových antén s vysokým ziskem je dosah až v desítkách kilometrů. Použití Bluetooth Primárně pro vytvoření bezdrátových sítí LAN. Použití hlavně v kancelářské oblasti pro stavbu bezdrátových infrastruktur. Časté využití v průmyslu pro připojení bezdrátových terminálů, spojení dislokovaných sítí, propojení technologií a velínů, připojení mobilních skladových terminálů do podnikových sítí atd. Bezdrátové komunikace: standard Bluetooth 1. Úvod do standardu Bluetooth V roce 1998 byl vydán popis otevřeného standardu pro bezdrátové připojení zařízení na krátké vzdálenosti označeného jako Bluetooth. Standard byl koncipován pro jednoduché a stálé propojení mezi širokou škálou komunikačních zařízení, jako jsou telefony (celulární telefony, bezdrátové telefony), počítače, počítačové periferie, PDA, komunikační periferie apod. Vzhledem k parametrům standardu pronikají jeho aplikace i do průmyslového prostředí. Zde je využíván pro propojení senzorů, akčních členů, pro telemetrii a přenos informací v měřicích systémech. Standard Bluetooth byl navržen jako bezdrátový komunikační standard, který využívá komunikační frekvenční pásmo ISM (Industrial, Scientific, Medical), jež je volně k použití za předpokladu dodržení závazných podmínek pro vyzářený výkon a technické řešení vysílače a přijímače (tzv. nelicencované pásmo). Volné použití pásma znamená, že není třeba žádat o přidělení frekvenčního pásma ani platit jakékoliv poplatky. Komunikace využívá techniku přeskakující rádiové frekvence

(frequency hoping). Standard je koncipován tak, aby podporoval typy přenosů point-to-point i point-to-multipoint. Dosah standardního komunikačního uzlu je od 10 do 100 m. Celá specifikace protokolu je zdarma k dispozici na webových stránkách http://www.bluetooth.org 2. Historie Bluetooth Standard Bluetooth vznikl jako produkt společného úsilí firem 3Com, Ericsson, IBM, Intel, Lucent, Microsoft, Motorola, Nokia a Toshiba, které počátkem roku 1998 daly vzniknout konsorciu SIG (Special Interest Group). Konsorcium v současné době (duben 2003) sdružuje téměř 2 000 firem zajímajících se o vývoj a aplikace standardu. Bluetooth je první globálně akceptovaná technologie kategorie PAN (Personal Area Network) a je zahrnuta do řady specifikací PAN IEEE 802.15 pod označením IEEE 802.15.1. Název standardu – Bluetooth – pochází od švédské firmy Ericsson, která jej pojmenovala po vikingském panovníku Haraldu Bla°tandovi. Harald Bla°tand byl v letech 940–981 dánským králem a své přízvisko získal podle své tmavé pleti a tmavých vlasů. Blatand se sice přepisuje do angličtiny jako Bluetooth (tedy Modrý zub), ale označení pochází od tmavých vlasů a pleti, nikoliv od modrých zubů. V červenci roku 1999 byla zveřejněna první specifikace standardu Bluetooth (Bluetooth 1.0). V současné době je platná specifikace Bluetooth verze 1.1. Podle neoficiálních zpráv je ve vývoji specifikace s označením Bluetooth 1.2, která má přinést přenosové rychlosti 2 až 3 Mb/s, a dále specifikace Bluetooth 2.0, u které se očekávají přenosové rychlosti 4, 8 a 12 Mb/s, podpora režimů multi-cast a broad-cast, schopnost udržet přenosy i po odstranění řídicí jednotky (master) z buňky pikonet, zavedení služby QoS (Quality of Service) a zrychlení odezev. 3. Topologie sítě Struktura sítě je založena na buňkách piconet (obr. 1), což je základní komunikační buňka tvořená maximálně osmi jednotkami, kde se jediná jednotka chová jako řídicí jednotka (master) a ostatní jako podřízené jednotky (slave). Řídicí jednotkou se stává jednotka, která buňku piconet jako první vytváří. Tato jednotka je v každé buňce piconet pouze jedna, ale může tuto funkci na základě specifických požadavků předat jiné jednotce. Organizační strukturou vyšší úrovně je buňka scatternet, která umožňuje koexistenci více buněk piconet ve stejné oblasti, a to tak, že nejsou omezeny schopnosti jednotlivých buněk piconet co do přenosových rychlostí a kapacit. 4. Technické řešení 4.1 Frekvenční pásma Standard Bluetooth specifikuje komunikaci mezi účastníky spojení pomocí rádiového spoje v pásmu ISM. To je pro většinu zemí světa (včetně ČR) 2 400 až 2 483,5 MHz. Provoz v tomto pásmu není vázán povolením nebo registrací ze strany ČTÚ (nelicencované pásmo). V Tab. 1. Rozdělení zařízení do výkonových tříd tomto pásmu definuje standard 79 Výstupní výkon frekvenčních pozic se šířkou pásma 1 MHz, Třída maximální nominální minimální jejichž základní frekvence jsou dány vztahem 1 100 mW nespecifikováno 1 mW fk = 2 402 + k 2 2,5 mW 1 mW 0,25 mW kde k je celé číslo, k = 0, 1 ... 78 a fk 3 1 mW nespecifikováno nespecifikováno

frekvence (MHz). Zařízení dodržující specifikaci normy Bluetooth jsou z hlediska maximálního vyzářeného výkonu rozdělena do tří kategorií, jak ukazuje tab. 1. V ČR je maximální povolený výkon vyzářený zařízením pracujícím v tomto pásmu 100 mW. Standard dále definuje, že výkonová třída 1 nesmí být použita k přenosu paketů mezi stanicemi v případě, že přijímací stanice nepodporuje mechanismus zpětného řízení výkonu vysílací strany. V tom případě smí vysílací strana odpovídat pouze výkonové třídě 2 a 3. 4.2 Základní koncepce komunikačního jednotky Komunikační jednotka standardu Bluetooth (obr. 2) obsahuje: • rádiový vysílač/přijímač - transceiver (2,4GHz Bluetooth radio), který zajišťuje samotný rádiový přenos, • linkový ovladač (link controller), který ovládá rádiový transceiver • správce linky a I/O obvodů spoje (link manager & I/O), který zajišťuje komunikace mezi I/O obvody spoje a poskytuje uživateli terminálové rozhraní. 4.3 Definice kanálu Kanál je reprezentován pseudonáhodnou sekvencí změn vysílací frekvence (přeskakující radiová frekvence – frequency hoping) mezi frekvenčními pozicemi 0 až 78 (kapitola 4.1). Všechny buňky piconet sdílejí stejné 80MHz frekvenční pásmo, avšak každá buňka piconet užívá odlišné sekvence změn pro rozmítání vysílací frekvence do 1MHz frekvenčních pozic. Každý kanál je rozdělen do stejně dlouhých časových rámců (doba trvání časového rámce činí 625 µs). Existují dva druhy časování kanálů – TDD a multi-slot. Časování TDD odpovídá situaci, v níž se řídicí a řízená jednotka postupně střídají ve vysílání, a časování multi-slot odpovídá využití přeskokové sekvence pro přenos tak, že paket může obsadit více než jeden rámec. 4.4 Synchronní a asynchronní přenos Standard Bluetooth umožňuje využívat dva typy komunikačních (kanálů) metod , které se diametrálně liší přenosovými schopnostmi: asynchronní (ACL, Asynchronous Connectionless) a synchronní (SCO, Synchronous Connection Oriented). Oba je možné využít k zajištění přenosů dat podle požadavků jednotlivých jednotek. Pro zajištění komplikovanějších přenosů, kombinujících oba typy kanálů, je možné v průběhu spojení měnit typ kanálu. Kanál typu ACL využívá časování multi-slot, přičemž je možné dosáhnout přenosové rychlosti 721 kb/s v jenom směru a 57,6 kb/s v opačném směru (asymetrický kanál), popř. 433 kb/s v obou směrech (symetrický kanál). Uvedené přenosové rychlosti platí za předpokladu, že se nevyužívá možnost opravy chyb při přenosu. Kanál typu SCO dovoluje realizovat přenos dat rychlostí 64 kb/s v synchronním režimu. Tento typ kanálu se využívá pro přenos dat, u kterých jsou zvýšené nároky na časový determinismus datového toku. Obecně lze říci, že kanál typu ACL je vhodný k přenosu běžných dat a jeho výhodou je větší přenosová rychlost. Využívá se také pro přenos dat zajišťujících a řídících komunikaci v rámci buňky. Kanál typu SCO je vhodný pro přenos zvuku a obrazu. Wi-Fi Bezdrátové komunikace: standard IEEE 802.11 1. Úvod do bezdrátových sítí WLAN IEEE 802.11 V oblasti bezdrátových lokálních sítí existuje mnoho standardů. Jedním z nejrozšířenějších je IEEE 802.11. Ovšem i v rámci IEEE 802.11 existují různá řešení, která se liší oblastí použití, cenovou dostupností, datovou propustností a dosahem. Současné bezdrátové lokální sítě jsou postaveny na principech, které z původního standardu vycházejí, avšak v mnohém jej rozšiřují nebo upravují. V současné době (červen 2003) jsou to WLAN založené na verzích standardu IEEE 802.11a, 802.11b a 802.11g. V Evropě je rozšířena síť

podle IEEE 802.11b, zatímco v USA a některých mimoevropských zemích jsou v provozu i sítě IEEE 802.11a. V tab. 1 je uveden stručný přehled platných a připravovaných standardů podle IEEE 802.11. Tab. 1. Přehled standardů IEEE 802.11 Standar Definice d Standard definuje fyzickou vrstvu, která pracuje v pásmu 5 GHz, používá metodu IEEE modulace OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) a podporuje přenosové 802.11a rychlosti od 6 do 54 Mb/s. IEEE Standard definuje fyzickou vrstvu, která v pásmu 2,4 GHz pracuje s metodami modulace 802.11b FHSS a DSSS. Podporuje přenosové rychlosti 1 Mb/s, 2 Mb/s, 5,5 Mb/s a 11 Mb/s. IEEE Standard definuje vlastnosti a funkce nutné pro správnou funkci bezdrátových mostů 802.11c (bridge). Tento standard využívají přístupové body (access points). IEEE Standard se zabývá globální harmonizací WLAN podle IEEE 802.11, neboť pravidla pro 802.11d využívání jednotlivých frekvenčních pásem se stát od státu různí. Připravovaný standard upravuje přístupovou vrstvu (MAC) tak, aby bylo možné vnést do IEEE WLAN prvky QoS (Quality of Services), což zlepší možnosti přenosu zvuku a obrazu. 802.11e První výrobky podporující tento standard by se na trh měly dostat koncem roku 2003. Připravovaný standard umožní uživatelům přecházet mezi jednotlivými přístupovými IEEE uzly (roaming), podobně jako to umožňuje síť pro mobilní telefony. Původní standard 802.11f IEEE 802.11 nezajišťuje bezproblémový přechod od jednoho přístupového uzlu k jinému bez ztráty spojení. Standard zavádí do pásma 2,4 GHz modulační metodu OFDM, která svými parametry překonává FHSS i DSSS a umožňuje dosáhnout přenosové rychlosti až 54 Mb/s. Standard 802.11g umožňuje připojit zařízení pracující podle IEEE 802.11b, avšak výskyt IEEE těchto zařízení v síti značně snižuje její propustnost, neboť tato zařízení je nutné ovládat 802.11g signály RTS a CTS, aby v síti nedocházelo ke kolizím mezi zařízeními používajícími FHSS nebo DSSS a zařízeními používajícími OFDM. Zařízení podporující IEEE 802.11g se již dostávají na trh. Připravovaný standard má za cíl vyhovět evropským požadavkům tak, aby bylo možné v IEEE Evropě používat WLAN i v pásmu 5 GHz. Pásmo 5 GHz je v Evropě využíváno pro 802.11h spojení se satelity a pro sítě HIPERLAN. Připravovaný standard by měl zabránit možným interferencím dynamickou volbou kanálu a řízením vysílacího výkonu. Připravovaný standard si klade za cíl definovat rozšíření vrstvy MAC o důkladné IEEE zabezpečení. Původní IEEE 802.11 definuje pouze relativně slabé šifrování založené na 802.11i statických klíčích (Wired Equivalent Privacy, WEP). IEEE 802.11i by měl výrazně zvýšit bezpečnost dat přenášených prostřednictvím WLAN. 3. Standard IEEE 802.11b Standard IEEE 802.11b definuje celkem čtrnáct kanálů v pásmu 2 400 až 2 497 MHz. Ve většině zemí Evropy (včetně ČR) může být WLAN provozována v pásmu 2 400 až 2 483,5 MHz. Toto pásmo je pro potřeby IEEE 802.11b rozděleno na třináct kanálů. (Téměř v celé Evropě lze využívat všech třináct kanálů, pouze telekomunikační úřady Francie a Španělska umožňují využít jen některé kanály.) Provoz zařízení podle IEEE 802.11b v ČR je upraven generální licencí Českého telekomunikačního úřadu číslo GL-12/R/2000 k provozování pozemních vysílacích rádiových zařízení pro širokopásmový přenos dat na principu rozprostřeného spektra. Sítě podle IEEE 802.11b jsou u nás nejrozšířenější, a proto jim bude věnována druhá část článku v příštím čísle. 4. Standardy IEEE 802.11a, IEEE 802.11g

Ve spojení s bezdrátovými sítěmi IEEE 802.11 je užíván termín sítě Wi-Fi. Pojmem Wi-Fi (Wireless Fidelity) byla dříve označována zařízení, která pracovala podle IEEE 802.11b, ale v současnosti jsou logem „Wi-Fi Certified„ označována i zařízení podle IEEE 802.11a a IEEE 802.11g, která splňují požadavky interoperability mezi zařízeními různých výrobců. Standard IEEE 802.11a je používán v některých mimoevropských zemích, např. v USA. Oproti IEEE 802.11b umožňuje dosáhnout větších přenosových rychlostí, zejména díky pokročilejším způsobům modulace. Nejmladší standard, IEEE 802.11g, slučuje nejlepší vlastnosti ze standardů IEEE 802.11a a IEEE 802.11b. Zachovává kompatibilitu se standardem IEEE 802.11b a ze standardu IEEE 802.11a přebírá pokročilejší modulační a kódovací techniky. Při tvorbě standardu 802.11g se dvě významné firmy vyrábějící čipové sady pro WLAN (Intersil a Texas Instruments), které se snažily prosadit do standardu vlastní modulační a kódovací postupy, dohodly na kompromisu. Došlo tak k tomu, že některé parametry (přenosová rychlost, modulační metoda) jsou pro zařízení povinné a jiné volitelné. Výsledkem tedy je, že i při nákupu zařízení pro WLAN IEEE 802.11g bude výhodné pořizovat zařízení vybavená čipovými sadami od jednoho výrobce. Povinně implementované režimy sice zajistí komunikaci mezi zařízeními osazenými čipovými sadami různých výrobců, avšak volitelné režimy nabízejí oproti povinným režimům nejen vyšší přenosové rychlosti, ale i lepší odolnost proti chybám, a tedy větší reálně dosažitelnou propustnost dat. V tab. 2 jsou shrnuty modulační techniky a přenosové rychlosti podporované jednotlivými verzemi standardu IEEE 802.11. V tabulce jsou pro každou verzi standardu tučně vyznačeny režimy, které musí být podporovány všemi zařízeními. Podpora ostatních režimů závisí na použité čipové sadě a firmwaru zařízení. Tab. 2. Přehled parametrů standardů IEEE 802.11 5. Topologie a síťové prvky Standard IEEE 802.11 lze využít nejen k vytvoření bezdrátové sítě WLAN, která je flexibilním ekvivalentem LAN a pokrývá určitou oblast, ale je použitelný i pro bezdrátové propojení dvou LAN ve formě dvoubodového spoje. Pro připojení k WLAN musí být počítače vybaveny síťovou kartou s rozhraním IEEE 802.11. Síťové karty jsou dostupné v podobě karet PCI, PCMCIA nebo jako zařízení připojitelné prostřednictvím rozhraní USB. V současné době se rozhraní IEEE 802.11 stává standardním doplňkem notebooků. Podobně jako u klasických LAN na bázi IEEE 802.3 (Ethernet) je možné u sítí IEEE 802.11 propojit počítače pouze pomocí síťových karet, aniž by byly nutné další aktivní síťové prvky. Vzhledem k tomu, že většina bezdrátových sítí slouží pro připojení k LAN IEEE 802.3, je obvykle základním prvkem bezdrátové sítě IEEE 802.11 přístupový bod (access point). Přístupový bod je zařízení, které pracuje jako komunikační most (bridge) propojující bezdrátovou síť WLAN (IEEE 802.11) s pevnou sítí LAN (obvykle IEEE 802.3). Přístupový bod je často schopen plnit funkce směrovače (router). Podle standardu IEEE 802.11 je možné definovat strukturu sítě s mobilními zařízeními, která se přesunují mezi oblastmi pokrytými jednotlivými přístupovými body. Připojeny mohou být nejen klasická PC či notebook, ale i proprietární zařízení s komunikačním rozhraním Ethernet nebo přenosné miniaturní počítače typu PDA (Personal Digital Assistant).

Další typickou oblastí použití sítí IEEE 802.11 je propojení oddělených sítí LAN, např. mezi budovami (viz obr. 3).

6. Přístupové metody Pro řízení přístupu používají sítě podle IEEE 802.11 variantu metody CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance) nazvanou DCF (Distributed Coordination Function). V případě, že stanice, která chce vysílat, detekuje na médiu cizí signál (např. vysílání jiné stanice nebo rušení), čeká, dokud nenastane na přenosovém médiu klid. Navíc stanice dostávají informaci o tom, na jak dlouho hodlá vysílající stanice obsadit přenosové médium. Informace o plánovaném obsazení média je uvedena v hlavičce každého rámce. Před tím, než se stanice rozhodne zahájit vlastní vysílání, musí vypršet doba, na kterou si jiná stanice rezervovala médium. Informace o plánovaném obsazení umožňuje zajistit bezproblémový přenos rámců, které slouží k dodatečnému řízení vysílání. Příkladem mechanismu k dodatečnému řízení vysílání jsou rámce RTS (Request To Send) a CTS (Clear To Send), které mají podobný význam jako stejnojmenné signály rozhraní RS-232. Stanice, která chce zahájit přenos dat, vyšle rámec RTS. Odpoví-li přístupový bod rámcem CTS, lze přenášet data. Toto řízení toku dat se používá jako doplňkový mechanismus pro omezení kolizí, neboť u rozlehlejších sítí dochází k situacím, kdy jsou jednotlivé stanice v dosahu přístupového bodu, avšak stanice navzájem jsou nedostupné. Protokol DCF nemůže zajistit přenos datových rámců v určitém okamžiku nebo s definovaným zpožděním mezi rámci, a tak prodlevy mezi rámci nejsou konstantní. Hlavní nevýhodou metody CSMA/CA je citlivost na rušení. Přítomnost rušícího signálu může zablokovat WLAN až do doby, než je zdroj rušení odstraněn. Použitý algoritmus DCF rovněž umožňuje na bezdrátovou síť realizovat útok typu DoS (Denial of Services), neboť nenákladné rušicí zařízení může zablokovat celou síť až do doby, než je nalezeno a vypnuto. Standard 802.11 volitelně nabízí další metodu řízení přístupu, označovanou jako PCF (Point Coordination Function), která umožňuje přenos dat citlivých na časování. Při této metodě se v síti ustanoví koordinátor, který postupně vyzývá jednotlivé stanice k zahájení přenosu dat. Tuto metodu lze nazvat centralizovaný pooling. Metoda PCF poskytuje zařízením možnost vysílat data synchronizovaně a s definovanými prodlevami. Protokol IEEE 802.11 dovoluje v síti současně provozovat jak DCF, tak PCF, přičemž stanice provozující DCF se pravidelně odmlčí a předají řízení sítě koordinátoru PCF. Je nutné zdůraznit, že značná část zařízení podle IEEE 802.11 deterministickou metodu PCF nepodporuje, proto při požadavku na deterministické chování sítě je nutné vybírat zařízení s ohledem na podporu režimu PCF. Rovněž se doporučuje pro režim PCF volit všechna zařízení od jednoho dodavatele, neboť metoda PCF není ve specifikaci IEEE 802.11 popsána příliš exaktně, a mohly by nastat problémy s interoperabilitou zařízení od různých výrobců. Například sdružení Wi-Fi, které si klade za cíl zajistit interoperabilitu zařízení, ve svých požadavcích nemá režim PCF vůbec uveden, a tedy jej při udělování loga „Wi-Fi Certified„ netestuje. Dokonce, ačkoliv čipová sada některých zařízení režim PCF podporuje, tato zařízení nemají uvedený režim aktivován firmwarem. Proto nelze vybírat zařízení jen podle čipové sady, ale je nutné ujistit se u výrobce zařízení, že právě jeho zařízení režim PCF skutečně podporuje.

7. Zabezpečení Zabezpečení bezdrátových sítí je jedno z kritických míst bezdrátových technologií, neboť při napadení hrozí nejen neautorizované využívání připojení k internetu a intranetu, ale i únik informací a neoprávněné zásahy do informačních systémů. Proto je na zabezpečení bezdrátových komunikací kladen velký důraz. Zabezpečovací standard sítí IEEE 802.11 je označován zkratkou WEP (Wired Equivalent Privacy), což je technologie pracující na úrovni přístupové vrstvy MAC (Media Access Control), která má zaručit alespoň takovou úroveň „soukromí“, jakou nabízejí běžné sítě LAN. Podpora standardu WEP je u zařízení volitelná, avšak většina zařízení na trhu ji podporuje. Je-li přenos zabezpečen pomocí WEP, jsou tělo rámce a kontrolní součet šifrovány proudovou šifrou RC4, vyvinutou renomovanou firmou RSA Security. Veškerá užitečná data, která jsou přenášena, jsou tak zabezpečena proti jednodušším formám odposlechu. Standardní WEP nabízí pro šifrování délku klíče 40 nebo 64 bitů. Novější varianta, někdy označovaná jako WEP2, nabízí zabezpečení pomocí klíče o délce 128 bitů. Někteří výrobci dodávají zařízení, která umožňují použít klíč o délce až 256 bitů. Hlavní slabina standardu WEP, tj. skutečnost, že WEP používá statické klíče, jež uživatel zadává při konfiguraci zařízení, zatím zůstává nepřekonána. Ačkoliv je šifra RC4 považována za poměrně bezpečnou, způsob jakým je WEP navržen znamená, že je vhodný pouze jako základní zabezpečení. Připravovaný standard IEEE 802.11i by měl v budoucnu přinést výrazné zvýšení kvality zabezpečení. Avšak do doby, než bude tento standard schválen a implementován do zařízení WLAN, je nutné při přenosu důvěrných dat nespoléhat pouze na WEP, ale je nutné používat dodatečná zabezpečení. 8. Vlastnosti sítí podle IEEE 802.11b 8.1 Přenosová rychlost Maximální teoretická propustnost sítí podle standardu IEEE 802.11b je 11 Mb/s, avšak reálná propustnost je nejvýše 4 až 5 Mb/s. Reálně dosažitelná přenosová rychlost závisí na lokálních podmínkách a rovněž na vzdálenosti mezi stanicemi. Datová propustnost klesá skokově, neboť při slábnoucím signálu přejdou stanice na menší šířku pásma. Maximální teoretická propustnost 11 Mb/s je k dispozici pouze za velmi dobrých podmínek a v případě potřeby je spojení degradováno na 5,5 Mb/s, 2 Mb/s nebo až 1 Mb/s. 8.2 Dosah Uvádí se, že v budovách s běžnou anténou je dosah stanic přibližně 150 m. Na volném prostranství je dosah přibližně 500 m. Při těchto vzdálenostech ale komunikační rychlost již klesne na 1 Mb/s, takže reálná propustnost je přibližně 500 kb/s. Maximální možnou vzdálenost lze zvětšit směrovými anténami s vysokým ziskem. Použití směrových antén rovněž zvětší vzdálenost, na kterou je možné úspěšně provozovat režim provozu přenosovou rychlostí 11 Mb/s. S běžnými anténami lze pracovat v režimu 11 Mb/s uvnitř budov na vzdálenost do 50 m, vně budov na vzdálenost až 250 m. Na velikost reálné přenosové rychlosti má kromě vzdálenosti vliv rovněž chybovost kanálu, která je dána lokálními podmínkami a celkovým zatížením pásma 2,4 GHz, neboť v tomto pásmu pracují i další zařízení (např. Bluetooth a běžné mikrovlnné trouby). Speciálními směrovými anténami lze navázat spojení na přímou viditelnost až na vzdálenost 20 km. 8.3 Zvýšení přenosové rychlosti Někteří výrobci zařízení IEEE 802.11b přidávají ke standardním režimům ještě další, nestandardní režimy, které umožní navázat spojení teoretickou přenosovou rychlostí 22 Mb/s. Ačkoliv je teoretická přenosová rychlost dvojnásobná, užitečná datová propustnost se navýší pouze o 50 %, tedy např. ze 4 Mb/s na 6 Mb/s. U tohoto nestandardního režimu je zvýšené riziko, že zařízení od různých výrobců nebudou schopna touto rychlostí navázat spojení. Mnohem lepší variantou je využít zařízení s podporou IEEE 802.11g, ovšem těchto zařízení je zatím na trhu poměrně málo.

8.4 Protokol Protokol IEEE 802.11 je založen na přenosu rámců. Každý rámec (frame) obsahuje mj. kontrolní pole, které označuje verzi protokolu 802.11, identifikaci typu rámce, až čtyři různé adresy MAC (adresa odesílatele, příjemce, vysílače, přijímače nebo přístupového bodu), pořadové číslo rámce, datové pole a pole s kontrolním součtem pro detekci chyb. Protokol IEEE 802.11 definuje tyto typy rámců: a) Rámce pro správu sítě Rámce pro správu sítě slouží k navázání a udržení komunikace: • Authentication frame je určen k navázání komunikace mezi klientem a přístupovým bodem, může být využit k ověření, zda klient má právo se k danému bodu připojit, popř. k navázání šifrované komunikace podle standardu WEP. • Deauthentication frame je určen k ukončení šifrovaného přenosu dat mezi stanicemi. • Association request frame je určen k začlenění klientské stanice do sítě a k předání informací o schopnostech klientské stanice. • Association response frame je zaslán přístupovým bodem jako potvrzení nebo zamítnutí žádosti o začlenění do sítě a k předání informace o schopnostech přístupového bodu (např. informace o podporovaných přenosových rychlostech). • Reassociation request frame. Nalezne-li klientská stanice signál jiného přístupového bodu, který je silnější než signál bodu, k němuž je připojena, použije tento rámec k přenesení spojení z jednoho přístupového bodu na jiný, aniž by došlo ke ztrátě dat. • Reassociation response frame. Přístupový bod potvrdí nebo zamítne požadavek na přenesení spojení od jiného přístupového bodu a informuje klientskou stanici o dostupných přenosových rychlostech apod. • Disassociation frame je určen ke korektnímu odpojení stanice od WLAN. Například klient, který se chce odpojit, tímto rámcem oznámí, že se odpojuje, a příslušný přístupový bod může okamžitě uvolnit zdroje, které tomuto klientu příslušely. • Beacon frame je zvláštní rámec, který je pravidelně vysílán přístupovým bodem, a přístupový bod jím inzeruje svou existenci a dostupnost. Přenáší se v něm časová značka, identifikátor sítě (Service Set Identifier, SSID) a další parametry významné pro potenciální klienty. Klientské stanice neustále monitorují jednotlivé kanály definované standardem IEEE 802.11b, aby v případě dostupnosti více přístupových bodů mohly optimálně zvolit přístupový bod, který budou využívat pro přenos dat. • Probe request frame. Stanice vysílá tento rámec, potřebuje-li získat nějaké informace o okolních stanicích. Například klientská stanice může tento rámec vyslat, aby zjistila, které přístupové body jsou jí dostupné. • Probe response frame. Stanice odpovídá tímto rámcem na probe request frame a oznamuje své schopnosti, podporované přenosové rychlosti apod. b) Řídicí rámce Řídicí rámce jsou určeny k řízení přenosu dat mezi stanicemi. • Request to Send (RTS). Tento rámec lze ve spojení s rámcem CTS využít k zamezení kolizí mezi stanicemi u sítí, kde všechny stanice nemohou přímo komunikovat se všemi ostatními účastníky. • Clear to Send (CTS). Tento rámec lze ve spojení s rámcem RTS využít k zamezení kolizí mezi stanicemi. Blíže k funkci RTS a CTS viz kap. 7 (přístupové metody). • Acknowledgement Frame (ACK). Po přijetí datového rámce je v případě bezchybného přijetí dat zasláno odesílateli potvrzení pomocí tohoto rámce. Neobdrží-li odesílatel do určité doby rámec ACK, je povinen zaslat datový rámec znovu. c) Datový rámec Datový rámec se používá pro přenos uživatelských dat mezi koncovými stanicemi.

9. Závěr Od prvního zveřejnění standardu IEEE 802.11 prošla oblast bezdrátových sítí značným vývojem. Do budoucna se očekává rozšíření sítí IEEE 802.11g a průnik IEEE 802.11a do Evropy. Vstup IEEE 802.11a na území Evropy je vázán souhlasem evropských telekomunikačních orgánů, které musejí schválit využití pásma 5 GHz pro potřeby sítí WLAN podle IEEE 802.11. V současné době je v pásmu 5 GHz v Evropě schváleno použití sítí HIPERLAN, což je evropský standard konkurující IEEE 802.11a.

Obsah 1.Lineární regulace...............................................................................................................................1 2.Základní popisy regulovaných soustav.............................................................................................1 3.Lineární regulace...............................................................................................................................3 4.Stabilita regulace...............................................................................................................................4 5.Kvalita a přesnost regulace................................................................................................................5 6.Logické kombinační řízení................................................................................................................5 7.Logické sekvenční řízení...................................................................................................................6 8.Programovatelné automaty (PA)........................................................................................................6 9.Architektura počítače ........................................................................................................................7 10.Architektura procesoru 286 a 386 intel.........................................................................................11 11.Architektura procesoru 486 a Pentium..........................................................................................13 12.Zobrazovací periferie LCD, CRT obrazovka................................................................................15 13.Pevné disky....................................................................................................................................16 14.Sběrnicový systém počítače..........................................................................................................19 ISA ...........................................................................................................................................19 PCI ...........................................................................................................................................19 SCSI .........................................................................................................................................19 15.Počítačové sítě...............................................................................................................................20 16.Rozhraní USB................................................................................................................................22 17.Periferie pro tisk, komunikace periferie s procesorem..................................................................24 18.Vývoj procesorů osobních počítačů..............................................................................................26 19. Základní deska PC (mainboard, motherboard) ............................................................................29 20.GSM technologie...........................................................................................................................31 21.Rozhraní počítačů..........................................................................................................................33 22.Paměť RAM..................................................................................................................................34 23.Kanál DMA...................................................................................................................................34 24.Rozhraní počítačů..........................................................................................................................34 25.Bezdrátové komunikace................................................................................................................35 Informace základní informační jednotkou je dvoustavová veličina - jeden bit hodnotu bitu obvykle interpretujeme jako cifru ve dvojkové soustavě, tedy 0/1 (nula/jedna), ale podle potřeby i Ne/Ano, Neplatí/Platí (False/True), Nesvítí/Svítí … pro vyjádření hodnoty jiné než dvoustavové veličiny jsou bity shlukovány do skupin, obvyklou skupinu tvoří 8 bitů = 1 byte složitější informace mohou být kódovány i většími bitovými obrazci (slova o šířce 16, 32 a více

bitů)