ELEKTRONICKÉ POČÍTAČOVÉ SYSTÉMY

STŘEDNÍ PRŮMYSLOVÁ ŠKOLA ELEKTROTECHNIKY A INFORMATIKY, OSTRAVA

ELEKTRONICKÉ POČÍTAČOVÉ SYSTÉMY (studijní text)

Počítače třídy PC Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava

Elektronické počítačové systémy

Obsah 1 2

Úvod - předmluva .............................................................................................................................................. 6 K počátkům historie počítačů............................................................................................................................. 7 2.1 Charles Babbage ....................................................................................................................................... 7 2.2 Konrad Zuse ............................................................................................................................................. 7 2.3 Vývoj za II. sv. války................................................................................................................................ 8 2.4 Harvard Mark I ......................................................................................................................................... 8 2.5 Von Neumann a EDVAC ......................................................................................................................... 8 2.6 ENIAC ...................................................................................................................................................... 9 2.7 EDSAC ..................................................................................................................................................... 9 2.8 UNIVAC ................................................................................................................................................ 10 2.9 Počátky výpočetní techniky u nás........................................................................................................... 10 3 Von Neumannova a Harvard architektura počítače.......................................................................................... 13 3.1 Popis von Neumannovy architektury...................................................................................................... 13 3.2 Popis Harvard architektury ..................................................................................................................... 14 3.2.1 Otázky k probrané kapitole ................................................................................................................ 14 4 Základní deska ................................................................................................................................................. 15 4.1 Rozložení prvků na desce ....................................................................................................................... 15 4.1.1 Zapojení základní desky ..................................................................................................................... 18 4.2 Informace o základní desce .................................................................................................................... 18 4.2.1 Programy pro zjišťování informací .................................................................................................... 19 4.3 Otázky k probrané kapitole..................................................................................................................... 19 5 Mikroprocesory ................................................................................................................................................ 20 5.1 Úvod k problematice mikroprocesorů .................................................................................................... 20 5.1.1 Terminologie procesorů ..................................................................................................................... 21 5.2 Architektury procesorů ........................................................................................................................... 24 5.2.1 Mikroarchitektury procesorů .............................................................................................................. 25 5.3 Vlastnosti mikroprocesorů ...................................................................................................................... 27 5.3.1 Instrukční sada ................................................................................................................................... 27 5.3.2 Systém přerušení ................................................................................................................................ 28 5.3.3 Paměť Cache ...................................................................................................................................... 28 5.3.4 Tepelná ochrana ................................................................................................................................. 29 5.3.5 Napájecí napětí ................................................................................................................................... 29 5.3.6 Chlazení mikroprocesorů ................................................................................................................... 30 5.3.7 Vnitřní a vnější frekvence .................................................................................................................. 30 5.3.8 Execute Disable .................................................................................................................................. 31 5.3.9 Počet jader procesorů ......................................................................................................................... 31 5.3.10 Procesory Core řady Intel .............................................................................................................. 32 5.3.11 A co dál? 32 nm technologie ......................................................................................................... 35 5.3.12 Procesory AMD ............................................................................................................................. 35 5.3.13 Typy patic procesorů ..................................................................................................................... 37 5.4 Instalace procesoru ................................................................................................................................. 40 5.4.1 Instalace procesoru Intel..................................................................................................................... 40 5.4.2 Instalace procesoru firmy AMD ......................................................................................................... 41 6 Technologie výroby ......................................................................................................................................... 43 7 Komunikace mikroprocesoru s okolím ............................................................................................................ 49 7.1 Sběrnice .................................................................................................................................................. 49 7.1.1 Systémová sběrnice ............................................................................................................................ 49 7.1.2 Uspořádání Intel ................................................................................................................................. 50 7.1.3 Uspořádání AMD K8 ......................................................................................................................... 51 7.2 Periferní (rozšiřující) sběrnice ................................................................................................................ 52 7.2.1 Sběrnice ISA ...................................................................................................................................... 52 7.2.2 Sběrnice PCI ...................................................................................................................................... 53 7.2.3 Sběrnice PCI express.......................................................................................................................... 55 7.3 Informace o chipsetu .............................................................................................................................. 56 7.4 Identifikace procesorů ............................................................................................................................ 56 7.4.1 A ještě k tématu .................................................................................................................................. 57 7.5 Otázky k probrané kapitole..................................................................................................................... 58 8 Úvod do problematiky operační paměti RWM – RAM pamětí ....................................................................... 59 8.1 Úvod do problematiky operačních pamětí .............................................................................................. 59 2 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


8.1.1 Účel operační paměti.......................................................................................................................... 59 8.1.2 Struktura a funkce paměti .................................................................................................................. 60 8.1.3 Technické parametry DRAM pamětí ................................................................................................. 64 8.1.4 Instalace a konfigurace paměťového modulu ..................................................................................... 66 8.1.5 Otázky k probrané kapitole ................................................................................................................ 67 8.2 Paměti RAM (praktické cvičení) ............................................................................................................ 68 8.2.1 Hardwarová instalace paměťového modulu ....................................................................................... 68 8.2.2 Softwarová diagnostika paměti RAM ................................................................................................ 69 8.2.3 Testování paměťových modulů .......................................................................................................... 76 8.2.4 Vyhodnocení vlastností paměťových modulů .................................................................................... 77 8.2.5 Otázky k probrané kapitole ................................................................................................................ 77 9 Grafické adaptéry ............................................................................................................................................. 78 9.1 Úvod do problematiky grafických adaptérů ........................................................................................... 78 9.1.1 Účel grafického adaptéru ................................................................................................................... 78 9.1.2 Struktura a funkce grafického adaptéru.............................................................................................. 79 9.1.3 Technické parametry grafických adaptérů ......................................................................................... 81 9.1.4 Instalace a konfigurace grafického adaptéru ...................................................................................... 82 9.1.5 Otázky k probrané kapitole ................................................................................................................ 83 10 Pevné disky ...................................................................................................................................................... 84 10.1 Úvod do problematiky pevných disků .................................................................................................... 84 10.1.1 Význam pevných disků ................................................................................................................. 84 10.1.2 Fyzická struktura disků .................................................................................................................. 84 10.1.3 Logická struktura disků ................................................................................................................. 89 10.1.4 RAID ............................................................................................................................................. 91 10.1.5 Instalace a konfigurace disku ......................................................................................................... 92 10.1.6 Otázky k probrané kapitole ............................................................................................................ 92 10.2 Pevný disk (praktické cvičení)................................................................................................................ 93 10.2.1 Hardwarová instalace pevného disku a nastavení BIOS ................................................................ 93 10.2.2 Příprava logické struktury – rozdělení a formátování disků .......................................................... 96 10.2.3 Testování disků .............................................................................................................................. 97 10.2.4 Vyhodnocení vlastností pevného disku.......................................................................................... 98 10.2.5 Otázky k probrané kapitole ............................................................................................................ 98 11 Síťové adaptéry ................................................................................................................................................ 99 11.1 Úvod k síťovým kartám .......................................................................................................................... 99 11.1.1 Vzdálené bootování ..................................................................................................................... 100 11.1.2 Duplexní provoz .......................................................................................................................... 100 11.1.3 MAC adresa ................................................................................................................................. 100 11.1.4 Co se nachází na síťové kartě ...................................................................................................... 101 11.2 Integrované komponenty základních desek-síťové karty ..................................................................... 102 11.3 Instalace ovladače ................................................................................................................................. 104 11.3.1 Informace o síťové kartě .............................................................................................................. 105 11.3.2 Otázky k probrané kapitole .......................................................................................................... 106 12 Zvukové adaptéry ........................................................................................................................................... 107 12.1 Úvod do problematiky zvuku ............................................................................................................... 107 12.1.1 Záznam analogového zvuku ........................................................................................................ 108 12.2 Co se nachází na zvukové kartě ............................................................................................................ 109 12.2.1 Zvukový procesor – řadič zvuku.................................................................................................. 109 12.2.2 Kodeky......................................................................................................................................... 109 Příklady některých komerčních kodeků ............................................................................................................. 110 12.2.3 Operační zesilovače a výstupní obvody ....................................................................................... 110 12.3 Komprese zvuku ................................................................................................................................... 110 12.3.1 Formáty ztrátové komprese.......................................................................................................... 111 12.3.2 Formáty bezeztrátové komprese .................................................................................................. 112 12.4 Zvukové karty používané v současných počítačích .............................................................................. 112 12.4.1 Audio Codec AC´97 .................................................................................................................... 113 12.4.2 Zvuk HD ...................................................................................................................................... 114 12.4.3 Zvukové karty s X-Fi ................................................................................................................... 114 12.4.4 Software pro ovládání zvuku ....................................................................................................... 115 12.4.5 API ............................................................................................................................................... 115 12.4.6 S/PDIF ......................................................................................................................................... 115

3 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


Konfigurace vícekanálového zvuku ............................................................................................. 115 12.4.7 12.5 Instalace zvukové karty ........................................................................................................................ 117 12.5.1 Otázky k probrané kapitole .......................................................................................................... 117 13 Napájecí zdroje .............................................................................................................................................. 118 13.1 Umístění napájecího zdroje .................................................................................................................. 118 13.2 Základní rozdělení, blokové schéma .................................................................................................... 118 13.2.1 Napětí a konektory ....................................................................................................................... 121 13.2.2 Chlazení zdroje ............................................................................................................................ 124 13.2.3 Spotřeba komponent .................................................................................................................... 125 13.2.4 Otázky k probrané kapitole .......................................................................................................... 125 14 BIOS .............................................................................................................................................................. 126 14.1 Základní informace ............................................................................................................................... 126 14.2 Funkce BIOS a jeho vrstvy ................................................................................................................... 127 14.2.1 Start systému ................................................................................................................................ 128 14.2.2 Setup ............................................................................................................................................ 128 14.3 Paměť CMOS ....................................................................................................................................... 130 14.4 Chybová hlášení ................................................................................................................................... 131 14.4.1 Otázky k probrané kapitole .......................................................................................................... 131 15 Zobrazovací jednotky ..................................................................................................................................... 132 15.1 Účel zobrazovací jednotky ................................................................................................................... 132 15.2 Základní dělení zobrazovacích jednotek............................................................................................... 132 15.3 Struktura a funkce zobrazovacích jednotek .......................................................................................... 132 15.4 Principy technologií použitých ke konstrukci displejů zobrazovacích jednotek .................................. 133 15.4.1 Princip CRT zobrazovacích zařízení............................................................................................ 133 15.4.2 Princip LCD zobrazovacích zařízení ........................................................................................... 133 15.4.3 Princip plazmových zobrazovacích zařízení ................................................................................ 135 15.5 Podrobnější popis funkce vybraných zobrazovacích jednotek ............................................................. 136 15.5.1 LCD ............................................................................................................................................. 136 15.5.2 Plazmové panely .......................................................................................................................... 142 15.5.3 PALCD ........................................................................................................................................ 145 15.5.4 OLED........................................................................................................................................... 145 15.6 Technické parametry vybraných zobrazovacích jednotek .................................................................... 148 15.6.1 Samsung 20" SM 2043WM ......................................................................................................... 148 15.6.2 HP 20" L2045w ........................................................................................................................... 149 15.6.3 Závěr LCD ................................................................................................................................... 149 15.6.4 SAMSUNG PS 42 C 96 HD ........................................................................................................ 150 15.6.5 ECG 42 PHD 62 .......................................................................................................................... 151 15.6.6 Závěr Plazma ............................................................................................................................... 151 15.7 Instalace a nastavení zobrazovací jednotky .......................................................................................... 152 15.7.1 Instalace zobrazovací jednotky .................................................................................................... 152 15.7.2 Nastavení zobrazovací jednotky .................................................................................................. 152 15.8 Otázky k probrané kapitole................................................................................................................... 154 16 Počítačové skříně ........................................................................................................................................... 155 16.1 Úvod ..................................................................................................................................................... 155 16.1.1 Rozdělení skříní ........................................................................................................................... 155 16.1.2 Otázky k probrané kapitole .......................................................................................................... 159 17 Záložní zdroje UPS ........................................................................................................................................ 160 17.1 Základní problémy s napájením............................................................................................................ 160 17.1.1 Jak se ochránit před poruchami v elektrické síti .......................................................................... 160 17.2 Jednotky UPS ....................................................................................................................................... 160 17.2.1 Základní typy UPS ....................................................................................................................... 161 17.2.2 Technické parametry zdrojů UPS ................................................................................................ 163 17.2.3 Otázky k probrané kapitole .......................................................................................................... 164 18 Virtualizace PC .............................................................................................................................................. 165 18.1 Úvod do virtualizace PC ....................................................................................................................... 165 18.2 VMware workstation ............................................................................................................................ 166 18.2.1 Vytvoření virtuálního operačního systému .................................................................................. 166 18.3 Virtual PC ............................................................................................................................................. 168 18.3.1 Vytvoření virtuálního počítače s Microsoft Virtual PC ............................................................... 168 18.4 Některé další produkty pro virtualizaci ................................................................................................ 172

4 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


Otázky k probrané kapitole .......................................................................................................... 173 18.4.1 19 Souhrn vybraných cvičení .............................................................................................................................. 174 19.1 Praktické cvičení realizace strukturované kabeláže .............................................................................. 174 19.2 Sestavení PC, instalace operačního systému, testovací programy ........................................................ 180 19.3 Hardwarová instalace grafického adaptéru ........................................................................................... 182 19.4 Zvuková karta – praktické cvičení ........................................................................................................ 192 19.5 Vytvoření malé sítě s operačním systémem Windows ......................................................................... 199 19.6 Základní instalace OS Windows server 2003 ....................................................................................... 201 19.7 OS Windows 2003-povýšení PC do role řadiče domény...................................................................... 203 19.8 Instalace XAMPP ................................................................................................................................. 207 19.9 Vytvoření bezdrátové sítě Wi-Fi .......................................................................................................... 209 20 Příloha ............................................................................................................................................................ 211 21 Literatura ........................................................................................................................................................ 212

5 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


1 Úvod - předmluva Operační program Vzdělávání pro konkurenceschopnost umožňuje rozvíjet vzdělanostní společnost za účelem posílení konkurenceschopnosti ČR prostřednictvím modernizace systémů počátečního, terciárního a dalšího vzdělávání včetně propojení do komplexního systému celoživotního učení. Řešitelem projektu je společnost RPiC-VIP Ostrava, s. r. o., a dále v pozici partnera 14 odborných středních škol z Moravskoslezského kraje. Mezi partnery patří i Střední průmyslová škola elektrotechniky a informatiky, Ostrava. Hlavním cílem, který si řešitel s partnery ze středních škol stanovili, je zlepšení podmínek pro výuku technických oborů včetně motivace žáků k technickému vzdělávání. Projekt je sestaven z několika základních pilířů, mezi které patří i tvorba nových studijních materiálů. Vážený čtenáři, studijní text, který se Vám dostal do rukou, je výstupem projektu Podpora odborného vzdělávání na středních školách Moravskoslezského kraje. Partneři projektu se zavázali vytvořit celkem 28 nových studijních materiálů, které budou implementovány do procesu vzdělávání. V rámci citovaného projektu jsou autory vytvořeny a předloženy studijní opory, které jsou určeny všem studentům, zejména však studentům třetích a čtvrtých ročníků předmětu Elektronické počítače a jsou koncipovány jako materiál pro teoretické hodiny. Druhý díl opory je určen hodinám cvičení a praxe. Poděkování patří všem, kteří se spolupodíleli na tvorbě studijního materiálu, oponentuře obsahu i jazykové korekci, zejména však Ing. Janu Hořínkovi, Ing. Ladislavu Škapovi a Ing. Janu Patschkovi.

Ing. Josef Lukosz koordinátor projektu na Střední průmyslové škole elektrotechniky a informatiky, Ostrava Ostrava prosinec 2009

6 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


2 K počátkům historie počítačů 2.1

Charles Babbage

Za tvůrce prvního počítače je všeobecně pokládán anglický matematik Charles Babbage. V roce 1822 sestrojil diferenciální stroj pro výpočet hodnot kvadratických polynomů; později návrh rozšířil až na výpočet polynomů 10. stupně, ale pro technické problémy nebyl diferenciální stroj nikdy dokončen. V roce 1834 Babbage navrhl programově řízený mechanický číslicový počítač, který nazval „analytický stroj“. Jeho koncepce již v podstatě odpovídala běžným počítačům – měl aritmetickou jednotku, paměť, vstupní jednotku a tiskárnu. Program však nebyl uložen v paměti, ale čten zvláštním snímačem. Přestože nebyl nikdy plně realizován, předběhl tehdejší dobu nejméně o 100 let a je považován za první univerzální počítač.

2.2

Konrad Zuse

Ve třicátých a čtyřicátých letech dvacátého století vzniklo v dílně německého leteckého inženýra Konrada Zuse postupně několik počítačů. Nesly označení Z1 (1938, mechanický – na horním obrázku spolu se svým konstruktérem), Z2 (1939, reléově-mechanický), Z3 (1941, reléový – spodní obrázek) a Z4 (1944, reléově-mechanický). Stroj Z3 byl prvním funkčním reléovým volně programovatelným počítačem vůbec.

7 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava

2.3


Vývoj za II. sv. války

Také počítačům začaly vlády na počátku druhé světové války věnovat nebývalou pozornost. Zvýšená podpora vývoje výpočetní techniky a jejího potenciálního využití podstatným způsobem urychlila technický pokrok. Závod s časem o co nejlepší a nejvšestrannější počítač se odehrával nejenom ve Spojených státech a ve Velké Británii, ale samozřejmě i v nacistickém Německu. Zvláštní skupinou výpočetních systémů té doby byly šifrovací a dešifrovací stroje, které si vynutily válečné okolnosti.

2.4

Harvard Mark I

V roce 1943 byl ve vývojových laboratořích IBM dokončen pod vedením Howarda Aikena elektromechanický počítač Mark I. Svým návrhem sice zaostával i za Babbageovým analytickým strojem, nicméně byl sestrojen a fungoval. Za rok byl darován Harvardské univerzitě (odtud jeho jiné označení Harvard Mark I). A jak vypadal a co uměl? Byl dlouhý téměř šestnáct metrů, vážil 5t a celkem obsahoval na tři čtvrtě miliónu součástek a něco málo přes 800 km drátových spojů. Mark I. byl elektronický reléový počítač, to znamená, že používal elektrické impulsy k tomu, aby hýbal s mechanickými částmi. Byl pomalý (tři až pět sekund na početní operaci). Aritmetika pracuje s pevnou desetinnou čárkou, pomocí výměnných desek je možno určovat počet desetinných míst. Příslušenství vstupu a výstupu zahrnuje čtečku a děrovačku děrných štítků, čtečku papírových pásek a několik tiskáren (psacích strojů). Každá ze šedesáti sérií otáčivých přepínačů může být použita jako pevný registr. Mark I. si program načítal z jedné papírové pásky, data potom z papírových pásek, děrných štítků nebo z pevných registrů (nepřipouštěl však podmíněné skoky). Jeho paměť byla založena na využití zbytkového náboje na stínítku CRT po dopadu elektronového paprsku, což je relativně dost nespolehlivé, ale poměrně levné a celistvější než cokoliv předtím. V následujících letech byl Mark I. mírně pozměněn tím, že připouštěl přechod mezi programovými páskami. Realizoval tedy jakýsi druh podmíněného podprogramového volání. Další úprava umožnila přidat podprogramy na výměnných deskách, které byly vyvolatelné z programu na papírové pásce.

2.5

Von Neumann a EDVAC

Rok 1945 se stává „rokem velkých počítačů" - v červnu maďarsko-americký matematik a chemik John von Neumann navrhl a popsal koncepci prvního počítače s uloženým programem, který byl později postaven pod názvem EDVAC (Electronic Discrete Variable Automatic Computer). Tím dal základ dnes běžně používanému pojmu „počítač s von Neumannovou architekturou". U tohoto přístroje je postup programu, stejně jako data, která mají být zpracována, kódován a uložen do paměti počítače. Program, sestávající ze sledu jednotlivých příkazů, obsahuje podmíněné příkazy, které umožňují zpětná a dopředná rozvětvení. Každý programový příkaz může být strojem změněn jako každý jiný operand. Tímto způsobem práce předstihuje tento stroj všechny dosavadní počítače.

8 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


A: Napájení zdroje, B: Hlavní oscilátor (100 kHz), C, E: Vychylovací obvody pro obrazovku, D: Obvody výběru adresy, F: Monitor zobrazující obsah paměti, G: Ovládací pult, H: Vysoko napěťový zdroj pro obrazovky, I: Generátor pulsů pro jednotlivá dekadická místa, J: Generátor časovacích signálů, K: Přenosný osciloskop, L: 6 paměťových obrazovek, M: Obvody pro regeneraci paměti, N: Odčítačka, P: Výběrové obvody a hradla, Q: Sčítačka, R: Násobička

2.6

ENIAC V roce 1945 byl na Elektrotechnické fakultě Pensylvánské univerzity uveden do provozu ENIAC (Electronic Numerical Integrator And Computer) – první (elektronkový) univerzálně programovatelný stroj na zpracování informací (neboli samočinný počítač).

Rodištěm stroje ENIAC se stala Moore School of Electrical Engineering, část univerzity of Pennsylvania ve Filadelfii, kde se realizoval tajný projekt Balistických laboratoří americké armády - ty měly v úmyslu postavit počítač využitelný při sestavování dělostřeleckých zaměřovacích tabulek. Již u tohoto projektu se objevily dva základní problémy, se kterými se jeho tvůrci potýkali i později, a to nesplnění časového plánu a pak překročení rozpočtu. ENIAC nebyl hotov ani do konce druhé světové války, přestože měl být nasazen již v jejím průběhu, a původně plánované náklady byly překročeny o 225 %. ENIAC obsahoval 17 468 elektronek a kolem pěti miliónů pájených spojů, vážil kolem 30 tun a zabíral plochu asi 310 m2. Jeho spotřeba elektrické energie se pohybovala okolo 140 kW (tolik tehdy potřebovala na své osvětlení značná část Filadelfie).

2.7

EDSAC

Během let 1948-1951 vznikl na MIT (Massachusetts Technical Institute) postupně Whirlwind, který pro Úřad amerického námořnictva pro výzkum a vynálezy se svým týmem zkonstruoval Jay W. Forrester. V původní podobě (během uvedených let se neustále zdokonaloval) měl 3 300 elektronek a 8 900 krystalových diod a zabíral plochu o rozloze 775 m2. CRT paměť (Cathode Ray Tube Memory) a kapacitě 2 048 16bitových slov spotřebovala každý měsíc elektronky v hodnotě 32 tisíc dolarů. Whirlwind prováděl v průměru půl milionu součtů a padesát tisíc součinů za sekundu. Na jaře 1949 Jay W. Forrester zkonstruoval paměť založenou na principu magnetických jader s drátovou mřížkou pro adresaci jádra v podobě, v jaké byly později tyto paměti běžně používány. V letech 1952-1953 tato paměť nahradila u Whirlwidu původní paměť CRT a vyřadila z konkurenčního boje ostatní typy pamětí.

9 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava

2.8


UNIVAC Eckert a Mauchly dokončili v březnu 1951 UNIVAC - první počítač ve Spojených státech, který si mohl kdokoli (kdo na to měl) zakoupit. Ultrasonická paměť měla kapacitu tisíce dvanácticiferných slov a umožňovala provádění 8 333 součtů či 555 součinů za sekundu. Jako sekundární paměť byly použity magnetické pásky z poniklovaného bronzu o šířce 1,27 cm, které na každých 2,5 cm délky uchovávaly 128 znaků.

2.9

Počátky výpočetní techniky u nás

Dnešní uživatelé výpočetní techniky se mohou pousmát nad některými níže prezentovanými obrázky, ale nebýt rozvoje v posledních desítkách let, nesetkávali bychom se s výpočetní technikou na každém kroku: ve škole, v zaměstnání, veřejném životě… Počátky výpočetní techniky v bývalém Československu jsou spojeny s pracovištěm, které neslo název Výzkumný ústav matematických strojů. Zde vznikl první československý samočinný počítač (SAPO) i naše další počítače první, druhé i třetí generace. SAPO (samočinný počítač) byl dokončn ve druhé polovině padesátých let jako první reléový počítač nulté generace. Obsahoval celou řadu unikátních prvků, po krátké době havaroval a nevyplatilo se jej opravovat.

Dalším úspěšně dokončenčeným počítačem byl EPOS, kdy byly u první verze součástkovou základnou elektronky. Obsahovala také celou řadu unikátních prvků, byl čistě dekadický (12 dekadických číslic na slovo) a multiprogramování bylo řešeno výhradně hardwarovými prostředky, měl důkladné zajistění vůči chybám paměti.

10 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


Počítač byl po nějaké době přepracován jako EPOS2 na tranzistorovou verzi a byly provedeny rozsáhlé změny v jeho logice a přepracováno programové vybavení. Po dalších modifikacích byl sériově vyráběn pod názvem ZPA600.

Přídavná zařízení k EPOS2 – tiskárna a snímač děrných štítků (ke svým zařízením byla vyvíjena i přídavná zařízení).

K řadě dalších počítačů náleží i analogový počítač MEDA (malý elektronický diferenciální analyzátor), byl vyráběn sériově

Další vyvíjené sálové počítače patřily do řady JSEP (jednotná řada elektronických počítačů), byly vyráběny v zemích sdružených v RVHP a do první řady patřil EC 1021, jednalo se o anologii IBM/360, druhou řadu tvořily počítače modelu EC 1025 (analogie IBM/370). Byl standardně dodáván s vlastním operačním systémem DOS3.

11 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


Ovládací konzole a kabeláž EC 1025, kdy pohled na kabeláž představuje zajímavou kombinaci kabelových svazků a vedených drátů.

Ve třetí řadě byl počítač EC 1027, tvořený víceprocesorovými systémem a dodávaný s vlastním operačním systémem.

Byla vyvinuta také celá řada minipočítačů, kdy mezi nejznámější patří počítače ADT s převzatým programovým vybavením od Hewlett-Packard. Tyto minipočítače kopírovaly řadu HP 2100.

Jaký bude další vývoj to lze těžko odhadnout, jelikož není jisté, jakým směrem se budou technologie ve svém zdokonalování ubírat. Možná to budou stroje s umělou inteligencí, kvantové počítače, nebo zcela něco jiného….

12 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


3 Von Neumannova a Harvard architektura počítače Klíčové pojmy: řídící sběrnice, adresová sběrnice, datová sběrnice, instrukce. 3.1

Popis von Neumannovy architektury

K popisu funkce von Neumannova počítače použijeme blokové schéma. Tento princip práce využívají počítače od roku 1952 (z dnešního pohledu se jedná o „klasické“ zapojení a spolupráci prvků počítače). adresová sběrnice

mikroprocesor RI DI IR ACC ALU

paměť dat

paměť programu

datová sběrnice

Blokové schéma von Neumannovy architektury

Legenda: RI ~ registr instrukcí, DI ~ dekodér instrukcí, IR ~ indexové registry, ACC ~ akumulátor, ALU ~ aritmeticko- logická jednotka. Sběrnice umožňují zlevnit a zjednodušit přenos informací v počítači. Adresová sběrnice určuje (adresuje) buňku, se kterou se bude komunikovat (zapisovat nebo číst) prostřednictvím datové sběrnice. čtení instrukce

dekódování instrukce

Program je vykonáván po částech (dávkách) a jednotlivé instrukce jsou zpracovávány v cyklu. Instrukce jsou prováděny v průběhu několika fází (čtení, dekódování, provedení). Konfigurace systému může být řešena i tak, že paměť programu a dat tvoří jeden celek. Selekci paměti dat a paměti programu lze provést prostřednictvím řídící sběrnice, nebo adresováním. Nutno dodat, že systém obsahuje ještě další sběrnici určenou k řízení vstupně-výstupních portů (její zapojení je prakticky shodné se sběrnicí adresovou a pro dosažení lepší přehlednosti schématu nebyla zakreslena).

provedení instrukce

Pracovní cyklus počítače

13 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava

3.2


Popis Harvard architektury

Výpočetní systémy pracující na principech Harvard architektury se od počítačů s von Neumannovou architekturou liší především možností současné práce s instrukcemi a daty. Rozdělení datové sběrnice umožní v době zpracovávání jedné instrukce čtení instrukce jiné. Tím lze dosáhnout vyšší rychlosti běhu programu a tedy vyššího výpočetního výkonu. U Harvard architektury lze snadno dosáhnout překryvného provádění instrukcí. Využívá se zde princip Pipeline. Instrukce musí být k takovému způsobu zpracování rozděleny na kratší části. Princip činnosti bude objasněn na následujícím příkladu. Předpokládejme, že v µ-procesoru existují tří bloky, které jsou schopny realizovat následující operace: Load ~ zavádění instrukcí, Fetch ~ dekódování instrukcí a Execute ~ provádění instrukcí. Je zřejmé, že takto realizovaný µ-procesor umožňuje současně zpracovávat tři instrukce. Následující schéma znázorňuje dosaženou časovou úsporu.

CPU

CPU

periferní obvody

periferní obvody

MEM MEM instrukce data

instrukce

MEM data

Sběrnice k přenosu instrukcí a dat ve von Neumann-vě architektuře

1. ins-ce

2. ins-ce

L

F

E

L

F

E

L

F L

L

F

Sběrnice k přenosu instrukcí a dat v Harvard architektuře

3. ins-ce

E

L

F

4. ins-ce E

L

F

1. ins-ce

5. ins-ce E

L

F

E

postupné provádění instrukcí

2. ins-ce

E

3. ins-ce

F

E

L

F

E

L

F

4. ins-ce E

5. ins-ce

zrychlení vlivem pipeline čas

Zrychlení běhu programu vlivem "Pipeline"

3.2.1 Otázky k probrané kapitole 9

Popište strukturu von Neumannovy architektury počítače.

9

Uveďte důvody vedoucí k zavedení Harvard architektury počítače.

9

Objasněte funkci Pipeline v mikroprocesoru.

14 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


4 Základní deska Klíčové pojmy: chipset, procesor, patice, port, pin, jumper, slot. Mainboard tvoří základ (kostru) každého počítače, je to deska plošného spoje, na níž jsou umístěny elektronické obvody, patice procesorů a konektory pro připojení komponent počítače.Mimo to zajišťuje stabilitu celého systému. Elektronické obvody podporují mikroprocesor , sběrnice a přes konektory jednotky umístěné mimo základní desku. Základní desky mají standardizované rozměry a jejich výrobou se zabývá množství firem jako např. Asus, Abit, Biostar, Gigabyte, MSI a spousta dalších.

Základní deska ovlivňuje : • jaký typ procesoru můžeme používat, to v podstatě určuje patice mikroprocesoru, kterou je deska osazena, • maximální velikost paměťových modulů, jejich typ, rychlost, • typy a počet rozšiřujících slotů, • řadiče pevných disků, • rozhraní pro připojení periferních zařízení, • další integrované díly (síťová karta, zvuková karta, grafická karta atd.). Chipset umístěný na základní desce realizuje většinu těchto významných vlastností desky a zajišťuje veškerou komunikaci mezi všemi komponentami počítače (procesorem, pamětmi, řadičem disku, sloty, porty a přídavnými zařízeními). Mechanicky je deska upevněna přes montážní otvory. Rozmístění dílů na desce ovlivňuje její rozšiřitelnost. Hlavní rozdíly mezi deskami jsou v jejich velikosti, počtu slotů pro rozšíření desky. Standard ATX má konektory vyvedeny přímo na zadní stranu počítače. Zapínání desky je přes dva vodiče krátkým sepnutím, podobně i vypínání a vypínací impuls může přijít i z operačního systému. Standard microATX je zmenšen pro montáž do menších skříní, grafická karta je většinou integrována na desce. S menšími deskami jako např. Mini ITX se u běžných PC nesetkáme.

4.1

Rozložení prvků na desce

Pro náš příklad jsme si vybrali základní desku Intel Desktop Board DG33TL. Je nutno si uvědomit, že rozložení prvků na deskách různých výrobců se může lišit.

Základní deska je umístěna a uchycena v počítačové skříni dle obrázku.

15 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


Rozmístění prvků na desce a jejich význam.

Description

T

Main power connector (2 x 12 pin)

A

PCI bus connector 3

U

DDR2 DIMM 0 sockets

B

Auxiliary chassis fan header (4-pin)

V

DDR2 DIMM 1 sockets

C

PCI Express x1 connector 3

W

Chassis intrusion header

D


X

Battery

E

High Definition Audio Link header

Y

Front chassis fan header (3-pin)

F

PCI bus connector 2

Z

BIOS configuration jumper block

G

Front panel audio header

AA

Alternate front panel power LED header

H

PCI bus connector 1

BB

Front panel header

I


CC

Serial ATA connectors

J

Speaker

DD

IDE connector

K

PCI Express x16 connector

EE

High-speed USB 2.0 headers

L

Back panel connectors

FF

External SATA (eSATA) connector

M

12 V processor core voltage connector (2 x 2 pin)

GG

IEEE 1394a header

N

Back panel CIR transmitter (output) header

O

Rear chassis fan header (3-pin)

P

Processor socket

Q

Processor fan header (4-pin)

R

Serial header

S

Front panel CIR receiver (input) header

16 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


Porty jsou vyvedeny na zadní stranu počítače. Každá základní deska ATX má blok portů pro připojení periferních zařízení. Sériový port V současné době již některé desky nemají tento port vyveden, ale na základní desce může být k dispozici. Port obsahuje 9 pinů, umožňuje přenášení dat rychlostí max.115kb/s, ve Windows jsou pod označením COM1, COM2. Paralelní port Tento port se už také na deskách neobjevuje, má 25pinový konektor, je rychlejší než sériový. Port USB Ten komunikuje sériově s přenosovou rychlostí 1,5Mb/s, 480Mb/s, nebo 12 Mb/s.Umožňuje tzv. řetězení zařízení, můžeme jich připojit až 127, k tomu jsou potřebné rozbočovače. Prostřednictvím USB se připojuje většina zařízení, k dispozici je několik typů konektorů, viz obr. při pohledu zleva: • A – A dva konektory, využívají se na prodlužování; • A – B připojování tiskáren; • A – mini USB, A – micro USB pro připojování jiných periférii.

IE1394 port Fire Wire – využíván pro vysokorychlostní komunikaci s přenosovou rychlostí 100, 200, 400 Mb/s

Port PS/2 U desek ATX jsou využívány pro připojení klávesnice a myši, zelený pro myš, fialový pro klávesnici.

Konektory zvukové karty A Surround Left and Right, B Center Channel and LFE (Subwoofer), C Side Surround Left and Right/Line, In/Retasking Jack, D Line Out, E Mic In, F S/PDIF Digital Audio Out (Optical). Pozn. Zvukové adaptéry, síťové adaptéry a rozšiřující sloty základní desky tvoří samostatné kapitoly.

17 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


4.1.1 Zapojení základní desky Zapojení základní desky je zřejmé z obrázku. Zde je zobrazen význam jednotlivých pinů na základní desce pro další propojení. Pin je vývod ze základní desky ve formě krátkého drátu. K propojení dvou nebo více pinů se používá propojka (jumper), pomocí ní se konfigurují některé základní funkce.

4.2

Informace o základní desce

Každá základní deska, kterou zakoupíme, má od výrobce v balení instalační CD nebo DVD a sadu datových kabelů pro propojení přídavných zařízení. Pro vlastní montáž je nezbytný manuál, ten je většinou v obsahu instalačního CD nebo DVD s drivery. Doporučuje se důkladné seznámení s těmito důležitými informacemi o desce, osazení zařízení do slotu (procesory, paměti, grafické adaptéry apod.), před montáží desky do case.

18 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


4.2.1 Programy pro zjišťování informací Výrobce základní desky většinou poskytuje ve svých databázích informace k jednotlivým typům desek, můžeme samozřejmě využít i jiných zdrojů prostřednictvím internetu. Pokud potřebujeme zjistit informace o běžící desce, jsou k dispozici různé testovací programy, např. EVEREST, pro zobrazení konfigurace a diagnostiku počítače. Informace o CPU, základní desce, pevných discích, čipsetech, GPU a dalších prvcích je možno zobrazit a vytisknout v různých formátech. Lze uvést také volně šiřitelnou aplikaci AusLogics System Information, kde jsou přehlednou formou prezentovány informace o konfiguraci hardware i software, k dispozici jsou vizuální diagramy a schémata.

základní menu programu, následuje prezentace některých informací o základní desce

4.3

Otázky k probrané kapitole

9

Popište prvky na základní desce a vysvětlete jejich význam.

9

Uveďte postup pro získání základních informací o desce.

9

Objasněte napájení a ovládání základní desky, její zapnutí a vypnutí.

9

Jaké jsou hlavní rozhodovací parametry při výběru vhodné základní desky?

19 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


5 Mikroprocesory Klíčové pojmy: CPU, ALU, koprocesor, registr, řadič, cache, Coolń´Quiet ,RISC, CISC, MIPS ,EPIC, MMX, SSE, Multicore, HT technology, HyperTransport, instrukční sada, Intel, AMD. 5.1

Úvod k problematice mikroprocesorů

Mikroprocesor je „mozkem“ počítače, zpracovává instrukce od programů, kterými je řízen. Je to velice složitý integrovaný obvod s velkou hustotou integrace. Některé instrukce zpracovává sám, k provedení ostatních používá různé komponenty počítače (operační paměť, disky, sběrnice, displej, tiskárny…). Jeho kvalita podstatně ovlivňuje rychlost a výkonnost počítače. V současnosti jsou na trhu s mikroprocesory pro počítače PC dvě nejvýznamnější firmy - Intel a AMD. První mikroprocesor pro IBM vyrobil Intel pod označením 8088, a ten byl pak použit v prvním počítači PC. I jiné firmy vyvíjely mikroprocesory, např. Cyrix, Texas Instruments, AMD. Kromě AMD, ostatní nestačily na konkurenci a rychlost technologického vývoje a byly z trhu postupně vytlačeny. I když mikroprocesor tvoří jednu z hlavních komponent PC, celkový výkon počítače závisí na ostatních součástkách a software, a proto jsou pro výkon PC klíčová tato obecnější kritéria: • použitý typ mikroprocesoru, • taktovací frekvence mikroprocesoru, • základní deska s čipovou sadou, • velikost operační paměti, • pevný disk (rozhraní, typ, kapacita), • grafická karta systému, • možnosti nastavení funkcí systému BIOS, • použitý operační systém (32/ 64 bitový), • používaný aplikační software. Výkonnost procesorů je neustále zvyšována taktovací frekvencí a v současnosti vyššími počty jader. Prudký technologický vývoj je zřejmý i z počtu použitých tranzistorů u vybraných typů (viz níže). mikroprocesor Intel 8086 Intel 8088 Intel RO386DX Intel 486DX Intel Pentium Intel Pentium Pro Intel Pentium II AMD K6 Intel Pentium III AMD Athlon (K7) Intel Pentium 4(Willamette) Intel Pentium 4E(Prescott) AMD Athlon 64 Intel Pentium M Intel Core2 Duo AM Phenom(Quad Core) Intel Core i7 920 BOX AMD Phenom II X4

Počty tranzistorů 29000 29000 280000 1,2 miliony 3,2 miliony 5 milionů 7,5 milionů 8,8 milionů 9,5 milionů 22 milionů 42 milionů 125 milionů 105 milionů 140 milionů 291 milionů 463 milionů 731 milionů 758 milionů

Rok uvedení 1978 1980 1985 1989 1993 1995 1997 1997 1999 1999 2001 2003 2004 2004 2006 2007 2008 2009

Je tradicí, že všechny procesory pro PC jsou zpětně kompatibilní, program napsaný pro 8086 by měl fungovat i na vícejádrovém procesoru, následné generace by tedy měly obsahovat všechny funkce předchozích mikroprocesorů. Existuje celá řada architektur a typů mikroprocesoru s různým použitím: procesory určené pro osobní počítače, pro speciální serverové stanice, laboratoře, satelitní zařízení, televizní přijímače, projekční obrazovky, různé dekodéry a přehrávače a podobně.

20 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


5.1.1 Terminologie procesorů CPU (Central Processing Unit; český ekvivalent = Centrální výpočetní jednotka) Je to ústřední výkonná jednotka počítače, která čte instrukce z paměti a na jejich základě vykonává program. Různé modely se od sebe liší svojí rychlostí, technologií a velikostí. Procesor je základní hardwarová komponenta každého počítače. ALU (Arithmetic Logic Unit; český ekvivalent = Aritmeticko-logická jednotka) Jde o jednu z nejzákladnějších součástí procesoru. Probíhají v ní všechny logické a aritmetické výpočty, mezi něž patří například sčítání, násobení, negace, bitový posuv a jiné.

FPU (Floating-Point Unit; český ekvivalent = „numerický koprocesor") Jak již jeho název napovídá (Floating-Point Unit), tento numerický koprocesor operuje s čísly, která mají plovoucí desetinnou čárku (například 1,5e16). U starších procesorů se tento matematický koprocesor vyskytoval ve výpočetních technologiích samostatně. Dnes je již integrovaný do jednotek CPU. Registr (Processor Register; český ekvivalent =:registr) Registr procesoru slouží k ukládání mezivýsledků a dočasných hodnot, které byly vygenerovány, například numerickým koprocesorem (FPU), nebo aritmeticko-logickou jednotkou (ALU). Jeho funkce by se dala přiřadit k jakési rychlé vyrovnávací paměti. Přístupová doba do registru je totiž daleko nižší než do klasické cache. Registr procesoru rozdělujeme na tři základní typy - registry uživatelské, systémové a vnitřní. Control Unit (český ekvivalent=řadič) Řadič spolu s ALU tvoří základní řídící jednotku procesoru. Načítá strojové instrukce, dekóduje je a třídí jednotlivé úlohy mezi další moduly. Multiplier (český ekvivalent= násobič) Násobič je hodnota, která procesoru udává frekvenci, na níž má procovat. Máme-li tedy kupříkladu procesor AMD Athlon XP 3000+, který má 13x násobič a frekvenci sběrnice 166Mhz FSB, znamená to, že jeho frekvence činí 2158 Mhz. Docílili jsme toho tak, že jsme obě výše zmíněné hodnoty vynásobili (166 x13 =2158). Cache (český ekvivalent = vyrovnávací paměť) Cache je pomocná vyrovnávací paměť procesoru. Jejím úkolem je urychlit datový přenos mezi operační pamětí RAM a procesorem samotným. FSB (Front Side Bus; český ekvivalent = systémová sběrnice) Tímto pojmem je nazývána ta část hardware, která zajišťuje obousměrný fyzický tok dat. Děje se tak mezi procesorem a ostatními komponenty (jmenovat můžeme například grafickou kartu, pevný disk, operační paměti a další). Šířka pásma sběrnice se udává v MHz. MultiCore (český ekvivalent = vícejádrový procesor) Procesor označujeme tímto pojmem za předpokladu, že disponuje více než jedním jádrem. Hlavní výhodou je rychlost, dvě jádra se chovají jako dva na sobě nezávislé procesory, jejichž rychlost se může zdvojnásobit. Když máme k dispozici procesor, který disponuje čtyřmi nebo osmi jádry, jeho rychlost se opět násobí počtem jader jimiž je vybaven (4x nebo 8x rychlejší výpočet komplexních operací).

21 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


Jak ale podle názvu poznáme, že se jedná o vícejádrový procesor? Co se týká procesorů z dílen společnosti AMD, názvy jejich vícejádrových modelů obsahují hodnotu „X (počet jader)".

HT technology (Hyper-Threading Technology; český ekvivalent = technologie „vícevlákenného zpracování") Jedná se o speciální technologii vyvinutou společností Intel s cílem zvýšit efektivitu a výkon procesoru tím, že umožňuje jedinému fyzickému procesoru, aby se vůči operačnímu systému choval jako dva virtuální procesory. HT využívá plného potenciálu procesoru, neboť při vykonávání jednoho threadu se prakticky vždy objevují okamžiky, kdy nejsou využity všechny výpočetní jednotky procesoru (ALU/FPU). Technologie HT právě tyto nevyužité jednotky vyhledá a umožní jejich využití, tím nám vznikne druhý, fyzicky neexistující procesor. Tato technologie obecně přináší navýšení výkonu až o 40%, ale výhradně u aplikací, které dokáží HyperThreading (nebo i obecně více procesorů) využít.

HyperTransport Hyper Transport - jedná se o obousměrnou sériovou – paralelní sběrnici s velkou šířkou pásma a nízkými latencemi. Hyper Transport v současnosti existuje ve třech verzích (1.0, 2.0 a 3.0), jejichž rychlosti se pohybují v rozmezí 200 až 2 600 MHz. Hyper Transport vznikl jako náhrada FSB a funguje jako vysokorychlostní spojnice mezi procesorem, operační pamětí a chipsetem . V současnosti se s technologií HT setkáme jak u AMD, tak u Intel platformy. Společnost Intel u svých starších modelů používá sběrnici FSB, nová generace procesorů má již technologii QPI, která se HyperTransport podobá. Princip technologie HyperTransport je podobně jako u sítě Ethernet založen na komunikaci paketů. Ve verzi 3.0 je propustnost až

22 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


Coolń´Quiet Jedná se o funkci, kdy software automaticky řídí rychlost procesoru a k tomu ekvivalentně i rychlost ventilátoru, což ve výsledku přináší jak nižší spotřebu, tak nižší hlučnost. Technologii umožňující změnu násobiče procesoru za chodu počítače vyvinula společnost AMD. Hlavním efektem je velmi rychlá změna frekvence CPU dle aktuálního zatížení. Latence Je to doba,která uplyne od vyvolání požadavku, do jeho splnění(reakční doba), udává se v ns nebo hodinových cyklech (např. 4T) , přičemž je požadována co nejnižší hodnota. SIMD (Single Instruction Multiple Data) -jedna instrukce provádí současně výpočet na více datech. Intel Dual - Core Technology Tato technologie zajišťuje spolupráci dvou jader se společnou paměti cache L2 s tím, že jádro,které je více zatíženo může využívat více paměti. Virtualization Technology Technologie VT (Virtualization Technology) podporuje provozování virtuálních počítačů na hardwarové úrovni. Umožňuje jednomu procesoru fungovat jako několik paralelně pracujících procesorů, na jednom počítači tak může běžet současně více operačních systémů a jednotlivé systémy pak pracují na virtuálním procesoru (virtuálním stroji). Virtualizaci na softwarovém základu podporují známé programy, jako VMware nebo Virtual PC. Intel Turbo Boost – automatické přetaktování Je to funkce, kdy je při potřebě většího výkonu procesoru čip automaticky přetaktován a výkon je krátkodobě navýšen. Na příklad u procesoru se základní frekvenci 3,33 GHz(Intel Core i5), pokud je zátěž procesoru velká, dojde k automatickému přetaktování na 3,6 Ghz.

DTS – Digital Thermal Sensor Teplotní senzor měří teplotu každého jádra a v závislosti na naměřených hodnotách přizpůsobuje rychlost otáčení ventilátoru chladiče procesoru. Advanced Smart Cache Zahrnuje sdílenou L2 cache, dovoluje dynamicky alokovat kapacitu pro každé jádro.

23 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava

5.2


Architektury procesorů

Při vývoji mikroprocesorů docházelo postupně k potřebě určité unifikace z důvodů kompatibility vyráběných počítačů. To bylo umožněno zejména nástupem integrovaných obvodů s velkou mírou integrace. Tak postupně vzniklo několik typických konfigurací mikroprocesorů, které nazýváme architekturou. Typickými architekturami mikroprocesorů jsou CISC, RISC, MIPS nebo EPIC. CISC (Complex Instruction Set Computer) Je architekturou používanou u dřívějších ale částečně i současných procesorů. Tyto procesory používají tzv. plnou instrukční sadu, kde instrukce jsou uloženy v mikrokódu (program vložený do paměti procesoru). Instrukcí je velký počet (120-350), jsou složité, existuje velký počet jejich formátů. CISC má instrukční soubor s takovými instrukcemi, které pod jedním operačním kódem vykonají složité operace s variabilitou různých adresovacích módů. Instrukce jsou vykonávány v mnoha strojových cyklech (desítky i stovky), to vede k používání složitého řadiče. RISC (Reduced Instruction Set Computing) Jsou to procesory s redukovanou instrukční sadou. Koncepce je založena na předpokladu, že frekvence používání některých složitých instrukcí je malá a v případě potřeby mohou být nahrazeny posloupností jednoduchých instrukcí. Redukovaná instrukční sada obsahuje jen základní instrukce, je malý počet formátů instrukcí, jednoduchší dékodování, malý počet adresních módů. Pro čtení a zápis do paměti jsou jen dvě instrukce. Instrukce jsou tvořeny obvodově a provádějí se rychleji. Procesor obsahuje velký počet vnitřních registrů, instrukce jsou prováděny většinou v jednom strojovém cyklu.

AMD Am29000 - procesor založený na architektuře RISC Obě zmíněné architektury se však vzájemně přibližují,jelikož mnohé procesory mají rysy obou těchto architektur. MIPS (Microprocesor without Interlocked Pipeline Stages) Tato architektura se váže se jménem Johna Henessyho a Standsforské univerzity. Je velmi rozšířena, zejména v oblasti grafických stanic, v tzv. Embedded systémů, nebo malých zařízení, např. PlayStation. Koncepčně vychází z architektury RISC, kdy poměrně jednoduché instrukce ve spojení s pipeliningem a dobrým kompilátorem vedlo k vytvoření rychlého procesoru. V praktickém provedení je to možnost mít celé zařízení na jednom čipu, tzn. propojení jádra mikroprocesoru s dalšími obvody a tím programovat na známé a odladěné architektuře. EPIC (Explicitly Parallel Instruction Computer) Je novou architekturou používanou u moderních 64bitových mikroprocesorů. Instrukční řadič je podobný redukované instrukční sadě, ale je založen na jiném způsobu řazení instrukcí. Architektura vychází z počítačového modelu EPIC, který byl navržen tak, aby zvýšil schopnost mikroprocesoru vykonávat paralelně více instrukcí. Hardwarový řadič používá přeprogramované situace, které se okamžitě přiřadí k požadované instrukci a tím se zvýší efektivita.

24 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


5.2.1 Mikroarchitektury procesorů Mikroarchitektury určují základní vlastnosti procesorů, jejich vnitřní strukturu, na které je následně založena mikroprocesorová řada. Procesory Intel a AMD se výrazně liší svou mikroarchitekturou. Procesory řady Intel a jejich mikroarchitektury: NetBurst Je starší mikroarchitekturou a jejími hlavními rysy byly: • Hyperpipelining, • nová multimediální instrukční sada SSE2, • sběrnice FSB, • HyperTreading. Výkonnost procesorů se zvyšovala především navyšováním vnitřní frekvence. Intel Core Microarchitecture Z architektury NetBurst bylo použito to nejlepší a navíc: • Advanced Digital Media Boost-zvýšený výkon při zpracování multimedií (video, hudba), • Smart Memory Access-těsná spolupráce několika jader procesoru, každé jádro má svou L1 cache, sdílenou L2 cache, • funkce snižující napájecí napětí a frekvenci při nižší zátěži, • funkce podporující chod 64bitových aplikací (EM64T). Navýšení výkonu procesorů je řešeno vyšším počtem jader. Nehalem Stěžejní záležitostí je: • sběrnice QPI, která nahradila pomalejší sběrnici FSB. QPI je vysokorychlostní sériové propojení, skládající se ze dvou 20-bitových spojů (jeden pro každý směr). Z těch je 16 vyhrazeno pro data, zbývající 4 pro detekci chyb a řízení přenosu. To dává propustnost 12.8GB/s v každém směru. • integrovaný řadič paměti, tím je propustnost sběrnice celá k dispozici pro periférie, • využití paměti DDR3, • Turbo Boost zvyšuje výkon procesoru podle okamžité potřeby uživatele a vytížení počítače. Prostřednictvím speciální jednotky, která řídí napájení, a nových „power gate“ tranzistorů dokáže automaticky upravovat pracovní frekvenci, a tedy i rychlost každého procesorového jádra.

Procesory řady AMD a jejich mikroarchitektury K8

• s okolím komunikuje sběrnici HyperTransport, • do procesoru je integrován paměťový řadič, • v jádře jsou technologie pro snižování výkonu a antivirovou ochranu. Jádro mikroprocesoru umožňuje pracovat ve třech módech: • 64bitový, 64bitový operační systém a 64bitový program, • Kompatibility – 64bitový OS a 32bitový nebo 16bitový program, • Legacy – 32bitový OS a 32bitový nebo 16bitový program.

25 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava K10

• • • • • • •


nativní čtyřjádrový CPU, integrovaný paměťový řadič, L3 cache společná pro všechny CPU, vyráběn 65 nm procesem, rychlá sběrnice HyperTransport, nízké latence, různé frekvence jader, Coolń´Quit 2.0.

K10.5 • jádro bylo předěláno, • využití pamětí DDR3, • L3 cache zvýšena až na 6MB, Výkon se zvednul teoreticky o 30 % navíc, v praxi záleží na dané sestavě a aplikaci. • procesor byl umístěn do patice AM3,je zpětně kompatibilní s paticí AM2+, • reálná spotřeba procesoru byla snížena ,rychlá sběrnice HyperTransport 3.0s frekvencí až 2600 MHz s vyšším výkonem a propustností, • vyráběno 45 nm procesem, • Coolń´Quiet 3.0.

Procesor AMD Phenom II a sběrnice HyperTransport Procesory K10.5 a jejich výkon lze rozeznat z jejich modelového označení podle koncového čísla. Značení procesorů AMD Athlon X2 2xx – dvě jádra, žádná neaktivní, bez L3 cache, zato s větší L2 cache Phenom X2 5xx – dvě jádra aktivní, dvě neaktivní, 6 MB L3 cache Phenom X3 7xx – tři jádra aktivní, jedno neaktivní, 6 MB L3 cache Phenom X4 8xx – čtyři jádra, 4 MB L3 cache Phenom X4 9x0 – čtyři jádra, pouze AM2+, 6 MB L3 cache, nižší takt Northbridge Phenom X4 9x5 – čtyři jádra, AM3 (+ zpětně kompatibilní pro AM2+), 6 MB L3 cache

26 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava

5.3


Vlastnosti mikroprocesorů

Mikroarchitektury mikroprocesorů používají různé technologie, z nichž vyplývají vlastnosti mikroprocesorů. Šířka vnitřní sběrnice popisuje schopnost mikroprocesoru zpracovat najednou určité množství bitů. Dnes rozeznáváme mikroprocesory: • • •

Jen 32bitové ( starší typy, které pomalu dožívají). Jen 64bitové (používají se především u serverů). 32 i 64bitové (dnešní standard desktopových počítačů).

O tom, zda je plně využita vnitřní šířka dat rozhoduje operační systém a aplikační programy: • Operační systém Windows (jak XP, tak serverové) jsou 32bitové, ale existují také speciální edice pro 64bitové procesory, rovněž Windows Vista nabízí 32/ 64bitové režimy všech svých verzí. • Také aplikační program může být 32/ 64bitový, zatím stále výrazně převládají 32bitové aplikace. Z těchto důvodů je zatím standardem 32/ 64bitový mikroprocesor, který dokáže spolupracovat s 32bitovým i 64 bitovým softwarem. • Všechny Mikroprocesory AMD 8. generace dnes pracují v 64 a 32bitovém režimu (v jejich názvu také vždy najdeme číslici 64). Intel přišel s 64bitovým režimem později než AMD, ale dnes již nové mikroprocesory Intel pracují v 64bitovém režimu také. Pro něj Intel zavedl označení EM64T. Velikost použitelného adresového prostoru je u 64bitové architektury 18 miliard GB (264 adres), u 32bitové architektury jsou to 4GB. Dnešní trend směřuje k 64bitovým systémům, Linux tuto architekturu podporoval již dříve. V současnosti ještě většina výrobců počítačů instaluje do svých sestav, které obsahují 32/64bitový procesor, klasickou 32bitovou verzi Windows (64bitové ovladače hardwaru mohou být problémem při instalacích).

5.3.1 Instrukční sada Instrukční sada je souborem instrukcí, kterým procesor rozumí a instrukce mu říká, jak provést určitý úkol (t.j.posloupnost kroků). Instrukce je možno specifikovat jako: • aritmetické a logické, • pro přesuny dat, • systémové instrukce, • instrukce pro řízení programů, • další instrukce pro přehrávání videa, zvuků a grafiky. Některé instrukční sady procesorů Intel a AMD: • x86- základní celočíselná sada pro procesory, • x87-určená pro matematické koprocesory, od Pentia je koprocesor integrován uvnitř procesorů, • MMX-(Multi Media eXtension)-první celočíselní SIMD sada Intelu pro multimediální aplikace, • Enhanced MMX-rozšíření MMX , • 3DNow-SIMD sada zavedena AMD ,jako konkurenční sada MMX x86- základní celočíselná sada pro procesory, • SSE-SIMD sada z procesoru Pentium III, Intelem rozšířena sada o instrukce 3D aplikací(70 nových instrukcí), • SSE2-Intelem rozšířena sada pro Pentiu 4(multimediální instrukce). Novější vyráběné procesory obsahují instrukční sady umožňující práci v 64bitovém režimu: • pro procesory AMD je to instrukční sada pod označením AMD64, • pro procesory Intel pod označením EM64T.

27 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


5.3.2 Systém přerušení Přerušení je signál, který k mikroprocesoru vyšle některé hardwarové zařízení nebo program. Vysílatel signálu se tak snaží zabrat mikroprocesor pro sebe. Klasickým příkladem je stisk klávesy na klávesnici. Mikroprocesor musí přerušit svoji činnost a povel daný klávesou zpracovat. Všechny moderní mikroprocesory mají vektorový systém přerušení. To znamená, že každé přerušení je identifikováno svým číslem. Na určitém místě v operační paměti je uložena tabulka vektorů přerušení. Vektor přerušení, identifikován právě číslem přerušení, ukazuje na adresu v paměti, kde je uložen obslužný podprogram přerušení. N-té přerušení tedy spustí (přes n-tý vektor přerušení) n-tý program, který zpracuje požadavek zdroje přerušení. Před skokem na vektor přerušení uloží mikroprocesor svůj momentální stav do speciálního registru-zásobníku. To mu umožní vrátit se po zpracování přerušení k původní činnosti. Výhodou vektorového přerušovacího systému je možnost nahrazení obslužného programu přerušení programem vlastním. Mikroprocesor musí obsahovat i mechanismus, kterým přerušení dočasně zakáže.

5.3.3 Paměť Cache S pamětí cache (česky keš) se v celé počítačové architektuře setkáte velice často. Je to jakýsi mezisklad dat mezi různě rychlými komponentami počítače. Jeho úlohou je vzájemné přizpůsobení rychlostí – rychlejší komponenta čte data z cache a nemusí čekat na komponentu pomalejší (z které si paměť cache data načte dopředu). Do všech mikroprocesorů jsou integrovány malé paměti cache první úrovně označované za sběrnice. Funguje to tak, že cache načte ze sběrnice více dat, která pak v tomto meziskladu čekají. Jakmile je mikroprocesor potřebuje, z cache si je načte. Protože cache pracuje rychleji než sběrnice, nemusí mikroprocesor čekat, jak by tomu bylo v případě odebírání dat přímo z pomalejší sběrnice. •

L1 cache (Level 1 cache) Tento druh vyrovnávací paměti slouží k dočasnému ukládání nejkritičtějších dat pro daný moment. Má velmi malou kapacitu, která ve většině případů nepřesahuje 64kb. Jelikož je L1 cache přímou součástí CPU (je nejblíže výpočetním jednotkám), její rychlost je shodná s výpočetní rychlostí procesoru. Je tedy ze všech tří běžných typů (L1, L2, L3) nejrychlejší. Data obvykle přijímá skrze L2 cache, která data absorbuje z paměti RAM.

•

L2 cache (Level 2 cache) L2 disponuje vyšší kapacitou než výše zmíněná L1, nicméně její rychlost je o hodně nižší. Dříve byla umísťována vně procesoru. Dnes už jí ale nalezneme v pouzdru spolu s procesorem, kde pokaždé slouží pouze jednomu konkrétnímu jádru. L3 cache (Level 3 cache) Od předchozí L2 se liší zejména tím, že je sdílená pro všechna jádra, její kapacita je také o mnoho vyšší.

•

Porovnání všech tří typů vyrovnávacích pamětí cache (64KB řádek = L1, 512KB řádek = L2, 2MB+ řádek = L3) je na následujícím obrázku.

28 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


L4 cache (Level 4 cache) Jedná se o nejnovější typ vyrovnávací paměti , která vznikla na základě vzrůstajících počtů jader v nitru procesoru. Vyrovnávací paměť čtvrtého řádu disponuje mimo vyšší kapacity také speciální technologií (QoS-Aware Cache), která dokáže jednotlivým úlohám přiřazovat patřičnou prioritu.

5.3.4 Tepelná ochrana Mikroprocesory produkují při běhu značné množství tepla. Pro správnou funkci je potřeba zabránit jejich přehřátí. Základní odvod tepla zajišťuje aktivní chladič, jehož součásti je ventilátor. Pokud by došlo k poruše chlazení, stoupá teplota mikroprocesoru a může dojít k jeho poškození. Také technologie tepelných ochran procesorů se vyvíjely. Starší procesory byly většinou vybaveny integrovanou tepelnou ochranou. U novějších procesorů se používají dokonalejší technologie tepelné ochrany. U procesoru Intel: • Speed Step Technology, kdy procesor mění za běhu dynamicky frekvenci a napájecí napětí. Když je zátěž menší, snižuje se frekvence, případně napájecí napětí, neprodukuje se tolik tepla a tím jsou menší nároky na chlazení. Při nižší frekvenci klesá tepelný výkon a je možné snížit otáčky ventilátoru. Tuto technologii však musí podporovat chipset základní desky. • Intelligent Power Capability napomáhá k nízkému výkonu a minimalizaci odvodního tepla. Základem jsou známé funkce pro procesory řady Intel, ale nově je prováděno průběžné vyhodnocování zatížení jednotlivých části procesoru. V případě delšího nevyužívání umí tato funkce jednotlivé části procesoru vypnout a tím snížit spotřebu elektrické energie. U procesorů AMD: • Coolń´Quiet je obdobou technologie používáné u Intelu, kdy je regulováno napětí a frekvence mikroprocesoru v závislosti na jeho zatížení. Dochází také k úspoře elektrické energie a poklesu otáček ventilátoru.

5.3.5 Napájecí napětí S rostoucím výkonem (a rostoucí hustotou prvků v mikroprocesoru) se mikroprocesory stále více a více zahřívaly vlivem spotřeby většího množství elektrické energie. Výrobci začali řešit tento problém snižováním napájecího napětí. Tím se snížil i příkon mikroprocesoru (což je rovněž výhodné pro baterie notebooků) a následné tepelné vyzařování. Výše napájecího napětí není nijak normalizována, ale každý výrobce se snaží napětí snížit co nejvíce. Hodnota napětí se neliší pouze u různých výrobců mikroprocesorů, ale často se liší i u stejných řad mikroprocesorů jednoho výrobce. Standardním napájecím napětím mikroprocesorů bylo dříve 5V, další používanou velikostí byla napětí okolo 3,3V, dnešní procesory mívají hodnotu napájecího napětí pod 1,5V.

29 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


Správná hodnota napájecího napětí se nastavuje automaticky a není třeba ji měnit (snad pouze při přetaktování). Možné to je z obrazovky Setupu Frequency/Voltage Control. Jde o řádek CPU Voltage Regulator (přístup k němu povolíme v řádku Voltage Fine Tune). Momentální hodnoty jednotlivých napájecích napětí zjistíme také v programu SiSoft Sandra, na záložce Tools programem Environment Monitor.

5.3.6 Chlazení mikroprocesorů Kromě technologií tepelných ochran se teplota mikroprocesorů redukuje také instalací chladičů. Zatímco pro mikroprocesory třídy 486 postačovalo pasivní chlazení žebry chladiče, od Pentií jsou žebra chladičů ovívána ventilátorem. • Základem jsou chladící žebra vycházející z desky, která je přitlačena na mikroprocesor. Důležitý je materiál žeber, měl by mít co nejvyšší tepelnou vodivost (nejlepším materiálem je měď). Další podmínkou pro správnou funkci je dokonalý odvod tepla z povrchu mikroprocesoru. Proto jsou žebra chladiče přitlačována různými mechanismy. • Druhou částí chladiče je ventilátor, který odvádí teplo ze žeber. • Ventilátory jsou napájeny konektorem (ozn. CPU FAN). Konstrukce chladiče mikroprocesorů je však závislá na patici, v níž je mikroprocesor zasunut.

Heatpipe Tato technologie chlazení zajišťuje rychlý odvod tepla a jeho přenos do chladiče. Chladič je speciální konstrukce, je propojen s chlazeným dílem měděnou trubičkou. Ta je naplněna kapalinou a hermeticky uzavřena.Na jednom konci se trubička ohřívá,kapalina se začne odpařovat.Na studenějším konci dochází ke kondenzaci a páry předají teplo,které zajistilo jejich odpaření.Dojde k vrácení kondenzátu zpět a znovu se může odpařovat.

5.3.7 Vnitřní a vnější frekvence Každá základní deska je vybavena generátorem taktů, generujícím taktovací impulsy pro mikroprocesor. Z této externí frekvence se odvozuje vnitřní frekvence mikroprocesoru. Mezi externí sběrnicí a procesorem pracuje tzv. násobička, která převádí pomalejší externí takt na vyšší vnitřní frekvenci mikroprocesoru. Máme-li mikroprocesor s vnitřní frekvencí 3,2 GHz, který pracuje na základní desce s kmitočtem 200 MHz, musí jeho násobička vyrobit z vnější frekvence 200 MHz frekvenci vnitřní 3 200 MHz. Znásobí tedy vnější frekvenci 16x.

30 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


Mikroprocesory mají poměr obou frekvencí určen pevně. Násobička (definující poměr vnitřní a vnější frekvence) je součástí mikroprocesoru, pokud vsadíme do základní desky nový procesor, nastaví se správný poměr frekvencí automaticky. Výkon procesoru je dán jeho vnitřní frekvencí, ale v současnosti zejména vyššín počtem jader. Vnější frekvence je tedy taktovací frekvencí, kterou generuje základní deska. Jelikož však součástky na základních deskách umí během jednoho taktu provést více instrukcí, je reálná frekvence vyšší. Základní desky pracují s frekvencemi 133, 166, 200, 266 MHz a vyššími Například: • moduly operačních pamětí DDR násobí frekvenci 2x, • obvody na základních deskách mikroprocesorů Intel ji násobí 4x, • sběrnice HyperTransport AMD používá taktovací frekvence 800 ,1000,1600 Mhz a vyšší. Spolupráce základní desky a mikroprocesoru však závisí na více faktorech : patici, frekvenci USB, napájecím napětí, zdroji… Ne každý procesor se proto „dohodne“ s každou základní deskou!

5.3.8 Execute Disable Jednou z vlastností nových procesorů (AMD i Intelu) je podpora bitu No exekute (NX) – nespouštět. Pracuje se s ním takto-zažádá-li si program o paměť pro svá data, je v dané paměťové stránce nastaven NX-bit na 1. Původní kód programu má v paměti hodnotu NX-bitu 0. Pokud se program pokusí spustit kód z paměťové stránky s NX-bitem 1 (kde mají být data, a ne spustitelný program), procesor vyvolá výjimku, operační systém ji zaznamená a program ukončí. Popsaný postup používají pro své spouštění některé viry. Z popisu je zřejmé, že: • je nutné mít podporu nejen na straně procesoru, ale i od operačního systému, ta je nabízena až od Windows XP SP2, • ochrana je účinná jen proti některým virům, rozhodně nenahrazuje antivirový program, • Intel nazývá technologii Executte Disable Bit Capability, AMD používá termín Enbanced Virus Protection.

5.3.9 Počet jader procesorů Dlouho se nárůstu výkonu procesorů dosahovalo zvyšováním jejich pracovní frekvence. Ukázalo se však, že zvyšovat frekvenci není možné do nekonečna. Horní hranice frekvence mikroprocesorů je okolo 4 GHz. Oba rozhodující výrobci procesorů – AMD a Intel používají pro zvyšování výkonu stejný postup: do mikroprocesorů umisťují více jader. Mikroprocesor pracuje ve stejné patici jako jeho předchůdci, ale uvnitř je integrováno více jader ( 2 , 4 nebo více). Tyto procesory dnes tvoří základní řady obou výrobců.

Uspořádání dvoujádrových procesorů Intel

31 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


5.3.10 Procesory Core řady Intel Intel Pentium D Tento procesor je založen na architektuře NetBurst. Obsahuje dvě jádra, která pracují na stejné frekvenci. Je vyráběn technologií 90 a 65 nm, (90 nm – 2x1 MB L2 cache a 65 nm - 2x2 MB L2 cache), systémová sběrnice pracuje s taktem 800 Mhz. Procesor obsahuje L1 cache pro data o velikosti 2x16 kB a je dodáván s frekvencemi 2,66 – 3,60 GHz. Některé typy obsahují technologií Intel Virtualization Technology. Intel Pentium Extreme Tento processor je taktéž založen na architektuře NetBurst, je vyráběn s frekvencí 3,2 – 3,7 GHz. Systémová sběrnice pracuje s taktem: • 800 MHz s procesorem s frekvencí 3,2 GHz, • 1066 MHz s procesorem s frekvencí větší než 3,2 GHz. Intel Core 2 Procesory Intel Core 2 se standardně vyrábí jako dvoujádrové, obsahují 291 milionů tranzistorů na jednom čipu. Všechny Core 2 jsou 64bitové. Základními typy řady jsou Intel Core2 Duo, Intel Core2 Quad a další modifikace. Intel Core2 Duo Procesory se liší frekvencí, frekvencí FSB a velikosti paměti cache L2. Jsou vyráběny 65 a 45 nm výrobní technologií.

Procesor je založen na mikroarchitektuře Core a je vyráběn pro socket LGA775. Existuje i serverová verze (jádro Woodcrest). Má integrovaný DTS – Digital Termal Sensor. Na čipu o ploše 143 mm2 je integrováno 291 miliónů tranzistorů. Procesor obsahuje technologie Intel 64 Architecture (EM64T).

Intel Core 2 Quad Tento procesor vychází z architektury Core, je vyráběn s frekvencemi 2,26 GHz až 3,0 Ghz. Systémová sběrnice umožňuje využití frekvencí 1066 MHz nebo 1333 Mhz. Má čtyři prováděcí jádra, která pracují na stejné frekvenci, s nezávislým rozhraním k systémové sběrnici. Procesor y vyráběné technologií 65 nm obsahují cache L2 o velikosti 2x4 MB. Cache L2 o velikosti 2x2, 2x3, nebo 2x6 mají procesory vyráběné 45 nm technologií. Procesor se vkládá do standardní patice LGA 775.

32 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


Intel Core 2 Extreme Model je vyráběn s frekvencemi 2,66 – 3,2 GHz a je k dispozici s technologiemi Dual Core a Quad Core. Dual core • 2x32 kB L1 cache pro data, • 2x32 kB L1 pro instrukce, • 4 MB cache L2. Quad Core • 4x32 kB L1 cache pro data, • 4x32 L1 cache pro instrukce, • L2 cache 2x4 MB (65 nm) a 2x 6 MB (45 nm). Systémová sběrnice pracuje s frekvencí: • 1600 Mhz u procesoru s frekvencí 3,2 GHz, • 1333 Mhz u procesoru s frekvencí 3 GHz, • 1066 Mhz u procesoru s frekvencí nižší než 3GHz. Všechny varianty disponují technologiemi: • EM64T, • Intel Virtualization Technology, • DTS. Procesory využívají socket 775. Nejnovější procesory vychází z architektury Nehalem, jsou nově přejmenovány na Westmere. Rozdíly mezi čipovou architekturou Nehalem a Westmere jsou dva. První je výrobní proces, kdy se z 45nm výroby přechází na 32nm, druhým rozdílem je pak kapacita L3 cache.

Intel Core i5 Tento procesor má na svém čipu integrován řadič paměti, který zajišťuje rychlejší čtení (zápis) z (do) operační paměti. Plně podporuje paměti DDR3 – 1066 a DDR3 – 1333, data jsou přenášena po 64 bitech. Maximální přenosová rychlost je při konfiguraci: • Single channel - 10,6 GB/s, • Dual channel - 21 GB/s. Podporováné jsou tyto technologie: • Intel Virtualization Technology, • Enhanced Intel Speed Step Technology, • Intel Architecture (EM64T), • Intel Turbo Boost Technology. Čip procesoru má plochu o velikosti 296 mm2 a je vyráběn technologií 45 nm . Je určen pro patici LGA1155 a na vlastním čipu je integrováno 774 miliónů tranzistorů.

33 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


Řadič sběrnice PCI Express 2.0 poskytuje 16 PCI Express linek(x16), jsou to sériové linky,které pracují v režimu full duplex, je umožněna také konfigurace dvakrát x8 linek. Sběrnice je určena pro připojení grafické karty, jak je zřejmo z obrázku. Intel Core i7 Čip procesoru má plochu 296 mm2 , je ekvivalentem 774 miliónů tranzistorů. Je určen pro patici LGA 1156 a je vyráběn 45 nm technologií.

34 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


Procesor je vyráběn ve více variantách . I7-800 series: • má integrován řadič paměti, • podporuje paměti DDR3-1066 a DDR3 1333, • maximální přenosová rychlost 21 GB/s, • využívá sběrnici DMI. I7-900 series: • má integrován řadič paměti, • podporuje paměti DDR3-1066 a DDR3 1333, • má k dispozici 3 kanály, • maximální přenosová rychlost je 25,6 GB/s, • využívá sběrnicí QPI s 20 linkami.

5.3.11 A co dál? 32 nm technologie Použití nových technologií ve výrobě mikroprocesorů umožňuje výrobu stále dokonalejších procesorů. Cílem je další zlepšení poměru mezi spotřebou elektrické energie a výkonu, levnější mi výrobními náklady. Procesory mají integrována jádra CPU a GPU v jednom pouzdře, čímž by mělo dojít ke zrychlení grafických operací a snížení spotřeby elektrické energie.

5.3.12 Procesory AMD Procesory Athlon 64 jsou velmi rozšířenou řadou, Athlon 64x2 je základem celé této řady. Jedná se dvoujádrový mikroprocesor s 64bitovou architekturou, integrovaným dvoukanálovým řadičem DDR2, rychlou variantou sběrnice HyperTransport 1(1Ghz). Je vyráběn 65 nm výrobní technologií, k zasunutí se používá patice AM2.

35 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


Koncepce mikroprocesoru AMD se od Intelu výrazně liší: • vnitřní strukturou, • v procesoru je integrován řadič operační paměti (komunikaci s pamětí nezajišťuje chipset), • napojení mikroprocesoru na periférie je přes sběrnici HyperTransport, • u dvoujádrových procesorů AMD má každé jádro svou vlastní paměť Cache 2, • čtyřjádrové procesory firmy AMD mají navíc paměť Cache L3, kterou využívají všechna čtyři jádra procesoru. Každé jádro procesoru má přitom vlastní paměť Cache L2. Na těchto procesorech běží jak 64bitové tak 32bitové aplikace. Desktopová verze pro standardní počítače je pod označením Athlon 64, pro servery se používá název Opteron. Počet tranzistorů na čipu dosáhl 106 milionů, podílí se na něm zejména zvýšení paměti Cache L2 na 1024 KB a 64bitové rozšíření. Pokud tento procesor použijete pro 32bitový systém, pak se 64bitové rozšíření nepoužije. Dvoujádrové procesory V roce 2005 představila firma další dvoujádrové procesory Athlon 64 X2 (Toledo) a Opterony se dvěma jádry (Denmark): • podporovaly technologie AMD64, SSE3, ochranu paměti NX, Coolń´Quiet a technologii virtualizace. Počátkem roku 2006 se objevil Athlon 64 FX-60, jako dvoujádrový procesor. V každé ze tří sérií se vyskytovalo dvoujádro (vyrobené technologií 90 nm), každé jádro mělo svou vlastní paměť Cache L2 . Athlony 64 X2 se vyráběly s jádrem Manchester a Toledo. Procesor s jádrem Toledo disponuje pamětí Cache L2 o velikosti 1 MB, zatímco procesor s jádrem Manchester má paměť Cache L2 pouze o velikosti 512 KB. Velikost paměti Cache L1 je 128 KB, což je u procesorů Athlon 64 standard. U dvoujádrových procesorů má 128KB paměti Cache L1 každé jádro. Čtyřjádrový procesor – Phenom Opteron byl prvním čtyřjádrovým procesorem, který byl určen pro servery. V roce 2007 je uveden procesor Phenom, zhotoven technologií 65 nm (stejně i Opteron) s jádrem Barcelona. Používá patici AM2+ (rozšířená AM2). Mechanicky jsou obě patice shodné, AM2+ mohou používat i starší procesory.

Byla zavedena nová verze HyperTransport – HT 3.0 s maximální přenosovou rychlostí 10,4 GB/s. Také se změnila velikost napájecího napětí (Split Power Planes). Procesor Phenom podporuje šest (namísto dosavadních pěti) jednotlivých napájení.

36 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


5.3.13 Typy patic procesorů Socket (český ekvivalent = Patice, Rozhraní) Socket pro zasunutí procesoru je součásti základní desky. Podle typu patice poznáme, jaké mikroprocesory základní deska podporuje.Výrobci procesorů používají různé typy patic, které se rozměrově i konstrukčně liší. Patice pro novější procesory: Socket Socket 478 Socket LGA 775 Socket LGA 1366 Socket LGA 1156 Socket 754 Socket 939 Socket AM2, AM2+ Socket AM3

výrobce Intel INTEL INTEL INTEL AMD AMD AMD AMD

procesor Pentia4, PentiaD, Celeron Pentiua D, Intel Core Core i7 Core i3,Core i5 Athlon64 Athlon64, Athlon 64 FX Athlon64, AMD Phenom AMD Phenom2

komentář starší patice standard Intelu nová generace nová generace starší patice starší patice pro PC standard AMD podporuje DDR3

Procesory řady Intel Socket 478 Chladič je přichycen speciálním mechanismem, kdy pevná část je spojena ze základní deskou, pohyblivá tlačí na chladič. Mikroprocesor se musí pro vložení do patice správně orientovat. První pin procesoru musí zapadnout do 1. pinu patice. V jednom rohu je na pouzdře procesoru zkosení.

Socket LGA 775 Patice nemá otvory pro nožičky procesu, ale pružinky, na které dosedají kontaktní plošky procesoru. Procesor je tlačen do patice zvláštním mechanismen. Na okraji procesoru jsou dva výřezy B a na patici odpovídající výlisky A,C. Procesor lze zasadit jen jediným způsobem, najít dva výřezy a natočit tak, aby zapadly do odpovídajících výlisků. Po zasazení procesoru sklopíme kovový kryt a pomocí páčky zajistíme. Pružinové kontakty kladou odpor, ale to je v pořádku. Chladič tvoří s ventilátorem jednolitou část a je přichycen trny se západkou k základní desce.

37 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


Socket 1156

Patice pro novou řadu procesorů IntelCore i3 a i5 nahrazuje dlouholetý standard LGA 775, starší CPU nelze do této patice umístit. Došlo ke změně tvaru patice, mechanismus však zůstává víceméně stejný.

Socket 1366

Patice pro procesory IntelCore i7 Poznámka: Konstrukční rozdíl v pinech je u těchto pati pro procesory Intel Core i3, i5, i7 v integraci klasického dvoukanálového nebo třikanalového řadiče paměti. V následujícím období má být pro novou architekturu procesoru Intel (SAN BRIDGE) použita nová patice LGA1155,jak je znázorněno na obrázcích.

38 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


Procesory řady AMD Socket 754 Způsob práce s paticí je obdobný,jako u socketu 478 (otvírání a zavírání). Stlačením páčky dojde k jejímu uvolnění ze západky a zvednutím otevřeme socket.

Socket 939 Byl určen pro Athlony 64 a Athlony 64FX,nahradil socket 754 pro 64 bitové procesory

Uchycení chladiče procesoru je pro patice 754,939 ale i AM2 a AM2+ stejné. Po nasazení chladiče na procesor a zapadnutí do rámečku jej zajistíme pojistnou páčkou.

Socket AM2 podporuje všechny nové technologie AMD procesorů

Socket AM3 Nový typ patice s uvedením procesoru Phoenom II ,je nástupcem AM2+ a podporuje paměti DDR3.

39 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava

5.4


Instalace procesoru

Nejprve je vhodné prostudovat manuál k instalaci procesoru. Instalace procesoru je spojena s instalací hladiče. Při koupi procesoru s chladičem se jedná o tzv. boxovanou verzi. Chladič dodávaný společně s procesorem obvykle nepatří mezi ty nejtišší a nejúčinnější, nicméně při správné instalaci dokáže s dostatečnou účinností odvést množství tepla daného hodnotami výrobce procesoru (Intel, AMD). Mimo to BIOS v počítači většinou disponuje stránkou Health Status, kde mimo jiné zobrazuje správné hodnoty otáček větráčku (Fan Speed) a kde se neobjevuje žádné (nebo falešné) varování CPU Fan Fail Warning související s malými otáčkami větráčku. Oproti chladiči dodávanému Intelem vypadá procesor velmi miniaturně.

5.4.1 Instalace procesoru Intel Při instalaci se musí pracovat s maximální opatrností, v žádném případě se nedotýkat kontaktů, které jsou chráněny umělohmotným krytem.

Postup: • Nejdříve odstraníme kryt z umělé hmoty, další se nachází na patici procesoru. • Procesory pro patici LGA 775 nemají piny, ale kontaktní plošky. Na patici jsou jako protikusy pružinové kontakty. Při zasunování dbáme na to, aby nedošlo ke zdeformování pružinových kontaktů. • Správnou orientaci procesoru je nutno nejprve zjistit tak, abychom procesor do patice zasadili bez dodatečného zasunování a přesouvání. Pružinové kontakty však nejsou až tak citlivé, a ani vícenásobné zasunutí a upevnění kovovým krytem nemá žádné negativní důsledky na pozdější provoz. • Podle firmy Intel by měly pružinové kontakty bez poškození vydržet maximálně 15 operací upevnění. Na okraji procesoru jsou dva výřezy a na patici odpovídající výlisky. Procesor lze zasadit jen jediným způsobem, najít dva výřezy a natočit tak, aby zapadly do odpovídajících výlisků (viz socket LGA 775). Po zasazení procesoru sklopíme kovový kryt a pomocí páčky jej zajistíme. Pružinové kontakty kladou odpor, instalace jde „ztuha“, ale pokud je procesor správně usazen, je to v pořádku. Chladič zasadíme s jeho čtyřmi tyčinkami do čtyř označených otvorů na základní desce a tlakem na páčku z umělé hmoty se zaklapnutím zajistí. Většinou je nutno šroubovákem tyčku správně natočit.

40 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


Při instalaci chladiče se musí vynaložit více síly a základní deska se zpravidla prohýbá. Proto se doporučuje instalovat chladič, ještě když máme základní desku přímo na stole a nikoliv v počítačové skříni. Je velmi důležité, aby se dosáhlo optimálního kontaktu mezi procesorem a chladičem, čehož se v případě použití větráčku od Intelu dosáhne automaticky upevněním všech čtyř tyček chladiče. Poslední operací při instalaci chladiče je zapojení kabelu větráčku do příslušného konektoru na základní desce. Na základní desce obvykle najdeme několik tzv. Fan Header, neboli kontaktních polí, pro připojení větráčků. Jejich funkčnost se ověřuje buď přímo měřením počtu otáček větráčku, nebo nepřímo přes teplotní senzory, které se nacházejí přímo na základní desce, případně v procesoru. Naměřené hodnoty se pak zobrazují obvykle na speciální stránce v BIOS Setupu, popřípadě v menu Advanced a podmenu Hardware Monitoring či PC Health Status. K základní desce se obvykle dodává sada aplikací, které slouží k zobrazování parametrů naměřených senzory na základní desce a k nastavení kritických hodnot, při jejichž dosažení se má vyvolat poplach. Důležité je správné zapojení, protože pro každý větráček (na procesoru, přední větráček, zadní větráček) se zobrazují a nastavují různé hodnoty. Například CPU Fan Header se nachází u patice procesoru a při použití větráčku od Intelu je to jediný konektor, který vyžaduje kabel se čtyřpinovou zástrčkou, takže není možné jej zaměnit s jinými větráčky (třeba předním nebo zadním).

5.4.2 Instalace procesoru firmy AMD U procesorů firmy AMD se nasazuje chladič na umělohmotný rámeček. Ten se musí připevnit přímo na základní desku. Nejlépe je zakoupit si krabicovou verzi procesoru (Box), kterou firma AMD označuje jako PIB (Processor in A Box). Součástí tohoto balení je i veškerý materiál potřebný pro instalaci, včetně návodu. U všech novějších základních desek již rámeček s destičkou (Backplate) bývá namontovaný.

Musíme se orientovat podle pinu č.1, který je zvlášť označený. U každé patice a procesoru bývá označení pinů jiné a odlišné je umístění i umístění procesoru. Po zasazení procesoru , (obtížně proveditelné zasazení signalizuje nějaký problém,jinak jde o nenáročný úkon), se musí stisknout páčka na patici. Tím se procesor v patici upevní. Při instalaci chladiče se doporučuje postupovat s maximální opatrností.

41 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


Na spodní straně chladiče najdete teplovodivou vrstvu, která není chráněna ochrannou fólií, ale nasazeným umělohmotným krytem. Po jeho odstranění se polštářku teplovodivé vrstvy nijak nedotýkejte a ani nepoužívejte teplovodivou pastu. Po poškození polštářku již nebude odvod tepla zdaleka tak intenzivní. Pokud upevňovací mechanismus na rámeček i chladič padne přesně, je vše nainstalováno správně. Pro orientaci chladiče je důležitá také délka napájecího kabelu větráčku .Tento kabel budete muset později zapojit do zdířky CPU Fan na základní desce. Před definitivním nasazením chladiče na procesor se ujistěte, že budete později moci stisknout páčku, čili že jí v cestě nestojí žádné komponenty základní desky, a že se páčka dá na rámečku zablokovat. Nezapomeňte také zkontrolovat, zda je napájecí kabel větráčku natočen tak, že později půjde zasadit do příslušného konektoru (CPU Fan) na základní desce. K stlačení páčky budete potřebovat hodně síly, takže v případě pochybností raději ještě jednou zkontrolujte, zda kovová sponka sedí skutečně správně. Je-li páčka stlačena až úplně dolů, měl by se konec této páčky zajistit za umělohmotný výstupek rámečku tak, aby páčkou nešlo otočit. Často se totiž stává, že se páčka dostatečně nezajistí a při přepravě počítače vyskočí vzhůru, chladič pak nedrží tak, jak má. Pokud se nachází výstupek na úplně jiné straně rámečku, byl chladič na procesor špatně nasazen.

42 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


6 Technologie výroby Návrh procesoru Návrh dnešních moderních procesorů představuje nesmírně složitý proces a probíhá na nejmodernějších počítačích s využitím speciálních softwarových nástrojů. Zde jsou definovány funkce procesoru, specifikují se signály, vstupy a výstupy, potřebné napětí apod. Mezi známe patří sotware SPICE a ASML. Návrhy dnešních procesorů jsou kromě velikosti čipu limitovány svou frekvencí, následným chlazením a řadou dalších faktorů. Další problémy s výrobou mikroprocesorů plynou ze samotné, stále se zmenšující výrobní technologie a rostoucí složitosti čipů. Firmy, které vyrábějí mikroprocesory, pečlivě tají tyto postupy - ty jsou předmětem výrobního tajemství.

Software pro návrh a optimalizaci fotolitografických masek od ASML

Výroba procesoru Vznik jádra mikroprocesoru na waferu provází stovkami úkonů a vzniká v jednom z nejčistších prostředí, jaké si lze představit. Říká se mu cleanroom, a protože je zde nutné čistotu maximálně dodržovat, všichni pracovníci jsou oblečeni do tzv. bunny suits“ (skafandrů), které mají možné znečištění minimalizovat. Samozřejmostí je zde čištění vzduchu a řízená relativní vlhkost vzduchu.

Výroba mikroprocesorů v cleanroomu

43 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


Podlahy, kde se vyrábějí čipy jsou z nerezových roštů , podléhají těm nejpřísnějším požadavkům na čistotu , jsou dokonce 100x čistší, než nejsterilnější operační sály.

Křemíkový wafer V současné době je největším komerčně využívaným podkladem k výrobě čipů 300 mm awafer. Větší rozměry jsou pro uvedení do výroby náročné a pro výrobce ekonomicky nevýhodné.

Na úvod několik srovnání: • první tranzistor vyrobený v Bell Labs v roce 1947 jsme mohli držet v ruce, • stovky nových 45 nm tranzistorů se vejdou na povrch jedné červené krvinky, • cena 1 tranzistoru nové generace procesoru Intel-kódově označované Penryn bude 1 miliontina průměrné ceny tranzistoru z roku 1968, • pokud by se auta zlevňovala stejným způsobem, tak by dnes nové auto stálo 20 haléřů, • 45 nm tranzistor se dokáže zapnout a vypnout zhruba 300miliardkrát za sekundu. Než se 45 nm tranzistor zapne a vypne, urazí světelný paprsek vzdálenost pouze necelé 3 mm. Wafer představuje základní stavební prvek pří výrobě procesorů. Křemík, ze kterého se wafer skládá, tvoří hlavní část polovodičů. Kromě dostupnosti se využívá možnost výrazně ovlivňovat jeho elektrickou vodivost. Procesor je vyroben z písku Písek, který je z 25% složen ze silikonu (křemíku), je po kyslíku druhou nejhojnější chemickou složkou na zemi, obzvláště křemen má vysoký obsah SIO2 a je základní přísadou pro výrobu polovodičů.

44 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


Proces tání Po získání surového písku a oddělení křemíku, následuje proces čistění tak, aby se dosáhlo kvality polovodiče. Křemík je tak čistý, že pouze 1 atom z bilionu je jiného původu. Po tomto procesu následuje proces tání , vznikne tzv.ingot.

Křemíkový špalek Je vytvořen ingot o průměru 30 cm, délce okolo 1,5 m a hmotnosti několika set kilogramu.

Vzniká wafer

Tento drahocenný špalek je diamantovou pilou rozřezán na plátky o tlouštˇce necelého 1mm a nazývá se wafer. Povrch waferu je následně zpracováván asi třemi stovkami technologických operací, pomocí níchž je na plátu vytvořeno několik set čipů. Přesné technologické postupy jsou přísně utajovány.

Broušení, leštění a čistění Kvalitativní nároky na povrch waferu jsou značné. Po uříznutí je wafer následně upravován procesy jako je broušení, leštění a čistění. Povrch je leštěn tak dlouho, až má dokonale hladký a zrcadlový lesk a je zbavený všech nečistot.

Wafer rezist Modrá tekutina je nanesena na wafer, respektive na vrstvičku oxidu křemičitého, která je na waferu vypěstována za pomocí extrémní teploty a plynů. Tato tekutina je substance, která mění své vlastnosti působením ultrafialového záření.

Fotolitografie V této fázi je povrch vystaven ultrafialovému záření.Chemická reakce spuštěná u-vým zářením je podobná reakci fotomateriálu při expozici.U-vé záření je naváděno přes složitý optický systém a masku vzoru, výsledný obraz na wafer je zmenšen (4x až 5x). Maska chrání části waferu před ozářením, nechráněné části se naleptají.Tento proces se opakuje několikkrát, přičemž na každou vrstvu se při postupném vrstvení použije jiná maska s jiným vzorem.

45 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


Leptání Po expozici ultrafialovým zářením je modrá část fotoresistentní plochy zcela odleptána, odhalí se obrazec vytvořený pomocí masky.

Odstranění fotoresist

Po odleptání jsou odstraněny zbytky fotorezistu naneseného před expozici vzoru a požadovaná část se zviditelní, zůstanou tedy pouze požadované vzory tvořené oxidem křemičitým na křemíkovém plátu. Proces vrstvení Dalším krokem je tzv. vrstvení tj. přidání další vrstvičky. Postupně se nanáší další fotoresistentní vrstvy (modré) a jsou následně exponovány zdrojem u-vé záření. Před dalším krokem, iontovým dopingem, je exponována vrstva ve vývojce vyvolána (obdoba fotografie) a omyta. Při iontovém dopingu je odkrytá (vyvolaná) část destičky vystavena proudu iontů, které změní chemické vlastnosti křemíku tak, aby výsledný CPU pracoval jako elektrický obvod. Ion Doping (iontová implantace) Toto je proces iontové implementace (jedna z forem procesu se nazývá dopování). Vybrané oblasti jsou bombardovány ionty. Působí na povrchu destičky, implantují ionty tak, aby křemík vedl elektrický proud. Elektrické pole akceleruje ionty rychlostí přesahující 300000 km/hod. Po iontové implementaci Po iontové implementaci bude obnažená část křemíkové destičky obsahovat implementované atomy.

Tranzistor Tranzistor se blíží ke svému dokončení. Tři díry byly proleptány do izolační vrstvy (magenta) nad tranzistorem, které vytvoří propojení s ostatními tranzistory. V těchto třech dírách budou vytvořeny měděné kontakty

46 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


CPU metal deposition Měděné ionty jsou aplikovány na tranzistory pomocí procesu nazvaného elektrolytické pokovování. Měděné ionty se pohybují směrem od kladné (anody) k záporné (katody) svorce, které tvoří destička substrátu.

Měděné ionty vytváří na povrchu destičky (substrátu) tenkou vrstvu.

Nadbytečný materiál je odstraněn a je zanechána velmi tenká vrstva mědi.

Propojování K propojení vytvořených tranzistorů slouží vícevrstvé vodivé spoje. Jak mají být tato propojení realizována, je určeno architekturou a týmy vývojářů, kteří navrhují funkci daného procesoru (např. Intel Core i7).

Proces dokončování První testování

Toto je fáze dokončování výroby. Na každém waferu jsou stovky jader. Hotové destičky procházejí prvním testem funkčnosti. Všechna jádra nemusí být plně funkční, po optické kontrole jsou testována na tzv. správnost odpovědí.

47 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


The Good, The Bad, The Ugly Poté, co testy určí, zda jsou jednotlivé destičky v pořádku, jsou tyto destičky rozřezány. Čipy, které kontrolou úspěšně prošly, budou předány k balení, ty které neprošly testem, budou vyřazeny. Odříznutý čip Intel Core i7

Zapoudření Každý dobrý čip je umístěn na keramickou nebo organickou destičku, která umožňuje procesor umístit do socketu. Vytváří se elektrické a mechanické rozhraní procesoru, aby mohl pracovat s PC systémem.

Výstupní testy Procesor je testován na své klíčové charakteristiky, např. maximální frekvenci, rozptýlení tepla atd.

Příprava k expedici

Po úspěšném testování jsou procesory připraveny k další expedici. To jsou již hotové procesory, kompletní ,jsou to prodejní kusy, který se zabalí do krabice a jsou připraveny k odeslání.

48 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


7 Komunikace mikroprocesoru s okolím S okolím může mikroprocesor komunikovat třemi způsoby: • • •

7.1

pomocí sběrnic, přes přerušení (IRQ), přes kanály přímého přístupu do paměti (DMA).

Sběrnice

Sběrnicí se přináší nejvíce dat, a tak je základem komunikační struktury PC. Její rychlost může podstatně ovlivnit výkon celého PC (co je platný nejnovější mikroprocesor, když jím rychle zpracovávaná data proudí k periferiím pomalu). Je určena k propojení všech komponent umístěných vně mikroprocesoru. Na základní desce jsou dva typy sběrnic: •

•

•

Systémová sběrnice, která je připojena k mikroprocesoru a propojuje mikroprocesor s obvody na základní desce. U mikroprocesoru Intel se označuje zkratkou FSB (Front Side Bus), u novějších pak QPI. U mikroprocesorů AMD jde o sběrnici HyperTransport. Periferní sběrnice spojuje mikroprocesor (respektive jeho systémovou sběrnici) s okolním světem. Zakončují ji normované konektory – sloty.

7.1.1 Systémová sběrnice Původně komunikovaly mikroprocesory prostřednictvím systémové sběrnice s nejbližším okolím, operační pamětí,grafickou kartou a ostatními prvky sestavy. Tato sběrnice je již umístěna na základní desce a prostřednictvím patice spojena s procesorem. Protože je sběrnice součástí základní desky, je její konstrukce závislá na výrobci desky, který však musí zachovat kompatibilitu s mikroprocesorem. Proto jsou ke každému novému mikroprocesoru navrženy chipsety – základní desky, propojující všechny prvky desky tak, aby se s nimi mikroprocesor „domluvil“. Mezi největší výrobce chipsetů patří Intel, chipsety dodává také AMD, ale existují i jiní, specializovaní výrobci (např. VIA, nVidia). Před příchodem 8. generace mikroprocesorů AMD byla konstrukce chipsetů v podstatě jednotná. Ale K8 toto uspořádání změnila a přinesla novou koncepci, dnes tedy existují tyto základní komunikační modely: • •

Starší, představovaný mikroprocesory Intel, kdy komunikace probíhá prostřednictvím sběrnice FSB severního a jižního mostu chipsetu, novější, představovaný novou komunikační sběrnici QPI. Standardní zastoupený osmou generaci jádra AMD, kdy severní most v chipsetu chybí, je nahrazen integrovaným paměťovým radičem a sběrnicí HyperTransport.

49 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


7.1.2 Uspořádání Intel Základním spojovacím článkem mezi mikroprocesorem a okolím je chipset základní desky, sestávající se ze dvou částí: ♦ North Bridge (severní most), nazývaný též System Controller je sběrnicí FSB (Front Side Bus) připojen k procesoru a zajišťuje rychlé přesuny dat mezi klíčovými oblastmi počítače. Spojuje především paměťovou sběrnici, jejíž rychlost je násobkem FSB, a proto by tomuto násobku měly odpovídat také rychlosti paměťových modulů. (Pro připojení mikroprocesoru je právě tato část chipsetu rozhodující.) Přes North Bridge prochází také data ke spodní části chipsetu – South Bridge. (U starších chipsetů byla ze severního mostu vyvedena také sběrnice AGP, ta je dnes nahrazena sběrnicí PCIe- viz další odstavce). ♦ South Bridge (jižní most), nazývaný též Peripheral Bus Controller se naopak zajišťuje připojení dalších periferií k základní desce. Z North Bridge vychází sběrnice PCI nebo PCIExpress (jejich sloty jsou na motherboardu určeny pro rozšiřující karty). Dále je sem připojen kompletní diskový subsystém, takže parametry South Bridge rozhodují o tom, jakou přenosovou rychlostí budou moci pevné disky využívat. Mimo to se South Bridge stará o USB, sériové a paralelní porty, zvukový subsystém, bývá v něm integrováno síťové rozhraní či zajišťuje služby Biosu. (Sběrnice mezi oběma mosty není popsána žádnou univerzální normou, tudíž každý výrobce používá vlastní řešení.)

Nevýhodu tohoto řešení je úzké místo mezi severním mostem a mikroprocesorem, tudy totiž musí projít všechna data. Proto přinesla architektura NetBurst u Pentií 4 sběrnici FSB, která provádí operace během jednoho taktu (quad pumped). Tuto technologii přijala i Intel Core Duo. Zvýšené nároky na množství přenesených dat řeší Intel nárůstem pracovní frekvence FSB. Vývoj frekvencí FSB ukazuje tabulka. (Výpočet je následující: šířku datové sběrnice 64 bitů vydělíme 8, tím dostaneme převod na bajty. Počet bajtů pak vynásobíme taktem quad pumped.)

Takt FSB [Hz] 100 133 200 266,5

Quad pumped [Hz] 400 533 800 1066

Datová propustnost [GB] 3,2 4,26 6,40 8,528

POZNÁMKA: Na obrázku je principiální schéma chipsetu, skutečné chipsety se liší rychlostí FSB, počtem periferních kanálů (vycházejících z jižního mostu), mívají dva paměťové kanály (Dual DDR). U staršího uspořádání se grafická karta připojovala prostřednictvím sběrnice AGP.

50 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


7.1.3 Uspořádání AMD K8 Z hlediska komunikace s okolím přináší jádro K8 dvě podstatné změny, které výrazně zvyšují datovou propustnost: ♦ Integraci paměťového řadiče, takže data proudí do paměti přímým spojem, pracujícím stejným taktem jako mikroprocesor. Datový tok mezi mikroprocesorem a ostatními prvky základní desky není sčítán s datovým tokem mezi mikroprocesorem a operační pamětí. ♦ Sběrnicí HyperTransport. Sběrnice HyperTransport

V počítačích založených na mikroprocesorech 8. generace je použita nová sběrnice, spojující mikroprocesor s okolím. Sběrnice vyvíjená konsorciem HyperTransport je velmi variabilní. Její šířka může být 2, 4, 8, 16 a 32 bitů, frekvence 200 – 800 MHz, ve specifikaci HyperTransport 2 zvyšuje takt na 1, 1,2 a 1,4 Ghz. Datová propustnost je pak vysoká (samozřejmě záleží na konkrétním uspořádání sběrnice). Například sběrnice HyperTransport Athlonů 64 je 16bitová, s taktem 800 nebo 1 000 MHz.

Množství přenesených dat se spočítá takto: • Při taktu sběrnice 800 MHz a šířce 16 bitů to je: 800 MHz x2 (sběrnice pracuje na sestupné a vzestupné hraně řídícího signálu) x16 (šířka sběrnice):8 (převod z bitů na bajty) = 3 200 MB/s (jde o mikroprocesory pro Semptron 64). • Pro takt 1 000 MHz: 1 000 x 2 x 16 : 8 = 4 000 MB/s (téměř všechny Athlony 64…) HyperTransport však používá pro každý směr komunikace jednu sběrnici (duplexní provoz), a tak je skutečný datový přenos ještě dvakrát vyšší. Skutečné řešení chipsetu základní desky záleží na konstrukci desky (HyperTransport je velmi variabilní), ale běžný způsob ukazuje obrázek. Jeden konec sběrnice představuje samotný mikroprocesor (je HT Hostem), druhým koncem je jižní most (HT I/O Hub). Pokud bychom ke sběrnici potřebovali připojit další zařízení, mohl by být HT Tunnel nahrazen HT Switchem. Vidíme, že severní most v chipsetu úplně chybí.

51 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava

7.2


Periferní (rozšiřující) sběrnice

Tyto sběrnice umožňují snadné rozšiřování počítačů o další zařízení. Na příklad: • zvukové karty, • síťové karty, • řadiče disků, • a jiné. Sběrnice jsou standardizovány, výrobci rozšiřujících karet se z důvodů kompatibility tímto musí řídit. Standard je dohoda o tom, jak vyrobit zařízení (rozšiřující karty), aby pracovalo ve standardním počítači. Typy řízení sběrnic: • •

synchronní sběrnice pracuje synchronně s procesorem, platnost údajů na sběrnicí jednoznačně určuje hodinový signál, multimaster sběrnice-sběrnice může být řízena několika zařízeními, nejen procesorem. Je možné, aby některá zařízení např. řadič pevného disku na určitý čas převzal řízení sběrnice, jelikož po tuto dobu může zařízení rychleji a efektivněji provést operace (např.přenos velkého objemu dat z pevného disku), po skončení je pak předáno řízení sběrnice procesoru.

Parametry sběrnic: Šířka přenosu: • počet bitů, které lze po sběrnici zároveň přenést, • jednotka: bit, Frekvence: • maximální frekvence, se kterou může sběrnice pracovat, • rychlost (propustnost), • počet bytů přenesených za jednotku času, • jednotka: bajt za sekundu (B/s). V počítači se setkáme s těmito typy sběrnic: • • • • •

ISA je starou sběrnicí, ale na starších základních deskách se s ní můžeme setkat. AGP je starším typem sběrnice, určeným pouze pro komunikaci s grafickou kartou. PCI byla dlouhodobým standardem. PCI Express (PCIe), nahrazuje postupně dřívější používáne sběrnice. USB je v podstatě taktéž sběrnicí, ale používá se hlavně pro připojení periferií k PC.

7.2.1 Sběrnice ISA Sběrnice ISA byla vyvinuta pro mikroprocesor 286 a počítače PC-AT, její řídicí kmitočet 8,33 MHz a 16bitová šířka dat tedy odpovídají parametrům 286. Pro dnešní mikroprocesory je již pomalá a úzká. Kvůli kompatibilitě se staršími zařízeními se dlouho používala. Dnes ji najdeme pouze ve starých PC. Slot sběrnice býval hnědý nebo černý, jeho tvar můžeme vidět na níže uvedeném obrázku.Konfigurace rozšiřující desky ISA je manuální. Nastavení jejich parametrů provedete po prostudování návodu propojkami umístěnými na rozšiřující kartě. Novější desky se konfigurují speciálním ovládacím programem, některé z nich umějí dokonce PnP (PnP je metoda automatické konfigurace karet). Z důvodů zpětné kompatibility byla sběrnice ISA integrována společně s jiným typem sběrnice na základní desky s procesory 80486, Pentium2, Celeron.

52 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


7.2.2 Sběrnice PCI PCI (Peripheral Component Interconnect) je sběrnice, která byla navržena a vyrobena firmou Intel v roce 1992. Původně byla vyrobena pro počítače s procesory Intel Pentium, může spolupracovat i s jinými procesory. Využívá tzv. mezisběrnicový můstek (CPU-PCI bridge), jehož prostřednictvím je připojena k systémové sběrnici. Výhodou pak je: • taktovací kmitočet, nezávislý na frekvenci mikroprocesoru, • možnost použití sběrnice PCI i v jiných počítačích než jsou PC (např. Macintsoh, DEC), • můstek dovoluje provádět přizpůsobování napěťových úrovní. Sběrnice PCI je časově multiplexována, tzn. adresa i data jsou přenášeny po stejných vodičích (nejprve adresa, potom data). Šířka přenosu dat i adresy je standardně 32 bitů . Sběrnice umožňuje busmastering, přinesla novinku pro instalaci rozšiřujících desek – normu Plug and Play (PnP). Ta umožňuje zasunutí desky do slotu a její automatickou konfiguraci. Sloty o 32 bitech – PCI – jsou kratší než patice ISA a bývají bílé barvy, 64bitové jsou delší. Typ sběrnice PCI 33 MHz PCI 33 MHz PCI 66 MHz PCI 66 MHz PCI-X 66 MHz PCI-X 66 MHz PCI-X 133 MHz PCI-X 133 MHz

Napájecí napětí 5 a 3,3 V 3,3 V 3,3 V 3,3 V 3,3 V 3,3 V 3,3 V 3,3 V

Šíře sběrnice 32 bitů 64 bitů 32 bitů 64 bitů 32 bitů 64 bitů 32 bitů 64 bitů

Propustnost 133 MB/s 266 MB/s 266 MB/s 533 MB/s 266 MB/s 533 MB/s 533 MB/s 1066 MB/s

Existuje i 64bitová verze PCI, která se používá zejména pro řadiče diskových polí (RAID) a síťové karty pro Gigabit Ethernet. Hlavně v serverech se začala prosazovat norma PCI-X pracující s vyšší frekvencí. Řadič PCI-X sdílí pracovní frekvenci hodin podle počtu slotů nebo připojených zařízení. Může obsloužit maximálně čtyři 66MHz sloty, dva 100MHz a pouze jeden 133MHz. Pokud bychom potřebovali více karet, museli bychom použít více řadičů. Je evidentní, že PCI-X není řešením vhodným pro běžné počítače (u serverů není na závadu vyšší cena a omezený počet slotů). Na obrázku systém se sběrnicí PCI.

53 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


Sběrnice PCI 66 MHz a 33 MHz jsou navzájem kompatibilní, platí: • lze použít 33MHz kartu na sběrnici s frekvencí 66MHz, • lze použít 66MHz kartu na sběrnici s frekvencí 33MHz, • v obou případech však bude sběrnice (i karta) pracovat s frekvencí 33 MHz.

32bitové PCI sloty

64bitové PCI sloty na Power Macintosh

54 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


7.2.3 Sběrnice PCI express Je obousměrnou sériovou sběrnicí, vždy spojující pouze dva body point-to-point. V základní verzi PCIe 1x máme k dispozici sběrnici o propustnosti 250 MB/s v každém směru (což je téměř dvojnásobek propustnosti sběrnice PCI). Propustnost sběrnice PCI je sdílená veškerými připojenými periferiemi, sběrnice PCI tedy obsluhuje několik slotů, které přenášená data dělí. Oproti tomu má PCIe celé pásmo pro sebe (spojení point-to-point, prakticky jedna sběrnice pro jeden slot). Situace, kdy jedno zařízení bude omezovat jiné, tedy nenastává. Systém se sdílenou sběrnicí (PCI bus)

Systém se sdíleným přepínačem (PCIe)

PCIe používá tzv. point-to-point topologii. Tato topologie nahrazuje sdílenou sběrnicí sdíleným přepínačem (switch), který je integrován na úrovni obvodů čipové sady. Každé zařízení má svou vyhrazenou sběrnici, která je označována jako link. Každý link je tvořen jednou nebo více cestami označovanými jako lanes. Každá cesta umožňuje v jednom okamžiku přenášet data oběma směry (pracuje v režimu full duplex). Jedna cesta je schpna přenášet data rychlostí 2,5 Gb/s (v každém směru), tzn., že pro x2 link je maximální přenosová rychlost 5 Gb/s. Při startu počítače se sběrnici PCIe se jednotlivá zařízení „dohodnou“ se switchem na počtu cest, které budou používat. • • •

Přepínač provádí směrování komunikačních packetů mezi jednotlivými zařízeními. Šířka sběrnice je volitelná, liší se počtem komunikačních kanálů a přenosovou rychlostí. Podle počtu cest, které tvoří jeden link, se rozlišují jednotlivé počty linků: (x1link, x2link, x4link, x8link, x16linl, x32link). Konektory sběrnice PCIe

Komunikační kanály PCIex1 a PCIex2

55 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava

7.3


Informace o chipsetu

Chipset je srdcem základní desky a zjištění jeho typu je pro nás logicky velmi důležité. Potřebnou informací například získáme prostřednictvím nám již dobře známé Sandry. Jde o volbu Mainboard na záložce Hardware. Chipset se s operačním systémem dorozumívá prostřednictvím ovladače. Pro rychlou a bezchybnou činnost je dobré mít vždy nainstalovaný správný ovladač – ten, který výrobce chipsetu nabízí. Ovladač zpravidla dostaneme na CD se základní deskou. Každý ovladač stárne, a tak je dobré občas na webových stránkách výrobce základní desky zkontrolovat, zda neexistuje nová verze ovladače (a případně ji nainstalovat).

7.4

Identifikace procesorů V zásadě existují dva možné způsoby identifikace: •

softwarově za pomocí programů Everest nebo CPU-Z,

•

mechanicky, respektive pohledem na samotný procesor a jeho identifikační znaky.

CPU-Z je pro tyto účely asi nejlepším programem, poskytuje veškeré důležité informace. V případě aktuálních procesorů je nutné používat vždy poslední verzi tohoto programu, čímž předejdeme možným nepřesnostem nebo chybám CPU-Z. Stejně tak jiné programy používající k identifikaci CPUID (CPUIDentification) instrukce.

Screenshot CPU-Z přetaktovaného Pentia E2160

56 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


Identifikace druhým způsobem-přímým pohledem na procesor -vyžaduje přinejmenším demontovat z procesoru chladič a zbavit jej teplovodní pasty.

Zde je pro nás důležitý řádek, který najdeme bezprostředně pod nápisem AMD Athlon 64 X2 (značící rodinu procesorů, do níž procesor patří). Na naší ilustraci se jedná o ADO3800IAA5CU, pokud nahlédnete do tabulky patřící výše uvedené rodině, ihned zjistíte, že na obrázku je procesor AMD Athlon 64 X2 pro Socket AM2 s modelovým označením 3800+ EE (revize F2), s taktem 2 GHz (násobič 10x), požadovaným napětím 1,20 až 1,25 V, hodnotou TDP nepřesahující 65 W a s maximální provozní teplotou 55 až 72°C. To je pouze část údajů, které lze za pomoci našeho přehledu zjistit z Part Number. Pro úplnost ještě fotografie identifikačních údajů ze staršího procesoru AMD Sempron pro Socket A (viz níže).

P/N je v tomto případě tvořeno znaky SDA2200DUT3D. Žádný ze znaků, které P/N tvoří, tu není nadarmo, každý má svůj důležitý význam.

7.4.1 A ještě k tématu Utilita DEBUG A nyní se můžeme podívat na procesor při práci, a získat tak základní pojem o tom, jak funguje. V příkazové řádce napíšeme DEBUG a na obrazovce se objeví charakteristický prompt této utility v podobě spojovací čárky (-). Pro zobrazení všech příkazů DEBUGu stačí napsat „?“, pro návrat zpět „Q“. Po napsání „R“ se nám objeví výpis obsahu registrů. První řádek obsahuje aktuální hodnoty v osmi registrech procesoru.

57 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


První čtyři registry jsou AX, BX, CX, DX – to jsou registry pro všeobecné použití, které jsou často využívány při výpočtech. Zbytek registrů v první řádce je obvykle využíván jako ukazatel na data uložená v paměti. Za rovnítkem je čtyřciferné číslo, zapsáno v šestnáctkové soustavě, a představuje ekvivalent 16 bitů každého registru. Druhá řádka představuje hodnoty uložené ve čtyřech segmentových registrech, které jsou určeny pro výběr bloků paměti, jenž budou využívány při práci, a registr IP, jenž obsahuje adresu další instrukce, kterou bude procesor vykonávat. Zkratky složené ze dvou písmen jsou stavová návěstí (status flag). Ta jsou používána při „přeskakování“ z jedné části programu do části druhé, např. když výsledkem porovnání je hodnota „false“ nebo „true“, nebo když při výpočtu dochází ke skokům. Třetí řádka obsahuje adresu příští instrukce a celou instrukci zapsanou v assembleru. Abychom viděli procesor při práci, napíšeme po spuštění utility DEBUG následující program. Nejprve napíšeme za prompt DEBUGu instrukci „A 100“ (assemble) a za paměťové adresy, které se objeví na obrazovce, napíšeme a odešleme následující příkazy: MOV AX, 1111 ; zapíše hodnotu do registru AX, MOV BX, 2222 ; zapíše hodnotu do registru BX, MOV CX, AX ; zkopíruje obsah registru AX do CX, ADD CX, BX ; v tomto okamžiku CX = 3333, MOV DX, AX ; v tomto okamžiku DX = 1111, ADD DX, CX ; v tomto okamžiku DX= 4444, NOP ; konec práce. Tento relativně triviální program zapíše dvě hodnoty do registru, a pak provádí jejich součty, ale poslouží jako základ pro další experimenty s aritmetickými operacemi. (Při psaní programu nenechávat na začátcích řádků žádné mezery, vypustit středníky a za nimi vysvětlivky. Pokud uděláme chybu, stisknout Enter a naskočí znova prompt DEBUG). Po stisknutí Enter jsme zpět v promptu DEBUG. Napíšeme příkaz „r“, díváme se na obsah registru a zjistíme, že procesor pracoval. Napíšeme příkaz „T100“ (trace) a DEBUG provede 1.instrukci programu. Ve spodní části se objeví nový výpis registrů, přičemž dojde ke změně příští instrukce. Po zadávání příkazu „T“ projdeme celým programem.. Neprovádějme však příkaz „NOP“ , nebo jinou instrukci za ním. Dále už záleží na nás, jak budeme experimentovat. Když napíšeme něco, čemu DEBUG nerozumí, vypíše chybové hlášení.

7.5

Otázky k probrané kapitole 9

Popište instalaci mikroprocesorů.

9

Uveďte základní vlastnosti mikroprocesorů.

9

Objasněte základní architektury a použité technologie mikroprocesorů.

58 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


8 Úvod do problematiky operační paměti RWM – RAM pamětí Klíčové pojmy: Central Processor Unit, Random Acces Memory, Static Random Access Memory, Dynamic Random Access Memory.

8.1

Úvod do problematiky operačních pamětí 8.1.1 Účel operační paměti

Operační paměť, neboli RAM, je pro procesor jeho „pracovním prostorem“, takže je nepostradatelnou součástí počítače. Čím více tohoto prostoru má, tím pružněji a operativněji pracuje. Více paměti umožňuje více spuštěných úloh (i samotný operační systém má pro své potřeby spuštěné stálé běžící procesy). Paměť počítačů prošla dlouhým vývojem, zejména s ohledem na dostupné technologie, které jsou pro výrobu a konstrukci paměti nezbytné. Z historie RAM pamětí můžeme jmenovat například WilliamsKilburnovy trubice a feritové nebo bubnové paměti. Každá ze zmiňovaných pamětí měla svého času jisté výhody (většina tehdejších pamětí byla nevolatelní – informace byla uchována i po výpadku elektrického proudu), ale postupně došlo k jejich ústupu ve prospěch novějších technologií. K rychlému rozvoji paměti RAM došlo až s vynálezem DRAM paměti, tehdy tvořené pomocí technologie PMOS, která později dovolila výrazné snížení ceny a zároveň zvýšení kapacity a rychlosti paměti samotné. Informace je v paměti DRAM uložena pomocí elektrického náboje v kondenzátoru a jedná se tedy o přechodnou paměť (volatilní paměť), která musí být v pravidelných intervalech obnovována (takzvaný „refresh“), jinak by došlo ke ztrátě informace. Paměť na základě kondenzátoru a tranzistoru, jak ji známe dnes, byla objevena v roce 1967 a její objev započal novou etapu vývoje kalkulátorů a osobních počítačů. V počítačích se paměť DRAM používá zhruba od roku 1970, kdy byl na trh uveden DRAM čip Intel 1103. Jednalo se o 1 kbit čip (integrovaný obvod), vyrobený technologií PMOS. U moderních pamětí dochází k neustálému růstu kapacity i zvyšování rychlosti, ale rychlost pamětí roste stále podstatně pomaleji než výkon samotných procesorů. Výrobci a návrháři dnešních architektur procesorů musí tyto problémy řešit nejčastěji na úrovni jádra, například přidáním větší cache (a lepší predikcí), umístěním více modulů paměti do páru a přístup do paměti zprostředkovat po dvou kanálech (tak zvaný „Dual-channel“, který efektivně zdvojnásobí šířku pásma přístupu do paměti), nebo například integrací řadiče paměti do jádra procesoru. Rychlé paměti a paměťové čipy jsou nezbytné pro výkonné systémy, stále rychlejší procesory, grafické karty a řadu dalších zařízení. Základem každého DRAM paměťového modulu je paměťový čip a v jednom paměťovém modulu je sdruženo několik čipů. Můžeme si položit otázku, proč právě paměťové moduly? Odpověď je poměrně jednoduchá – důvodem je cena a škálovatelnost této koncepce.

2GB modul s ECC je složen z dvakrát 16+2 čipů Každý o kapacitě 512Mbit Moduly i jednotlivé typy pamětí se liší kapacitou, rychlostí, časováním, spotřebou elektrické energie a typickým použitím. Každá počítačová architektura má svoje specifikace definované šířkou sběrnice pro práci s pamětí, paměťové čipy i moduly mají definovanou řadu vstupů/výstupů, napájecí piny a určitou propustnost na datový pin. Paměťové čipy jsou dnes umístěny na modulu obvykle s dalším čipem, s tak zvaným SPD (Serial Presence Detect), kde jsou uloženy standardní informace o paměti jako její konfigurace, pracovní napětí či časování pro určitou pracovní frekvenci pamětí apod. Díky SPD se tak většina uživatelů nemusí o nastavení časování paměti vůbec starat, protože nastavení dle výrobce zajistí právě informace uložené na SPD čipu. Ačkoliv

59 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


časování můžeme obvykle nastavit manuálně v BIOS, nastavení podle SPD má poskytnout optimální chod na většině systémů. Výrobce se pomocí SPD snaží zaručit korektní funkčnost pamětí bez nutnosti do časování jakkoliv zasahovat.

8.1.2 Struktura a funkce paměti Paměti RAM jsou určeny pro zápis i pro čtení dat. Jedná se o paměti, které jsou energeticky závislé a podle toho se dělí na statické SRAM a dynamické DRAM. 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.

Realizace jedné buňky SRAM v technologii MOS 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 uložena 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 uzavřen a to způsobí otevření tranzistoru T3. Při čtení je opět na adresový vodič přivedena hodnota logická 1, což opět způsobí otevření tranzistoru 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 funkci rezistoru.

60 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


Paměti SRAM je možné aplikovat v technologii TTL. Buňka takovéto paměti pracuje na podobném principu jako buňka v technologii MOS.

Realizace jedné buňky paměti SRAM v technologii TTL Paměti SRAM jsou výhodné zejména pro svou nízkou přístupovou dobu (15 – 20ns). Jejich nevýhodou je naopak vyšší složitost a z toho plynoucí vyšší výrobní náklady. V současné době jsou paměti SRAM používány především pro realizaci paměti typu cache, jejichž kapacita je ve srovnání s operační pamětí několikanásobně nižší. Paměti DRAM (Dynamic Random Access Memory) 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 tomuto vybití a tím i ke ztrátě uložené informace, je nutné periodicky provádět tzv. refresh, tj. oživování paměťové buňky. Tuto funkci plní některý z obvodů čipové sady.

Realizace jedné buňky paměti DRAM v technologii TTL Při zápisu se na adresový vodič přivede hodnota logická 1. Tím se tranzistor T otevře a na datovém vodiči je umístěna zapisovaná hodnota (např. 1). Tato hodnota projde přes otevřený tranzistor a nabije kondenzátor. V případě zápisu 0 dojde pouze k případnému vybití kondenzátoru (pokud byla dříve 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 (60−70ns) způsobená nutností provádět refresh a časem potřebným k nabití a vybití kondenzátoru.

61 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


Technologie pamětí DRAM je ale v principu identická již mnoho desítek let. Základní deska obsahuje řadič pamětí, jehož úkolem je komunikovat s paměťovými čipy - jeden modul DIMM se obvykle skládá z osmi či šestnácti takových paměťových čipů. Řadič vyvolává příkazy a paměť je realizuje.

Datový prostor je organizován do banků, což jsou struktury definované určitým počtem řádek a sloupců. Aby bylo možné nalézt ty správná data, musí být napřed vybrán ten správný bank a následně musí dojít k vyhledávání řádku a sloupce.

Poté, co se vybere bank (matice dat), je nutné nejprve vybrat řádek. Paměťový řadič vyvolá příkaz Row Address Strobe (tRAS) - jinak také Minimum RAS Active Time (minimální čas po vyvolání stavu Active pro stabilizaci). Tato operace trvá běžně pět či více cyklů a v podstatě udává, za jak dlouho je řádek použitelný – vyhledaný a připravený. Následuje příkaz RAS to CAS Delay (tRCD), což je prodleva mezi hledáním řádku (RAS) a hledáním sloupce (CAS - Column Address Strobe), následovaný samotným vyhledáním sloupce, tedy operací CAS Latency (tCL)1. Po tomto vyhledání již jsou data přečtena. Operace tRCD a tCL obvykle trvají dva čí více cyklů. Po jejich skončení následuje příkaz Row Precharge (tRP), kterým se obnoví data ve čtených buňkách (v opačném případě by vyprchala). Tento příkaz také trvá obvykle dva či více cyklů a po něm následuje opět stav Active, který je výchozím stavem pro spuštění CAS. Význam jednotlivých příkazů se značně liší a to zejména z toho důvodu, že při čtení nejsou vyvolávány ve stejném poměru. Pokud jsou například požadována data ve stejném řádku, stačí jen vyvolávat příkazy CAS Latency a po dodání dat Row Precharge, zatímco RAS již není zapotřebí. Naopak, pokud chceme data z jiného řádku, je nutné znovu vyvolat příkazy Row Address Strobe a RAS to CAS Delay. Situace se ještě více zkomplikuje v okamžiku, kdy jsou zapotřebí data z jiného banku. Paměťový 1

V zápisu tCL značí písmeno „ t“ , že se jedná o čas (anglicky time). Písmena „CL“ jsou pak zkrácením slov CAS Latency. V některých publikacích se lze setkat i s obráceným použitím velkých a malých písmen - tedy například Tcl. 62 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


řadič umí udržovat chod několika banků zároveň – ;novější řadiče obvykle umí více banků. Stále jsou ale takové matice, které aktuálně nejsou zapnuté. V okamžiku, kdy jsou vyžadována data z takové matice, je nejdříve nutné nějakou jinou matici uzavřít. Existuje však i řada dalších příkazů, které se uplatní ještě méně často. Délka těchto příkazů je uváděna v hodinových cyklech (T). Tak například 3T znamená tři hodinové cykly, 2.5 T pak dva a půl hodinového cyklu. Cíl samozřejmě spočívá v dosažení co nejkratší doby vyhledávání, protože i počet hodinových cyklů má být ideálně co nejmenší. Výrobci obvykle značí časování pamětí následovně:

Přestože toto značení neobsahuje veškeré parametry, udává ty nejdůležitější. Důležitým příkazem ovlivňujícím výkon je také Command Rate. Toto nastavení udává, zda se příkazy budou vysílat v rámci jednoho či dvou hodinových cyklů. Parametr je ovlivněn nejen schopnostmi samotných pamětí, ale především jejich počtem – při větším počtu osazených modulů se často musí používat dva hodinové cykly. Měření dopadu na výkon u jednotlivých parametrů se jeví jako značně problémové. Největší dopad mají zmíněné čtyři parametry tRAS, tRCD, tRP a především tCL - jednoduše proto, že se používají nejčastěji, neboť vyhledávaná data se často nachází v rámci jednoho banku. U dalších je to ale často otázkou konkrétního programu, který určuje, odkud se budou číst data. Lokace čtených dat (resp. její rozdílnost od současné pozice) pak určuje, které všechny příkazy bude nutné vyvolat. Z hlediska měření celkového výkonu pamětí jsou patrně nejlepší hry a některé multimediální programy. Syntetické testy jako STREAM (použitý v programech SiSoft Sandra i Everest) obvykle favorizují rychlost příkazů tCL a tRP a samozřejmě rychlost burst přenosů (dávkový přenos). Jakmile jsou data vyhledána, probíhá burst přenos. To znamená, že jsou přečtena nejen hledaná data, ale i ta okolo. Proč? Důvodem je, že to významně zvyšuje výkon. Vyhledávání dat je velmi pomalé, zatímco samotné čtení poměrně rychlé. Tím, že se přečtou data okolo vyhledaného údaje, se ušetří čas. Základní specifikace pamětí Kapacita paměti Kromě kapacity samotného modulu paměti můžeme sledovat také kapacitu paměťového čipu. Zcela běžné jsou dnes čipy s velikostí 256 a 512 Mbit. Vzhledem k datové šířce paměťového modulu, sběrnice a omezenému prostoru na plošném spoji (PCB2) paměťového modulu, je maximální kapacita na modul omezena i dostupnou velikostí paměťového čipu. Na jednom DIMM modulu se nachází obvykle osm nebo šestnáct paměťových čipů. Pokud vezmeme v úvahu datovou šířku modulu nebo čipu v bitech, snadno se vzhledem k šířce sběrnice dnešních procesorů dopočítáme k údaji, který nás bude zajímat (například možné kapacitě modulu vzhledem k dostupným čipům a podobně). Frekvence paměti Frekvence pamětí a níže zmíněné latence (časování) mají určující vliv na výkon pamětí. Dosažitelné frekvence pamětí se liší podle technologie výroby a pamětí samotných. O růst výkonu a frekvence se snaží technologie jako DDR3 a řada dalších. V podstatě se jedná o techniky, které efektivně zvyšují propustnost pamětí a paměťových modulů. Jedním z milníků posledních let v této oblasti byl přechod na technologii DDR. Efektivní frekvence SDRAM končí zhruba na 166MHz, běžně na 133MHz. Díky přenosu dat na obou hranách signálu se s technologií DDR SDRAM pamětí efektivní rychlost zvýšila téměř dvojnásobně při stejné frekvenci vůči SDRAM pamětem. Latence Časování nebo doslovným překladem také „zpoždění“. Výkon pamětí samozřejmě nedefinuje jen šířka paměťové sběrnice nebo její frekvence, ale také časování pamětí a burst přenosy. Pokud chceme z paměti nebo do paměti přenášet data, jistou dobu trvá, než nám to bude umožněno a data se do paměti zapíší nebo z paměti 2 3

Printed Circuit Board. Double Data Rate. 63 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


přečtou. Časování a latence se udávají v hodinových cyklech a běžně se označují „T“. Protože se jedná o latence, zpoždění, které samozřejmě prodlužují čas k přečtení nebo uložení dat, je optimální držet se co nejníže. Neplatí to ale vždy, protože v některých případech je výhodnější spíše než na latence soustředit se na větší propustnost. Díky vyšším dosaženým frekvencím pamětí efektivní zpoždění není nijak tragické a růst propustnosti jej, až na výjimky, poměrně dobře kompenzuje. Napájecí napětí Vzhledem k vývoji výrobní technologie pro čipy pamětí dochází ke snižování pracovního napětí pamětí, což se samozřejmě pozitivně promítne na spotřebě modulů a na energetické náročnosti. Spotřeba na-bit paměti tak stále klesá, což je výborné zejména pro trh mobilních počítačů.

8.1.3 Technické parametry DRAM pamětí DIMM (Dual In-line Memory Module). Všechny novější paměti jsou umístěny na modulech typu DIMM. Mohou být osazené paměťmi EDO DRAM, SDRAM, DDR SDRAM a novějšími. Existuje i řada dalších verzí DIMM pamětí pro všechny zmíněné technologie. Jak pro mobilní segment nebo specifické nasazení, jako například SO DIMM, Micro DIMM a řada dalších. Standardní, zde uváděný počet pinů, je pro „unbuffered“ paměti pro osobní počítače: SDRAM (Synchronized Dynamic Random Access Memory). Na trhu byla SDRAM paměť standardu PC66 zhruba od roku 1996. Jedná se o synchronní paměť – pracuje synchronně podle externího taktu. Specifikace: • PC66 –PC133, • pracovní frekvence: 66 – 133MHz, • propustnost: 533 – 1066 MB/s, • 168 pinů , • napájecí napětí: 3.3V, • kapacita: ještě dnes běžně dostupná v kapacitách od 64 do 512 MB. DDR (Double Data Rate) SDRAM je na trhu od roku 2000. Startovací frekvence jsou od 266 MHz, které se označují standardem DDR266. Poslední standard uznaný podle JEDEC je DDR400 (PC3200) SDRAM DIMM. Poptávka po rychlé DDR paměti a váhání v případě úpravy standardů (vydávané organizací JEDEC) způsobily, že na trhu je řada modulů neodpovídající specifikacím. Maximální rychlosti technologie DDR se pohybují okolo 600MHz efektivně, ale obvykle je pro jejich dosažení nutné značně vysoké napájecí napětí (i přes 3V). Kromě DDR existuje i nízkonapěťová verze DDR pamětí LPDDR, které mají napájecí napětí mezi 1.8–1.9V a vykazují až o 40 % nižší spotřebu. Specifikace: • DDR200 - DDR400, • pracovní frekvence: 200 – 400 MHz, efektivně • propustnost: 1,6 – 3,2GB/s • 184 pinů , • napájecí napětí: 2.5 V (2.6 V pro DDR400), • 2bit prefetch, • kapacita: 64 MB až 2 GB.

64 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


DDR2 SDRAM. Nástupce DDR pamětí. Slibuje zejména vyšší dosažitelné frekvence a vyšší propustnost. Díky nižšímu napájecímu napětí mají DDR2 paměti také nižší spotřebu. Nevýhodou DDR2 je mírně horší časování oproti DDR. V případě nejvýkonnějších dostupných modulů se dnes frekvence pohybuje až okolo 1250 MHz. Specifikace: • DDR2-400 – DDR2-800, • pracovní frekvence: 400–800 MHz efektivně, • propustnost: 3.2 – 6.4 GB/s, • 240 pinů, • napájecí napětí: 1.8 V (maximum 1.9 V), • 4bit prefetch, • kapacita: 128 MB až 8 GB.

DDR3 SDRAM – specifikace ještě nejsou zcela kompletní, ale na trhu již řada výrobců představila prototypy DDR3 pamětí. Známé je zejména pracovní napětí 1.5 V a opět vyšší dosažitelné frekvence. Řádově se počítá s frekvencemi okolo 800–1600MHz efektivně a s propustností kolem 12.8 GB/s. Opět dojde ke snížení spotřeby, ale latence jsou zase o něco vyšší, než v případě DDR2. Specifikace: • DDR3-800 – DDR3-1600, • pracovní frekvence 800–1600MHz efektivně, • propustnost 6.4 GB/s – 12.8 GB/s, • 240 pinů, • napájecí napětí 1.5 V, • 8bit prefetch, • kapacita: 512 MB až 16 GB.

RIMM (Rambus Inline Memory Module) se používají pro RDRAM paměti firmy Rambus. Direct Rambus DRAM, nebo také krátce RDRAM (Rambus DRAM), byla na trh uvedena v roce 1999 za účasti firem Rambus a Intel. Technologie obsahuje rychlou RDRAM sběrnici a řadič paměti. Oproti SDRAM pamětem došlo k podstatnému navýšení propustnosti, ovšem za cenu vysokých latencí. Níže zmíněné specifikace platí pro 16bit RIMM. Na trhu se později objevila i rychlejší 32bit varianta – pomocí čtyř kanálů se maximální propustnost s použitím nejnovějších a nejrychlejších modulů pohybuje okolo 10 GB/s. Zejména kvůli vysoké ceně a řadě dalších nedostatků se ale RDRAM paměti příliš nerozšířily. Byly postupně vytlačeny DDR pamětmi. Specifikace: • • • • • •

PC600 – PC1200, Pracovní frekvence: 300 – 600MHz, propustnost: 1200–2400 MB/s (v případě dvou kanálů na modul a 242 pin verze až 4800 MB/s), 184 pinů , napájecí napětí: 1.8 V, kapacita: 64–512MB.

65 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


8.1.4 Instalace a konfigurace paměťového modulu Paměťový modul (podobně jako ostatní komponenty počítače) je citlivý na elektrostatickou elektřinu. Při instalaci se musí postupovat tak, aby nedošlo k jeho mechanickému poškození. V praxi je pro osazení vyžadována odborná způsobilost v elektrotechnice alespoň na úrovni §4 vyhlášky číslo 50/1978 Sb. Instalaci tedy mohou provádět pouze pracovníci poučení. Instalace paměťového modulu do skříně počítače: 1. Počítač odpojíme od přívodu napájecího napětí. 2. Zkontrolujeme kompatibilitu paměťového modulu a základní desky počítače. (K tomu použijeme technické dokumentace výrobce paměti a základní desky.) 3. Ověříme, zda je instalovaný paměťový modul vhodný pro danou konfiguraci systému. 4. Pokud vše souhlasí, sejmeme levý kryt počítačové skříně. 5. Vyhledáme slot pro připojení paměťového modulu, odklopíme západky „(pacičky)“ slotu, postupujeme opatrně, aby nedošlo k poškození základní desky. 6. Kartu do volného slotu opatrně zatlačíme. Modul je veden drážkami, výřez v modulu musí zapadnout do přepážky a západky automaticky modul uzamknou ve správné poloze. 7. V případě osazování modulů v režimu dual channel je důležité vložit každý modul do správného banku. 8. Po vizuální kontrole nasadíme kryt skříně a zapojíme napájecí kabel počítače. Správce úloh systému Windows a operační paměť Po správné instalaci paměti a operačního systému Windows můžeme pomocí vlastností systému vidět základní údaj o celkové velikosti paměti „viděné“ systémem. velikost instalované paměti

Další informace o paměti nám poskytne Správce úloh systému Windows Spustíme ho např. současným stiskem kláves CTRL+ALT+ESCAPE nebo CTRL+ALT+DELETE a výběrem tlačítka „Správce úloh“. Okno Správce úloh obsahuje několik záložek, k paměti pak mají vztah tyto tři:

66 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


Záložka Aplikace obsahuje seznam spuštěných úloh (programů) a umožňuje přepínání mezi nimi a jejich vynucené ukončování. Záložka Procesy zobrazuje informace o jednotlivých procesech, například množství prostředků procesoru a paměti, jež proces aktuálně využívá. Záložka Výkon obsahuje informace o celkovém využívání procesoru a operační paměti. Využití CPU a stránkovacího souboru, včetně jejich historie je zobrazeno formou grafu.


Popište strukturu a funkci paměti RWM-RAM.

9

Objasněte podmínky „sladění“ hardwarových vlastností prvků tvořících počítačovou sestavu.

9

Uveďte obecný postup instalace paměťového modulu.

67 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava

8.2


Paměti RAM (praktické cvičení) 8.2.1 Hardwarová instalace paměťového modulu Při hardwarové instalaci pracujeme v souladu s postupem uvedeným v části 1.4 tohoto textu. 1. Počítač odpojíme od přívodu napájecího napětí. 2. Sejmeme levý kryt počítačové skříně. 3. Zkontrolujte kompatibilitu paměťového modulu a základní desky počítače (umístění výřezu a počet pinů).

4. Vyhledáme slot pro připojení paměťového modulu, postuoujeme opatrně, aby nedošlo k poškození základní desky.

výřez a přepážka

západka ve výřezu modulu pří správné instalaci

5. Kartu do volného slotu opatrně zatlačíme (pozor na příliš velké prohnutí základní desky – může dojít k protržení vodivých drah). Pokud DIMM do banku nejde zasunout, nepoužíváme sílu, ale ještě jednou zkontrolujeme polohu přepážky v banku a výřezu v DIMMu. Pravděpodobně máte DIMM pouze otočený a jeho výřez nezapadá do přepážky. V horším případě máme jiný typ DIMM, než podporuje náš bank.

68 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


6. Dbáme na to, aby DIMM byl řádně zasunut ve slotu – západky jsou ve výřezech paměťových modulů. Při duálním uspořádání pamětí musí být oba kanály osazeny stejným typem paměťového DIMM (Je tedy nutné vložit DIMM tak, aby každý byl zasunut v banku komunikujícím odlišným kanálem. To výrobci základních desek řeší tak, že barevně odlišují banky (do nichž DIMM zasunujeme). Někdy jsou stejnou barvou označeny banky stejné sběrnice – pak vložíme DIMM do odlišně obarvených banků. Jindy jsou stejnou barvou označeny spolupracující páry banků – pak DIMM zasuneme do banků stejných barev. Konkrétní postup si musíme najít v manuálu základní desky). 7. Po vizuální kontrole nasadíme kryt skříně, zapojíme kabel propojující grafický adaptér s monitorem a napájecí kabel počítače. 8. Po zapnutí počítače musí systém zobrazovat základní obraz na monitoru. Pokud tomu tak není, může být chyba v nesprávně (nedokonale) zasunutém adaptéru ve slotu.

8.2.2 Softwarová diagnostika paměti RAM Po dokončení hardwarové instalace zapneme počítač. (Nejčastější příčinou toho, že na monitoru nevidíme obraz, je nedokonale zasunutý modul ve slotu.) Po správné instalaci paměti a operačního systému Windows můžeme pomocí vlastností systému vidět základní údaj o celkové velikosti paměti „viděné“ systémem (v případě integrované grafické karty včetně paměti využívané touto grafickou kartou).

velikost instalované paměti

Další informace o paměti nám poskytne Správce úloh systému Windows: 1. Správce úloh spustíme např. současným stiskem kláves CTRL+ALT+DELETE a výběrem tlačítka „Správce úloh“.

CTRL+ALT+ESCAPE

nebo

2. Přejdeme na záložku „Výkon“ a zkontrolujeme textové informace o paměti RAM.

69 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


V oddíle „Fyzická paměť (kB)“ vidíme tyto údaje: • •

•

Celkem je celková fyzická velikost operační paměti nainstalované v počítači (jde o součet kapacit všech paměťových modulů operační paměti). K dispozici představuje velikost volné paměti, kterou je možné využít. Mezipaměť systému je množství paměti RAM, kterou si Windows vyhradily pro uložení naposledy použitých programů a dokumentů.

V oddíle „Využití paměti“ lze vidět mezní hodnoty obsazení paměti (vždy jde o paměť RAM a stránkový soubor): •

Celkem ukazuje paměť momentálně přidělenou programu a operačnímu systému.

•

Mez je maximální možnou hodnotou, které může paměť dosáhnout.

•

Špička je špičková hodnota obsazené paměti (kolik paměti bylo obsazeno nejvíce).

V oddíle „Paměť jádra (kB)“ nás informuje o velikosti paměti obsazené jádrem OS a ovladači zařízení: •

Celkem je celková velikost paměti obsazené operačním systémem a ovladači .

•

Stránkováno je množství paměti jádra, které je mapováno na stránky virtuální paměti.

•

Nestránkováno představuje velikost rezidentní paměti, která nemůže být zkopírována do stránkovacího souboru.

Ve spodní části okna správce vidíme využití paměti, celková hodnota uvedená za lomítkem je součtem velikosti operační paměti a stránkovacího souboru. Kritické stavy Pokud: •

„Fyzická paměť – k dispozici“ klesne na nulu, operační systém nemá dostatek paměti. Buď je spuštěno mnoho programů, nebo některá z aplikací zabírá mnoho paměti. Stává-li se nám to při běžném provozu, budeme muset paměť rozšířit.

•

„Fyzická paměť – Mezipaměť“ je výrazně nižší než polovina celkového množství fyzické paměti, znamená to, že Windows nepracují příliš efektivně. Nemají totiž místo, kam by si uložily nedávno použitá data. Toto místo musely uvolnit pro jiné programy. Stává-li se to při běžném provozu, jde opět o indikaci malé paměti.

•

„Využití paměti – celkem“ je pravidelně vyšší než „fyzická paměť – celkem“, znamená to, že operační systém často přesouvá data do (a ze) stránkovacího souboru, čímž je systém zpomalován. Jde-li o stav častý v běžném provozu, budeme muset opět zvýšit velikost operační paměti.

•

„Využití paměti – špička“ je vyšší než „využití paměti – celkem“ ukazuje to, že systém Windows musel použít stránkovací soubor. Je-li však momentální hodnota „využití paměti – celkem“ menší než „fyzická paměť – celkem“ (viz předešlý odstavec), šlo patrně o krátkodobou špičku. Pokud by se však stránkovací soubor používal často, půjde opět o nutnost zvýšení kapacity RAM.

3. Přejdeme na záložku „Výkon“, která nás informuje o běžících procesech. Program Správce úloh zobrazí procesy, které jsou aktuálně spuštěny pod vaším uživatelským účtem. Chcete-li zobrazit spuštěné procesy všech uživatelů, klepněte na možnost Zobrazit procesy všech uživatelů. Pokud vás systém vyzve k zadání nebo potvrzení hesla správce, zadejte heslo, nebo proveďte potvrzení. Chcete-li přidat další sloupce, klepněte v nabídce Zobrazit na příkaz Vybrat sloupce. Zaškrtněte políčka pro sloupce, které chcete zobrazit, a klepněte na tlačítko OK.

70 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


Význam sloupců udávajících velikost paměti v programu Správce úloh systému Windows Vista: Sloupec

Popis

PID (Identifikátor procesu)

Číslo, jež jednoznačně identifikuje spuštěný proces.

Uživatelské jméno

Uživatelský účet, pod kterým je proces spuštěn.

ID relace

Číslo, jež označuje vlastníka procesu. Jestliže je přihlášeno více uživatelů, bude mít každý uživatel jedinečné ID relace.

Využití CPU

Procento času od poslední aktualizace, ve kterém proces využíval procesor (v záhlaví sloupce označeno jako CPU).

Čas CPU

Celkový čas (v sekundách) využívání procesoru procesem od jeho spuštění.

Paměť – pracovní sada

Velikost paměti soukromé pracovní sady plus velikost procesem používané paměti, která může být sdílena s jinými procesy.

Paměť – nejvyšší velikost pracovní sady

Maximální velikost paměti pracovní sady používané procesem.

Paměť – rozdíl využití pracovní sady

Změna velikosti paměti pracovní sady používané procesem.

Paměť – soukromá pracovní sada

Podsada pracovní sady, jež konkrétně popisuje velikost paměti používané procesem, kterou nelze sdílet s jinými procesy.

Paměť – velikost pro spuštění

Velikost virtuální paměti vyhrazené pro proces.

Paměť – stránkovaný fond

Velikost virtuální paměti přidělené procesu, kterou lze zapsat na jiné úložné médium, například na pevný disk.

Paměť – nestránkovaný fond

Velikost virtuální paměti přidělené procesu, kterou nelze zapsat na jiné úložné médium.

Chyby stránek

Počet případů, kdy je nutné data pro proces načíst z disku, protože v paměti nebyla nalezena. Chyby stránek jsou počítány od okamžiku spuštění procesu.

Rozdíl chyb stránek

Změna počtu chyb stránek od poslední aktualizace.

Základní priorita

Hodnocení priority, jež určuje pořadí, ve kterém jsou podprocesy procesu naplánovány.

Popisovače

Počet popisovačů objektu v tabulce objektů procesu.

Podprocesy

Počet podprocesů spuštěných v procesu.

Objekty USER

Počet objektů USER aktuálně používaných procesem. Objekt USER je objekt ze správce systému Windows, který zahrnuje okna, nabídky, kurzory, ikony, zavěšení, urychlovače, monitory, rozložení klávesnice a další vnitřní objekty.

Objekty GDI

Počet objektů z knihovny GDI (Graphics Device Interface) rozhraní API pro grafická výstupní zařízení.

V/V - čtení

Počet vstupně-výstupních operací čtení generovaných procesem, včetně operací souborových, síťových a vstupně-výstupních zařízení. Vstupně-výstupní operace čtení směrované k popisovačům CONSOLE (vstupní objekt konzoly) se nezapočítávají.

71 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


V/V - zápisy

Počet vstupně-výstupních operací zápisu generovaných procesem, včetně operací souborových, síťových a vstupně-výstupních zařízení. Vstupně-výstupní operace zápisu směrované k popisovačům CONSOLE (vstupní objekt konzoly) se nezapočítávají.

V/V - další

Počet vstupně-výstupních operací generovaných procesem, jež nejsou operacemi čtení ani zápisu, včetně operací souborových, síťových a vstupně-výstupních zařízení. Příkladem tohoto typu operace je řídící funkce. Další vstupně-výstupní operace směrované k popisovačům CONSOLE (vstupní objekt konzoly) se nezapočítávají.

V/V - přečtené bajty

Počet bajtů přečtených ve vstupně-výstupních operacích generovaných procesem, včetně operací souborových, síťových a vstupně-výstupních zařízení. Přečtené bajty vstupně-výstupních operací směrovaných k popisovačům CONSOLE (vstupní objekt konzoly) se nezapočítávají.

V/V - zapsané bajty

Počet bajtů zapsaných ve vstupně-výstupních operacích generovaných procesem, včetně operací souborových, síťových a vstupně-výstupních zařízení. Zapsané bajty vstupně-výstupních operací směrovaných k popisovačům CONSOLE (vstupní objekt konzoly) se nezapočítávají.

V/V - další bajty

Počet bajtů přenesených ve vstupně-výstupních operacích generovaných procesem, jež nejsou operacemi čtení ani zápisu, včetně operací souborových, síťových a vstupně-výstupních zařízení. Příkladem tohoto typu operace je řídící funkce. Další bajty vstupně-výstupních operací směrovaných k popisovačům CONSOLE (vstupní objekt konzoly) se nezapočítávají.

Cesta k obrázku

Umístění procesu na pevném disku.

Příkazový řádek

Úplný příkazový řádek určený k vytvoření procesu.

Virtualizace

Označuje, zda je virtualizace nástroje Řízení uživatelských účtů (UAC) povolena, zakázána nebo nepovolena pro tento proces. Virtualizace nástroje UAC zajišťuje přesměrování chyb zápisu do souboru a registru do umístění jednotlivých uživatelů.

Popis

Popis procesu.

Zabránění spuštění dat

Určuje, zda je funkce Zabránění spuštění dat pro daný proces povolena nebo zakázána.

Další informace o paměti nám poskytne program Sledování systému v systému Windows XP 1. Sledování systému spustíme klepnutím na tlačítko Start, na příkaz Spustit a do pole Otevřít zadáme příkaz perfmon.msc.

72 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


2.

V dialogovém okně Výkon klepněte pravým tlačítkem myši na pravé podokno a potom klepněte na příkaz Přidat čítače.

3.

Chcete-li sledovat jakýkoli počítač, ve kterém běží sledovací konzola, klepněte na přepínač Použít čítače místního počítače. Pokud chcete sledovat určitý počítač bez ohledu na to, kde běží sledovací konzola, klepněte na přepínač Vybrat čítače z počítače, a potom zadejte název počítače. Výchozí nastavení je název místního počítače.

4.

V rozevíracím seznamu Objekt sledování výkonu klepněte na objekt, který má být sledován. Výchozí nastavení je Procesor.

5.

Chcete-li sledovat všechny čítače, klepněte na přepínač Všechny čítače. Pokud chcete sledovat pouze vybrané čítače, klepněte na přepínač Vybrat čítače ze seznamu, a potom vyberte požadované čítače. Výchozí nastavení je procento času procesoru.

6.

Pokud chcete sledovat všechny instance vybraných čítačů, klepněte na přepínač Všechny instance. Pokud chcete sledovat pouze vybrané instance, klepněte na přepínač Vybrat instance ze seznamu, a potom vyberte požadované instance. Výchozí nastavení je _Total.

7.

Klepněte na tlačítko Přidat. Seznam parametrů pro sledování paměti:

Procento využívaných svěřených bajtů je poměr hodnot čítače Paměť\\Svěřené bajty a Paměť\\Mez svěření. (Svěřená paměť je využitá fyzická paměť, pro kterou bylo vyhrazeno místo ve stránkovacím souboru pro případ nutnosti zápisu paměti na disk. Mez svěření je určena velikostí stránkovacího souboru. Při zvětšení stránkovacího souboru je zvětšena mez svěření a snížen poměr). Tento čítač zobrazuje pouze aktuální hodnotu, nejedná se o průměrnou hodnotu. Čítač Bajty k dispozici zobrazuje velikost fyzické paměti (v bajtech), která je k dispozici procesům spuštěným v počítači. Velikost je určena součtem velikostí v seznamu vynulované a volné paměti a paměti v úsporném režimu. Volná paměť je paměť připravená k použití. Vynulovanou paměť tvoří stránky paměti vyplněné nulami, z důvodu zabránění následujícím procesům v přístupu k datům předchozího procesu. Paměť v úsporném režimu je paměť odebraná z pracovní sady procesu (jeho fyzické paměti), jejíž obsah je uložen na disk

73 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


a kterou je stále možno procesu navrátit. Tento čítač zobrazuje pouze poslední zjištěnou hodnotu, nejedná se o průměrnou hodnotu. Hodnota čítače Bajty mezipaměti je určena součtem čítačů Paměť\\Rezidentní bajty systémové mezipaměti, Paměť\\Rezidentní bajty systémových ovladačů, Paměť\\Rezidentní bajty kódu systému a Paměť\\Rezidentní bajty stránkovaného fondu. Tento čítač zobrazuje pouze poslední zjištěnou hodnotu, nejedná se o průměrnou hodnotu. Čítač Bajty nestránkovaného fondu obsahuje počet bajtů nestránkovaného fondu, což je oblast paměti systému (fyzická paměť použitá operačním systémem) určená pro objekty, které nelze zapsat na disk, ale musí po celou dobu vyhrazení zůstat ve fyzické paměti. Hodnota čítače Paměť\\Bajty nestránkovaného fondu je vypočítávána jiným způsobem než hodnota čítače Proces\\Bajty nestránkovaného fondu, takže se nemusí rovnat hodnotě čítače Proces\\Bajty nestránkovaného fondu\\_Celkem. Tento čítač zobrazuje rozdíl mezi hodnotami zjištěnými v posledních dvou vzorcích, vydělený délkou intervalu vzorkování. Čítač Bajty stránkovaného fondu obsahuje počet bajtů stránkovaného fondu, což je oblast paměti systému (fyzická paměť použitá operačním systémem) určená pro objekty, které lze zapsat na disk, nejsou-li používány. Hodnota čítače Paměť\\Bajty stránkovaného fondu je vypočítávána jiným způsobem než hodnota čítače Proces\\Bajty nestránkového fondu, takže se nemusí rovnat hodnotě čítače Proces\\Bajty stránkovaného fondu\\_Celkem. Tento čítač zobrazuje rozdíl mezi hodnotami zjištěnými v posledních dvou vzorcích, vydělený délkou intervalu vzorkování. Čítač Celkem bajtů kódu systému obsahuje počet bajtů kódu operačního systému, který lze stránkovat, aktuálně uložených ve virtuální paměti. Jedná se o míru velikosti fyzické paměti použité operačním systémem, kterou lze zapsat na disk v případě, že není používána. Hodnota je určena součtem bajtů obsažených v souborech Ntoskrnl.exe, Hal.dll, spouštěcích ovladačích a v systémech souborů načtených programy Ntldr a Osloader. Tento čítač neobsahuje kód, který musí zůstat ve fyzické paměti a nelze jej zapsat na disk. Tento čítač zobrazuje pouze poslední zjištěnou hodnotu, nejedná se o průměr. Čítač Celkem bajtů systémových ovladačů obsahuje počet bajtů stránkované virtuální paměti aktuálně použité ovladači zařízení. (Stránkovanou paměť lze zapsat na disk, jestliže není používána.) Hodnota zahrnuje fyzickou paměť (čítač Paměť\\Rezidentní bajty systémových ovladačů) a kód a data stránkovaná na disku. Čítač je součástí čítače Paměť\\Celkem bajtů kódu systému. Tento čítač zobrazuje pouze poslední zjištěnou hodnotu, nejedná se o průměr. Čítač Čtení stránek/s je rychlost čtení z disku při řešení chyb stránek. Zobrazuje počet operací čtení bez ohledu na počet stránek načtených během každé operace. K chybám stránek dochází, jestliže proces odkazuje na stránku ve virtuální paměti, která se nenachází v pracovní sadě nebo jiné části fyzické paměti a je nutné ji načíst z disku. Tento čítač je primární indikátor chyb, které způsobují zpoždění systému. Zahrnuje operace čtení při řešení chyb v mezipaměti systému souborů (obvykle vyžádaných aplikacemi) a v namapovaných souborech paměti, které nejsou uloženy do mezipaměti. Porovnáním hodnot čítačů Paměť\\Čtení stránek/s a Paměť\\Vstup stránek/s určíte průměrný počet stránek přečtených během každé operace. Čítač Chyby mezipaměti/s obsahuje počet chyb, k nimž dojde, jestliže není hledaná stránka nalezena v systémové mezipaměti souborů a je nutno ji načíst z paměti (softwarová chyba) nebo z disku (hardwarová chyba). Systémová mezipaměť souborů je oblast fyzické paměti, kde jsou uloženy nedávno použité stránky dat aplikací. Aktivita mezipaměti je spolehlivý ukazatel většiny vstupně-výstupních operací aplikací. Tento čítač obsahuje počet chyb bez ohledu na počet chyb stránek, k nimž došlo v každé operaci. Čítač Chyby nulových požadavků/s obsahuje počet chyb stránek, k jejichž vyřešení je nezbytná vynulovaná stránka. Vynulované stránky (stránky, jejichž předchozí data byla přepsána nulami) jsou součástí bezpečnostních funkcí systému Windows. Jejich použití brání procesům vidět data uložená předchozími procesy v paměti. Systém spravuje seznam vynulovaných stránek, který urychluje jejich zpracování. Tento čítač obsahuje počet chyb bez ohledu na počet načtených stránek z důvodu vyřešení chyby. Tento čítač zobrazuje rozdíl mezi hodnotami zjištěnými v posledních dvou vzorcích, vydělený délkou intervalu vzorkování. Čítač Chyby převodu stavu/s je rychlost, jakou jsou chyby stránek vyřešeny obnovením stránek, které byly používány jiným procesem sdílejícím danou stránku, případně byly na seznamu změněných či nečinných stránek nebo byly v okamžiku výskytu chyby stránky zapisovány na disk. Stránky byly obnoveny bez další aktivity disku. Chyby převodu stavu jsou počítány v počtu chyb. Protože při každé operaci dojde k chybám pouze na jedné stránce, je tato hodnota také rovna počtu chyb stránek. Čítač Chyby stránek/s udává průměrný počet chyb stránek za sekundu. Hodnota je udávána v počtu chyb stránek za sekundu, protože v každé chybné operaci dochází k chybě pouze jedné stránky. Tento čítač zahrnuje jak hardwarové chyby (vyžadující přístup k disku), tak softwarové chyby (v případě, že je chybná stránka nalezena

74 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


jinde ve fyzické paměti). Většina procesorů zpracuje velký počet softwarových chyb bez následků. Hardwarové chyby vyžadující přístup na disk však mohou způsobit významná zpoždění. Čítač Mez svěření je velikost virtuální paměti, kterou lze svěřit bez nutnosti zvětšit stránkovací soubor. Hodnota je udávána v bajtech. (Svěřená paměť je fyzická paměť, pro kterou bylo ve stránkovacím souboru vyhrazeno místo. Na každé logické jednotce může být jeden stránkovací soubor.) Při zvětšení stránkovacího souboru je zvýšena i mez svěření. Tento čítač zobrazuje pouze poslední zjištěnou hodnotu, nejedná se o průměr. Počet kB (MB) k dispozici je velikost fyzické paměti v kilobajtech narozdíl od bajtů, hlášených čítačem Paměť\\Dostupné bajty, která je k dispozici procesům běžícím v počítači. Velikost je určena součtem velikostí v seznamu vynulované a volné paměti a paměti v úsporném režimu. Volná paměť je paměť připravená k použití. Vynulovanou paměť tvoří stránky paměti vyplněné nulami z důvodu zabránění následujícím procesům v přístupu k datům předchozího procesu. Paměť v úsporném režimu je paměť odebraná z pracovní sady procesu (jeho fyzické paměti), jejíž obsah je uložen na disk a kterou je stále možno procesu navrátit. Tento čítač zobrazuje pouze poslední zjištěnou hodnotu, nejedná se o průměrnou hodnotu. Čítač Rezidentní bajty kódu systému obsahuje počet bajtů kódu operačního systému, který lze zapsat na disk v případě, že není používán, aktuálně uložených ve fyzické paměti. Hodnota je součástí čítače Paměť\\Celkem bajtů kódu systému, který obsahuje i kód operačního systému na disku. Čítač Paměť\\Rezidentní bajty kódu systému (a Paměť\\Celkem bajtů kódu systému) nezahrnuje kód, který musí zůstat ve fyzické paměti a nelze jej zapsat na disk. Tento čítač zobrazuje pouze poslední zjištěnou hodnotu, nejedná se o průměr. Čítač Rezidentní bajty stránkovaného fondu obsahuje aktuální velikost stránkovaného fondu (v bajtech), což je oblast paměti systému (fyzická paměť použitá operačním systémem) určená pro objekty, které lze zapsat na disk, nejsou-li používány. Pro stránkované a nestránkované fondy je použita fyzická paměť, takže příliš velký fond snižuje dostupnou paměť pro procesy. Tento čítač zobrazuje pouze poslední zjištěnou hodnotu, nejedná se o průměr. Čítač Rezidentní bajty systémové mezipaměti udává velikost stránkovatelného kódu operačního systému v mezipaměti systému. Hodnota obsahuje pouze aktuální fyzické stránky a neobsahuje žádné stránky virtuální paměti, které aktuálně nejsou rezidentní. Jeho hodnota je rovna hodnotě Mezipaměť systému ve Správci úloh. V důsledku toho může být tato hodnota menší než skutečná velikost virtuální paměti používané mezipamětí systému souborů. Tato hodnota je součástí čítače Paměť\\Rezidentní bajty kódu systému, který reprezentuje všechny stránkovatelné kódy operačního systému aktuálně používané fyzickou pamětí. Tento čítač zobrazuje pouze poslední zjištěnou hodnotu, nejedná se o průměrnou hodnotu. Čítač Rezidentní bajty systémových ovladačů obsahuje počet bajtů stránkované fyzické paměti použité ovladači zařízení. Jedná se o pracovní sadu (oblast fyzické paměti) ovladačů. Hodnota je součástí čítače Paměť\\Celkem bajtů systémových ovladačů, který také zahrnuje paměť ovladačů uloženou na disk. Žádný z čítačů Paměť\\Rezidentní bajty systémových ovladačů ani Paměť\\Celkem bajtů systémových ovladačů nezahrnuje paměť, kterou nelze zapsat na disk. Čítač Stránky/s obsahuje počet stránek čtených z disku nebo zapisovaných na disk, které mají vyřešit hardwarové chyby stránek. Tento čítač je navržen jako hlavní ukazatel chyb způsobujících opožďování celého systému. Jedná se o součet hodnot čítačů Paměť\\Vstupní stránky/s a Paměť\\Výstup stránek/s. Hodnota je udávána počtem stránek, lze ji tedy porovnávat s dalšími počty stránek (například Paměť\\Chyby stránek/s) bez převádění hodnot. Čítač sleduje stránky načtené z důvodu vyřešení chyb systémové mezipaměti souborů (obvykle se jedná o žádosti aplikací) i souborů paměti nemapovaných v mezipaměti. Čítač Svěřené bajty je velikost svěřené virtuální paměti (v bajtech). Svěřená paměť je fyzická paměť, pro kterou bylo ve stránkovacích souborech vyhrazeno místo pro případ zpětného zápisu obsahu paměti na disk. Na každém fyzickém disku může být jeden nebo více stránkovacích souborů. Tento čítač zobrazuje pouze poslední zjištěnou hodnotu, nejedná se o průměr. Volné položky stránkovací tabulky systému je počet položek stránkovací tabulky, které momentálně nejsou používány systémem. Tento čítač zobrazuje pouze poslední zjištěnou hodnotu, nejedná se o průměrnou hodnotu. Čítač Vrchol bajtů mezipaměti udává maximální počet bajtů použitých mezipamětí systému souborů od posledního restartování systému. Tato hodnota může být větší než aktuální velikost mezipaměti. Tento čítač zobrazuje pouze poslední zjištěnou hodnotu, nejedná se o průměrnou hodnotu. Čítač Vstup stránek/s udává rychlost čtení stránek z disku při řešení chyb stránek. K chybám stránek dochází, jestliže proces odkazuje na stránku ve virtuální paměti, která se nenachází v pracovní sadě (nebo jiné části fyzické paměti) a je nutné ji načíst z disku. Pokud je stránka chybná, systém se pokusí načíst do paměti

75 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


více souvislých stránek a maximalizovat tak účinnost operace čtení. Porovnáním hodnot čítačů Paměť\\Vstup stránek/s a Paměť\\Čtení stránek/s určíte průměrný počet stránek načtených do paměti během každé operace čtení. Čítač Vyhrazení nestránkovaného fondu obsahuje počet žádostí o vyhrazení místa v nestránkovaném fondu, což je oblast paměti systému (fyzická paměť použitá operačním systémem) určená pro objekty, které nelze zapsat na disk, ale musí po celou dobu vyhrazení zůstat ve fyzické paměti. Hodnota je měřena v počtu volání s žádostmi o vyhrazení místa bez ohledu na velikost vyhrazeného místa. Tento čítač zobrazuje pouze poslední zjištěnou hodnotu, nejedná se o průměr. Čítač Vyhrazení stránkovaného fondu obsahuje počet žádostí o vyhrazení místa ve stránkovaném fondu, což je oblast paměti systému (fyzická paměť použitá operačním systémem) určená pro objekty, které lze zapsat na disk, nejsou-li používány. Hodnota je měřena v počtu volání s žádostmi o vyhrazení místa bez ohledu na velikost vyhrazeného místa. Tento čítač zobrazuje pouze poslední zjištěnou hodnotu, nejedná se o průměr. Čítač Výstup stránek/s obsahuje počet stránek zapsaných na disk z důvodu uvolnění místa ve fyzické paměti. Stránky jsou zapsány zpět na disk pouze v případě, že jsou ve fyzické paměti změněny, takže pravděpodobně obsahují data, a ne kód. Vysoký počet výstupů stránek je pravděpodobně způsoben nedostatkem paměti. Systém v případě nedostatku paměti zapíše na disk další stránky, a uvolní tak paměť. Hodnota je udávána počtem stránek, lze ji tedy porovnávat s dalšími počty stránek bez převádění hodnot. Čítač Zápisy kopií/s obsahuje počet chyb stránek způsobených pokusy o zápis, které byly provedeny zkopírováním stránky odněkud z fyzické paměti. Jedná se o úsporný způsob sdílení dat, protože stránky jsou kopírovány pouze v případě, že je do nich něco zapsáno. V opačném případě je stránka sdílena. Tento čítač obsahuje počet kopií bez ohledu na počet stránek zkopírovaných každou operací. Čítač Zápisy stránek/s obsahuje počet zápisů stránek na disk z důvodu uvolnění místa ve fyzické paměti. Stránky jsou zapsány zpět na disk pouze v případě, že jsou ve fyzické paměti změněny, takže pravděpodobně obsahují data a ne kód. Tento čítač sleduje operace zápisu bez ohledu na počet stránek zapsaných při každé operaci. Tento čítač zobrazuje rozdíl mezi hodnotami zjištěnými v posledních dvou vzorcích, vydělený délkou intervalu vzorkování.

8.2.3 Testování paměťových modulů Problematika testování je složitější, než se na první pohled může zdát, protože čím více paměťových modulů máme, tím jsou testy náročnější. Pokud program vyhodnotí chybu, je třeba zjistit, o jakou chybu jde. Může jít o chybný modul, nekompatibilitu mezi moduly či paměťovým řadičem, případně poškozený slot. Nejlepší a nejbezpečnější řešení představuje test jednoho modulu za druhým, ale tento způsob je časově náročnější při použití tří a více modulů, protože musíme vypínat počítač a vyměňovat paměti. U testování více modulů najednou je třeba pro identifikaci vadného modulu moduly navzájem přehazovat. V případě, že se nalézá chyba u všech modulů na stejném místě, může jít o poškozený slot či řadič operační paměti. Chybná paměť se projevuje tím, že se chyba nalézá vždy na stejné adrese u chybného modulu. Pokud jde chybu náhodnou, může jít o chybu základní desky, nedostatečně výkonný zdroj či nekompatibilitu. V takovýchto případech se jako lepší jeví odzkoušet paměť ještě na jiném počítači, případně zkusit paměť jiného výrobce. Memtest86, Memtest86+ Oblíbenými programy k testování pamětí jsou Memtest86 a Memtest86+. Programy obsahují vlastní zavaděč, díky kterému nejsou závislé na operačním systému. Stačí vytvořit bootovací disketu (či CD), kterou vložíme do počítače, nabootujeme z ní, program se pak okamžitě spustí a hned testuje. V programu vidíme stav celkové fáze (Pass xx %), ve které fázi jednotlivých testů se právě nachází (Test xx %) a kolikrát již proběhl kompletní test. Důležitou položkou představuje také Errors, kde se uvádí počet chyb. S tím souvisí i adresa, na níž se chyba nachází, a další informace. Testy probíhají pomalu, protože jich probíhá celá řada. Nestačí pouze zapsat číslo do buňky, a následně ho přečíst. V tomto případě bychom mohli zapisovat a číst z bufferu, a ne z paměťové buňky. Paměťových buněk se vedle sebe nachází velké množství a tak je důležité testovat i přeslechy. Toto testování probíhá, že se na testovanou buňku zapíše 0 a do všech ostatních se zapíše hodnota 1. Poté se přečte testovaná buňka, a pokud výsledek souhlasí, může program pokračovat do vedlejší buňky tím samým způsobem. Různých druhů testů je v aplikaci 12, ale standardně je spouštěno pouze prvních 8. Ty další nejsou již tak účinné a na jejich provedení by bylo zapotřebí více času. Ovládání probíhá pomocí klávesy C a následným výběrem pomocí čísla požadované akce. Program je spuštěn v nekonečné smyčce, takže se musí ukončit „ručně“, nejlépe ve chvíli, kdy proběhly všechny testy alespoň jednou.

76 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


.

8.2.4 Vyhodnocení vlastností paměťových modulů K zjištění parametrů a vlastností paměťových modulů můžeme využít i známé diagnostické programy Everest a HW Info.

Tyto programy obsahují i základní výkonnostní testy

8.2.5


9

Popište hardwarovou instalaci paměťového modulu.

9

Popište softwarovou diagnostiku paměti RAM.

9

Popište testování paměťových modulů.

77 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


9 Grafické adaptéry Klíčové pojmy: Central Processor Unit, Graphic Processing Unit, Digital Analog Convertor, Rendering. 9.1

Úvod do problematiky grafických adaptérů 9.1.1 Účel grafického adaptéru

Osobní počítač je interaktivní zařízení a grafický adaptér patří v současné době mezi jeho nepostradatelné součástí. Grafický adaptér připravuje data4 určená k zobrazení na zobrazovací jednotce. Grafický adaptér byl do počítačů dodán v určité fázi jejich vývoje. Prapůvodní počítače grafický adaptér neměly. Veškeré operace obstarával mikroprocesor (CPU5). Zde máme především na mysli komunikaci se vstupními periferními obvody (klávesnice, polohovací zařízení, ...) a výstupními periferními obvody (tiskárna, plotr, zobrazovací jednotka ...). Počítače určené pro speciální účely (například řízení technologických procesů) zpracovávaly tímto způsobem signály z nejrůznějších čidel a ovládaly řadu akčních členů. Požadavky na výpočetní výkon6 rostly a u stávajících počítačových struktur začalo být obtížné tento výkon navyšovat. Prvotní určení CPU v počítači bylo zpracovávat zadanou úlohu, musel však řešit řadu dalších úloh (viz výše). Velkou „spotřebu“ výpočetního výkonu má příprava informací pro zobrazovací jednotku. Nepříjemné navíc je, že operace s tím spojené musí mít prakticky nejvyšší prioritu (jinak by se souvislý obraz na monitoru vůbec nevytvořil). Z principu funkce monitorů CRT (v době, o které zde hovoříme, se používaly téměř výhradně) je zřejmé, že CPU zbývalo na jeho hlavní činnost (řešení zadané úlohy) jen málo času. Výkon mikroprocesorů (CPU) byl relativně vysoký, ale výkon počítačů tomu neodpovídal.

Znázornění zatížení mikroprocesoru v systému bez a s grafickým adaptérem

Řešení zadané úlohy.

Je potřeba řešit zobrazení ? Je potřeba dát grafickému adaptéru pokyn ?

Řešení zadané úlohy.

Stručné pokyny grafickému adaptéru.

Zobrazení informací na displeji.

Úkoly spojené se zobrazením není potřeba řešit pouze v krátkých časových úsecích zpětných běhů zobrazovacího paprsku

Stručné pokyny grafickému adaptéru jsou vydávány na základě zpracovávané aplikace (jejich četnost je malá)

Do počítače byl doplněn grafický adaptér. CPU se od té doby již nemusí zabývat vykreslováním obrazu na zobrazovací jednotce (dává jí k tomu pouze poměrně stručné pokyny) a může podstatně více času věnovat 4

V současných personálních počítačích mohou mít tato „data“ analogovou, ale častěji již digitální formu. Central Processor Unit. 6 Výpočetní výkon lze charakterizovat množstvím zpracovaných informací za jednotku času. 5

78 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


zpracovávané úloze. Výsledkem tohoto opatření bylo podstatné navýšení výpočetního výkonu, aniž by bylo potřeba navyšovat výkon CPU. Pracovní režimy grafického adaptéru Textový režim: Režim, který umožňuje zobrazovat pouze předem definované znaky jako jsou písmena, číslice, speciální znaky a pseudografické znaky (symboly pro vykreslování tabulek). Tyto znaky jsou jednoznačně definovány prostřednictvím matic bodů a lze je zobrazovat pouze jako celek. Grafický režim: Režim, ve kterém jsou informace zobrazovány po jednotlivých obrazových, bodech (pixel7). Tento režim již nepoužívá předem definované znaky a může z jednotlivých pixelů vykreslit prakticky libovolnou informaci (v závislosti na možnostech konkrétní karty). 3D zobrazování: Grafické akcelerátory, které se dnes téměř výhradně používají pro tento režim zobrazení, mají za úkol pomocí stínování, zobrazení perspektivy a textur vytvářet na 2D monitoru iluzi prostoru. Trojrozměrný obraz se pro zobrazení aproximuje obvykle sítí trojúhelníků. Základní operací, která se v rychlé 3D počítačové grafice požaduje, je zobrazení osvětleného trojúhelníku s nanesenou texturou (2D rastrové obrázky – bitmapy, které jsou mapovány na základní objekty). Výsledné prostorové obrazy jsou pak z těchto zjednodušených modelů renderovány. Poznámka: Rendering je tvorba reálného obrazu na základě počítačového modelu, nejčastěji 3D. Rendering obsahuje v závislosti na softwaru mnoho parametrů a nastavení, kterými lze ovlivnit konečný vzhled scény. Jde o odvětví počítačové grafiky. Zabývá se tvorbou obrazů, napodobující reálný svět. Je to způsob vizualizace dat. Data jsou parametry popisující reálný nebo imaginární svět s jeho objekty a jejich vlastnostmi. Úkolem syntézy obrazu je z tohoto počítačového modelu obraz, který je pokud možno nerozeznatelný od fotografie definovaného objektu v reálném světě. Syntéza obrazu je odvětví, které významně ovlivňuje tvorbu počítačových her, programů pro tvorbu grafiky a animaci a programů CAD. Realistické počítačové obrazy nacházejí uplatnění při tvorbě filmových efektů, architektuře, vojenství, při simulaci fyzikálních jevů nebo v projektech pracující s virtuální realitou.

9.1.2 Struktura a funkce grafického adaptéru K zobrazení informací na zobrazovací jednotce se používá grafický adaptér, někdy označovaný jako grafická karta nebo videokarta. V současné době se grafické adaptéry liší jak provedením, tak výkonem. Bývají vyráběny jako samostatné díly určené obvykle k připojení prostřednictvím speciálních konektorů k základní desce počítače, anebo mohou být integrovány přímo na této desce. Druhé řešení však z důvodů, které budou uvedeny později, poskytuje pouze omezený výkon. Grafický adaptér plní v systému několik funkcí: •

převádí tok digitálních dat na analogový signál (v současné době začíná ustupovat tato funkce do pozadí),

•

uchovává ve své paměti zobrazovanou scénu a odesílá ji do zobrazovací jednotky,

•

vykresluje geometrické a prostorové útvary (k tomu používá vlastní videoprocesor).

Grafický adaptér je vybaven speciálním procesorem (GPU8), optimalizovaným pro generování obrazu. Aby výsledný efekt byl pokud možno co nejlepší, je i CPU vybaven hardwarovými a softwarovými prostředky pro podporu multimediálních aplikací. Systém funguje tak, že CPU poskytuje data určená k zobrazení videopaměti grafického adaptéru. Tato data jsou pak čtena GPU, který na jejich základě vytváří digitální obraz. Digitální obraz bývá dále D/A převodníkem (DAC9) převáděn na analogový signál. Tento druh signálu využívají starší typy monitorů. Analogový signál obsahuje spojitě se měnící hodnoty tří základních barevných složek (Red – červená, Green – zelená, Blue – modrá). Současné grafické adaptéry, určené ke generování signálu, pro současné monitory generují na svém výstupu obrazový signál v digitální podobě. V přechodném období však z důvodu vzájemné slučitelnosti generují grafické adaptéry, jak analogový, tak i digitální signál. Obdobně jsou na tom i monitory, dokážou zpracovávat analogový i digitální signál. Máme-li k dispozici jak grafický adaptér, tak monitor, který je schopen použít 7

Picture Element. Graphic Processing Unit. 9 Digital Analog Convertor. 8

79 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


obrazový signál v digitální podobě, pak této možnosti využijeme. Převodem digitální formy signálu do analogové (v grafickém adaptéru) a zpětným převodem analogové formy signálu do digitální (v monitoru) se kvalita obrazu snižuje. GPU je ústředním prvkem grafického adaptéru. Komunikuje prostřednictvím jednoduchých (časově nenáročných) příkazů s CPU. GPU instrukce z CPU zpracuje a na jejich základě generuje obraz. GPU využívají videopaměti umístěné na grafickém adaptéru (neodčerpávají paměťový prostor využívaný CPU (RWM-RAM)). Paměti používané v grafických adaptérech mívají kratší přístupovou dobu (jsou rychlejší) a umožňují tak dosáhnout vyšší výkon GPU i grafického adaptéru jako celku. V současné době lze hovořit o dvou výrobcích GPU. Firma NVIDIA (lze uvést čip GeForce GTX295) a ATI (například čip Radeon HD 4870).

Struktura grafického adaptéru

Videoprocesor

Sběrnice počítače

Komunikace s dalšími prvky počítače.

D/A převodník

Digitální výstup

Analogový výstup

Ukládání a čtení dat potřebných k výpočtům grafické scény.

Videopaměť grafického adaptéru

Schéma obsahuje pouze nejdůležitější prvky a vazby potřebné k objasnění funkce grafického adaptérů. Současné grafické adaptéry mohou plnit řadu funkcí a v souvislosti s nimi mohou obsahovat další funkční bloky a vazby. Například umožňují připojit televizní přijímač, videokameru a podobně.

Videopaměť slouží k uložení jednotlivých obrazových dat v době jejich zpracování. Jak již bylo naznačeno, obvykle se nachází přímo v grafickém adaptéru. Když jsou některé grafické adaptéry integrovány na základní desce počítače, pro ukládání obrazových dat pak využívají systémovou paměť počítače. Dosahovaný výkon je u takového řešení podstatně nižší. Jedná se o levné produkty určené pro nenáročné aplikace. Pro videopaměti se používají rychlé obvody (například DDR5, které využívají sběrnici o šířce 2x256b a pracují s frekvencí 3,6 GHz). Konvertor digitálního signálu na analogový (DAC, RAMDAC) převádí digitální obraz vytvářený počítačem (především GPU) na analogové signály využívané klasickými CRT nebo LCD monitory. Rychlost konvertoru v současné době bývá 400 MHz. Čím vyšší rychlost konvertoru, tím vyšší je podporovaná obnovovací frekvence. V současnosti (jak bylo uvedeno výše) se častěji využívá přímo digitálního signálu. Sběrnice počítače je komunikační kanál, jehož prostřednictvím si jednotlivé komponenty vyměňují informace (instrukce a data). Pro propojení grafického adaptéru s počítačem se využívaly různé standardy (ISA, VLBUS, PCI, AGP (v různých modifikacích), nebo současné PCI-Express (rovněž v různých modifikacích (například PCIe x16 ). Propustnost této sběrnice rovněž ne malou měrou ovlivňuje výkon počítače v oblasti grafiky. Grafický adaptér je periferní zařízení počítače a využívá se k připojení monitoru. K fyzickému propojení prostřednictvím kabelu se v současné době používají dva standardizované konektory, starší VGA (15pinový Mini D-Sub) a novější DVI. Konektor 15 pin Mini D-Sub ~ přenáší v analogové formě barevné signály (R, G, B), vertikální a horizontální synchronizaci.

80 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


Novější konektor DVI je „v praxi“ implementován ve formě DVI-D ~ přenáší pouze digitální signál, DVI-I ~ přenáší digitální i analogový signál a DVI-A ~ (k zajištění kompatibility se staršími systémy) přenáší pouze analogový signál.

Konektor DVI-I

Konektor VGA Externí konektory grafického adaptéru

9.1.3 Technické parametry grafických adaptérů Grafický adaptér je zařízení, které zabezpečuje výstup dat z počítače pro monitor. Jako vhodné se jeví používat vyváženou kombinaci grafického adaptéru a monitoru, protože každý monitor nedokáže využít všechna rozlišení, která grafický adaptér umožňuje (a naopak). Celkový výkon je vždy limitován nejslabším článkem v sestavě. Grafické adaptéry se liší zejména svými GPU, typy a velikostí paměti, sběrnicí, pro kterou jsou určeny, možnostmi rozšíření a některými dalšími parametry. Vývoj grafických adaptérů probíhá velmi rychle. Hlavním „motorem“ tohoto rychlého vývoje je zábavní průmysl. K hlavním parametrům, které u grafických adaptérů sledujeme patří typ (výkon GPU), typ videopaměti (její velikost a rychlost) a další doplňkové funkce (možnost připojení klasického televizoru, videokamery a podobně). Jako příklad budou dále uvedeny parametry grafických adaptérů dvou hlavních výrobců GPU. HP NVIDIA Quadro FX3700 512MB DDR3 Paměť 512 MB GDDR3 Rozhraní PCIe x16 2.0 Šířka paměťové sběrnice 256 bit Frekvence pamětí 1400 MHz Shader Model 4.0 RAMDAC 400 MHz Chladič aktivní DVI výstup 2xDVI-I Podpora HDTV ano Grafický adaptér NVIDIA QUADRO

81 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


MSI R4870-T2D2G-OC 2GB DDR510 Grafický čip 2x ATI Radeon™ HD 4870 Typ jádra RV770 Technologie výroby 55 nm Paměť 2x 1 GB GDDR5 Rozhraní PCIe 2.0 x16 Šířka paměťové sběrnice 2x 256bit Frekvence jádra 780 MHz Frekvence pamětí 3600 MHz Shader Model 4.1 Podpora rozhraní DirectX 10.1 Počet stream procesorů 2x 800 RAMDAC 400 MHz Chladič aktivní DVI výstup 2x DVI-I TV výstup ano HDMI výstup ano (přes redukci) Podpora HDTV ano Podpora HDCP ano Přídavné napájení ano (8+6 pinů) Grafický adaptér MSI R4870X2

Na výkon a stabilitu grafického adaptéru má vliv také softwarový ovladač, který umožňuje komunikaci operačního systému s grafickým adaptérem.

9.1.4 Instalace a konfigurace grafického adaptéru Jak již bylo dříve naznačeno, při výběru grafického adaptéru zohledňujeme i ostatní prvky sestavy počítače. (Velmi výkonný grafický adaptér v jinak nedostatečně vybavené sestavě nebudeme moci plně využít a naopak malý výkon grafického adaptéru může znehodnotit jinak výkonnou počítačovou sestavu.) Instalace grafického adaptéru probíhá ve dvou fázích:

10

•

instalace hardware,

•

instalace software.

Grafický adaptér vyrobila firma MicroStar, je však osazen GPU firmy ATI. 82 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


Grafický adaptér (podobně jako ostatní komponenty počítače) je citlivý na elektrostatickou elektřinu. Při instalaci se musí postupovat tak, aby nedošlo k mechanickému poškození. „V praxi“ je pro osazení vyžadována odborná způsobilost v elektrotechnice alespoň na úrovni § 4 vyhlášky číslo 50/1978 Sb. Instalaci tedy mohou provádět pouze pracovníci poučení. Instalace grafického adaptéru do skříně počítače: Počítač odpojíme od přívodu napájecího napětí. 1. Zkontrolujte kompatibilitu grafického adaptéru a základní desky počítače. (K tomu použijeme technické dokumentace výrobce grafického adaptéru a základní desky.) 2. Ověříme, zda je instalovaný grafický adaptér vhodný pro danou konfiguraci systému (CPU, RWM-RAM). 3. Pokud vše souhlasí, sejmeme levý kryt počítačové skříně. 4. Nalezneme slot pro připojení grafického adaptéru, odstraníme záslepku ve skříni počítače (postupujeme opatrně, aby nedošlo k poškození základní desky). 5. Kartu do volného slotu opatrně zatlačíme (pozor na příliš velký průhyb základní desky – může dojít k protržení vodivých drah). Zároveň dbáme na to, aby karta adaptéru byla řádně zasunuta ve slotu. Kartu upevníme šroubem ke skříni počítače. 6. Ostatní karty (připojené k základní desce) umístíme s ohledem na použité sloty tak, aby byla zajištěna dostatečná ventilace. 7. Po vizuální kontrole nasadíme kryt skříně, zapojíme kabel propojující grafický adaptér s monitorem a napájecí kabel počítače. Instalace ovladače: 1. Po zapnutí počítače (pokud byly dodrženy všechny podmínky a žádná komponenta není vadná) zobrazuje grafický adaptér obraz na připojeném monitoru. 2. Funkce grafického adaptéru jsou bez nainstalovaného ovladače pouze velmi omezené. Prodejce dodává s adaptérem ovladače a často i další doplňující software. 3. Médium se software dodané výrobcem zasuneme do CD (DVD) jednotky, a pak zpravidla automaticky následuje spuštění softwarové instalace. V dalších krocích se řídíme pokyny na obrazovce počítače. 4. Vzhledem k tomu, že náš nový grafický adaptér mohl být nějakou dobu ve skladu prodejce zkontrolujeme, zda výrobce neposkytuje ke grafickému adaptéru inovovaný software (tuto kontrolu provedeme na stránkách výrobce). Instalační sekvence tuto kontrolu často sama nabízí. 5. Po zdárné instalaci zkontrolujeme prostřednictvím „Správce zařízení“ systému Windows, zda v průběhu instalace nedošlo k nějakým konfliktům. V případě potíží ovladač aktualizujeme, nebo znovu instalujeme. 6. Prostřednictvím ovládacího panelu nastavíme parametry grafického adaptéru. Je potřeba sladit možnosti grafického adaptéru s možnostmi monitoru a našimi potřebami.


Popište strukturu a funkci grafického adaptéru.

9

Objasněte podmínky „sladění“ hardwarových vlastností prvků tvořících počítačovou sestavu.

9

Uveďte obecný postup instalace grafického adaptéru.

83 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


10 Pevné disky Klíčové pojmy: 10.1 Úvod do problematiky pevných disků 10.1.1 Význam pevných disků Pevný disk (zkratka HDD, anglicky hard disk drive) je zařízení, které se používá v počítači k trvalému uchování většího množství dat. Pevný disk se vždy skládá z mechaniky (šasi, kryt, rotující plotny, ramínka s hlavami a podobně) a elektroniky, která zajišťuje chod disku a řízení vnitřních procesů. Pro pevné disky jsou rozhodující následující aspekty: Datové médium pevného disku se skládá z tuhých kotoučů (používá se i výraz plotna) umístěných v několika patrech nad sebou. Data se zapisují do magnetické vrstvy nanesené na každý jednotlivý kotouč. S magnetickým povrchem disků pracují magnetické čtecí/zápisové hlavy. Hlavy se u pevných disků nepohybují po povrchu disku, ale vznášejí se nad ním. Vznášení hlav zajišťuje aerodynamický vztlak vznikající nad roztočeným diskem. Protože hlavy plují nad diskem, nedochází ke tření mezi hlavou a diskem. Pevné disky tak vynikají vysokou trvanlivostí a spolehlivostí. Vzdálenost vznášejících se hlav nad diskem je několik mikrometrů. Drobné zrnko prachu by pak mohlo způsobit rýhu v disku a znehodnocení dat. Z tohoto důvodu jsou pevné disky uloženy v prachotěsném pouzdře. Při vypnutí disku zajistí mechanika magnetických hlav jejich přistání do vyhrazené parkovací oblasti. Tak je zajištěno to, že se hlava nikdy nedotkne datové oblasti a nezničí data. (U hodně starých disků se můžete setkat s nutností zaparkovat hlavy před vypnutím počítače programově.) Průměr pevného disku do PC je 3,5", především pro notebooky se však vyrábějí disky menších rozměrů, nejčastěji 2,5".

10.1.2 Fyzická struktura disků Povrch disku představuje poměrně rozsáhlý prostor. Pokud operační systém požaduje od disku data, musí je na jeho povrchu vyhledat řadič. Ten tedy potřebuje znát přesnou geometrickou polohu zapsaných dat. Proto si povrch disku rozdělí na stopy (soustředné kružnice), do kterých si údaje zapisuje. Každá stopa je navíc příčně rozdělena na sektory. Toto uspořádání nazýváme fyzickou organizací dat. Řadič si tedy musí rozdělit disk na stopy a sektory a ty si pak očíslovat. Proces, kterým se disk magneticky dělí, se jmenuje fyzické formátování. Při něm umístí řadič na začátek každé stopy a každého sektoru magnetickou značku (identifikátor). Každý řadič si tedy musí „nalinkovat“ svůj disk, což dnes nedělá žádné problémy, protože řadič je součástí disku (jeho plošný spoj se nachází na pouzdře disku). Tento druh formátování provádí výhradně výrobce pevného disku (existují sice starší programy, které fyzické formátování umí, např. OnTrac Disk Manager nebo Norton Utilities, ale zjistit fyzické parametry dnešních pevných disků bývá problematické, a tak se o fyzické formátování nikdy nepokoušejme, může to vést až ke zničení disku).

84 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


Hlavy a cylindry Magnetické hlavy zapisují a čtou data. Nad každým povrchem „létá“ jedna hlava. Má-li pevný disk 5 kotoučů, může mít až 10 hlav (každý kotouč má 2 povrchy). Hlav však může být i méně, protože krajní kotouče nemusí mít nutně povrchy z obou stran. Všechny hlavy jsou umístěny na společném rameni. Pokud řadič posune hlavu číslo 3 (patřící třetímu povrchu) nad stopu 134, posunou se i hlavy nad ostatními kotouči nad stopu 134 „svého" povrchu. Díky společnému rameni se tedy hlavy vždy vznášejí nad stejnou stopou všech povrchů. Stejným stopám na různých površích se říká cylindr. Velmi důležitý je přesný a rychlý polohovací mechanismus hlav. Pohyb hlavy nad příslušnou stopou totiž podstatně ovlivňuje rychlost práce celého disku. Práce mechaniky hlav je založena na dvou principech: •

Starší, levnější a méně spolehlivý vystavovací mechanismus představuje krokový motorek. Jedno pootočení motorku znamená jeden příčný krok hlavy (posun o jednu stopu).

•

Spolehlivější princip, který se vyskytuje téměř u všech dnes nabízených pevných disků, se nazývá vystavovací cívka (VOICE COIL). Průchod proudu cívkou způsobí vychýlení cívky úměrné velikosti proudu. Je zde využito zpětné vazby – hlavička čte svou polohu z disku (každá stopa a sektor mají své číslo) a na základě této informace řídící elektronika přidá nebo ubere proud potřebný k vychýlení. Někdy slouží jedna strana některého kotouče jako „mapa“, ze které čte hlava příslušející tomuto povrchu čísla stop a sektorů, nad nimiž se sama vznáší (a zároveň všechny ostatní). VOICE COIL má ještě jednu výhodu – je totiž samoparkovací. Po náhlém výpadku napájení se hlavy vrací samovolně (díky pružince) do parkovací zóny. Krokový motorek vyžaduje k tomuto účelu zvláštní elektronické obvody.

Zdokonalováním prochází i samotná hlava, která se rozdělila na hlavu čtecí a záznamovou. Zatímco záznamová hlava pracuje stále na induktivním principu, byla pro čtecí hlavu vyvinuta nová technologie MR – Magneto Resistive (firma IBM). Hlava MR čte data jako sled změn odporů vyvolaných rozdílnou orientací magnetického pole. Nový způsob čtení dat je rychlejší než původní induktivní metoda. Jeho další výhodou je nepatrná velikost čtecí hlavičky, která dovoluje velkou přesnost vystavení (tj. umístění hlavičky nad správnou stopu). Tím se zabrání tomu, aby data uložená v sousední stopě rušivě ovlivňovala daný signál. Kódování dat Při čtení dipóly (představující jednotlivé bity) rotují pod magnetickou hlavou a vyvolávají v ní elektrické napětí. Podle induktivního zákona může být napětí vyvoláno pouze změnami magnetického toku (v našem případě rozdílnými sousedními magnetickými dipóly ve stopě disku). Pokud ovšem po sobě následuje několik stejných bitů, například 10000111, stojí řadič (který napětí z hlavy „odebírá“) před problémem, jak od sebe stejné bity oddělit (musí vědět, kolik 0 jde za sebou). To by se dalo vyřešit tak, že by se každý bit oddělil speciálním impulsem. Je jasné, že by tak výrazně vzrostl počet impulsů (tj. dipólů) potřebných k zápisu jednoho bajtu a následně by poklesla kapacita disku. Proto byly vyvinuty algoritmy úspornějšího zápisu na disk: • • •

MFM (Modified Frequency Modulation), která vymezuje datovému signálu přesnou délku. Podle času trvání stejného magnetického toku řadič rozpozná počet shodných bitů. Dnes je tato metoda používána pouze u disket. RLL (Run Lenght Limited) je často používanou metodou. Řadič si přepočítá ukládanou posloupnost na novou kombinaci 0 a 1. Ukládané číslo je přeměněno tak, že se v něm nevyskytnou „nečitelné“ sledy 0 a 1. V porovnání s MFM potřebuje RLL pro uložení stejné informace jen asi jednu třetinu kapacity disku. PRML (Partial Response Maximum Likehood) přináší další zvýšení hustoty ukládaných dat. Čtené impulsy se zpracovávají digitálním signálovým procesorem – DSP. Ten přesně ví, jak má vypadat sled signálů vyvolaný hustě ležícími dipóly, dokonce dokáže dopočítat i chybějící údaj. Výsledné resumé je jasné - PRML rozezná více dipólů na malé ploše, což vede ke zvýšení kapacity disku. Řadiče pevných disků

Jsou „řídicím centrem“ diskové jednotky. Jejich úkoly lze shrnout do následujících bodů: • Zodpovídají za správné vystavení hlav. Při čtení musí co nejrychleji poslat hlavu nad to místo disku, kde jsou uložena hledaná data. Proto si dělí diskovou plochu na číslované stopy a sektory. •

Organizují vlastní zápis a čtení dat prostřednictvím kódování (při zápisu), nebo dekódování (čtení). Slouží jim k tomu kódovací algoritmy MFM, RLL a PRML.

•

Ve spolupráci se sběrnicí zajišťují přenos dat mezi diskem a mikroprocesorem.

85 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


Typ řadiče je jedním z nejdůležitějších ukazatelů kvality disku, obvykle se celý pevný disk po typu řadiče pojmenovává. V počítačové historii se na scéně vystřídalo více typů diskových „řídicích center“. Momentálně se setkáte s disky EIDE, SATA a SCSI. EIDE (Enhanced IDE) EIDE vzniklo inovací předešlého standardu IDE (Integrated Drive Electronics). Ten zastaral zejména proto, že k němu bylo možné připojit pouze dva disky a kapacita jím řízených disků byla omezena na dnes již absolutně nevyhovujících 512 MB. Důsledkem starší koncepce je to, že i nejmodernější řadiče rychlých disků pracují s l6bitovou šířkou dat (navrženou pro IDE). Nárůst propustnosti dat se provádí hlavně zvyšováním frekvence sběrnice. Pevné disky EIDE byly v PC dlouho nejrozšířenější, ale dnes jsou nahrazeny disky SATA. Plošný spoj řadiče je součástí mechaniky disku, spojení se základní deskou je provedeno přes rozhraní (interface). Na základní desce běžně najdeme dva řadiče EIDE, přičemž k jednomu řadiči lze připojit dvě zařízení. Ta se připojují datovým kabelem, vycházejícím z pevného disku, jehož druhý konec se připojuje přímo do konektoru integrovaného rozhraní základní desky. Kabel má 40 nebo 80 žil, což je závislé na přenosové rychlosti. EIDE je navrženo pro sběrnici ISA, pro niž se vžilo také označení AT-Bus, které se někdy přeneseně používá i pro disk EIDE. Navíc se pro IDE/EIDE používá také označení ATA (AT Attachment). Adresování diskových bloků disků EIDE: Snad nejdůležitější kritérium pevných disků představuje jejich kapacita. Její soustavné zvyšování vyžadovalo definování nových metod pro adresování diskových bloků. Pevný disk musí být schopen určit přesnou polohu dat, která jsou na něm uložena. Rovněž řadič, který s diskem komunikuje, musí umět definovat požadavek, s kterými daty chce pracovat. Obě zařízení tedy musí používat stejnou metodu pro adresování dat. Protože základním prvkem, do něhož jsou data ukládána, je sektor, mluvíme také o metodě adresování sektorů. Postupně tak s rostoucí kapacitou disků, bylo použito několik metod pro adresování disků. Použitou metodu musíme definovat v BIOS (prostřednictvím programu Setup). Metody adresování: • CHS (Cylinder/Head/Sector) a XCHS jsou starší metody ,které se dnes již nepoužívají, proto se jimi nezabýváme.. • LBA (Logical Block Addressing) je logické adresování bloků bylo převzato od disků s řadičem SCSI a zcela změnilo metodu adresace. Sektory na disku jsou číslovány od nuly do maximální hodnoty. Každý sektor pak má svoji 28bitovou adresu, takže lze adresovat 228 sektorů (268435456). Při velikosti sektoru 512 B je pak maximální kapacita disku s adresováním LBA 128 GB. Pro zachování zpětné kompatibility se staršími řadiči IDE se ale stále v BIOS uvádí CHS tak, jak to má nastaven pevný disk. Jestliže disk připojíme ke starému řadiči IDE, který LBA nepodporuje, je možné použít alespoň 7,88 GB z kapacity disku. Kapacita pevných disků však přerostla maximum 28bitové adresace LBA. Proto vznikl standard ATA/ATAPI-6, který mimo jiné obsahuje 48bitové adresování LBA. Maximální možná kapacita disku je 248x512 bajtů, tzn. přibližně 144 milionů GB (asi 144 petabajtů). Adresování LBA je dnes pro disky standardem a v Setupu jej budeme zadávat prakticky vždy. Rychlost přenosu dat EIDE: Při přenosu dat mohou disky EIDE použít dvou základních režimů. Ty podstatně ovlivňují rychlost přenosu dat. • PIO (Programmed Input/Output) – programovaný vstup/výstup je řízen procesorem počítače. Jeho základní nevýhodou je vytěžování procesoru při zápisu či čtení z disku. V režimech PIO dnes pracují pouze některé mechaniky CD-ROM. • DMA (Direct Memory Access) – modernějším režimem diskového přenosu EIDE je DMA - přímý přístup do paměti, ve vylepšené verzi nazývaný Ultra DMA (často obchodně označován jako Ultra ATA). Pro přímou komunikaci mezi řadičem a pamětí se zde používá Busmastering. Ten spočívá v tom, že přesun dat je řízen řadičem, nikoliv procesorem. Procesor jednoduše zadá příkaz k přenosu dat a o vše ostatní se „postará“ řadič disku. Zatížení procesoru je ve srovnání s PIO mnohem menší. Některé Setupy dovolují nastavení přenosových režimů, ale většinou je detekce automatická.

86 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


SATA (Serial ATA) Oproti klasickému, paralelnímu rozhraní EIDE má SATA několik výhod: •

• • • •

k jednomu zařízení (např. disku SATA) vede pouze jeden kabel, disk je vždy Master a odpadají tak časové prodlevy nutné při přepínání mezi dvěma disky EIDE, odpadají také problémy s nastavováním propojek a tenčí sériové kabely jsou ideální z hlediska montáže i proudění vzduchu, navíc maximální délka kabelu může být až 1 m, přenosová rychlost SATA je 150 nebo 300 MB/s, tedy vyšší než u nejrychlejšího Ultra ATA133, je možné připojení a odpojení disků za chodu počítače, možnost vytvoření polí RAID, SATA používá napájecí napětí přibližně 500-600mV, oproti starým 5V u Ultra ATA, čímž by mělo mít menší spotřebu.

Specifikace Serial ATA byla definována v roce 2001. SATA představuje rozhraní čistě sériové, datová šířka je pouhý 1 bit. Protože data nejsou přenášena paralelně, nedochází k přeslechům mezi vodiči a je možné významně zvýšit frekvenci sběrnice. Ta je u první varianty SATA 1500 MHz a přenosová rychlost 150 MB/s. Postupně byla přijata další vylepšení: •

Zvýšení přenosové rychlosti na 300 MB/s zdvojnásobením frekvence sběrnice.

•

Technologie Native Command Queuing (NCQ), umožňující řazení příkazů do fronty a jejich vykonávání optimalizovanou cestou. Jestliže procesor potřebuje více dat, je dost pravděpodobné, že se data budou nacházet v geometricky různých částech pevného disku. NCQ zajistí, že požadavky procesoru nezpracují sekvenčně, ale v takovém pořadí, aby hlavičky nemusely přeskakovat mezi vzdálenými oblastmi disku. Přínos Native Command Queuing ke zvýšení výkonu je však patrný pouze v určitých situacích, kupříkladu v případě, kdy aplikace přistupují k datům současně (servery). Praktické využití NCQ je proto poněkud problematické, protože přetřídění příkazů do optimalizované fronty vyžaduje určitý čas. NCQ se do určité míry podílí i na zlepšení přístupové doby. Ve specifikacích technologie se hovoří i o snížení mechanického opotřebení pohyblivých součástí pevného disku.

•

Staggered Spin-Up (střídavé roztáčení) zajišťuje, aby v počítačích s dvěma a více disky docházelo k roztáčení motorků během startu PC postupně.

•

Port Multiplier umožňuje, aby byl řadič disku připojen k jakémusi přepínači, který zprostředkuje komunikaci s dalšími pevnými disky (řadič SATA komunikuje vždy pouze s jedním diskem) a umožňuje tak připojit k jednomu řadiči až 15 zařízení. Bez citelné ztráty rychlosti přenosu dat jde ale připojit zhruba 5 pevných disků.

Nové zařízení však s sebou přináší i problémy. Při instalaci operačního systému budeme pro disk SATA potřebovat ovladač (který zatím Windows neznají) a rovněž budeme muset nastavit některé parametry v Setupu. Ty budou samozřejmě záležet na konstrukci základní desky; my si ukážeme příklad založený na South Bridge, který podporuje 2 Ultra ATA kanály a dva kanály SATA (Intel ICH5).

87 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


V zásadě můžeme použít dvě pracovní alternativy: •

Nekombinovaný režim, kdy pracujeme pouze s jedním typem zařízení - buď SATA, nebo PATA (Paralelní ATA= EIDE).

•

Kombinovaný režim, kdy oba typy zařízení pracují současně (ten bude častější, protože mnoho mechanik CD a DVD se připojuje prostřednictvím EIDE).

Velmi důležitá je také podpora SATA ze strany operačního systému, z tohoto hlediska rozeznáváme dva režimy (ty pak musíme definovat v Setupu): •

Compatible mode, definovaný pro starší operační systémy (DOS, Windows 98/Me, Windows 2000). Maximálně lze použít 4 zařízení, která mohou pracovat v kombinovaném a nekombinovaném režimu.

•

Native (Enhanced Mode) mode, pro nové operační systémy (Windows XP SP1, Windows Server 2003). Je možné použít až 6 zařízení (4 PATA a 2 SATA). SCSI (Small Computer System Interface)

„Skazi“, jak se také SCSI přezdívá, je komplexnějším řešením než EIDE. Výhodu SCSI představuje možnost řetězení příkazů – pokud některé ze zařízení na sběrnici SCSI vykonává vnitřní činnost (např. pevný disk nastavuje hlavičky apod.), může posílat data jiné zařízení, např. skener. Činností dalšího zařízení se nepřeruší původní spojení (po dokončení přenosu dat skenerem pokračuje v přenosu pevný disk, který mezitím nastavil hlavičky na požadovanou stopu). Na EIDE může pracovat v jednom okamžiku pouze jedno zařízení. SCSI je proto rychlejší, i když maximální přenosové rychlosti EIDE a SCSI se o mnoho neliší. Fyzicky je SCSI realizováno tak, že se do sběrnicového slotu na základní desce zastrčí karta nazývaná hostitelský adaptér (host adapter), od ní pak vede datový kabel. Ten propojuje jednotlivé periferie SCSI. Každá z těchto jednotek má vlastní řadič, takže je funkčně samostatná, provoz na datovém kabelu (vlastně sběrnici SCSI) řídí zpravidla hostitelský adaptér.

Je možné instalovat interní (jsou umístěny ve skříni počítače) nebo externí komponenty. SCSI přináší mnoho výhod: • Jelikož má každá periferie vlastní řídící jednotku a hostitelský adaptér používá ke komunikaci se zařízeními přesně definovaný jazyk, může spolupracovat s libovolnou periferií SCSI. (Používají se například pevné disky SCSI, jednotky CD, páskové jednotky, mechaniky ZIP, skenery, tiskárny, přenosná média…). • Jednotlivá zařízení SCSI nejsou omezena žádnými podmínkami (jako je například kapacita disku). • Přenos dat na sběrnici SCSI je řídí hostitelský adaptér – mikroprocesor není přesuny dat zatěžován.

88 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


Výše popsaná struktura SCSI vyžaduje samozřejmě i určitá konfigurační pravidla: •

• •

Každá periferie SCSI musí být jednoznačně identifikována. Je jí přiděleno originální číslo (ID), které se nastavuje propojkami nebo přepínačem, umístěným na skříni komponenty. V rámci jedné sběrnice se čísluje od 0, hostitel mívá zpravidla ID 7. Na sběrnici samozřejmě nesmějí být dvě zařízení se stejným ID. Sběrnice musí být ukončena odpory, v odborné terminologii nazývány terminátory. Na krajních zařízeních (v nichž sběrnice končí) se musí terminátory instalovat. Hostitelský adaptér se musí s PC domluvit, potřebuje tedy (jako každá jiná rozšiřující deska) přidělit systémové zdroje (adresy I/O, IRQ, DMA, rezervovanou paměť).

Stejně jako IDE, prošla dlouhým vývojem i sběrnice SCSI, dnes se proto můžeme setkat s jejími různými druhy, které se od sebe liší datovou šířkou (8 nebo 16 bitů) a pracovní frekvencí (5 MHz až 40 MHz). Na 8bitovou SCSI sběrnici může být připojeno až osm zařízení (používá se 50pinový konektor), na 16bitové SCSI sběrnici (označuje se jako „Wide“, používá se 68pinový konektor) jich může být až šestnáct. Jedním z těchto zařízení však je vždy řadič SCSI (reálně tedy připojím 7 nebo 15 periferií). U serverů se ještě požívají technologie: • •

Technologie iSCSI umožňující komunikaci diskových polí SCSI prostřednictvím LAN. Seriál SCSI (SAS), verze SCSI s vysokou přenosovou rychlostí (varianta FC-AL 400 MB/s) a podporou HotSwap. Pomocí expandéru (přepínače) lze připojit velké množství zařízení – až 16 256 (128 na jeden hostitelský adaptér).

Existence více standardů je zrádná. Může se stát, že řadič a vaše periferie budou různých norem SCSI a navzájem nebudou kompatibilní! Důležitý je tvar konektorů a počet pinů, které se u jednotlivých standardů liší!

10.1.3 Logická struktura disků Data ukládaná na disk se zapisují do stop a sektorů, které jsou na disku již magneticky vytvořeny formátováním na nízké úrovni. Paměťový prostor je však zapotřebí zorganizovat tak, aby údaje uložené na disk byly v případě potřeby rychle nalezitelné. Údaje o diskovém prostoru se soustřeďují do několika na sebe navazujících tabulek, tvořících logickou strukturu disku. Soustavy tabulek logické struktury jsou dvě: •

FAT, používaná pro starší operační systémy. Nové systémy (Windows 2000 a vyšší) jí také disponují, ale kvůli zpětné kompatibilitě. FAT je rovněž souborovým systémem používaným disketami a flash disky.

•

NTFS, dodávaná s novějšími operačními systémy (Windows 2000 a vyššími). Master Boot Record (MBR)

Prezentuje se jako první z řady tabulek, v podstatě tvoří základ logické struktury disku. Fyzicky se nalézá v nultém sektoru a nulté stopě disku. Má dvě části: •

Zaváděcí záznam, který obnáší krátký program spuštěný při startu počítače systémem BIOS. Jeho úkol spočívá v načítání tabulky oblastí a nalezení aktivní oblasti (té, z níž se načte systém).

•

Tabulku oblastí – Partition table, která disk na oblasti. V každé oblasti může být nahraný jiný operační systém, například v jedné Windows 98 a v druhé Windows 2000. Nejčastějším případem uspořádání diskových oblastí je jen jedna oblast s jedním operačním systémem. Pokud používáme systémů více, je nutné sdělit zaváděcímu záznamu, která oblast bude startovací. K tomu slouží program – bootovací manažer. Ten je obsažen ve Windows 2000, XP a novějších nebo jej získáme od třetího výrobce.

MBR je používána soustavou FAT, ale také základním diskem NTFS

89 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


Oblast DOS, (souborové systémy založené na tabulce FAT) Windows používají téměř stejnou logickou strukturu jako starý operační systém DOS, obecně tedy jejich diskový oddíl nazýváme oddílem DOS. Oddíl DOS bývá nejčastěji rozprostřen přes celý disk (použití více operačních systémů na jednom disku nebývá časté). V jedné oblasti DOSu však může být vytvořeno více logických disků. Oblast se pak rozdělí na primární (primary) a rozšířenou (extended). Primární je ta, v níž jsou uloženy systémové soubory – odtud se při startu počítače načítá operační systém do operační paměti. Každý z oddílů DOS je reprezentován svým logickým jménem. Disk rozdělený na DOS oblasti se nám pak jeví jako několik jednotek.

Program FDISK Program FDISK je použitelný pouze pro soustavu FAT, u NTFS jeho činnost nahrazuje instalační program Windows. Před instalací Windows 98 musíme vytvořit diskovou oblast, do níž budou Windows nainstalovány. K práci s diskovými oddíly se používá program FDISK (původní program DOSu), který vytváří či maže oblasti disku. Upozornění: vytvořením nového oddílu přepíšeme všechny tabulky logické struktury, a ztratíme tak veškerá data na disku! Nedoporučuje se proto zkoušet FDISK „nanečisto". Jelikož použitím programu FDISK smažete vše na disku (i programy operačního systému), je nutné spouštět jej ze systémové diskety (na ní jsou nahrány systémové soubory operačního systému, které umožní práci s PC). Formátování disku Po vytvoření oblasti DOS, musíme zhotovit její logickou strukturu (s níž umí pracovat příslušný operační systém). Vytvoříme ji naformátováním disku. V tomto případě hovoříme o logickém (vysokém, high) formátování, jež je na rozdíl od fyzického formátování součástí každého operačního systému. Ve Windows vyvoláme nejjednodušeji formátování z pracovní plochy poklepáním na ikonu „Tento počítač". Objeví se seznam datových zdrojů. Pokud klikneme pravým tlačítkem myši na ikonku disketové mechaniky nebo logického disku, „vyskočí“ menu, v němž je též volba „Naformátovat“.

90 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


10.1.4 RAID RAID (zkratka Redundant Array of Independent Disks – vícenásobné diskové pole nezávislých disků – či starším Redundant Array of Inexpensive Disks – vícenásobné diskové pole levných disků) je typ diskových řadičů, které zabezpečují pomocí určitých speciálních funkcí koordinovanou práci dvou nebo více fyzických diskových jednotek. Zvyšuje se tak výkon a odolnost vůči chybám nebo ztrátě dat. Dříve se RAID používal výhradně na serverech, kde jeho funkci zajišťoval speciální hw. řadiče. Z hlediska operačního systému je takové diskové pole transparentní – vypadá jako jeden souvislý velký disk. Zkušenost ukazuje, že pro jednodušší RAID konfigurace, jako je například zrcadlení, můžeme celkem bez potíží vystačit se softwarovou implementací, zatímco pro nasazení složitějších vícediskových polí (RAID 3, RAID 5) už je lépe použít dedikované hardwarové řadiče. Typ RAID 0, striping (zřetězení, prokládání)

Princip Data se rozdělují několik disků.

Výhody Zvýšení kapacity, snížení přístupové doby při čtecích i zapisovacích operacích.

Nevýhody Nezvyšuje bezpečnost, pokud jeden disk havaruje, ztratíme všechna data.

RAID 1, mirroring (zrcadlení)

Data se současně zapisují na více disků (většinou dva). Jeden disk je úplnou kopií druhého.

Data jsou 100 % redundantní. Vysoká bezpečnost, při poruše primárního disku, přebírá jeho funkci sekundární disk. Dochází ke zvýšení čtecích operací díky současnému čtení ze dvou disků.

Kapacita jednoho disku je zrcadlena na disk další. K uložení dat je tak potřebná dvojnásobná kapacita (2 disky).

RAID 5, striping s redundancí

Data jsou rozdělována mezi více disků. „Nadbytečná“ paritní data jsou rozprostřena na všechny disky. Havarovaný disk lze možné vyměnit. Jeho data jsou pak zrekonstruována pomocí paritních redundantních údajů.

Zvýšení výkonu při čtecích operacích. Redun-dantní data zaberou jen část kapacity disků (není třeba zdvojnásobovat kapacitu disků). Havarovaný disk je možné vyměnit a pole dopočítá a zrekonstruuje chybějící data.

Potřeba disků.

RAID 10, striping s mirroringem (RAID 0+RAID 1)

Data jsou rozdělována mezi několik disků (RAID 0). Dosáhne se tak vysoké rychlosti. Každý z disků RAID 0 je ještě zrcadlen.

Vysoká rychlost kombinovaná s bezpečností.

Na striping potřebujeme 2 disky a na zrcadlení další 2 – potřeba minimálně 4 disků.

mezi

91 / 213

minimálně

tří

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


10.1.5 Instalace a konfigurace disku Připojení pevného disku EIDE k základní desce: Na základní desce bývají integrovaná dvě rozhraní EIDE, každé z nich je zakončeno jedním konektorem EIDE, pro připojení datového kabelu. Jde o dva samostatné kanály, jeden primární (primary) a druhý sekundární (secondary). Ke každému kanálu je možné připojit dvě zařízení, jedno z nich bude řídící – master, druhé podřízené – slave. O tom, zda zařízení bude master či slave, rozhodneme propojkami umístěnými na disku. Instalace pevného disku do skříně počítače: 1. Počítač odpojíme od přívodu napájecího napětí a sejmeme levý kryt počítačové skříně. 2. zkontrolujeme místo ve skříni PC (zda bude nový disk kam vložit). 3. Rozhodneme, zda zařízení bude MASTER, nebo SLAVE, a nastavíme propojky. 4. Zašroubujeme disk do skříně. 5. Připojíme datový kabel. 6. K disku musíme připojit konektor napájení. 7. Parametry disku musí znát BIOS (naštěstí si je umí SETUP najít). Poznámka: Pro to, který disk má být master, platí poměrně jednoduchá pravidla, protože k největším časovým ztrátám rychlosti dochází při přepínání mezi zařízením master a slave na jedné větvi. Máme-li jen dvě zařízení EIDE, připojíme každé na samostatný kanál (master budou obě, každé na svém kanálu). Musíme-li připojit více zařízení než dvě, snažíme se dát nejrychlejší jednotku na samostatný kanál a zbylé dvě pomalejší společně. Jsou-li dvě zařízení na jednom kanálu, master bude to rychlejší.


Popište fyzickou strukturu disku.

9

Popište logickou strukturu disku.

9

Popište strukturu RAID disku.

92 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


10.2 Pevný disk (praktické cvičení) 10.2.1 Hardwarová instalace pevného disku a nastavení BIOS Instalace pevného disku do skříně počítače: 1. Počítač odpojíme od přívodu napájecího napětí a sejmeme levý kryt počítačové skříně. 2. Zkontrolujeme místo ve skříni PC (zda bude nový disk kam vložit). V každé skříni je 3,5" „držák" pro pevné disky a 5,25" držák pro mechaniky CD (DVD) s otvory pro šroubky. Poté vybereme vhodný disk, půjde o EIDE s potřebnou kapacitou a režimem Ultra ATA odpovídajícím možnostem řadiče. 3. Rozhodneme, zda zařízení bude MASTER nebo SLAVE. Příklad vidíte na obrázku Štítek disku s popisem propojek (pokud první dva piny spojíte disk je master, když je necháte nespojené disk je slave) a nastavíme propojky.

4. Zašroubujeme disk do skříně. 5. Připojíme datový kabel. Důležité je, aby pin 1 kabelu byl zasunut do pinu 1 zdířky. Pin 1 kabelu poznáme dle barvy (nejčastěji červené, někdy černé), pin 1 zdířky je označen na základní desce i na disku, navíc konektory mívají zámek, který zabrání špatnému zasunutí kabelu. 6. Komunikace podle specifikace Ultra ATA 66, 100 a 133 klade zvýšené nároky na kabeláž. Proto byly zavedeny nové stíněné kabely místo původních 40žilových kabelů IDE. Nové kabely mají identické konektory, datové žíly jsou však oddělené zemnícími vodiči (datový kabel má tedy 80 žil, 40 datových a 40 stínících). Pokud budeme připojovat rychlý disk, musíme zkontrolovat, zda je integrovaným řadičem základní desky podporován, a připojit jej správným kabelem (mnoho integrovaných řadičů podporuje vysoké rychlosti pouze na prvním kanálu). Konektor EIDE kanálu určený pro Ultra ATA bývá modrý, také 80žilové kabely mívají modré konektory. 7. K disku musíme připojit konektor napájení. 8. Parametry disku musí znát BIOS (naštěstí si je umí SETUP najít). Poznámka: Pro to, který disk má být master, platí poměrně jednoduchá pravidla, protože k největším časovým ztrátám rychlosti dochází při přepínání mezi zařízením master a slave na jedné větvi. Máme-li jen dvě zařízení EIDE, připojíme každé na samostatný kanál (master budou obě, každé na svém kanálu). Musíme-li připojit více zařízení než dvě, snažíme se dát nejrychlejší jednotku na samostatný kanál a zbylé dvě pomalejší společně. Jsou-li dvě zařízení na jednom kanálu, volíme rychlejší zařízení jako master .

93 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


Disk EIDE a Setup

Všechna zařízení EIDE se při správném nastavení Setupu konfigurují automaticky, nejdříve se však musí do Setupu zadat správné hodnoty. Provádíme to většinou v obrazovce Standard CMOS Setup. Pro každé zařízení připojené ke kabelu EIDE zde máme k dispozici jeden řádek obrazovky. Vedle řádku vidíme zvolené hodnoty. Ty mohou Setupy ukazovat různě: buď jen zvolený režim detekce, nebo název připojeného zařízení, někdy dokonce podrobnější informace chybí. Nastavením kurzoru na řádek disku a stiskem klávesy Enter se dostaneme do konfigurační obrazovky konkrétního disku EIDE. Zde zadáváme několik parametrů, popíšeme si je podle příkladu z obrázku. IDE HDD Auto-Detection: umístěním kurzoru na tuto volbu a stiskem klávesy Enter provedeme automatickou detekci pevného disku. Volba má význam pouze v kombinaci s Manual v následujícím řádku, protože najde a nastaví parametry disku (které bychom jinak museli zadat ručně). U starších Setupů byla této funkci věnována zvláštní obrazovka IDE HDD Auto-Detection. O tom, že se zařízení EIDE správně detekovala, jsme informováni během startu počítače. IDE Primary Master – z této řádky vyvoláme pomocné okénko, kde zadáváme režim detekce disku: •

None - disk nebude hledán.

•

Auto - disk bude hledán automaticky, během startu počítače. O nalezeném disku budeme informováni během testů POST a také v závěrečné tabulce POST (viz obrázek Hardware počítače, v kapitole Start počítače a testy POST/ Úvodní obrazovky / Informace o hardwaru počítače). Ve většině případů nám tato volba zaručí bezstarostnou a bezproblémovou detekci disku.

•

Manual - při ručním vkládání geometrických parametrů disku postačí pouze 3 údaje: Cylinder, Head, Sector (najdeme je na štítku každého disku, snadnější však je nechat je vyhledat, viz IDE HDD AutoDetection). Pro úplnost ještě doplním: do Precomp (číslo cylindru, od něhož bude prekompenzace prováděna) zadáme poslední cylindr, protože prekompenzace se již nepoužívá. Rovněž Loading Zone (místo, kde budou parkovány hlavičky) nemá u EIDE význam - můžeme rovněž nastavit poslední cylindr. Poznámka: Automatické vyhledávání disku (volba Auto) spotřebuje během startu PC určitý čas. Start zrychlíme, když zadáme None u těch disků, o nichž víme, že nejsou připojeny (BIOS je během startu nebude hledat). Při připojení nového zařízení však tato volba způsobí, že jej BIOS nevidí! •

Access Mode: zde vybíráme, jakou metodou bude prováděna adresace sektorů na disku. Současné disky používají metodu LBA, většinou neuděláme chybu ani zaškrtnutím automatické detekce.

94 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


Připojení pevného disku SATA (Serial ATA) k základní desce Postup je podstatně jednodušší, než tomu bylo u EIDE. Po zamontování disku do skříně (jeho rozměry jsou stejné jako u EIDE, použijeme tedy stejný postup) pouze připojíme datový a napájecí kabel. Není třeba nastavovat žádné propojky, jeden řadič SATA má pouze jeden výstup a připojuje se k jedinému disku SATA. (Na základních deskách bývají většinou 2 – 4 řadiče SATA.) Instalace pevného disku do skříně počítače: 1. Počítač odpojíme od přívodu napájecího napětí a sejmeme levý kryt počítačové skříně. 2. Zkontrolujeme místo ve skříni PC (zda bude nový disk kam vložit). V každé skříni je 3,5" „držák" pro pevné disky a 5,25" držák pro mechaniky CD (DVD) s otvory pro šroubky. 3. Zašroubujeme disk do skříně. 4. Připojíme datový kabel. 5. Připojíme napájecí kabel. 6. Problémy mohou nastat s ovladačem disku. Starší zařízení EIDE operační systém bez problémů identifikuje, ale ke spolupráci s novými disky SATA je potřebný externí ovladač. Ten bývá součástí dodávky disku (kupujete-li nový počítač s diskem SATA, měl by být též přiložen). Nyní mohou nastat dvě varianty: a.

Disk SATA připojujeme k systému, kde již máme instalován disk s operačním systémem. Pak pouze systému dodáme ovladač.

b.

Disk SATA je jediným diskem, bude na něm tady i operační systém. Při instalaci Windows budeme muset dodat ovladač. Dělá se to na samotném začátku instalace, ještě v modré instalační obrazovce Windows XP. Na výzvu v systémové řádce programu stisknete klávesu F6, a pak použijete disketu s ovladačem.

95 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


10.2.2 Příprava logické struktury – rozdělení a formátování disků Při tvorbě logické struktury disku metodou FAT bylo nutné vytvořit diskovou oblast (minimálně jednu) a tu pak zformátovat. Následně bylo možné instalovat operační systém. Ve Windows XP a novějších se strukturou NTFS jsou obě tyto činnosti zahrnuty do procesu instalace Windows. Během instalace použije instalační program volný prostor disku, automaticky zde založí oddíl,ten pak zformátujeme.

Instalace diskového oddílu Chceme-li během instalace velikost oddílu změnit, můžeme to udělat stiskem klávesy C, a poté můžeme stanovit, jakým souborovým systémem se má nový oddíl naformátovat.

Učení velikosti oddlílu NTFS

Výběr formátování

První oddíl nemusí mít velikost celého disku, velikost můžeme nastavit dle potřeby (např. pro instalaci více operačních systémů). Zbylý diskový prostor musíme tedy k Windows připojit pomocí konzoly Správa počítače a její složky Správa disků (nejsnadněji se k ní dostaneme klepnutím pravého tlačítka na ikonu Tento počítač/volba Spravovat), kde uvidíme všechny disky připojené k počítači. Disk 0 je základním diskem, na němž jsou dva oddíly. První, 1,95GB je naformátován systémem FAT32, jeho logické jméno je C:. Jsou zde nahrány Windows 98, které se odsud startují. Druhý oddíl s logickým jménem E: (6,07 GB) je naformátován v NTFS. Startují se z něho Windows 2000. Disk 1 představuje disk do PC nově připojený. Zatím na něm není vytvořena žádná logická struktura. Jednotka CD-ROM představuje diskovou mechaniku CD, v níž je momentálně zasunuto CD s názvem Hair Studio. (Ve Windows 2000 ji uvidíme pod logickým jménem D:.)

96 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


Nevyužitý diskový prostor (ať už na stávajícím nebo novém disku – v našem případě to bude Disk 1) připojíme k Windows 2000 tak, že na něj klepneme pravým tlačítkem myši a zvolíme akci „Vytvořit nový oddíl". Spustíme tak průvodce vytvořením nového oddílu. Jeho první obrazovka je pouze informační, po stisku tlačítka Další se dostaneme do 2. obrazovky. V ní vybíráme typ oddílu, kterým nový prostor obsadíme: • •

Primární oddíl je jeden ze čtyř možných oddílů na disku (v každém oddílu může být nainstalovaný jiný operační systém). Rozšířený oddíl použijeme tehdy, když chceme mít na disku více než 4 oddíly. Jeden z možných oddílů bude nahrazen oddílem rozšířeným, v němž může být instalováno více logických jednotek.

V následujících obrazovkách určíme velikost oddílu, parametry formátování a přiřadíme písmeno disku. Nový logický disk můžeme připojit do systému také prostřednictvím přípojného bodu. Disk je pak zařazen ve stromové struktuře složek. Po otevření složky, do níž je disk připojen, se dostáváme rovnou na disk. Vytvoření přípojného bodu je velmi podobné tvorbě logického disku. Ve čtvrté obrazovce Průvodce vytvořením nového oddílu (s přiřazením písmene disku) zaškrtneme volbu „Připojit do této složky NTFS:“. Na následující obrazovce můžeme zapsat cestu ke složce, jejímž prostřednictvím budeme disk připojovat (pohodlnější je použití tlačítka Procházet). Pro složku představující přípojný bod platí jedna důležitá podmínka – připojovací složka musí být před připojením disku prázdná! Správa disků je rovnež ve Windows Vista a navíc umožňuje i změnu velikosti oddílu pomocí voleb: „Rozšířit svazek“, „Zmenšit svazek“. Při zmenšování svazku je třeba pamatovat na to, že systémový disk (s operačním systémem) potřebuje ke své činnosti určité minimální volné místo.

10.2.3 Testování disků Nástrojem pro kontrolu a opravu logické struktury disku je „Kontrola disku“. Spustíme ji poklepáním na ikonku Tento počítač, pak klikneme pravou klávesou myši na disk, který chceme kontrolovat. Vybereme Vlastnosti a záložku Nástroje. Stiskem tlačítka Zkontrolovat (ve skupinovém rámečku Kontrola chyb) zahájíme vlastní kontrolu. Program si ještě vyžádá upřesnění na obrazovce Kontrola disku: • Automaticky opravovat chyby – provede opravu chyb v systémových souborech. • Vyhledat a pokusit se obnovit chybné sektory – vyhledá navíc vadné sektory a pokusí se obnovit jejich data (při zaškrtnutí této možnosti není nutné zatrhávat první odrážku, bude provedena kompletní kontrola). Před spuštěním kontroly se musí uzavřít všechny soubory. Jestliže se právě používají, je zobrazena zpráva s dotazem, zda chcete naplánovat kontrolu disku při následující spuštění systému (na svazku s operačním systémem k tomu dojde vždy). Kontrola disku bude potom spuštěna při startu počítače (poběží v textovém režimu) a start samozřejmě výrazně prodlouží. Vlastní testy sestávají ze tří, respektive z pěti fází (ověřování souborů, rejstříků a popisovačů zabezpečení), o průběhu jednotlivých fází jsme informováni na displeji. Při zaškrtnutí volby „Vyhledat a pokusit se obnovit chybné sektory“ se kontroluje každý cluster na obsah dat a jejich čitelnost, v poslední fázi se provádí totéž, ale pro sektory. Tyto fáze 4 a 5 jsou spíše kontrolami fyzické struktury.

97 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


Přemapování vadných sektorů provádí NTFS automaticky, proto se tato kontrola provádí jen při potížích s diskem. Stejný program je i v operačním systému Vista.

10.2.4 Vyhodnocení vlastností pevného disku K zjištění parametrů a vlastností paměťových modulů můžeme využít i známé diagnostické programy Everest a HW Info.

HWinfo obsahuje i základní výkonnostní testy.


Popište hardwarovou instalaci pevného disku.

9

Popište přípravu logické struktury pevného disku.

9

Popište zjištění vlastností pevného disku a okomentujte zjištěné údaje.

98 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


11 Síťové adaptéry Klíčové pojmy: Protokol, přístupová metoda, kabeláž, Wake-On, vzdálené bootování, simplexní a duplexní provoz, adresování.

11.1 Úvod k síťovým kartám Síťové karty (NIC – Network Interface Card) zajišťují komunikaci mezi PC a sítí podle pravidel daných síťovým standardem. Při vzájemné komunikaci je nutné, aby se dvě zařízení „domluvila“. Výměna dat mezi nimi se musí řídit určitými pravidly, ta jsou obsažena v normách IEEE. Síťové karty musí těmto normám vyhovovat, proto v dokumentaci je uveden standard, pro který je karta určena (Token Ring, Ethernet, 100Base-T). Součástí standardu je i způsob adresace (u karet Ethernet MAC adresa). Do počítačové sítě jsou propojeny buď kabelem, jako přenosovým médiem, nebo bezdrátově. Dnešní základní desky mají většinou integrovanou síťovou kartu, pokud použijeme jako rozšiřující přídavnou kartu síťový adaptér, většinou existuje v provedení PCI nebo PCIex1. Nejrozšířenější síťovou architekturou používanou u běžných sítí LAN je Fast Ethernet a Gigabytový Ethernet. Liší se rychlosti přenosu dat: • Fast Ethernet data přenáší rychlostí 100 Mb/s, • Gigabytový Ethernet data přenáší rychlostí 1000 Mb/s (1Gb/s). Síťová karta tvoří rozhraní mezi počítačem a sítí. Pro instalaci do PC se musíme zajímat o tyto vlastnosti: • typ sběrnice základní desky, • ovladač karty musí podporovat operační systém, který provozujeme, • využití vzdáleného buzení počítače-funkce Wake-On, • standard síťového hardware, • typ kabeláže, • zda budeme využívat vzdálené bootování. Wake-On je funkcí novějších síťových karet, tzv. buzení PC, kdy lze možno spustit počítač vzdáleně z jiného počítače signálem přeneseným po síti. Je zapotřebí, aby tuto funkci podporovala základní deska počítače. Ta musí být v provedení ATX, který zajišťuje kromě jiných vlastností i způsob napájení. I při vypnutém napájecím zdroji je základní deska určitým způsobem napájena (je tzv. uspaná) a čeká na signál, kterým může být obnoveno původní napájení. Může to být stisk zapínacího tlačítka nebo signál z jiného počítače. V příslušenství karty s touto funkcí se nachází kablík, kterým se propojuje síťová karta se základní deskou. Pro realizaci vzdáleného zapnutí počítače potřebujeme softwarovou podporu. Typ propojení závisí na použitém síťovém standardu, typu konektorů na síťové kartě.

Led diody pro kontrolu činnosti karty • Activity (ACT bliká při přenosech dat mezi kartou a sítí), • 10LNK, karta pracuje rychlostí 10 Mb/s, • 100LNK, u karet Fast Ethernetu, pracuje-li karta touto rychlostí, LED svítí, • označení LED se může u výrobců lišit.

99 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


11.1.1 Vzdálené bootování Připojení počítače k síti probíhá tak, že nejdříve počítač nastartuje (provede POST testy) a pak i z pevného disku načte do operační paměti operační systém. Jeho součástí je síťový klient, tedy software pro připojení počítače a jeho uživatele k síti. Stanice, z níž se chceme připojit k síti, však nemusí mít pevný disk k dispozici. Pro takový případ obsahují síťové karty patici pro elektronický obvod (označovaný jako BootROM). V tomto zásuvném modulu je uložen program (v paměti ROM), jehož prostřednictvím se uživatel připojí k serveru (centrální síťové stanici). Ze serveru přenese do operační paměti bezdiskové stanice operační systém síťového klienta (ti se jinak načítají z pevného disku PC). Stanice se tak může připojit k serveru a pracovat s jeho programy. V dnešním prostředí osobních počítačů, založeném na operačních systémech Windows, se bezdiskové stanice téměř nepoužívají. Přesunování rozměrných programů Windows po síti je velmi pomalé a ceny pevných disků nejsou nijak velké.

11.1.2 Duplexní provoz Většina ethernetových karet může pracovat ve dvou režimech: • •

Duplexním (Full duplex, FDX): schopnost současného přenosu mezi vysílací a přijímací stanicí v obou směrech. Simplexním (Half duplex, HDX): schopnost přenosu dat mezi vysílací a přijímací stanicí v daném čase pouze v jednom směru.

Jestliže se zamyslíme nad principem přístupové metody CSMA/CDE, bude se zdát duplexní provoz ethernetové karty nemožný. Pokud v Ethernetu karta vysílá, nemá k přenosovému médiu přístup nikdo jiný. Výjimkou je však připojení síťové karty k přepínači (switch). Switch podporující duplexní režim umožní obousměrnou komunikaci point-to-point (z bodu do bodu) – mezi síťovou kartou a switchem. Během tohoto režimu je vypnut autodetekcí obvod síťové karty, jehož úkolem je rozeznat vysílání jiné stanice v síti. Kolize v síti nenastane proto, že stanice je k síti připojována switchem. Ten dovolí průchod pouze paketům směřujícím ke konkrétní síťové kartě. Protože jsou dnes stanice v sítích propojeny switchem, pracují také v duplexním režimu. To je dalším přínosem, vedoucím ke zrychlení komunikace v síti

11.1.3 MAC adresa „Media Access Control“ představuje jedinečný identifikátor síťového zařízení, který používají různé protokoly druhé (spojové) vrstvy OSI. Je přiřazována síťové kartě NIC bezprostředně při její výrobě (u starších karet je přímo uložena do EEPROM paměti) a proto se jí také někdy říká fyzická adresa, nicméně ji lze dnes u moderních karet dodatečně změnit. Ethernetová MAC adresa se skládá ze 48 bitů a podle standardu by se měla zapisovat jako tři skupiny čtyř hexadecimálních čísel (např. 0123.4567.89ab), mnohem častěji se ale píše jako šestice dvojciferných hexadecimálních čísel oddělených pomlčkami nebo dvojtečkami (např. 01-23-45-67-89-ab nebo 01:23:45:67:89:ab). Při převodu na 48bitové číslo se převede každá šestnáctková dvojice na dvojkové číslo (např. 01h = 00000001, 23h = 00100011 atd.). MAC adresa přidělená výrobcem je vždy celosvětově jedinečná. Z hlediska přidělování je rozdělena na dvě poloviny. O první polovinu musí výrobce požádat centrálního správce adresního prostoru je u všech karet daného výrobce stejná (či alespoň velké skupiny karet, velcí výrobci mají k dispozici několik hodnot pro první polovinu). Výrobce pak každé vyrobené kartě či zařízení přiřazuje jedinečnou hodnotu druhé poloviny adresy. Jednoznačnost velmi usnadňuje správu lokálních sítí – novou kartu lze zapojit a spolehnout se na to, že bude jednoznačně identifikována.

100 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


Zjištění MAC adresy síťové karty •

Windows: Start → Spustit → napsat cmd a do otevřeného okna napsat ipconfig /all. Vypíší se detaily všech síťových adaptérů včetně jejich MAC adres:

Přípona DNS podle připojení: ........................ example.net Popis: ............................................................ Realtek RTL8139/810x Fyzická Adresa: ............................................ 00-11-09-95-26-FE Protokol DHCP povolen: .............................. Ano Automatická konfigurace povolena: ............. Ano Adresa IP: ...................................................... 192.168.1.153 Maska podsítě: .............................................. 255.255.255.0 Výchozí brána: .............................................. 192.168.1.1 Server DHCP: ............................................... 192.168.1.1 Servery DNS: ................................................ 192.168.1.1 Zapůjčeno: ..................................................... 9. října 2008 12:02:15 Zápůjčka vyprší: ............................................ 8. listopadu 2008 12:02:15 Linux: Spustit příkaz ifconfig s parametry.

11.1.4 Co se nachází na síťové kartě Na obrázku je síťová karta Edimax 10/100 MBit. Vpravo se nachází patice pro paměť Boot ROM. Tato paměť udržuje informace potřebné k zavedení operačního systému ze sítě. Uprostřed se nachází řadič síťové karty (Ethernet Controller) Realtek RTL8139C, který zpracovává data a přeposílá je do sítě. Čip pracuje v režimu Full-duplex, tedy umí zároveň odesílat a přijímat data.

Běžná síťová karta EDIMAX s běžným čipem Realtek RTL8139C Mezi řadičem a transformátorem by se nacházel 3pinový konektor pro Wake on LAN. Tento konektor se spojí s obdobným konektorem na základní desce a můžeme tak dálkově spustit počítač přes síť. Vlevo nalezneme transformátor YCL 20PMT04B, který mění úrovně signálů a zároveň fyzicky odděluje obvody sítě a počítače. Zcela vlevo je vidět konektor RJ-45 pro UTP kabel (Unshielded Twisted Pair – nestíněná dvoulinka) a dvě stavové diody, které informují o provozované rychlosti.

101 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


11.2 Integrované komponenty základních desek-síťové karty Každou síťovou kartu můžeme rozdělit na dvě části: MAC a PHY ( Media Access Control a Physical Layer). Tyto dvě části odpovídají dvěma nejnižším vrstvám v ISO OSI modelu – fyzické a linkové vrstvě. Fyzická vrstva definuje způsob, jakým jsou jednotlivé bity odesílány po fyzickém médiu. Jsou to hodnoty napětí, synchronizace apod. Linková vrstva popisuje způsob adresace v jednom síťovém segmentu. K tomu se používá 48bitová MAC adresa, která je jedinečná pro každé zařízení. Většina dnešních čipových sad obsahuje právě MAC část síťové karty a ostatní výrobci už nedodávají plnohodnotnou síťovou kartu, ale jen PHY. Jaké z toho plynou výhody? Pro zákazníka to je jednotnost ovladačů pro síťovou kartu. Pro výrobce desky je to lepší cena a možnost implementace některých technologií. .

Vitesse VSC8201RX SimplyPHY - jedná se pouze PHY Připojení čipu síťové karty je zpravidla přes PCI, nebo dnes spíše přes PCI Express. V případě PHY je použita některá z těchto sběrnic: • • •

GLCI, LCI - (Gigabit) Lan Connect Interface - tato rozhraní jsou k vidění pouze u Intelu. RGMII, GMII, MII - (Reduced Gigabit) Media Independent Interface - Nejčastěji používané rozhraní pro připojení MAC a PHY. RTBI, TBI - (Reduced) Ten Bit Interface.

Na základních deskách se můžeme navíc setkat i s integrovanou Wi-Fi kartou. Např. u základní desky Asus P5GD2 Premium.

Čip Marvell 88W8310-BAN s připojením přes sběrnici PCI.

Pokud obsahuje síťové zařízení Auto MDI/MDIX detection, je schopno rozeznat přímý nebo křížený kabel a podle toho přizpůsobit komunikaci. K propojení dvou switchů nebo dvou počítačů, bylo dříve nutné použít křížený kabel. V případě počítače a switche se zase použil přímý UTP kabel. Pokud ale zařízení podporují Auto MDI / MDIX detection, můžeme použít pro obě aplikace oba způsoby zapojení a zařízení se sama přizpůsobí danému kabelu.

102 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


Protože protokol TCP nepočítal v době svého vzniku s rychlostí v řádech gigabitů, dochází i přes zvýšení výkonu procesorů k jejich enormnímu zatížení v řádech desítek procent. Řešení bylo nalezeno v akceleraci protokolu TCP pomocí hardwaru síťové karty. TOE zjednodušuje vytváření spojení, počítá kontrolní součty, zachytává zprávy o došlých datech a provádí další podobné operace, které lze alespoň částečně provádět autonomně. Dříve, než jsou data odeslána z počítače, se musí rozdělit na malé segmenty. TSO (někdy také LSO - Large Segment Offload) zajišťuje, aby se tak stalo bez podstatné zátěže procesoru počítače. Stačí naplnit vyrovnávací paměť daty a TSO je rozdělí na několik set paketů, které opatří hlavičkami TCP/IP a odešle na požadovanou destinaci.

Detekce vadného kabelu Většina nových síťových karet či PHY nabízí detekci přerušení kabelu včetně určení místa s metrovou přesností. Tato technologie se jmenuje různě podle výrobce.

Výrobci a modely Když si půjdete koupit klasickou síťovou kartu, pravděpodobně se vrátíte s kartou, která bude využívat čip firmy Realtek. U integrovaných síťových karet bývá situace složitější. Mezi často osazované výrobce patří Broadcom, Intel, Marvell, Realtek a VIA. Dále se můžeme setkat s firmami 3COM, Agere a Vitesse. U low-endových desek je většina desek osazena čipy firmy Realtek, jedná se hlavně o 10/100 Mbit typy. Dražší desky s gigabitovými síťovkami používají hlavně čipy Marvell, méně už Realtek a Broadcom. Síťové karty Intel nalezneme pouze na stejnojmenné platformě. Čipová sada Intel není podmínkou. Ostatní čipy jsou používány sporadicky, např. čipy Vitesse nalezneme na deskách firmy GigaByte,a pod. Nejpoužívanější čipy: Čip Realtek RTL8201 Marvell 88E8053 Marvell 88E8111

MAC/PHY PHY MAC+PHY přes PCIe PHY

Rychlost 100 MBit 1 GBit 1 GBit

Síťová karta D-Link

103 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


11.3 Instalace ovladače Pro správnou činnost síťové karty je nutné nahrát ovladač do operačního systému. Většina nových síťových karet v provedení PCI a PCIe splňuje normu PnP, Plug and Play (PnP,P&P), kdy po zasunutí karty do slotu a zapnutí počítače proběhne automatické softwarové přidání karty. V podstatě jsou možné tyto stavy: •

ovladač karty je operačnímu systému Windows znám,

•

ovladač karty není znám a je ho nutno doinstalovat pomocí „Průvodce nově rozpoznaným hardware“,

•

ovladač karty instalujeme pomocí instalačního programu.

V prvém případě jsme pouze informováni o průběhu instalace informačním okénkem v pravém dolním rohu hlavního panelu. V druhém případě nový hardware rozpozná PnP a spustí průvodce. Zde se rozhodujeme, zda ovladače budou hledány na webu Windows Update, (nejsou zde však všechny ovladače). • Vyhledávání ovladačů zkusíme pouze nyní (Ano, pouze nyní), • Nebo se budou ovladače na Windows Update hledat vždy (Ano, pouze nyní a při každém připojení zařízení), • Windows Update vůbec nepoužijeme (Ne, nyní ne).

Jestliže instalaci Windows Update nepoužijeme (nebo se nezdaří), přejdeme do druhé obrazovky Průvodce. Zde vybíráme: • •

Instalovat software automaticky: je to doporučená varianta. Máme-li instalační CD (nebo disketu s ovladačem), vložíme ji do mechaniky a systém zde ovladač najde a nainstaluje. Instalovat ze seznamu či daného umístění: pokud víme, kde je ovladač umístěný (např. když jsme ho stáhli z Internetu), je výhodnější operační systém o tom informovat (a ušetřit tak čas při prohledávání datových médií).

104 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


Budeme-li instalovat ze seznamu, pak zde již blíže volíme umístění ovladače: • „Vyhledat nejlepší ovladač“ umístění je základní volbou. Po jejím zaškrtnutí se nám zpřístupní salší možnosti: • „Prohledat vyměnitelná média:“ ovladač bude hledán na vyměnitelných médiích (kde bývá umístěn nejčastěji). • „Při hledání zahrnout toto umístění:“ do řádky můžeme napsat polohu ovladače, což nejsnadněji provedeme stiskem tlačítka Procházet. Následně pak umístění ovladače určíme v grafickém režimu. • Opakem předešlých možností „Nevyhledávat, zvolím ovladač k instalaci“, v tomto případě musíme konkrétní ovladač vybrat z databáze ovladačů zařízení Windows. Ve třetím případě (kdy se ovladač nahrává instalačním programem) si musíme v manuálu síťové karty přečíst, jakým programem instalace začíná (nejčastěji to je program s názvem Setup) a pak postupovat podle jeho pokynů. Ve Windows Vista probíhá instalace hardwaru podobně jako případně Windows XP, ale je nutno upozornit,že Windows Vista disponují funkcí UAC (User Accont Control). Ta provádí důkladnou kontrolu práce jednotlivých uživatelů, z čehož při konfiguraci PC vyplývají dvě fakta: • Jsme-li přihlášeni jako Administrátor a spustíme-li potenciálně nebezpečnou obrazovku (typicky některá z konfiguračních), zeptá se nás systém na to, zda jsme tuto akci skutečně spustili. Tlačítkem Pokračovat můžeme zahájit práci s volaným oknem programu. Windows Vista tak zabrání spouštění konfigurace bez vědomí uživatele (např. škodlivým programem). •

Nejsme-li přihlášeni jako Administrátor a spustíme-li potenciálně nebezpečnou obrazovku, Windows Vista nám nabídnou přihlášení k administrátorskému účtu. Po přihlášení budeme moci pokračovat v práci. Výhodou tohoto řešení je to, že nás nic nenutí pracovat trvale pod administrátorským účtem, ale můžeme pracovat pod účtem s nižším oprávněním. Ztížíme tak ovládnutí počítače neoprávněným uživatelem nebo procesem, ale v případě potřeby se rychle administrátorem staneme.

11.3.1 Informace o síťové kartě Po instalaci karty se doporučuje zkontrolovat její vlastnosti. Zjistíme tak, zda byla instalace úspěšná. Pravým tlačítkem myši klikneme na ikonce Tento počítač a vybereme Vlastnosti. Přejedeme na záložku Hardware, kde stiskneme tlačítko Správce zařízení. V obrazovce Správce zařízení vidíme všechna instalovaná hardwarová zařízení. Klepneme-li na položku Síťové adaptéry, zobrazíme informaci o všech instalovaných síťových kartách. Příklad správně instalovaných adaptérů vidíme na obrázku. Pokud by se instalace nezdařila, přidávané zařízení (v našem případě síťovou kartu) neuvidíme, nebo bude uvedena jako neznámé zařízení.

správce zařízení ve Windows XP a Windows Vista

105 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


V operačním systému Vistě zobrazíme správce zařízení například takto: Tlačítko Start, v menu klepnout pravým tlačítkem myši na Počítač, z menu zvolit Vlastnosti. Otevřeme obrazovku Ovládací panely → Systém. Zde v levém pruhu použijeme odkaz Správce zařízení.

Poznámka: Práce se síťovou kartou je velmi častá, a tak na závěr kapitoly ještě jednou shrneme, co vše musíme vědět před nákupem a instalací síťové karty: • • • • •

Pokud nám nestačí integrovaná karta, zjistíme, jaké sloty jsou na počítači k dispozici (PCI, PCIe). Musíme vědět, na jaký typ sítě budeme počítač připojovat (nejčastěji to bude Ethernet), k jaké kabeláži bude karta připojena (kroucená dvojlinka či optika?), zda chceme kartu pro rychlost 100 Mb/s, 10/100 MB/s, 1 000 Mb/s nebo 100/1 000 Mb/s. Musíme mít k dispozici ovladače, které pak budeme nahrávat do operačního systému počítače. Budeme požadovat další vlastnosti (Wake-On, vzdálené bootování)?


Popište, co se nachází na síťové kartě.

9

Uveďte, jak se provádí instalace síťové karty.

9

Objasněte funkci Wake-On síťové karty a vzdálené bootování.

106 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


12 Zvukové adaptéry Klíčové pojmy: analogový a digitální zvuk, vzorkovací frekvence, bitová hloubka, ztrátová a bezeztrátová komprese, Audio CodecAC´97, prostorový zvuk.

12.1 Úvod do problematiky zvuku Zvuková karta je nedílnou součásti počítače, najdeme ji téměř na všech současných základních deskách (integrovanou) a pro běžný poslech je zcela dostačující. Pro speciální účely (skládání hudby, hry a jiné) jsou k dispozici rozšiřující karty s téměř dokonalým zvukem. Základní frekvence, kterou dokáže lidské ucho detekovat je přibližně v rozsahu 20 Hz až 20 kHz, přičemž citlivost se s přibývajícím věkem snižuje, zásadní je i změna citlivosti na různých frekvencích. Lidské ucho je nejcitlivější v oblasti 2 – 5kHz, pod 500 Hz citlivost výrazně klesá.

Změna hlasitosti Při ní se mění i vnímání frekvenčního spektra. Rozsah vnímání lidského sluchu je někde kolem 120 dB. Intenzita některých základních zvuků : Zvuk

Hlasitost

hranice slyšitelnosti

0dB

šelest listí

10-20dB

šepot

20-30dB

šum v místnosti

30-40dB

tichá konverzace

40-50dB

normální konverzace

50-60dB

hlasitá konverzace

60-70dB

hluk ulice

70-80dB

nákladní automobil

80-90dB

disko

90-120dB

proudové letadlo

120-130dB

Dalším zjištěním je, že lidské ucho přes své jedinečné vlastnosti není schopné rozeznat směr zvuku na některých frekvencích. Jde hlavně o velmi nízké a velmi vysoké kmitočty.Všechny tyto vlastnosti lidského sluchu se používají při kompresi u některých ztrátových formátů.

107 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


12.1.1 Záznam analogového zvuku Záznam je prováděn ze zdroje poskytující analogový signál (mikrofon,audio CD…). Takovýto signál je nutno převést na digitální. K tomu slouží technika tzv.samplingu-vzorkování, kdy je v určitém časovém intervalu odebrán digitální vzorek (zjištěn aktuální stav signálu a odebrán).

Mikrofon převede zvuk na analogový elektrický signál, který je digitalizován analogově-digitálním (AD) převodníkem. Určitý rozsah signálu, například -1 V až 1 V, se rozdělí do hladin . Zbývá pouze rozhodnout, kolik hladin budeme mít. Čím více hladin, tím získáme věrnější reprezentaci původního signálu . Ve světě bitů máme k dispozici vždy pouze 2^N hodnot, kde N je počet bitů. V počítačích je nejlepší násobek osmi bitů (byte), jeden byte dává 256 hodnot, což ještě lidské ucho pozná, proto se nejčastěji používají dva byty, tedy 16 bitů, které dávají celkem 65536 hodnot/hladin. Kvalitu záznamového vzorku lze tedy ovlivnit počtem rozlišitelných úrovní, každá úroveň je reprezentována 1 bitem a spodní hranice záznamové hloubky je 16 bitů. Vzorkovací frekvence Podle Nyquistova teorému musíme vzorkovat minimálně dvojnásobnou frekvencí, pokud chceme zachovat požadovaný frekvenční rozsah. My požadujeme 20 Hz až 20 kHz, vyšší hodnota je 20 kHz. Vzorkovat tedy musíme frekvencí větší než 40 kHz. Spodní hranice záznamové frekvence je 48 kHz (48000 vzorků za sekundu). V praxi se používá nejčastěji hodnota 44,1 kHz. Možná se ptáte, jak se došlo k takto nesmyslnému číslu. .. Původ hledejte v době, kdy se teprve s digitálním záznamem zvuku experimentovalo a nebyla žádná záznamová média. Použila se tedy klasická VHS kazeta, na kterou se nahrávalo stejně jako video signál bílé a černé úrovně, které reprezentovaly jedničky a nuly, do řádků rotující hlavou, vynásobením šestnácti bitů, počtu byte na řádek a počtu řádků videosignálu se dostaneme k hodnotě 44100 Hz. Funguje to pro NTSC i PAL, ale neznám detaily. Každopádně tato vzorkovací frekvence se dostala i na CD disky. Používají se i jiné vzorkovací frekvence, jak nižší, které ale omezují frekvenční rozsah, tak i vyšší. Nejčastější mají hodnotu 96 kHz, což je dvojnásobek 48 kHz a 192 kHz, tedy čtyřnásobek. Takovéto mají výhodu ve větší čistotě vyšších kmitočtů, přinášejí ale větší nároky na datovou kapacitu. Vzorkovací frekvence (rozlišení) a bitová hloubka jsou parametry, které nejvíce určují kvalitu výsledného zvuku. Na obrázku je znázorněn vliv vzorkovací frekvence, kdy je v levém obrázku signál znehodnocen příliš nízkou vzorkovací frekvencí, v pravém jde o věrnější rekonstrukci.

108 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


Vzorkovací frekvence [Hz]

Počet bitů

Počet kanálů

Hodnota za minutu

Hodnota za hodinu

44100

16

2

10 MB

605 MB

48000

16

2

11 MB

659 MB

96000

16

2

22 MB

1,29 GB

192000

16

2

44 MB

2,57 GB

48000

16

5.1

33 MB

1,93 GB

48000

16

7.1

44 MB

2.57 GB

12.2 Co se nachází na zvukové kartě Zvukový procesor-řadič (digital controller), nalézá se na rozšiřující zvukové kartě jako samostatný čip. Jednodušší řadič je v případě zvukových karet umístěných na základních deskách integrován přímo v čipové sadě (nejčastěji v tzv. South Bridge). Zvukový kodek je tvořen většinou samostatnými čipy umístěnými mimo zvukový řadič. Operační zesilovače a výstupní obvody tvoří další část zvukové karty, nedílnou součásti jsou pak vstupní a výstupní konektory.

12.2.1 Zvukový procesor – řadič zvuku Je základním čipem zvukové karty. Podle výrobce a typu zvukové karty disponuje zvukový řadič větším, menším nebo žádným (v případě kodeku AC'97) výpočetním výkonem, zvukový procesor je často programovatelný a ovlivňuje zpracování zvuku na digitální úrovni. Na tomto čipu závisí například vzorkovací frekvence (44.1, 48, 96, 192kHz) a přesnost zpracování signálu (16, 24bit). Řadič zvuku komunikuje přímo s ovladači zvukové karty. Jeho hlavní funkci bývá digitální zpracování signálů.

12.2.2 Kodeky Kodeky jsou pro výsledné podání zvuku asi nejdůležitější (kodek značí kodér+dekodér). Kodeky jsou čipy umístěné dnes už téměř vždy mimo zvukový řadič. Obsahují výstupní obvody DAC (Digital to Analog Converter) pro převod digitálního (bitového) signálu na signál analogový (spojitý nf signál 20 Hz až, řekněme 30 kHz). Obvody, které mají za úkol převádět analogový signál, například při nahrávání, na signál digitální se nazývají ADC (Analog to Digital Converter). Na příklad u karty Terratec Aureon (viz. obrázek) je hlavním kodekem obvod Wolfson WM8770.

109 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


karta

kodek

výrobce

SNR DAC

SoundBlaster Audigy2

CS4382 (8 ch)

Cirrus Logic

114 dB

SoundBlaster X-Fi

CS4398 (2 ch)

Cirrus Logic

120 dB

Terratec DMX6 Fire 24/96

AK4524 (2 ch)

AKM

110 dB

ESI Waveterminal 192L

STAC9460s (6 ch) SigmaTel

104 dB

M-Audio Audiophile 2496

AK4528 (2 ch)

110dB

Terratec Aureon 7.1 Space, AudioTrak Prodigy 7.1

WM8770IFT (8 ch) Wolfson

AKM

106 dB

Příklady některých komerčních kodeků

12.2.3 Operační zesilovače a výstupní obvody Posledním, neméně důležitým článkem řetězu jsou analogové obvody a filtry. Velkou roli zde hrají zejména kvalitní nízkošumové operační zesilovače. Ve výstupní části jsou zařazené pasivní zvukové filtry. Od operačních zesilovačů a výstupních filtrů často závisí linearita výstupní charakteristiky, přeslechy mezi kanály, a částečně i odstup signál / šum. Tato část karty má vyloženě analogový charakter. Ve výstupních obvodech bývá často vložené miniaturní relé, které po připojení sluchátek (narozdíl od line-in) zařadí na výstup ještě dodatečný výkonový zesilovač. Ve vstupních obvodech se často vyskytuje dodatečný mikrofonní zesilovač (gain +20dB) napojený na mikrofonní konektor.

12.3 Komprese zvuku K důležitým vlastnostem kompresních formátů patří: • zvuková kvalita, • podpora prostorového zvuku. V dnešní technologii DVD je většina zvukových karet (i integrovaných) vybavena prostorovými výstupy 5+1, což je standard uložení zvuků na DVD. Kompresní formáty pro ukládání hudebních souborů • ztrátová komprese, • bezeztrátová komprese. U ztrátových kompresí se používají speciální algoritmy, ty odstraní z původního souboru všechny zvuky, které posluchač nemůže slyšet. Upravené soubory nemají 100% shodný zvuk s originálem. Výhodu představuje malá velikost souboru v porovnání s originálem ve WAV.

110 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


U bezeztrátových kompresí se nalézají v komprimovaném souboru veškeré informace shodně s originálem a po zpětném procesu jsou oba soubory naprosto identické, což je výhoda, další plus představuje vysoká rychlost komprimace a dekomprimace. Negativem je pak velká velikost souborů.

12.3.1 Formáty ztrátové komprese AC3 – Dolby Digital (původní označení AC-3) značí digitální ztrátové komprese zvuku, vyvinuté společností Dolby Laboratories roku 1991. Je přímým následníkem formátů DTS a SDDS. • • • •

Nejčastěji se vyskytuje v konfiguraci 5.1 kanálů (pět hlavních plnorozsahových kanálů a jeden nízkofrekvenční „basový“ LFE kanál. Plnorozsahové kanály mají rozsah od 20 Hz do 20 kHz, podporováno je i stereo a mono, Dolby Surround Původně se tento formát používal v kinech (zde vždy v konfiguraci 5.1). Zvukové soubory formátu Dolby Digital mají typicky příponu ac3. Nemá dobrý poměr kvality zvuku a komprese.

DTS – Digital Theatre System (DTS) je digitální vícekanálový formát prostorového ozvučení se ztrátovou kompresí, používaný především pro ozvučení filmů v kinech, discích DVD Video nebo laserdiscích, přičemž jsou menší technické rozdíly mezi domácími a komerčními variantami. DTS vytvořila roku 1993 společnost Digital Theater Systems, která se často také označuje jako DTS, patří ke konkurentům formátů Dolby Digital a SDDS. • • • •

Ozvučení ve formátu DTS poprvé použil roku 1993 Steven Spielberg ve svém filmu Jurský park. Obvykle používané rozlišení je 20 bitů při frekvenci 48 kHz, ovšem novější varianta DTS 96/24, kterou využívá DVD Audio, umožňuje rozlišení 24 bitů při frekvenci 96 kHz. DTS 5.1 (v kinech označována jen jako DTS) – základní a nejrozšířenější varianta, s 5.1 kanálů (5 hlavních plnorozsahových kanálů a nízkofrekvenční LFE kanál), shodných s obdobnou konfigurací u formátu Dolby Digital. Existuje více dalších konfigurací jako DTS-ES Matrix 6.1, DTS-ES Discrete 6.1 , DTS NEO:6.

MP3/MP3Pro – MPEG-1 layer 3. Soubory s koncovkou MP3 jsou bezesporu nejpopulárnějším formátem pro ztrátovou kompresi hudebních skladeb. Kompresní poměr dosahuje při klasickém datovém toku (128 kb/s) přibližně 10 : 1. Tato komprese je dnes, ač má nedostatky, velmi rozšířená. Kvalita MP3 závisí na použitém programu pro kompresi, nejlepším se jeví kodér LAME. Ztrátový algoritmus komprese formátu mp3 se konstruuje na základě znalosti tzv. psychoakustického modelu – způsobu, jakým lidské smyslové orgány vnímají zvuk. Formát MP3 přehraje dnes téměř každý mobil, DVD přehrávač, přenosný nebo počítačový přehrávač a existují i DirectShow dekodéry. MP3pro přehraje například WinAMP (s nutným pluginem), JetAudio nebo Nero. Výhody formátu MP3: • • • • • • •

dosažení velmi dobrého kompromisu mezi kvalitou zaznamenávaného zvuku a velikostí výsledného souboru; kvalita u MP3 souborů kódovaných s datovým tokem 192 kb/s (popř. vyšším) v současnosti těmi nejlepšími kodéry (např. LAME, který je mimochodem zcela zdarma), nelze s jistotou rozeznat rozdíl od originálního CD, a to ani při poslechu na velmi kvalitní audio sestavě ; druh kodéru a parametry kódování (datový tok a jeho variabilita) patří k nejdůležitějším charakteristikám, které jsou významné pro dobrou kvalitu výsledného MP3 souboru; velikost souboru –úspora místa na CD až 700 minut audia (při bitrate 128 kb/s) tj.přes10 hodin poslechu a ve špičkové kvalitě; velká popularita formátu; možnost zálohovat hudební CD; snadná dostupnost a distribuce.

111 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


12.3.2 Formáty bezeztrátové komprese Monkey's audio patří mezi nejpopulárnější formáty využívající bezeztrátovou kompresi. Kompresní poměr se v závislosti na typu hudby a nastavené kvalitě kódování pohybuje mezi 50 % a 60 % velikosti originálního WAV souboru. Tedy ve stejném rozmezí jako ostatní rozšířené bezeztrátové algoritmy, ale ve většině případů komprese vychází z hlediska rychlosti převodu i velikosti výsledného souboru velice dobře. Výhodou Monkey's Audio je, že disponuje vlastním grafickým rozhraním, kde lze pracovat se soubory případně volit možnosti komprese. Zatím funguje jen pro operační systém Windows. Nevýhodou je i to, že APE soubory není možné streamovat přes internet. Aktuální verze 4.0.6. FLAC představuje další populární bezeztrátový formát velmi podobný formátu Monkey's Audio. Výhoda formátu FLAC ale spočívá v dispozici nejen pro Windows, ale i pro Mac OS X, Linux a další. Navíc FLAC podporuje streamování po internetu. Maximální komprese se blíží 4 : 1, standard je však 2 : 1 – dvouminutová skladba tak zabírá asi 20 MB. FLAC používá lineární predikci pro konverzi zvukových vzorků do série malých čísel (známe jako reziduály), které jsou efektivně uloženy pomocí Golomb-Ricova kódování. Používá také známé RLE (Run-Length Encoding, místo uložení AAAA uloží 4A), které se ale reálně uplatní pouze u 8bitového rozlišení. U 8 bitů je totiž poměrně dost velká pravděpodobnost, že v homogenních částech splynou minimální odchylky v nízkém 8bitovém rozlišení a tudíž mnoho sousedních hodnot bude stejných. U 16 bitů je RLE již téměř nepoužitelné. WavPack je otevřený formát použitelný na široké paletě platforem. Vyvíjen je od roku 1998 a v současnosti již (stejně jako konkurenti) podporuje většinu standardních funkcí, mj. vícekanálový zvuk, seeking (posouvání ve skladbách) apod. Při práci je o něco pomalejší než FLAC, přičemž dosahuje kompresního poměru jen nevýrazně horšího. WavPack nabízí specialitu v podobě možnosti vytvářet při kompresi dva soubory. Jeden obsahuje vysoce kvalitní, leč ztrátovou nahrávku, druhý potom doplněk, který obsahuje ztracené informace. Přehrávat lze samozřejmě jak ztrátovou variantu, tak obě dohromady při zachování kvality originálu. Je oblíben zejména pro ukládání záložních kopií DVD-Audio. Formát WAV – nejrozšířenější formát uložení zvukových souborů. Je používán i v profesionální audio technice a v digitálních nahrávacích studiích. S tímto zvukovým formátem také pracují všechny audio a video editační programy. Velikost WAV souboru je omezena na 4 GB, což odpovídá asi 6,6 hodinám záznamu v CD kvalitě. Další zvukovým formátům se věnovat nebudeme, jelikož se buď používají zřídka, nebo kvůli své kvalitě nestojí za větší pozornost. Například formát RealAudio má svůj význam jedině pro streamování zvuku a internetová rádia apod.

12.4 Zvukové karty používané v současných počítačích Vývoj zvukových karet se v současné době ubírá několika navzájem odlišnými směry. •

Multifunkční čipy zajišťují jak podporu pro generování (syntézu) i záznam zvuku, tak i rozhraní pro dnes již poměrně málo používané analogové modemy určené pro telefonní linky. Tyto čipy, které většinou odpovídají specifikaci AC'97 mají poměrně jednoduchou interní strukturu, protože se ve skutečnosti jedná pouze o sadu několika analogově-digitálních a digitálně-analogových převodníků, popř. i analogových multiplexorů doplněných o vstupní či výstupní zesilovače. O vlastní syntézu hudby i o vytváření analogových signálů pro modem (či naopak o převod analogového signálu přečteného z telefonní linky na binární data) se z velké části stará obslužný program.

•

USB zvukové karty jsou zvuková zařízení připojovaná buď na externí sběrnici USB, nebo samostatná zařízení vybavená ethernetovou přípojkou. Tato zařízení buď obsahují pouze digitálně-analogové a analogově-digitální převodníky (samozřejmě doplněné o čip, který se stará o komunikaci po USB sběrnici či síti Ethernet) ovládané programem z počítače, nebo se jedná o plnohodnotné syntetizéry s vlastní pamětí, v níž jsou uloženy vzorky hudebních nástrojů používaných při wavetable syntéze. Přednost těchto zařízení spočívá v přenášení zvukui na velké vzdálenosti v binární podobě, takže při přenosu nedochází k nežádoucí ztrátě kvality – převod binárních dat na analogový signál se provádí až v blízkosti zesilovače.

112 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava

•


Zvukovou kartu do rozšiřujících slotů základní desky – tu většinou používají uživatelé se zvýšenými nároky na kvalitu zvuku. I když se situace značně zlepšila, stále platí, že karty pro profesionální nahrávaní zvuku jsou většinou nákladnou záležitostí.

12.4.1 Audio Codec AC´97 AC´ 97 (zkratka pro zvukový kodek '97) je standard zvukového kodeku vyvinutý Intel Architecture Labs v roce 1997. Používá se hlavně pro základní desky, modemy, zvukové karty a zvuková řešení na předním panelu skříně. AC'97 podporuje 96 kHz ve 20bitovém stereo rozlišení a 48 kHz ve 20bitovém stereo pro nahrávání a přehrávání na několika kanálech. V roce 2004 byl standard AC'97 nahrazen standardem Intel® High Definition Audio (Zvuk HD).

Celý zvukový subsystém počítače je v případě použití AC'97 implementován ve dvou modulech. První modul se nazývá AC'97 digital controller, zkráceně též DC97. Ten bývá integrován do čipů umístěných přímo na základní desce, nejedná o samostatný čip, ale o součást South Bridge . Modul DC97 komunikuje pomocí interní obousměrné sériové linky nazvané AC-Link s tzv. kodeky (AC97 codec), jejichž konkrétní umístění v počítači se liší podle jeho konfigurace. Kodek může být nainstalovaný na základní desce jako samostatný čip (dnes pravděpodobně nejčastější případ). Specifikace AC´97: • • •

•

předepisuje parametry zvukových kanálů, podporovány jsou tři konfigurace výstupních kanálů: monofonní výstup, stereofonní výstup a tzv. režim multichannel, při jehož použití lze zvuk přenášet až do šesti reproduktorů (jedna z možných konfigurací je Dolby 5.1); jednotlivé vzorky (samply) mohou mít 16, 18 či 20 bitů, samplovací frekvence dosahuje až 48 kHz; V novější specifikaci AC'97 v 2.2 je taktéž určeno, že pro dva hlavní kanály, tj. pravý a levý reproduktor, lze použít vzorkovací frekvence v rozsahu 88,2 až 96 kHz, což odpovídá dvojnásobku frekvencí 44,1 a 48 kHz používaných při běžném zpracování zvuku; firma Intel tento režim nazvala Double Rate Audio neboli DRA.

113 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


12.4.2 Zvuk HD Zvuk s vysokým rozlišením Intel® se odvolává na specifikaci představenou společností Intel v roce 2004, která poskytuje zvuk s vysokým rozlišením a může přehrávat více kanálů ve vyšší kvalitě než dříve integrované zvukové kodeky, (jako AC'97). Hardware založený na HD zvuku může poskytovat zvuk v kvalitě 192 kHz/32 bitů pro dva kanály a 96 kHz/32 bitu pro osm kanálů. Microsoft* Windows Vista podporují pouze HD periferní zvuková zařízení (jako např. přední zvukové panely).

12.4.3 Zvukové karty s X-Fi Je to nový audio standard od Creative. • Technologie X-Fi využívá při přehrávání hudby audio algoritmy, díky nimž selektivně obnovuje instrumentální nebo vokální výšky a hloubky, které mohly být poškozeny nebo odstraněny během procesu komprimace do MP3, formátu iTunes apod. • X-Fi 24bitový Crystalizer obnovuje detaily a jiskru ztracené během audio komprese, a tím vylepšuje hudbu ve formátu MP3/WMA. • X-Fi CMSS®-3D technologie poskytuje pro hraní her na PC skvělý prostorový zvuk ve sluchátkách. • X-Fi CMSS-3D Surround převádí MP3 audio do prostorového zvuku formátu 5.1 nebo 7.1. • X-Fi CMSS-3D Headphone poskytuje neuvěřitelný prostorový zvuk filmů a hudby ve stereo sluchátkách. Na obrázku SC Creative SB X-Fi mX Xtreme Gamer /PCI a Creative Sound Blaster X-Fi Titanium.

Technické parametry zvukové karty Rozhraní

PCIe x1

Typ čipu

Creative X-Fi ™ PCI Express

Paměť

ne

Audio převodník

24bit/96kHz

Vzorkovací frekvence

16bitové až 24bitové nahrávací vzorkovací frekvence: 8, 11.025, 16, 22.05, 24, 32, 44.1, 48 a 96 kHz

Počet zvukových kanálů

7+1

Audio vstup

1x FlexiJack 3.5 mm (sdílený - Linkový vstup/Mikrofonní vstup), 1x Jack 3.5 mm (Mikrofonní vstup na I/O panelu), 2x RCA (Linkový vstup na I/O panelu)

Audio výstup

4x FlexiJack 3.5 mm (reproduktorové výstupy přední/zadní/centr/subwoofer/boční)

Optický SPDIF In/Out

ano/ano

Front Panel konektor

ano

Podpora EAX

ano

Podpora ASIO 2.0

ano

Dolby Digital EX

ano

DTS Digital Surround

ano

THX Certifikát

ano

Hardwarové požadavky

volný slot PCI Express® (x1, x4, or x16), Intel® Pentium® 4, AMD® Athlon™ nebo ekvivalentní procesor s frekvencí 1,6 GHz nebo vyšší , 256 MB RAM (512 MB pro Windows® Vista), Microsoft® Windows® Vista SP1 nebo Windows® XP SP2

114 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


12.4.4 Software pro ovládání zvuku Nastavení zvuku ovládá software, který je nainstalován společně se zvukovými ovladači pro danou základní desku pro desktopy. V závislosti na modelu dané desky bude např.u desek Intel instalována jedna z níže uvedených aplikací: • • •

IDT* Audio Control Panel, Realtek* AC’97 Audio Control Panel, Soundmax* Audio Control Panel.

Všechny tyto softwarové aplikace umožňují základní zvukové konfigurace jako ovládání hlasitosti, konfigurace zvukového portu, funkce jack sensing a testy reproduktorů. Pokročilé funkce se mohou lišit.

12.4.5 API Zvukové karty mají vlastní rozhraní 3D API (Application Programmable Interface), to vytváří podporu pro zvukové prostředí. • Direct Soud 3D – základní rozhraní, z něj jsou odvozena ostatní. Disponuje základními funkcemi např. určování zvukového zdroje , prostorový efekt (reverb) a jiné. • EAX – (Environmental Audio Extension) je od Creative Labs a využívá různá přednastavení reverbu pro různé typy místnosti. Jedná se o simulací dozvuků a zpoždění dle zvoleného prostředí. • A3D (Aureal 3D)-vysoký stupeň reality,z geometrie místnosti se určují různé prostorové efekty. • SENSAURA – ovládá efekty patříci ke špičce ve vytváření prostorových efektů.

12.4.6 S/PDIF Digitální rozhraní Sony*/Philips) je určeno pro formát přenosu zvuku, umožňuje přenos digitálních zvukových signálů z jednoho zařízení na druhé, aniž by se předtím musely konvertovat na signál v analogovém formátu, což může snížit kvalitu zvuku. Nejběžněji používaným konektorem s rozhraním S/PDIF je konektor RCA, stejný typ, který se používá ve spotřebních produktech pro reprodukci zvuku. Někdy se také používá optický konektor. Pro přímé propojení na reproduktory musejí reproduktory podporovat vstup S/PDIF.

12.4.7 Konfigurace vícekanálového zvuku Konfigurace 2kanálového zvuku Line-out (výstup) je konektor umístěný na zadním panelu, který je určený k napájení sluchátek nebo pouze zesílených reproduktorů. Při připojení pasivních (nezesílených) reproduktorů k tomuto výstupu může být kvalita zvuku špatná. Konfigurace 6kanálového zvuku Instalace ovladače zvuku z instalačního CD-ROM Intel® Express Installer umožní flexibilní analogový zvukový systém. Zvukové konektory na zadním panelu podporují až šest reproduktorů a lze jim přiřadit jinou funkci s pomocí rozhraní zvukového ovladače. Přiřazení nové funkce konektoru umožňuje, aby zvukový konektor podporoval více než jednu funkci. Například růžový zvukový konektor může podporovat vstup

115 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


mikrofonu, když je konfigurace systému nastavena na režim Stereo, a může sloužit i jako střední/LFE, nebo zadní Surround (v závislosti na použitém zvukovém řešení) při šestikanálovém nastavení. • •

Při použití dvou reproduktorů připojte pár ke konektoru (B). Při použití čtyř reproduktorů: – Připojte přední levý/pravý reproduktor ke konektoru (B). – Připojte zadní levý/pravý reproduktor ke konektoru (A). – Jestliže používáte rozhraní ovladače zvuku, použijte konektor (A) jako zadní levý/pravý výstup. • Při použití šesti reproduktorů: – Připojte přední levý/pravý reproduktor ke konektoru (B). – Připojte zadní levý/pravý reproduktor ke konektoru (A). – Připojte prostřední/subwooferový reproduktor ke konektoru (C). Jestliže používáte rozhraní ovladače zvuku, použijte konektor (A) jako zadní levý/pravý výstup a konektor (C) použijte jako střední/LFE výstup. 8kanálový zvuk

Tento typ je dostupný pouze na určitých základních deskách .Na př. u desek Intel po instalaci zvukového ovladače z instalačního CD-ROM Intel Express Installer lze zapnout multikanálový zvuk. Připojíme až osm reproduktorů k A, B, C, D nebo E, jak ukazuje níže uvedený obrázek. Máme k dispozici dva druhy konektorů S/PDIF: koaxiální (G) a optický (F). Vybereme si správný konektor podle stylu reproduktorů S/PDIF, které použijeme. Černý panel může vypadat jako kterýkoli z níže vyobrazených v závislosti na modelu základní desky. Poznámky k prostorovému zvuku: • Levý a pravý přední reproduktor by měly být umístěny co nejdál od postranních zdí a měly by být na úrovni hlavy. Vzdálenost posluchače by měla být větší než vzdálenost mezi reproduktory (měly by svírat úhel přibližně 45 stupňů. Je možno experimentovat. Reproduktory připojíme k zelenému konektoru Speaker. • Levý a pravý zadní reproduktor (levý a pravý surround) umístíme za místo, kde máme sedět, a natočíme směrem k sobě. Musíme dle manuálu desky zjistit barvu zdířky, obvykle šedá, nebo černá. • Přední centr nainstalujeme nejlépe do stejné výšky jako přední levý a pravý,a měl by být v rovině nebo lehce za nimi. Pokud by byl před nimi, ovlivní to perspektivu zvuku, pokud sedíte stranou. Na umístění subwooferu závisí, jak přesně uslyšíte hluboké basy. Zde je nutno experimentovat, nejlépe pustit skladbu, kde jsou. Rozmístění reproduktorů v místnosti:

Quadrofonický systém

Systém 5.1 Surround

116 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


Systém 6.1

Systém 7.1

12.5 Instalace zvukové karty Většinou je na základní desce integrovaná zvuková karta, zde stačí propojit patřičný konektor na základní desce audio kablíkem s jednotkou DVD. U externí zvukové karty ji vsuneme do patřičného konektoru (patice) na základní desce (PCI nebo PCIe) a přišroubujeme. Opět propojíme audio kablíkem zvukovou kartu s jednotkou DVD.

Na zadní straně mechaniky DVD jsou dva zvukové konektory, většinou použijeme analogový Připojení reproduktoru ke zvukové kartě: Jednoduchým případem je zapojení dvou reproduktorů, ty zapojíme do konektoru Speaker (bývá zelený).

12.5.1


9

Popište zvukový signál, problematiku digitálního signálu a používané způsoby komprimace audia

9

Uveďte, co se nachází na zvukové kartě.

9

Objasněte instalaci zvukové karty a vytváření prostorového zvuku.

117 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


13 Napájecí zdroje Klíčové pojmy: AT, ATX, výkon zdroje, napájecí napětí, konektory, PFC, SLI. 13.1 Umístění napájecího zdroje Napájecí zdroj bývá umístěn v počítačové skříni, je situován na její zadní straně s ventilátorem a konektorem pro připojení napájecího napětí. Z pouzdra skříně, opatřené větracími otvory, jsou vyvedeny napájecí vodiče, které jsou barevně označeny a ukončeny konektory. Dle tvaru jednotlivých konektorů lze odvodit jejich cílové připojení. Dle typového označení obsahují zdroje celou řadu konektorů (různého určení), to je důležité z hlediska napájení jednotlivých komponent. Zapnutí zdroje se odvozuje stiskem tlačítka pro zapnutí na počítačové skříni, vypnutí pak od impulsu z operačního systému. Aby mohla základní deska přijímat ovládací impulsy, musí být v tzv. pohotovostním stavu, to je napájena minimálním napětím i při vypnutém počítači. K úplnému vypnutí pak dojde vypnutím vypínače na zadní straně zdroje nebo odpojením přívodního kabelu ze zásuvky.

13.2 Základní rozdělení, blokové schéma Podle provedení: • AT – poskytoval napětí 5 V a 12 V, zapínal se spínačem přímo napojeným na síť 230 V, neměl softwarové zapínání, • ATX – oproti standardu AT je přidána další větev 3,3 V, zdroj lze softwarově zapínat. Může se nacházet ve třech stavech a to buď zapnuto se všemi napěťovými okruhy, vypnuto odpojením kabelu napájení zdroje, nebo stand-by s aktivním 5 V okruhem značeným 5 VSB, který umožní přejít do stavu zapnuto. Podle výkonu: • 250 W a méně, • 300 W až 350 W, • 400 W až 450 W, • 500 W až 550 W, • 600 W a více. Podle chlazení: • zdroje s pasivním chlazením, • zdroje s aktivním chlazením, • zdroje připravené pro vodní chlazení. Každé zařízení, každý funkční blok v počítači má určitou velikost příkonu, proto je pro specifikaci napájecího zdroje důležitá hodnota jeho maximálního výkonu ve watech (W). Pokud je výkon zdroje nedostatečný, může docházet k přetížení, nechtěným vypnutím či restartům počítače. Počítačová sestava s výkonným vícejádrovým procesorem a více grafickými kartami může vyžadovat výkon zdroje o hodnotách 900 W a více.

Zjednodušené blokové schéma napájecího zdroje

118 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


Pohled do otevřeného napájecího zdroje

Jako ilustrační příklad je na obrázku pohled do otevřeného napájecího zdroje bez větráku. Konstrukce vnitřní části, rozmístění prvků zdroje, jejich specifikace se může výrazně lišit podle různých výrobců a maximálního výkonu zdroje.

119 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


Z principiálního uspořádání spínacího napájecího zdroje lze odvodit, jak tento zdroj funguje.

•

Usměrňovač s vyhlazovacím filtrem (1) převádí střídavé napájecí napětí na vyhlazené stejnosměrné napětí.

•

Další částí (2) je PFC tlumivka (Power Factor Correction).

•

V třetí části je výkonový tranzistor (3), kde je stejnosměrné napětí tzv. rozsekáno na obdélníkové napětí o kmitočtu řádově stovky kHz i více.

•

HF transformátor (4) s primární a sekundární cívkou transformuje vstupní napětí na nižší výstupní hodnotu.

•

V usměrňovači (5) se nízké sekundární napětí HF transformátoru znovu usměrní.

•

Filtrovací kondenzátory (6) vyhlazují výstupní napětí a vyrovnávají krátkodobé napěťové výpadky.

•

Řídicí sledovací logika kontroluje velikost výstupního napětí a podle případných změn řídí dobu sepnutí nebo kmitočet spínání výkonového tranzistoru.

Plochý HF transformátor pro síťové zdroje

Měděná vinutí jsou v několika vrstvách uspořádána uvnitř vícevrstvé destičky. Při vysokém spínacím pracovním kmitočtu pak postačí ploché feritové jádro k přenosu téhož výkonu jako objemnější HF transformátor v běžném provedení.

120 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


13.2.1 Napětí a konektory Funkční bloky počítače vyžadují různá napájecí napětí, která zdroj poskytuje na několika výstupech. Nejčastěji používaná napájecí napětí jsou: • 3,3 V pro napájení čipové sady paměťových modulů; • 5 V pro napájení PCI karet (u starších systémů i napájení procesoru); • +5 Vsb v pohotovostním režimu napájí některé obvody pro probuzení počítače (základní desku, síťovou kartu, někdy USB a PS2); • -12 V pomocné napětí pro napájení zvukové karty, napájení převodníků a výstupních oddělovacích zesilovačů; • +12 V je nejdůležitější větví, z ní je prostřednictvím dalších napětových regulátorů napájen mikroprocesor a sloty PCI Express. Současné mikroprocesory mají velkou spotřebu (někde mezi 50 - 120W). Sběrnice PCI Express ve své specifikaci uvádí, že je možno napájet zařízení o výkonu 75W. Nový standard PCI express 2 má výkonovou zatížitelnost až 150 W;většinou jsou těmito zatěžujícími zařízeními grafické karty; • specifikace ATX12 V platí pro současné zdroje, problematika dostatečného výkonu ve větvi s napětím +12 V je řešena více nezávislými výstupy s napětím +12 V, z nichž jsou pak vyvedeny konektory pro napájení komponent počítače;počet nezávislých +12 V větví je důležitý při výběru vhodného zdroje. Jednotlivé napájecí větve jsou ukončeny konektory: • Napájení základní desky (ATX Main Power cable) – napájeny jsou obvody 3,3 V, 5 V a 12 V. Dnes se používá 24pinový konektor, u starších základních desek se setkáme s 20pinovým konektorem.

Napájení základní desky s 20pinovým konektorem

Připojení zdroje k základní desce

121 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


24pinový konektor pro napájení s významem pinů Pin

Name

Color

Description

1

3.3V

Orange +3.3 VDC

2

3.3V

Orange +3.3 VDC

3

COM

Black

Ground

4

5V

Red

+5 VDC

5

COM

Black

Ground

6

5V

Red

+5 VDC

7

COM

Black

Ground

8

PWR_OK

Gray

Power Ok is a status signal generated by the power supply to notify the computer that the DC operating voltages are within the ranges required for proper computer operation (+5 VDC when power is Ok)

9

5VSB

Purple +5 VDC Standby Voltage (max 10mA)

10 12V

Yellow +12 VDC

11 12V

Yellow +12 VDC

12 3.3V

Orange +3.3 VDC

13 3.3V

Orange +3.3 VDC

14 -12V

Blue

-12 VDC

15 COM

Black

Ground

16 /PS_ON

Green

Power Supply On (active low). Short this pin to GND to switch power supply ON, disconnect from GND to switch OFF.

17 COM

Black

Ground

18 COM

Black

Ground

19 COM

Black

Ground

20 -5V

White

-5 VDC (this is optional on newer ATX-2 supplies, it is for use with older AT class expansion cards and can be omitted on newer units)

21 +5V

Red

+5 VDC

22 +5V

Red

+5 VDC

23 +5V

Red

+5 VDC

24 COM

Black

Ground

122 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


•

Napájení periférií – nejstarším připojovacím rozhraním je 4pinový konektor (Peripheral power cable) s napětím 5 V a 12 V pro napájení pevných disků EIDE a DVD mechanik, dále pak 4pinový konektor (Flopy drive power cable) pro napájení disketové mechaniky (některé zdroje ho již neobsahují) a nejpoužívanější SATA power cable – napájení pevných disků SATA a DVD mechanik. Počet konektorů SATA je většinou odvislý od výkonu zdroje.

•

Napájecí konektory pro zařízení se Serial ATA rozhraním jsou v dostatečném počtu zastoupeny u novějších počítačových zdrojů. U starších zdrojů je možno využít redukce z klasického konektoru Molex a novější Serial ATA.

•

Konektor 4pinový pro posílení napájení mikroprocesoru ze samostatné větve. Některé desky jsou osazovány 8pinovými konektory označovanými ESP12V nebo EATX12V, které jsou schopny přivést větší příkon pro procesor. Většinou však vystačí 4pinový konektor ATX12V.

•

Konektor PCI Express power cable – přivádí výkon ke grafické kartě z další samostatné větve (bývá většinou u zdrojů nad 500 W). Nalezneme zde 6ti- pinový konektor pro výkon 75 W, případně silnější 8pinový pro výkon až 150 W. Výkonnější zdroje mívají alespoň 2 konektory PCI Express a jsou často označovány jako zdroje s podporou SLI a CrossFire (umožňují použití více grafických karet).

PFC – (Power Factor Correction, korekce účiníku) je termínem pro charakteristiku zdroje, který musí splňovat evropské normy na maximální přípustný obsah harmonických složek (ty snižují účiník). PFC může být realizován jako: • pasivní (většinou sériově zapojená tlumivka), která snižuje obsah harmonických složek, • aktivní obvody pro korekci zkreslení průběhu proudu odebíraného ze sítě tak, aby jeho tvar se blížil ideálnímu sinusovému průběhu.

123 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


Celkový pohled na napájecí zdroj Fortron Epsilon 700 W, aktivní PFC/P4, EPS/SSI Velmi výkonný napájecí zdroj splňující standard ATX 2.0 s výkonem 700W vhodný do serverů a sestav využívajících technologie nVidia SLI nebo ATI Crossfire. Je vybaven modře podsvíceným 120mm ventilátorem pro efektivní odvětrávání skříně a sníženou hlučnost. Velmi vysoká účinnost zdroje přes 85% a nízký odběr ve Stand-by režimu pod 1W šetří energii, výhodou je i precizní aktivní obvod pro korekci PFC kvůli omezení rušení ostatních spotřebičů, povinný v EU. Kromě standardních konektorů obsahuje navíc i 8pinový konektor pro EPS systémy a dva 6pinové konektory pro přídavné napájení PCI Express grafických karet. Vestavěný systém ochrany proti přepětí zabrání zničení vnitřních komponent při náhodném průniku napětových špiček. Při výrobě bylo omezeno množství těžkých kovů, je tedy mnohem ekologičtější a vztahuje se na něj nižší poplatek za recyklaci platný v EU. Parametry a specifikace Formát: ATX 2.0 (lze použít i pro ATX základní desky) Výkon: 700W Rozměry: 140 x 150 x 86 mm Účinnost: více než 85% (při plném zatížení) Spotřeba stand-by: < 1W Vstup: 90 - 264V Ventilátor: 120 x 120 mm PFC korekční obvod: aktivní Další vlastnosti: síťový vypínač Konektory: 1 x 20 + 4 pinů ATX 2.0 6 x Molex 4pinový 2 x Floppy 4pinový 6 x Serial ATA HDD 1 x 8pinový 1 x 4pinoý ATX 12 V 2 x 6pinový PCI Express Maximální proudový odběr: +3,3V: 36A +5V: 30A +12V: 15A (čtyři okruhy)

13.2.2 Chlazení zdroje Zdroj při svém provozu musí být chlazen ventilátorem.Ventilátory mají mít minimálně 12cm průměr, oproti 8cm ventilátoru mají větší plochu lopatek a mohou se točit nižší rychlostí. Otáčky ventilátoru se regulují podle aktuálního stavu teploty. Pomaleji a tedy i tišeji se točí při menším zatížení. Důležitým parametrem je hlučnost ventilátoru, udávána v decibelech: • méně jak 40 dB (téměř neslyšitelný), • pod 50 dB (tichý chod), • málo nad 50 dB (mírně hlučný), • výše (hlučné a nepříjemné při provozu PC).

ventilátor napájecího zdroje

124 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


13.2.3 Spotřeba komponent Jak již bylo uvedeno, největšími odběrateli ve 12V větvi jsou mikroprocesor a grafická karta. Orientačně lze uvést odběr výkonu zhruba takto: Procesor: • Intel Core 2 Extreme • Intel Core 2 Quad • Intel Core 2 Duo • většina AMD Athlonů 64x2 • čtyřjádrový Phemon

odebere až 130 W, okolo 100 W, okolo 65 W, okolo 65 W, cca 120W.

Grafická karta: • do velikosti odběru 75 W (u PCIe2 až 150 W) napájení ze sběrnice, • větší odběr po připojení konektorem PCI Express, • spotřeba karty je závislá na jejím pracovním režimu, při dimenzování zdroje musíme počítat s maximálním možným výkonem, • pro SLI, CrossFire je potřebný výkon násobkem použitých karet, to je u méně výkonných 100 až 120 W, střední kategorie 150 až 200W a u nejvýkonnějších 250 až 350W, • ve specifikaci výrobce bývá většinou uveden požadovaný výkon zdroje. Ostatní komponenty: • běžná PCI karta • DVD-ROM • pevný disk • základní deska (bez CPU, RAM) • RAM 1xDIMM

5 až 10 W, 10 až 25 W, 5 až 25 W, až 50 W, 5 až 7 W.


Popište hlavní parametry napájecího zdroje, používaná napájecí napětí a konektory pro připojení komponent.

9

Uveďte orientační spotřebu některých vybraných komponent.

9

Objasněte, jak funguje běžně spínaný zdroj.

125 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


14 BIOS Klíčové pojmy: BIOS,EEPROM,FlashROM,CMOS,API,POST test,firmware,Setup,Beep kódy.

14.1 Základní informace BIOS (Basic Input Output System) je speciální program zajišťující komunikaci mezi jednotlivými prvky základní desky, umožňuje nastavení mnoha parametrů prvků desky a je článkem systému, který propojuje hardware se software. Na tom, jak budou pracovat mezi sebou jednotlivé díly, závisí celý výkon počítače. BIOS předává informace typu: • jaký hardware je přítomen, • jaké má parametry. Na obrázku je znázorněno systémové umístění BIOS mezi operačním systémem a hardware.

Vývojem a výrobou BIOSu se zabývá několik hlavních výrobců, kteří se specializují na programování těchto systémů a výrobci základních desek je pak implementují do svých základních desek. • American Megatrends (AMI), • Award, • Phoenix Technologies. BIOS Award byl velmi oblíben u výrobců kompletních počítačových sestav, protože každému z nich umožňoval přístup ke zdrojovému kódu dodávaného systému a tím také jeho kompletní přestavbu přesně podle požadavků zákazníka (OEM verze). Firma Award byla pohlcena konkurenčním Phoenixem a ten začal svá řešení dodávat pod nově vzniklou hlavičkou Award-Phoenix. Každý integrovaný čip má své specifické vlastnosti, které je nutno doprogramovat. Existuje také open source ,projekt OpenBIOS, který spolu s dalšími programy tzv. svobodného software náleží a je šířen pod licencí GNU GPL v2 (GNU's Not Unix General Public License verze 2). Díky ní má tak každý uživatel ta nejširší práva k danému programovému vybavení, protože se každý programátor zavazuje poskytnout následujícímu příjemci licence naprosto stejná oprávnění, která má on sám, příp. která od někoho jiného takto obdržel. Celý projekt tak funguje na velice jednoduchém principu. Každému programátorovi, je umožněno upravit svůj vlastní BIOS . Pokud se navíc bude jednat o dobrou a přínosnou úpravu, nic nebrání dotyčnému kontaktovat komunitu, která za OpenBiosem stojí a navrhnout zahrnutí jím provedených změn do stávajícího konceptu a tím pomoci s vývojem celého systému.

126 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


14.2 Funkce BIOS a jeho vrstvy Také BIOS prochází vývojem, zde se jedná především o použité paměťové obvody. Na starších základních deskách se můžeme setkat s BIOS uloženým v pamětech EEPROM. EPROM (Erasable PROM), tuto paměť je možné mazat. Celý proces je však zdlouhavý, protože je nutné celý modul vyjmout z patice a umístit na nějaké dobře osvětlené místo, na které dopadá dostatek UV světelného záření. Po určité době, která se pohybujev řádech jednotek až desítek minut, lze celé zařízení vzít a vložit do speciálního zařízení (tzv. programátoru) a opětovně zapsat požadovaná data. EPROM paměti poznáme podle malého okénka, sloužícího právě k propuštění a usměrnění UV paprsků. Dnešní BIOS je realizován pamětí Flash ROM. Z ní lze číst a speciální program umožňuje informace i přepisovat.

Paměť EEPROM Flash ROM BIOS Celý systém BIOS je rozdělen do několika vrstev – oblastí, s rozdílným určením. Všechny vrstvy zajišťují správnou komunikaci mezi operačním systémem a instalovaným hardwarem. Flash ROM Bios je uložen v integrovaném obvodě zasunutém v patici základní desky. Obsahuje program BIOS a dále data,v níž jsou informace o komponentách, které se mohou na desce nacházet. Po startu počítače jsou tyto informace poskytnuty systému, který následně detekuje druh procesoru, typ paměti a další komponenty. Další vrstvu tvoří nastavení v programu Setup.Ten obsahuje každý BIOS,v něm lze provádět konfigurační nastavení hardwaru. Třetí vrstvu BIOS vytváří firmware, samostatné paměti ROM umístěné na procesoru, grafických a síťových kartách a ostatních přídavných kartách,,ve kterých jsou o nich nezbytné informace. Tyto vrstvy BIOS zajistí komunikaci mezi operačním systémem a aplikací tak, aby tato komunikace probíhala na různých druzích hardware. Proto BIOS vytvoří aplikační a programové rozhraní API (Application Programming Interface), kde jsou obsaženy funkce a příkazy pro komunikaci, přesněji je to sada všech možných instrukcí a funkcí, které lze s instalovaným hardwarem provádět. Je tak vytvořeno standardní rozhraní pro různé konfigurace hardware. Aplikace pak předá příkaz API a to zajistí vše pro provedení příkazu.Software tedy komunikuje s operačním systémem a ne hardwarem. Pokud by chtěl nějaký ovladač komunikovat přímo s fyzickým zařízením, použil by k tomu jiné rozhraní a to HAL (Hardware Abstraction Layer). Pokud by během komunikace došlo k nesprávnému volání funkce, která neexistuje, bude tato operace regulována či rovnou potlačena. V opačném případě by mohlo dojít k nesprávnému chování systému či rovnou jeho pádu.

127 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


V případě MS Windows vyvolává takováto chyba velice známou modrou obrazovku - BSOD (Blue Screen Of Death).

Známá modrá obrazovka

BIOS a start systému

14.2.1 Start systému BIOS ihned po startu počítače: • Prohlédne patice procesoru, všechny sloty (PCI, PCIe ..), paměti a získá z jejich ROM pamětí informace, ze kterých sestaví programovatelné rozhraní API. Získáné údaje uloží do paměti CMOS ,aby se nemusely načítat při každém startu počítače. •

Následuje spuštění POST testu (Power On Self Test), čímž je provedena kontrola hardware – při chybě jsme upozorněni hlášením.Obrazovkou proběhne (problikne seznam hardwarových prvků,někdy překrytý logem základní desky).

•

BIOS pak vyhledá zavaděč operačního systému, ten načte operační systém a všechny ovladače,které jsou potřebné pro API.

Poznámka: Zavaděč bývá nejčastěji na hard disku, ale může být také na LAN, CDROM či jiném médiu.

14.2.2 Setup Kromě testů obsahuje BIOS konfigurační nástroje obsažené v programu BIOS-Setup. Tento program spustíme během startu počítače stiskem určité kombinace kláves. Možný vstup do programu SETUP: • AWARD – stiskem klávesy DEL • AMI – stiskem klávesy DEL, nebo CTRL+ALT+ESC • PHOENIX – stiskem F2, nebo CTRL+ALT+S Ovládání samotného BIOSu probíhá vždy pomocí klasického kurzorového kříže a standardních kláves Enter pro potvrzení či Esc, jehož stiskem konkrétní volbu povětšinou zrušíme. U některých starých modelů se můžeme ještě setkat s rozdílným ovládáním.

128 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


V nabídce Setupu se zobrazí konfigurační menu. Jeho podoba závisí výrobci BIOSu ,nebo výrobci základní desky. Většina obsahuje stejná pojmenování: Standard CMOS Setup (Standard CMOS Features, Main) - zde můžeme nastavovat nejzákladnější parametry základní desky včetně konfigurace pevných disků, změny času či sledování několika informací o systému (velikost operační paměti RAM).

Základní nabídka po spuštění programu Setup Advanced CMOS Setup (Advanced CMOS Features, Boot) – zde nastavujeme pokročilejší vlastnosti základní desky nebo procesoru (cache, Hyper-Threading) a z kterého disku budeme zavádět operační systém. Advanced Chipset Setup (Chipset Features Setup, Advanced) – v této nabídce se většinou nachází časování operačních pamětí nebo konfigurace kešování, stínování, Hyper-Threading. V menu mohou být přítomné i další volby sloužící k vyladění počítače a jeho maximálnímu přetaktování, včetně detailního nastavení napájecích napětí. U některých BIOSů jsou ale tyto volby vyčleněny do jiné nabídky, jejíž název se opět s každým výrobcem velmi odlišuje. Nejčastěji se jedná o Frequency/Voltage Configuration. Power Management (Power) – zde můžeme povolovat události, po jejichž příchodu bude počítač probuzen z některého z šetřících režimů či rozhodovat o přítomnosti technologie ACPI (Advanced Configuration and Power Interface) v systému. PNP/PCI Configuration (PCIPnP, Advanced, Miscellaneous Control) – v této volbě lze přidělovat systémové zdroje, ale nové operační systémy si to ovšem velmi důsledně zajišťují samy. Další z velmi důležitých systémových menu je Integrated Peripherals. Zde je uživateli dovoleno jednoduše rozhodovat o povolení či zakázání různých integrovaných portů. Pokud tedy budeme chtít zakázat sériový port, zapnout integrovanou zvukovou kartu, nebo nastavit režim diskového pole RAID, budeme to provádět právě v této části BIOS. PC Health Status (HW Monitor, ...) – tady můžeme sledovat mnoho údajů, napětí na jednotlivých napájecích větvích, např. aktuální otáčky ventilátorů nebo teploty různých částí počítače. Load Optimized Defaults – tato funkce umožňuje zavedení základní nebo optimalizované konfigurace. V základním menu BIOS můžeme nastavovat i přístupová hesla k ochraně, a to buď BIOSu, nebo celého počítače (Set Supervisor Password a Set User Password). V systému existují dvě na sobě nezávislá hesla a počítač spustíme zadáním kteréhokoliv z nich. Rozdíl poznáme tehdy, až heslo nastavíme pro přístup do programu Setup. Uživatelské heslo totiž nedovoluje provádět žádná nastavení, kromě změny tohoto hesla. S využitím hesla „Supervisor“ obdržíme plný přístup ke všem konfiguračním položkám. Pro ukončení práce s programem Setup a uložení provedených změn do paměti CMOS je určena položka Save & Exit Setup. Pro ukončení bez uložení použijete řádek Exit Setup Without Saving.

129 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


14.3 Paměť CMOS Tato paměť slouží k ukládání nastavení vytvořeného API a nastavení BIOS. CMOS čip však musí být neustále zálohován elektrickou energií, a proto na každé základní desce nalezneme také maličkou lithiovou baterií. Údaje se v této paměti tedy nevymažou. Životnost baterie se pohybuje zhruba kolem tří let (samozřejmě v závislosti na průběžném odběru napájecího proudu), a tudíž není nutné výměnu této komponenty ve většině případů řešit, navíc na stav baterie jsme upozorněni hlášením.

baterie k podpoře CMOS

Piny k resetu BIOS

Když však dojde vybitím baterie ke ztrátě dat, musíme je opět programem Setup opravit. Každý setup dokáže konfigurační hodnoty nastavit automaticky.Pro načtení máme obvykle volby: • •

Load Failsave Defaults – po načtení by měl počítač znovu fungovat, Load Optimal Defaults – po načtení těchto hodnot (optimalizačních) by měl fungovat standardně.

Pro resetování obsahu BIOS jsou určeny propojovací piny na základní desce, viz obrázek, v jiném případě je nutno vytáhnout baterií a po určitém čase dojde k vymazání údajů. Nové desky mají BIOS typu plug-and-play, automaticky se samy konfigurují, proto nemusíme v BIOS prakticky nic nastavovat. Výjimku tvoří pevné disky a způsob – pořadí bootování.

130 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


14.4 Chybová hlášení Během POST testu , když některý z nich identifikuje chybu , dochází k chybovému hlášení. Buď může dojít k výpisu chybového hlášení na obrazovku (nejčastěji), nebo s využitím instalovaného speakeru k vypípání určitého chybového kódu (tzv. beep kódu). Jedná se vždy o určitý sled dlouhých a krátkých zvukových znamení. Jejich význam si pak musíme zjistit nejlépe z manuálu základní desky. Typickým příkladem může být chybné vložení pamětí do slotů na základní desce. Beep kódy se mohou lišit v závislosti na každém výrobci BIOSu, ale i tak lze na internetu nalézt několik stránek, na kterých lze konkrétní popisy nalézt. Vyčerpávající seznam je všem k dispozici například na internetové stránce http://www.svethardware.cz/www.coputerhope.cz/beep.htm a to i v seřazení podle jednotlivých výrobců BIOSů. Díky těmto stránkám se pak jednoduše dovíme, že náš počítač, pracující s AMI Biosem a vyluzující 6 krátkých pípnutí má problémy s kontrolérem klávesnice. Dalším a způsobem, který mohou některé systémy k informování uživatele využívat, probíhá pomocí LED nebostavových displejů. Ty mohou být umístěny přímo na tištěném spoji základní desky (PCB, Printed Circuit Board), nebo jsou vyvedeny v externím panelu vně skříně. Pokud dojde během bootování k závadě a následnému zatuhnutí systému, zůstane aktuální stav LED v tom stavu, v jakém se v okamžiku zjištěné chyby nachází.


Popište provedení BIOS a jeho jednotlivé vrstvy

9

Uveďte,jak se vytvoří programové rozhraní API

9

Objasněte,co je program Setup,a popište jeho základní menu.

131 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


15 Zobrazovací jednotky Klíčové pojmy: pixel, LCD, CRT, doba odezvy. 15.1 Účel zobrazovací jednotky Každý výpočetní systém je v principu interaktivní zařízení. Na základě programu pracuje s konstantami a daty. Data získává z okolního prostředí prostřednictvím vstupních periferních obvodů (klávesnice, polohovací zařízení, modem, síťové rozhraní, čtečka čárového kódu a jiné). Výsledky své činnosti prezentuje prostřednictvím výstupních periferních obvodů (zobrazovací jednotka, tiskárna, ploter, interfaces servopohonů a jiné). Hlavní účel zobrazovací jednotky spočíváv názorném zobrazování informací o činnosti operačního systému, a aplikačního software. V současné době se často využívají různé vizualizační nástroje pro zajištění jednoduchého, názorného a jednoznačného ovládání nejrůznějších technologických procesů. Moderní zobrazovací jednotky často nejsou jen tradičně výstupními, ale i vstupními periferními obvody (dotykový displej, interaktivní tabule).

15.2 Základní dělení zobrazovacích jednotek Zobrazovací jednotky by bylo možno dělit na základě různých kritérií. Účelné pro tento text bude dělení podle použité zobrazovací technologie. V této souvislosti jsou uvedeny: •

CRT zobrazovací zařízení,

•

LCD zobrazovací zařízení,

•

Plazmové zobrazovací zařízení,

•

OLED zobrazovací zařízení.

Dalším kritériem pro dělení zobrazovacích jednotek by mohlo být komunikační rozhraní pro připojení ke grafickému adaptéru počítače či například dělení s ohledem na výrobce.

15.3 Struktura a funkce zobrazovacích jednotek Každá zobrazovací jednotka obsahuje určité základní prvky nepostradatelné pro její funkci, jejich vzájemné propojení zobrazuje následující blokové schéma.

Řídící signály a signalizace

Externí napájecí napětí

Napájecí napětí

Data (komunikace s PC)

Elektronické obvody (úprava signálů pro zobrazení)

Napájecí zdroj

Ovládací panel

Signály k zobrazení

Obrazová jednotka (obrazovka, panel)

Schéma obsahuje pouze nejdůležitější prvky a vazby potřebné k objasnění funkce zobrazovací jednotky. Současné zobrazovací jednotky mohou plnit řadu funkcí a v souvislosti s nimi mohou obsahovat další funkční bloky a vazby. Například mohou pracovat jako televizní přijímač, dotykový displej a podobně.

Struktura zobrazovací jednotky

132 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


15.4 Principy technologií použitých ke konstrukci displejů zobrazovacích jednotek V současné době se k zobrazování informací z počítačů PC nejčastěji používají LCD a plazmové panely. Monitory realizované z dnešního pohledu zastaralou technologií využívající vakuové obrazovky (CRT) jsou zde uvedeny, pokud možno, vyčerpávajícího obsahu kapitoly,také.

15.4.1 Princip CRT zobrazovacích zařízení K funkci CRT (Cathode Ray Tube) monitoru je nutno zdůraznit, že tento klasický monitor je realizován na bázi elektronky – vakuové trubice, ve které se pohybují elektrony řízené elektromagnetickým polem. Elektrony jsou emitovány katodou obrazovky a dopadají do předem určených částí stínítka monitoru. Při dopadu elektronu se jeho kinetická energie (zjednodušeně řečeno) transformuje na energii světelnou. Elektronový paprsek (2) se pohybuje ve vzduchoprázdné trubici. Generování a usměrnění elektronového paprsku realizuje tzv. elektronové dělo (1). Paprsek je zaostřen (3), a poté ze své přímé dráhy vychylován prostřednictvím magnetického pole vytvářeného elektromagnetickými cívkami (4). Paprsek dopadá do přesně stanoveného bodu na fluorescenčním povrchu monitoru. Pro přesnější ohraničení okrajů bodů prochází paprsek maskou s otvory (7). Po dopadu elektronů na fluorescenční plošku (na jednotlivé luminofory) (8) je emitováno viditelné světlo v elementárních barvách R-G-B. Tyto základní barvy slouží k vytvoření konečné barvy vnímané pozorovatelem.

Stínítko monitoru se skládá z velkého množství trojbarevných bodů. Elektronový paprsek je vychylován tak, že je postupně zaměřován na všechny barevné body stínítka. Vzhledem k tomu, že body jsou trojbarevné, jsou i elektronové paprsky tři, každý z paprsků prochází pouze body odpovídající barvy. Proces vychylování paprsků se realizuje po řádcích a musí se rychle opakovat (aby pozorovatel nevnímal blikání obrazu). Paprsky jsou pro jednotlivé body modulovány, a tím se mění intenzita generování elementárních barev. CRT monitory jsou rozměrné, mají velkou hmotnost a jsou citlivé na vnější elektromagnetické pole. V současné době jsou CRT monitory nahrazovány lehčími a přesnějšími obrazovkami založenými na maticovém adresování jednotlivých obrazových bodů.

15.4.2 Princip LCD zobrazovacích zařízení LCD zkratka představuje název pro zobrazování za pomocí „tekutých krystalů”. Princip LCD (Liquid Crystal Display) je již poměrně starý – rok 1968. O rok později James Fergason objevil tzv. TN (Twisted Nematic) efekt, který je základem všech displejů založených na principu LCD. Jedná se o využívání polarizovaného světla a natáčení tekutých krystalů v elektrickém poli pomocí přivedeného napětí.

133 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


Další výrazný krok ve vývoji tekutých krystalů nastal v roce 1973, kdy britský vědec George Gray nalezl způsob stabilizace tekutých krystalů i za běžných tepelných a tlakových podmínek. Až po třinácti letech uvedla společnost NEC první LCD monitor pro osobní počítače. První LCD byly tzv. „pasivní“ (DSTN). Problematické bylo zobrazení pohyblivých obrazců. Protože z hlediska technologie nebylo možno opatřit každý pixel samostatnou elektrodou, matrice disponovala jednou elektrodou pro každou řádku. Adresované pixely velmi pomalu měnily svůj stav. Výsledkem byl neostrý obraz.

Zpoždění pasivních displejů (řádově 100 ms) vyřešily až aktivní displeje TFT, které většinu hlavních neduhů starší technologie eliminovaly. Problém byl vyřešen tak, že ke každému bodu matrice byl přidán zesilovací tranzistor (TFT - tenký fóliový tranzistor), který následně fungoval jako lokální ovladač „elektrického obrazového ventilu" LCD. Aktivace pixelu tímto způsobem je o jeden až dva řády rychlejší, výrazně se také zlepšila věrnost podání barev.

134 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


Princip LCD je jednoduše zobrazen na ilustračním schématu výše (principy novějších panelů PVA, MVA a S-IPS panelů se v zásadě příliš neliší). Základ představuje nepolarizované světlo, které prochází přes vrstvy (polarizátor+skleněná vrstva+tekuté krystaly+RGB filtr) a určuje tak barvu výsledného zobrazeného pixelu. Zde je nutné uvědomit si, že bod matrice sám o sobě negeneruje světlo a to je důvod tzv. odezvy (prodleva – pozdní reakce displeje). Na základě současných poznatků je reálný „fyzikální" limit kolem 4ms (tento údaj nelze nesrovnávat s hodnotou 2ms udávanou pro TN panely (zde se kalkuluje s méně náročnou tzv. grey-to-grey hodnotou). Z testů plyne, že reálné hodnoty odezvy pro širší spektrum odstínu jsou i u rychlejších panelů cca 10 ms. LCD technologie již dnes ale naráží na své limity. LCD jsou v současné době pro uživatele počítače dostačující a špičkové LCD monitory (jiné než TN-film matrice) poskytují relativně věrný obraz. Technologie LCD (pravděpodobně i plazmové zobrazovací jednotky) však patrně budou nahrazeny poměrně novou technologií OLED. Současné LCD monitory používají většinou různé variace na MVA/PVA matrice, takže zobrazení barev a pozorovací úhly jsou relativně velmi dobré.

15.4.3 Princip plazmových zobrazovacích zařízení Princip zobrazení na plazmových obrazovkách se od výše popsaného principu velmi liší. V následujícím textu budou objasněny zásady technologie velkoplošných zobrazovačů. Plazmové obrazovky jsou vyráběny ve velikostech nejméně 37", do kanceláře nebo pracovny jako sekundární monitor příliš vhodné nejsou. Zobrazovací jednotky s kratší úhlopříčkou nelze v současné době realizovat vzhledem k omezeným možnostem miniaturizace zobrazovacích plazmových buněk. Plazmové zobrazovače s úhlopříčkou 37" s „HD rozlišením" se 720 řádky se v současnosti běžně vyrábí. Princip plazmových jednotek je zcela jiný než LCD. Každý pixel v obrazovce plazmového zobrazovače je tvořen třemi subpixely (RGB - Red, Green, Blue) a každý z nich je tvořen plazmovým elementem (vzácný plyn). Plazma emituje UV záření, které dopadá na scintilátor, a ten se vlivem ionizujícího záření rozsvítí. Každý scintilátor (scilantace = záblesk) je naplněn jinou směsí plynu, a proto při dopadu UV záření produkuje světlo o jiné vlnové délce, tedy jinou barvu (610 nm pro červenou, 510 nm pro zelenou a 450 nm pro modrou). Počet subpixelů u běžného displeje je dán počtem bodů v řádce a počtem řádek (např. 1024*768), každý pixel obsahuje 3 subpixely a každý subpixel využívá 2 elektrody. Počet ovládacích vodičů je mimořádně velký. V praxi se proto subpixely stejné barvy ovládají po řadách, toto zjednodušení není na závadu, protože se vše odehrává tak rychle, že lidské oko nestačí reagovat.

135 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


Z principiálního schématu je zřejmé, že výroba plazmových panelů o vysokém rozlišení a malé úhlopříčce může být problémem. Buňka subpixelu bývá zpravidla o velikosti 200 µm x 200 µm, ale u přicházejících plazmových displejů s Full HD rozlišením (1080 řádků) bývá tento rozměr i menší.

15.5 Podrobnější popis funkce vybraných zobrazovacích jednotek V dalším textu bude přiblížena funkce vybraných, nejpoužívanějších zobrazovacích jednotek.

15.5.1 LCD Jak již bylo uvedeno název je zkratkou slov „Liquid Crystal Display “, to znamená displej z tekutých krystalů. Molekuly tekutých krystalů jsou řízeny tzv. TFT „Thin Film Tranzistor“, tedy tenkým foliovým tranzistorem. Ve skutečnosti totiž každý subpixel ovládá jeden tranzistor (technologie S-IPS dokonce dva tranzistory na subpixel), tranzistory určuji velikost napětí, které je přivedeno na subpixel, a tím i vlastní orientaci

molekul tekutých krystalů. Počet tranzistorů 17" případně 19" panelu využívajícího technologií S-IPS je dán maximální hodnotou rozlišení. Rozlišení uvedených monitoru je 1280×1024. Počet pixelů (1 310 720 pixelů). Tuto hodnotu je potřeba vynásobit třemi, protože každý pixel je složen ze tří subpixelů. Dostáváme se tedy k číslu 3 932 160 tranzistorů. Protože technologie S-IPS využívá k řízení dvojice tranzistorů pro subpixel, je nutno předchozí výsledek zdvojnásobit. Celkový počet tranzistorů je 7 864 320. Pokud je i pouze jediný tranzistor z tohoto počtu vadný, můžeme za určitých okolnosti pozorovat chybu v zobrazení (obrazový bod buď nesvítí, nebo svítí trvale). Běžně se vyrábí i panely s rozlišením 1920x1200 a technologií S-IPS, počet tranzistorů je u takového panelu ještě vyšší.

136 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


TFT panely pracují s RGB barvami a každý subpixel vyjadřuje jednu ze tří základních barev (pixel je složen ze tří subpixelů). Lidské oko nedokáže tak malé plochy od sebe rozeznat a všechny tři barvy spojí v jednu. Podsvícení má prakticky vždy bílou barvu (bílá barva je složena ze všech barevných složek). U každého subpixelu jsou odfiltrovány ostatní barvy a prochází pouze požadovaná barevná složka. Filtraci zajišťují polarizační filtry, které jsou umístěny před vstupem světla do krystalu.

15.5.1.1

Technologie TN (Twisted Nematic)

Tato technologie je nejstarší a z dnešního pohledu již méně dokonalá. Původní technologie TN využívala obdélníkový pixel. Pozorujeme-li displej z různých úhlů v horizontálním a vertikálním směru, zjistíme horší vlastnosti při sledování z polohy „ležmo“. Dnešní TN panely však již mají čtvercový pixel, což umožňuje stejné pozorovací úhly v obou směrech. Pozorovací úhly jsou udávány tak, že se změří maximální úhel, při kterém je kontrast 5:1 (bez ohledu na barvy). U technologie TN při pohledu shora obraz výrazně zesvětluje, při pohledu zdola naopak prudce tmavne, až přejde do inverze a znovu se zesvětluje. Vlivem popsaných efektů jsou reálné pozorovací úhly ± 85°=170°, ale například při pohledu z úhlu 45° je obraz daleko horší než při úhlu maximálním. Podání barev je ze všech popisovaných technologií nejméně kvalitní, a proto se tyto zobrazovací jednotky využívají v kancelářské technice. Technologie TN se také vyznačuje tím, že poškozené pixely svítí. Jiné varianty LCD již tento nedostatek nemají. Uvedený negativní jev je způsoben tím, že krystal propouští světlo v beznapěťovém stavu. Následující schéma objasňuje činnost TN displeje. Dolní část znázorňuje případ, kdy je subpixel propustný. Světlo [3] proudící skrz tekuté krystaly [5] (molekuly těchto krystalů jsou ve šroubovitém uspořádání) je natáčeno, a díky tomu může procházet přes polarizační desku [2] až na „film“ [6], který zlepšuje pozorovací úhly. Tento stav je klidový (mezi elektrodami [4] není elektrické pole). Z tohoto důvodu vadný pixel svítí (klidový stav je ten, kdy prochází světlo). Horní situace demonstruje stav, kdy se mezi elektrodami [4] nachází elektrické pole. Toto pole „narovnává“ většinu tekutých krystalů do jeho směru. Tím, že jsou polarizační desky [2] vůči sobě otočeny o 90 stupňů, zabraňují průchodu světla a pixel tedy nesvítí.

Legenda ke schématu: 1- zdroj bílého světla, 2- polarizační desky, 3- polarizované světlo, 4- elektrody, 5- tekuté krystaly, 6- film zlepšující pozorovací úhly.

137 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava

15.5.1.2


B-TN

Jedná se o inovovanou technologii. Pixel má čtvercový tvar a díky tomu jsou pozorovací úhly stejné v obou směrech. Při pohledu zdola však obraz prudce tmavne. Obrazovky B-TN pro low-endový segment vyrábí firma Samsung. Hlavními nedostatky TN-LCD jsou: • Nízké pozorovací úhly (do 150 stupňů při kontrastu 5:1), tyto úhly jsou zvětšovány pomocí filmu. • Špatné podání barev. Toto je zapříčiněno šroubovitým uspořádáním molekul. Uspořádání je totiž složité, dochází k nepřesnostem a jejich vlivem prochází subpixelem buď více, nebo naopak méně světla, než je žádoucí. Můžeme se tak setkat i s TN monitory, které mají relativně velké pozorovací úhly (až 170 stupňů při kontrastu 5 : 1), avšak pokud se začnete přibližovat okrajovému úhlu, obraz začne rapidně žloutnout. Molekuly musí urazit dlouhou cestu ze šroubovitého uspořádání do přímého a opačně. Vlivem toho je doba odezvy panelu velmi dlouhá. Jsou snahy tuto dobu zkrátit větším napětím na elektrodách. Kontrast dosahuje hodnot 800 : 1 (v ojedinělých případech až 2000 :1 ). Technologii TN lze charakterizovat následujícími údaji: Pozorovací úhly jsou obvykle rozdílné, pokud jsou úhly stejné, dosahují maximálně 175°. Ostatní technologie dnes mívají pozorovací obvykle úhly 178°. Obvyklý kontrast 700:1 až 800:1. Jas obvykle dosahuje 300cd/m2, může být i daleko větší (záleží na podsvětlovacích trubicích). Klady Odezvu se v poslední době daří zkracovat, cena je příznivá. Zápory Barvy jsou obvykle jen se 6bitovým ditheringem, vertikální pozorovací úhel je malý.

15.5.1.3 Technologie MVA (Multi-Domain Vertical Alignment) a PVA (Patterned Vertical Alignment) Technologie MVA byla vyvinuta za účelem zkrácení reakční doby a zvětšení kontrastu a jasu (technologie TN má při průchodu světla polarizačními filtry ztráty až 30 %). Technologie MVA také odstraňuje syndrom svítícího mrtvého pixelu/subpixelu. Pixel svítí v zapnutém stavu (ve srovnání TN je jeho funkce opačná). Takže pokud se vyskytne nefunkční pixel u této technologie, tak jde o černé místo (popř. svítí jiným odstínem, při poruše subpixelu). Takový projev poruchy je snesitelnější než pixel zářící například málo používanou barvou. Pixely jsou čtvercové a symetrické v ose x i y (pokud považujeme z jako osu rovnoběžnou s normálou na plochu displeje – z je tedy směr pohledu na monitor). To má za následek naprosto stejné pozorovací vertikální i horizontální úhly. Také odezva byla podstatně zlepšena, hlavně pokud hovoříme o odezvě typu šedá-šedá. Je to ovlivněno skutečností, že molekuly tekutých krystalů musí překonat daleko kratší cestu k jednomu z mezních stavů. Zatímco u TN se musely uspořádat do šroubovice, tak u VA se pouze ze „stromečkovitého“ uspořádání natáčejí o pár desítek stupňů (vše je názorně vidět na níže uvedeném schématu). Horní část znázorňuje subpixel ve vypnutém stavu (světlo jím neprochází). V dolní části se molekuly pootočily a světlo prochází druhým polarizačním filtrem. Mezi elektrodami je elektrické pole a tento subpixel tedy svítí.

138 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


Schéma znázorňuje technologii Prem. MVA nebo klasickou PVA (obsahuje čtyři domény – čtyři výstupky na elektrodě a jehlan s čtvercovou podstavou). U technologie S-PVA je domén osm.

Legenda ke schématu: 1- zdroj bílého světla, 2- polarizační filtr, 3- polarizované světlo, 4- elektrody, 5- tekuté krystaly. Elektrody mají specifický tvar, který je náročnější na výrobu. Jejich tvar však zajišťuje konstantní tloušťku vrstvy tekutých krystalů , což je důležité pro rovnoměrný průchod světla. Klady Velký rozsah pozorovacích úhlů (v obou směrech stejný). Malé ztráty světla při průchodu polarizačními filtry. Krátká odezva a věrné podání barev. Kontrast dosahuje velkých hodnot - až 1000:1. Technologii MVA vyvinula firma Fujitsu (dnes se jmenuje Fujitsu-Siemens), technologii PVA firma Samsung. Obě technologie jsou si natolik podobné, že je lze uvést jako jednu.

15.5.1.4

Prem.MVA

Technologie Prem.MVA je dnes velmi často používaná, k jejím výhodám patří lepší odezva než u TN. Kontrast bývá 1000 : 1. Barevné podání je ale poněkud slabší. Barvy jsou srovnatelné se starší technologií TN. Některé panely mají i 6bitové barvy (například ViewSonic VP930b, nebo Samsung 970P). Požadujeme-li monitor s kvalitními barvami, není Prem.MVA tou správnou volbou. Pozorovací úhly jsou však poměrně dobré. Panely Prem.MVA vyrábí čínská AU Optronics. Panely z této produkce neprocházejí tak přísnou kontrolou a kalibrací na barvy. Proto se občas stane, že jinak stejné monitory mohou mít lehce rozdílné barevné podání.

15.5.1.5

S-MVA

Stejně jako technologie Prem.MVA, tak i technologie S-MVA zlepšuje sledované vlastnosti. Rozdíl je však pouze ve výrobci. S-MVA pochází z produkce firmy Chi Mei Optoelectronics a Prem.MVA je od AU Optronics.

15.5.1.6

S-PVA

Technologii S-PVA využívá firma Samsung. Ve srovnání s klasickou PVA jsou patrné významné rozdíly, především je to podpora 8bitových barev (některé původní PVA panely měly jen 6 bitů s ditheringem, v současné

139 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


době se však již nepoužívají), dále je to zvýšení počtu domén na 8, a tím zlepšení pozorovacích úhlů až k 178° při kontrastu 5 : 1, s tím je také spojený menší barevný posun při pohledu ze strany. Panely S-PVA mají kontrast – až 1200 : 1. Další výhodu představuje výrazné zkrácení odezvy.

15.5.1.7

A-MVA

Tato technologie je relativně nová a příliš monitorů ji prozatím nevyužívá. Jedná se v podstatě o vylepšenou technologii Prem.MVA distribuovanou AU Optronics. Stejně jako u S-PVA byl zvýšen počet domén na osm, byly zlepšeny pozorovací úhly. Došlo i k výraznému zdokonalení barevného podání, panely jsou srovnatelné s S-PVA. Vzhledem k (prozatím) malému nasazení nelze tuto technologii korektně srovnávat s ostatními. Jedná se o přímou konkurenci pro S-PVA panely, a tak lze očekávat vyrovnané výsledky. Udávaná odezva se pohybuje kolem 6 – 8 ms (první modely i 16 ms), kontrast dosahuje hodnoty až 1000:1, pozorovací úhly jsou velké, kolem 178° v obou směrech. Klady U S-PVA a A-MVA disponují dobrým podáním barev. Pozorovací úhly jsou dostatečně velké, odezva je krátká a kontrast vysoký. Zápory U technologie Prem.MVA (a starších) jsou barvy na úrovni TN.

15.5.1.8

Technologie IPS (In-Plane Switching)

Název IPS vznikl ve firmě Hitachi, později však tato pomalá technologie (doba odezvy cca 50 ms) byla nahrazena vylepšenou S-IPS. Technologie IPS má obecně velmi dobré výsledky jak v odezvě, tak i v oblasti podání barev. Stejně jako technologie TN má i IPS pouze jednu doménu (VA má 4, resp. 8 domén), sice existují i dvoudoménové IPS obrazovky zvané DD-IPS (Double Domanin In-Plane Switching). Obvykle bývají nasazovány do pro-fi monitorů, lékařských displejů apod. Jak již bylo uvedeno technologie IPS má (ze všech technologií LCD) nejlepší jak barevný gammut, tak i barevné podání. Právě díky nejvěrnějšímu podání barev má tato technologie velké ambice pro provozování v DTP studiích. Není divu, že firma EIZO používá pro své monitory nejvyšší třídy právě tyto obrazovky. IPS má dvě nevýhody. První spočívá v potřebě silnějšího podsvícení. Je to dáno tím, že okrajové molekuly (nejdále od elektrod) jsou vystaveny slabšímu elektrickému poli (nejsou zcela otočeny), a tak celkově subpixel propouští méně světla. Z toho plyne i menší jas a kontrast. Druhá vada je zapříčiňuje to, že elektrody vyžadují více místa (jsou dvě na jedné stěně na rozdíl od ostatních, které mají na každé stěně jednu elektrodu), a tak jsou subpixely respektive pixely o něco menší a obraz působí hrubším dojmem (je více vidět mřížka mezi pixely). Nejde však o tak závažné nedostatky, které by znemožňovaly použití této technologie. Naopak nižší kontrast resp. jas může být v temných DTP studiích výhodou. Pozorovací úhly jsou velmi velké a při pohledu ze strany nedochází k výraznému barevnému posunu. Pouze pokud je zobrazena černá barva, tak je při pohledu pod vyšším úhlem zobrazena jako tmavě modrá až fialová. S touto „vlastností“ je potřeba počítat. Celkově je však IPS ve srovnání s TN nebo VA monitorem lepší. Dnešní S-IPS panely však nevyrábí Hitachi, ale prakticky výhradně LG Philips. Firma LG Philips věnuje velkou pozornost kalibraci barev panelů, výrobci samotných monitorů již nemusí tyto záležitosti řešit.

15.5.1.9

S-IPS

Vylepšení technologie IPS (přechod od ISP k S-IPS) byl realizován přidáním domén do každého subpixelu (stejně jako u technologie xVA). Došlo ke zvětšení pozorovacích úhlů až na 178° v obou směrech, kontrast se zvýšil až 800 : 1. Obrazovky s touto technologií jsou dnes nejprodávanější ze všech IPS. Jejich cena je již přijatelná a někteří výrobci ji nasazují i do mid-range monitorů (například NEC 20WGX2).

140 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava

15.5.1.10


AS-IPS

Ještě novější odnoží technologie IPS je vylepšená S-IPS zvaná AS-IPS (Advanced Super In-Plane Switching). Tato technologie výrazně zlepšila kontrast, který může být i 1600 : 1, podařilo se dosáhnout toho, že „zavřený“ subpixel propouští daleko méně světla než u klasické technologie IPS. Dalším kladem je zkrácená odezva, která stále zůstává prakticky ve všech tónech stejně rychlá. Technologie AS-IPS je výhradně používána v profesionálních monitorech, její cena je zatím až příliš vysoká.

Legenda ke schématu: 1- zdroj bílého světla, 2- polarizační desky, 3-polarizované světlo, 4- elektrody, 5- tekuté krystaly, 6- polarizované světlo. Principiálně je technologie jednoduchá. Všechny molekuly [5] jsou v klidovém stavu uspořádány do jedné roviny a subpixel nepropouští světlo [3]. Pokud přivedeme na elektrody [4] napětí, tak se molekuly [5] otočí o 90 stupňů a světlo [3] začne subpixelem procházet. Technologie IPS podporuje pro 8bitové barvy. Shrnutí: Technologie poskytuje v současné době u displejů z tekutých krystalů nejvěrnější barvy. Rovněž pozorovací úhly jsou vynikající a hlavně bez výrazné barevné degradace. Barevná podání některých displejů předčí i CRT. Ten má ale poněkud nižší kontrast a často i jas (ve srovnání s MVA/PVA). Doba odezvy je velmi dobrá. Subpixel nepropouští světlo v klidovém stavu. Vadný pixel se projevuje stejně jako u technologie MVA/PVA (nesvítí). Poznámka: K výrobě se používá buď nekrystalický křemík (A-Si), nebo polykrystalický křemík (poly-Si). V praxi se pod zkratkou A-Si obvykle skrývá klasická TN matrice. A-Si je levnější na výrobu, a proto se převážně používá v těch levnějších obrazovkách jako TN. Poly-Si se používá u VA obrazovek a IPS.

141 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


15.5.2 Plazmové panely K pochopení principu funkce plazmových displejů se musí alespoň stručně objasnit pojem plazma a funkce plazmy u technologie PDP (Plasma Display Panel). V klidovém stavu se v plazmových displejích nachází plyn (směs vzácných plynů argon, neon, případně xenon). Atomy plynu jsou elektricky neutrální. Začne-li směsí plynů protékat elektrický proud, uvolní se velké množství elektronů. Srážky mezi elektrony a atomy plynu způsobí, že některé atomy plynu ztratí své elektrony a vzniknou kladně nabité ionty. Plazma je „směs“ elektronů a kladně nabitých iontů.

15.5.2.1

Struktura plazmového displeje

Celý plazmový displej tvoří matrice miniaturních fluorescentních buněk (pixelů), jež jsou ovládány sítí elektrod. Buňky jsou uzavřeny mezi dvěma tenkými skleněnými tabulkami, každá obsahuje malý kondenzátor a tři elektrody. Adresovací elektroda se nalézá na zadní stěně buňky, zatímco dvě transparentní zobrazovací elektrody leží na přední stěně.

Elektrody jsou izolovány dielektrikem a chráněny vrstvou oxidu hořečnatého (MgO)

142 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


Struktura displeje je tedy maticí, kde horizontální řádky tvoří adresovací elektrody, zatímco vertikální sloupce jsou zobrazovací (někdy se jim říká výbojové) elektrody. Vzniká tak mřížka, ve které lze každou buňku adresovat zvlášť. Všechny pixely se u barevných plazmových displejů skládají ze tří barevných subpixelů (červené, zelené a modré barvy).

15.5.2.2

Princip zobrazovací techniky

Na obrázku je naznačeno zjednodušené schéma buňky v PDP. Jde jen o jednu třetinu pixelu, která zajišťuje jednu barevnou složku.

K zobrazovacím elektrodám je přiváděno střídavé napětí. Napětí iniciuje výboj, který ionizuje plyn a vytváří se plazma. Vlivem dielektrika (oxid hořečnatý) výboj ustane, ale po změně polarity (jedná se o střídavý proud) ionizace pokračuje a je dosaženo stálého výboje. Napětí na elektrodách je udržováno těsně pod hladinou, kdy začne vznikat plazma a k ionizaci pak dojde i při velmi nízkém zvýšení napětí na adresovací elektrodě.

143 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


Po vzniku plazmy získají nabité částice vlivem elektrického pole kinetickou energii a dochází ke vzájemným kolizím. Plyny neon a xenon jsou dodanou energií přivedeny do excitovaného stavu (elektron přejde na vyšší orbital) a po návratu elektronu na původní orbital dojde k uvolnění ultrafialového záření. Tímto zářením se vybudí luminofor a vyzáří viditelné světlo. V každém pixelu jsou tři různě barevné luminofory. Subpixely tvořící pixel musí být ovládány zvlášť, a navíc v mnoha úrovních intenzity, tím lze získat dostatečnou škálu zobrazovaných barev.

Velikost subpixelů Složení pixelů může být realizováno dvěma způsoby. Jedna o tzv. symetrické a asymetrické luminofory. Standardně se používá levnější symetrická metoda, která je založena na tom, že všechny RGB barevné složky mají v pixelu stejný podíl. Výroba matice je tak jednodušší, protože mezi buňkami platí co do velikosti rovnost a vytváří tak síťovitou strukturu. Naopak technika asymetrických luminoforů používá rozdílné velikosti, kde má modrá barva větší podíl na úkor červené. Důvod je ten, že modrá určuje teplotu barev, a je-li modrá jasnější, je možné vytvořit i jasnější červenou. Kromě vyšších výrobních nákladů má ovšem tato technologie nevýhodu i v tom, že ke každé buňce pixelu musí být přiváděno jiné napětí a ovládací prvky musí být vyladěny. Proto nejsou asymetrické luminofory příliš používané. Adresovací technologie Existují dvě metody, kterými jde adresovat jednotlivé buňky v plazmových displejích. Nazývají se Single

144 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


Scan Technology a Dual Scan Technology. V jednoduchém adresování dochází k adresaci (tedy přednabití) všech bodů ještě před zobrazovací fází, kdy jsou do elektrod přiváděny napěťové pulsy. Potřebuje se jedna sada ovladačů, které adresování zajišťují, a proto je výrobní cena nižší. Při duálním adresování je obrazovka rozdělena na dvě poloviny, každá má svou sadu ovládacích prvků (jedna je na horní části, druhá ve spodní). Protože tak k adresaci všech bodů dojde za poloviční dobu než u Single Scan technologie, zbyde pak více času pro zobrazovací fázi. V ní je možno vyslat více pulsů, a tím se zvyšuje jas displeje. Negativním důsledkem duální techniky je zvýšená spotřeba energie a následně pak zkrácení doby životnosti luminoforu.

15.5.3 PALCD Jedná se o hybridní technologii PDP a LCD. Název vlastně představuje zkratka (Plasma Addressed Liquid Crystal Display). Tato technologie je vyvíjena v laboratořích společností Sony s Tektronixem. Jedná se o LCD displej, který ovšem není ovládán tranzistorovou aktivní maticí, ale soustavou anod a katod, které pomocí plazmových výbojů způsobují natáčení tekutých krystalů. Znamená to, že místo adresování jednotlivých krystalů tranzistory jsou ke stejnému účelu využity struktury, které byly popsány v souvislosti s plazmovými displeji. Předpokládané použití je podobně jako u většiny PDP hlavně pro prezentační účely. Protože není potřeba vyrábět tranzistorové matice, produkce PALCD není tak náročná na dokonale čisté prostředí, a proto je levnější.

15.5.4 OLED Jedná se o relativně novou technologii. I v tomto případě je název technologie tvořen zkratkovým slovem. „Organic Light Emitting Diode“. Bez slova „Organic“, by se jednalo o svítivou diodu tzv. LED. Je-li LED vyrobena z organického materiálu, lze ji podstatně miniaturizovat. Svítivé diody lze doslova tisknout na základní materiál. Tímto postupem se mimo jiné snižují výrobní náklady. K zobrazování požadovaných barev se v předchozích případech využívá RGB model, každý pixel je složen ze tří subpixelů (červený, zelený a modrý). Miniaturizace subpixelů (následně pak i pixelů) umožní zmenšit pozorovací vzdálenost. Pozorovací vzdálenost musí být minimálně tak velká, aby lidské oko již nevnímalo samostatné subpixely, ale barevnou plochu tvořenou pixely.

15.5.4.1

Princip funkce OLED displeje

Princip OLED je ve srovnání s LCD jednodušší. Základní myšlenkou je organický materiál, který emituje světlo určité barvy, pokud se na něj přivádí stejnosměrné napětí. Zobrazovací jednotka tvoří složení požadovaného

145 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


množství barevných svítivých buněk propojených prostřednictvím pasivní, nebo aktivní matice. Pro monitory se používá pouze aktivní matice, protože poskytuje daleko jasnější a ostřejší obraz (obdobná matice se využívá i u LCD monitorů). Na schématu uvedeném výše jde vidět strukturu OLED displeje. K rozsvícení subpixelu dojde při napětí v rozmezí 2 až 10 V. Organické emitory jsou napájeny z kovové katody, přes vodivou vrstvu (ve schématu Vrstva pro přenos elektronů). Tato vrstva zajišťuje přivedení napětí k požadovanému subpixelu. Anoda, ve které se vytvářejí elektronové díry, které jsou přenášeny přes speciální organickou vrstvu (ve schématu Vrstva pro přenos „děr“). Tato vrstva zajišťuje přivedení druhého pólu elektrického napětí k organickému emitoru. Elektrický proud protékající subpixelem způsobuje emisi fotonů. OLED displeje lze vyrobit v průhledné nebo zrcadlové podobě. Záleží na tom, na jaký materiál bude nanesena organická vrstva s maticí. Displej může být ve vypnutém stavu průhledný (pokud byla použita průhledná fólie), nebo bude tvořit zrcadlovou plochu (pokud byla použita lesklá hliníková fólie). Důležitou vlastností subpixelu je, že v beznapěťovém stavu nesvítí. Zde je rozdíl ve srovnání s LCD panely, které v úplné tmě propouští část světla i v případě, že mají zobrazovat černou barvu. Černá barva se u nich pak prezentuje jako tmavě šedá, nebo fialová. U OLED je černá barva skutečně černá. OLED displeje mají vysoký kontrast.

15.5.4.2

Materiály použité pro OLED displeje

Základním stavebním kamenem je Polyphenylevevinylen (R-PPV), popř. Polyfluoren (PF). Tyto dva materiály se používají pro samotné emisivní (svítící) buňky při tisknutí na matici. Jejich výhodou je jednoduchá instalace do displeje. Tyto materiály jde vytisknout na základní matici (obvykle na katodu), poté dojde k překrytí Polyanilinem nebo Polythylenedioxythiophnem (Vrstva pro přenos „děr“) subpixely jsou překryty anodou a krycím sklem, nebo průhledným plastem. Tyto materiály jsou i po nanesení na základní matici stále pružné, a tak lze vyrobit ohebný displej, který se například sroluje do těla notebooku. Lze si také představit velkoplošnou televizi, která se umístí jako klasické plátno na stěnu místnosti a v případě potřeby se skryje, aby nenarušovala interiér bytu, nebo bude televizní plocha umístěna v okenním rámu, případně v rámu zrcadla…

A protože jsou materiály tisknuty na základní matici, bude patrně možné vytvořit kruhové tvary subpixelů. Tento tvar subpixelů by mohl odstranit ostré hrany písmen bez použití vyhlazování. Vlivem malých rozměrů subpixelů se technologií OLED patrně budou vyrábět i zobrazovací panely s vysokým rozlišením (několikanásobně vyšším než u současných LCD panelů). Limitujícím faktorem se za těchto okolností jeví výkon

146 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


grafického adaptéru. Tloušťka nanášené vrstvy organického materiálu je asi 200x menší než tloušťka lidského vlasu. Tloušťka samotného displeje je závislá na mechanických vlastnostech použité fólie. Emisivní polymer má pro požadované barvy různé chemické složení.

15.5.4.3

Vlastnosti OLED displejů

OLED mají ve srovnání s LCD o jeden řád kratší odezvu, tento parametr však v praxi není podstatný, protože lidské oko není schopno rozlišovat změny trvající kratší dobu než 1 ms. Výhodou je homogenita obrazu, přesná geometrie a kvalitní barevné podání. Pojem pozorovací úhly zde nemá smysl, omezení vzniká pouze rámečkem displeje. Kontrast vlivem prakticky absolutní černé je velmi vysoký. Snad jedinou negativní vlastnost představuje omezená životnost, ta je ale kompenzována nízkou pořizovací cenou.

15.5.4.4

Využití OLED technologie

Samotná technologie se patrně uplatní nejen v počítačové a vizuální technice, ale také pravděpodobně v osvětlovací technice. Výrobní náklady jsou velmi nízké, a proto bude možno vyrobit desku k realizaci stropního osvětlení místnosti. Předpokládá se plynulá regulace jasu i barvy. Takové osvětlení bude rovnoměrné a nebude vrhat žádné stíny. OLED má vysokou účinnost, a tak může nahradit klasické žárovky.

147 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


15.6 Technické parametry vybraných zobrazovacích jednotek 15.6.1 Samsung 20" SM 2043WM

Využívá technologie jako jsou MagicColor, MagicBright a MagicTune. Nabízí výškově stavitelný a otočný stojan, který umožňuje i tzv. pivotování, tedy otočení monitoru o devadesát stupňů. Základní parametry Úhlopříčka obrazu: Doporučené rozlišení: Typ displeje: Doba odezvy: Kontrast: Dynamický kontrast: Svítivost: Pozorovací úhly: Počet barev: Velikost bodu: Rozměry (V x Š x H): Hmotnost:

20“ 1680x1050 TFT/TN 5 ms 1000 : 1 8000 : 1 300 cd/m2 H/V170/160 ° 16.7 M 0.258 mm 364.4x469.3x200mm 6.05kg

Klady • velmi dobrý kontrast, • propracované technologie, • Spotřeba (42 W). Zápory • méně zdařilý design, hlavně noha, • absence USB hub.

148 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


15.6.2 HP 20" L2045w

Připojení VGA a DVI-D podporují analogový i digitální režim. Vestavěný rozbočovač USB umožňuje rychlé a snadné připojení nejrůznějších periferních zařízení, jako je stříbrná reproduktorová lišta pro ploché displeje HP. Možnost naklopení, natočení a rotace o 90°. Základní parametry Úhlopříčka obrazu: Doporučené rozlišení: Typ displeje: Úprava povrchu: Doba odezvy: Kontrast: Svítivost: Pozorovací úhly: Počet barev: Velikost bodu: Rozměry (V x Š x H): Hmotnost:

20.1“ 1680x1050 px Active matrix TFT/ TN+ displejeantireflexní a antistatická vrstva 5 ms 600 : 1 300cd/m2 H/V160/140 16.2 M 0.258 mm 472x479x223mm 7.8 kg

Klady • perfektní odezva, • zpracování a design, • USB hub. Zápory • nemá ani základní reproduktory, • slabší kontrast.

15.6.3 Závěr LCD Oba dva monitory jsou velmi zdařilé. Samsung vyhovuje spíše na sledování filmů díky svému kontrastu. HP je zase optimální na kancelářskou práci a amatérské zpracování fotografií. Monitory jsou cenově na stejně přijatelné hranici (přibližně 6 500 Kč).

149 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


15.6.4 SAMSUNG PS 42 C 96 HD

DVB-T+analog tuner, Truesurround XT, DNIe technologie, 3D hřebenový filtr, Real Motion Studio, Filter Bright Základní parametry Úhlopříčka: Rozlišení: Jas: Dynamický kontrast: pozorovací úhel: Vstupy/výstupy:

107 cm 1024x768 1500 cd/m2 15 000:1 175° 2x HDMI, 2x SCART

Klady: • prestižní značka s dokonalým designem, • výborný kontrast, • cena. Zápory: • nedokonalé reproduktory, • vyšší spotřeba.

150 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


15.6.5 ECG 42 PHD 62

Televizor má dva tunery, umožňuje tak obraz v obraze (PIP/PAP). Široké možnosti propojení. České menu, odnímatelné reproduktory a stojan v ceně. Základní parametry Úhlopříčka: Rozlišení: Jas: Dynamický kontrast: pozorovací úhel: Vstupy/výstupy:

106 cm 1024x768 1000 cd/m2 5 000 : 1 160° HDMI, DVI, 2x SCART,S-Video In, A/V In, PC-Audio In

Klady: • rozhodně dva tunery, • odnímatelné reproduktory, • cena. Zápory: • pouze jedno rozhraní HDMI, • neznámé jméno značky.

15.6.6 Závěr Plazma Obě zobrazovací zařízení jsou velmi povedená, jak od velmi známé značky Samsung tak od firmy ECG, jež nemá u nás tak velké zastoupení. Avšak tato zařízení jsou výhradně předurčená ke komerčním účelům nebo ke sledování filmů. Do kanceláře jsou takřka nepoužitelné. Cena těchto plazmových obrazovek je cca 25 000 Kč.

151 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


15.7 Instalace a nastavení zobrazovací jednotky 15.7.1 Instalace zobrazovací jednotky Instalace zobrazovací jednotky obnáší její sestavení a hardwarové připojení k PC. K některým zobrazovacím jednotkám výrobce dodává softwarový balíček, který obsahuje různé utility ke kontrole funkce a optimálnímu nastavení. V dalším textu budou uvedeny informace k instalaci a nastavení monitoru Acer V193.

15.7.1.1

Technická specifikace monitoru Acer V193

Jedná se o monitor realizovaný technologií LCD TN. Jeho parametry lze na základě údajů prezentovaných výrobcem charakterizovat takto: rozlišovací schopnost 1280x1024, kontrast 10 000:1, jas 300cd/m2, sledovací úhly 176° v obou rovinách, doba odezvy 5 ms, rozteč obrazových bodů (pixelů) 0,294mm, horizontální frekvence v rozmezí 30 až 80 kHz, vertikální frekvence v rozmezí 55 až 75Hz. Monitor je vybaven 1W reproduktory, obrazovku je možné vychylovat nahoru o 15° a dolů o 5°. Spotřeba energie v zapnutém stavu činí 26,5 W, ve vypnutém stavu 0,65 W a v úsporném režimu 0,8 W.

15.7.1.2

Hardwarová instalace zobrazovací jednotky

Monitor lze ke grafickému adapteru připojit prostřednictvím D-sub kabelu pro přenos dat v analogové podobě, nebo DVI kabelu pro přenos dat v digitální formě. Pokud hodláme využít instalované reproduktory, zapojíme audio kabel opatřený konektory Jack. Monitor bývá s PC propojen dvěma kabely (přenos obrazu a přenos zvuku). Napájecí zdroj pro monitor je integrován v těle monitoru, k napájení použijeme síťový napájecí kabel zapojený do rozvodu 230V /50Hz.

15.7.2 Nastavení zobrazovací jednotky K zapnutí a nastavení monitoru se používá ovládací panel umístěný v pravém dolním rohu monitoru.

152 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


Legenda: 1 – indikátor napájení LED; 2 – tlačítko elektronického spínače napájení; 3 a 4 – tlačítka k výběru, nebo nastavení požadované funkce, nebo k regulaci hlasitosti; 5 – tlačítko slouží k aktivaci komunikačního menu, nebo výběru nastavované funkce; 6 – tlačítko s funkcí ukončení komunikačního menu, nebo k automatickému nastavení; 7 – tlačítko pro výběr režimu zobrazení. Svítí-li indikační LED modrou barvou, je monitor v pracovním režimu, Svítí-li indikační LED žlutou barvou, je monitor v úsporném režimu, pokud indikační LED nesvítí, je monitor vypnutý. Není-li zobrazeno komunikační menu, lze tlačítka (3) a (4) využít k nastavení hlasitosti reproduktorů monitoru. Pokud potřebujeme změnit některý z parametrů pro zobrazování monitoru, stiskneme tlačítko (5) a prostřednictvím tlačítek (3) a (4) vybereme parametr, který chceme modifikovat. Tlačítko (5) při této činnosti slouží ke vstupu do dílčích menu, k návratu o úroveň výše, nebo k ukončení dialogu použijeme tlačítko (6). (Pokud vyvoláme dialog pro nastavení a delší dobu nestiskneme žádné tlačítko na ovládacím panelu, dialog bude samočinně ukončen.) Po vyvolání dialogového menu pro nastavení parametrů činnosti monitoru lze vybrat předvolený parametr, který je již uložen v paměti monitoru, nebo požadovaný parametr přímo změnit.

Některé položky v menu nejsou dostupné, pokud monitor využívá ke své činnosti digitální signál.

153 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


Jak již bylo uvedeno, monitor je vybaven možností rychlé změny řady parametrů v jediném kroku tak, aby bylo možno optimalizovat nastavení pro různé možnosti zobrazení.

Legenda A – uživatelský režim B – textový režim C – standardní režim D – grafický režim E – režim pro film Uživatelský režim umožňuje jemné doladění pro konkrétní použití monitoru. Textový režim vyvažuje jas a kontrast tak, aby nedocházelo k předčasné únavě zraku uživatele. Standardní režim nastaví výchozí hodnoty. Grafický režim zvýrazňuje barvy a zlepšuje kresbu detailů. Režim pro film zvýrazňuje barvy a optimalizuje zobrazení detailů.

15.8 Otázky k probrané kapitole 9

Popište hlavní sledované technické parametry současných zobrazovacích jednotek.

9

Objasněte principy funkce LCD, plazma a OLED panelů.

9

Uveďte obecný postup a hlavní zásady pro nastavení zobrazovací jednotky.

154 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


16 Počítačové skříně Klíčové pojmy: ATX, BTX, Desktop, Microtower, Middletower, Bigtower. 16.1 Úvod Osobní počítač je sestaven z jednotlivých komponent. Za hlavní část bývá považována základní deska (motherboard), k níž jsou připojovány další díly. Celá tato sestava je vložena do počítačové skříně, která obsahuje ovládací tlačítka, konstrukce pro upevnění mechanik a na zadní stěně konektory pro propojení. Výběr počítačové skříně je důležitou věcí s ohledem na umístění jednotlivých komponent, a pak i s ohledem na problematiku chlazení počítače.

ATX a BTX Základní rozdělení je na ATX a BTX. Hlavním rozdíl spočívá v orientace základní desky. V prvním (starším případě) je přístup do počítače z pravé bočnice (při pohledu zepředu) a komponenty jsou rozmístěny pro nás obvyklým způsobem – procesor nahoře, čipset a grafická karta zhruba uprostřed a další karty dole. Ve druhém případě u BTX je přístup do počítače zleva a komponenty jsou rozmístěny jiným způsobem. Zadní panel s USB, PS2 a jinými porty je v dolní části počítače, paměti se posunuly do spodní části a PCI karty se přesunuly do horní části. Z hlediska chlazení je tento způsob optimální.

Rozmístění prvků na základní desce ATX a BTX

16.1.1 Rozdělení skříní Desktop

Starší formát skříní, jedná se o položený počítač – rozměrný na šířku a délku, nízký. Skříň je navržena tak, aby snesla váhu monitoru. Dnes se již nevyrábí a tvarově spíše směřuje k HTPC.

155 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


Microtower Taktéž starší formát, jedná se o velmi malé skříně s malým počtem PCI záslepek. Dnes se běžně nevyrábí takto malé desky a formát je nevyužíván.

Miditower Dnes již nevyužívaný formát, hlavním rozdílem od předchozího typu je umístění zdroje – nikoliv nad základní deskou ale kolmo k základní desce (neumožňoval velké chladiče procesoru).

Middletower Dnes hojně využívaný formát skříní. Vyznačuje se běžným umístěním zdroje nad základní deskou, dostatečným počtem pozic pro pevné disky a mechaniky. Bohužel při použití více pevných disků či dvojice grafických karet, případně dnešních High-End dlouhých karet, vzniká potíž s prostorem ve skříni. Pro běžné sestavy představuje ideální volbu.

Bigtower Jak už název odpovídá, jedná se o velkou skříň. Oproti předchozímu typu Middletower má jediný rozdíl spočívající ve velikosti. Bigtowery nabízí velké množství pozic na pevné disky a mechaniky, hodně volného prostoru, velmi kvalitní chlazení a běžně jsou i Uzpůsobeni pro vodní chlazení.

156 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


Výběr skříně Vhodnost skříní byla popsána již u jejich specifikací, tedy pro běžnou sestavu volíme Middletower, pro velký počet disků nebo použití více grafických karet vybíráme raději Bigtower. Důležité je ovšem zaměřit se také na kvalitu skříně. Ochránit komponenty a držet je pohromadě již zvládl každý výrobce. Podstatná je kvalita plechu – tedy jeho tloušťka, obecně platí čím silnější, tím lepší a dražší. Obecně se síla nad 0,8 mm dá jen doporučit. Při slabém plechu totiž dochází k ohýbání bočnic. Další důležitou věcí je chlazení. U běžné sestavy stačí 120mm větrák vpředu (vhání vzduch a chladí disky) a 120mm větrák v zadní části (odvádí teplý vzduch ze skříně). U levných skříní jsou i malé větráky umístěny do bočnic, pokud vhání vzduch, spíše proud vzduchu naruší (pokud nemá vzduchový tunel až k chladiči procesoru). Drahé skříně (většinou Bigtowery) mají pro změnu v bočnicích velké větráky, které fungují nehlučně, avšak narušení proudu vzduchu je značné a vytváří spíše turbulence.

Rozměry skříní jsou odvozeny odvozeny od velikosti základních desek, u různých výrobců se mohou v rámci hodných kategorií lišit, důležité přitom je, pro jakou velikost a typ základní desky jsou navrženy. Větší skříně mají montážní pozice pro několik rozměrů základních desek. Výrobce většinou udává pro jaký typ desky je skříň určena. Odlišnost skříní lze vypozorovat počtem pozic pro zařízení 3,5“ (pevné disky) a 5,25“ (mechaniky DVD, CDROM, páskové jednotky a jiné).

Je možné se setkat i s méně obvyklými skříněmi,které jsou níže představeny:

DHTP Home Theater Personal Computer (HTPC, Media Center PC) jsou počítače speciálně určené pro multimediální aplikace (video, hudba atd.), které jsou schopny s přehledem nahradit jakékoli zařízení v obývacím pokoji (od rádia přes satelitní a TV přijímač, až po DVD či BL DH-DVD rekordér) a k tomu všemu přidat výhody PC (internet, hry, velký úložný prostor pro nahraná data). V případě sestavení HTPC máte až 90%

157 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


elektroniky z obývacího pokoje v jednom stroji, který můžete velmi pohodlně ovládat dálkovým ovladačem či bezdrátovou klávesnicí. V případě skříně se jedná o skříň podobnou desktopu, avšak s velice elegantním designem a uloženými tichými komponentami.

Cube V překladu to znamená krychle. Tyto skříně opravdu vypadají jako malé krychle. Jejich hlavní využití je s malými Micro ATX nebo Mini ITX. Největší nevýhodu takové řešení představuje malý prostor – běžně 2 pevné disky a 2 mechaniky. Dají se využít taktéž jako menší HTPC, případně pro potřeby LAN party - díky velké přenosnosti.

Úpravy skříní Prosklená bočnice Jde o základní vylepšení vzhledu. Mnoho nadšenců si do svých skříní vyřezává okna o různých velikostech a tvarech a vyplňuje je plexisklem. Výrobou se nebudeme zaobírat, takových postupů je totiž na internetu opravdu hodně. Většina výrobců už přidává na bočnice prosklení, tudíž se stává tato úprava zcela běžnou.

Ventilátory Ventilátory jsou samozřejmou součástí skříní. Pokud chceme dodat skříni decentní osvětlení, větráky pak jsou vhodné s LED diodami. Mnoho výrobců skříní už dodává osvětlené větráky, většinou modré barvy. Dají se však zakoupit i bílé, žluté, oranžové, červené, zelené, fialové – dle libosti. Případně jde diody vyměnit za jinou barvu.

Osvětlení Osvětlit skříň se dá mnoha způsoby, nejpoužívanější jsou studené katodové trubice. Tyto trubice se dají běžně zakoupit v obchodech s PC. K dostání jsou opět v různých barvách i jako ultrafialové. Další možností jsou LED diody – taktéž v různých barvách. Samozřejmostí je u takovýchto osvětlení prosklená bočnice.

158 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


Prosklená skříň Jednoduchá úprava celé skříně – místo plechů použít plexisklo. Běžné sklo by bylo nebezpečné. Prosklená skříň je jednoduchou ukázkou vizuálního tuningu. Skříň je průhledná a při osazení barevnými větráky nebo jinými svítícími součástkami vzniká zajímavý desing.


Popište problematiku počítačových skříni.

9

Uveďte některá z hledisek pro výběr počítačové skříně.

159 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


17 Záložní zdroje UPS Klíčové pojmy: výpadek napájení, přepětí, off-line, on-line 17.1 Základní problémy s napájením • • • • •

Krátkodobý pokles napětí – podpětí způsobuje zablokování klávesnice či nečekané zhroucení operačního systému. Často opakované podpětí také snižuje efektivitu a životnost zařízení. Výpadek napájení – jedná se o úplnou ztrátu elektrického napájení zařízení. Napěťové špičky – okamžitý prudký nárůst napětí. Přepětí – krátkodobý nárůst napětí v trvání typicky 1/120 sekundy. Šum – technicky označovaný jako elektromagnetické rušení (EMI Electromagnetic Interference) a rádiové rušení (Radio Frequency interference), které způsobuje zkreslení sinusového tvaru vlny napájecího napětí.

17.1.1 Jak se ochránit před poruchami v elektrické síti •

moduly přepětové ochrany,

•

stabilizátory napětí,

•

nepřerušitelné zdroje napájení UPS (záložní zdroje).

Moduly přepěťové ochrany jsou malé součástky přidané k zásuvce. Chrání před účinky krátkodobého přepětí a vysokofrekvenčního rušení, a tak prodlužují životnost zařízení. Nechrání však proti trvalému přepětí. Tyto moduly nevyžadují většinou během své životnosti žádnou údržbu. Nabízejí se ve třech provedeních. Jako zásuvky určené k montáži do krabic pod omítku. Obvykle jde o dvojitou zásuvku s jednoduchou montáží. Často mají jen jednu diodu – červenou, indikující poruchu, a zásuvku je potom třeba vyměnit. Další variantou jsou zásuvkové moduly. Jde o malé krabičky, které se vkládají přímo do zásuvky na zdi a lze do nich zastrčit i prodlužovací kabel, a tak chránit více zařízení. Poslední variantou jsou přímo prodlužovací kabely jako takové. Jsou v provedení s vypínačem nebo bez něho. Vedle těchto základních variant existují ale i speciální přepěťové filtry určené pro notebooky k nabití akumulátorů u benzinové pumpy, na nádraží, letišti a všude tam, kde to rychle potřebujeme. Stabilizátory tím, že chrání spotřebiče před proudovými nárazy, prodlužují jejich životnost. Jsou vhodné pro citlivá elektronická zařízení, která nevyžadují nepřetržité napájení. Nepřerušitelné zdroje napájení (UPS) jsou zařízení, která sledují stav elektrické sítě a v případě jejího výpadku nebo extrémní výchylky začnou dodávat energii z akumulátoru. UPS je schopno dodávat elektrickou energii desítky minut s cílem korektně vypnout připojená zařízení. V důležitých provozech, např. telekomunikačních centrálách a bankách, slouží UPS k překlenutí doby nutné k nastartování jiného záložního zdroje, nejčastěji motorgenerátoru. Po odstranění poruchy dojde k automatickému přepnutí na napájení z elektrické sítě a akumulátor zdroje je dobíjen pro další provoz. Náhle přerušení napájecího napětí může způsobit na serveru, ale i pracovní stanici, velké problémy. Pro mnoho aplikačních programů, ale i operační systém se jedná o nedefinovaný stav (nestačí se uložit data z operační paměti), kdy může dojít ke ztrátě dat či jiné destrukci.

17.2 Jednotky UPS Základ vytváří akumulátor, ten musí být hermetizovaný, aby z něho nevycházely jedovaté výpary. Akumulátor musíme dobíjet, dalším obvodem je tedy usměrňovač, který mění střídavý proud z elektrorozvodné sítě na stejnosměrný. Výstupní napětí z UPS však musí být střídavé, mezi akumulátorem a výstupem z UPS je střídač (měnící stejnosměrné napětí na střídavé). Právě kvalita střídače od sebe jednotlivé UPS odlišuje. Vyrobit ze stejnosměrného proudu dokonalou sinusoidu s frekvencí 50 Hz není tak jednoduché. Technicky to samozřejmě možné je, ale jde o nákladnou záležitost, takže se skutečně sinusovým výstupem se při napájení z akumulátoru setkáme pouze u kvalitnějších UPS (line-interactive či online).

160 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


17.2.1 Základní typy UPS Dělí se podle konstrukce a výkonnostních charakteristik: • • • •

offline, line interaktivní, online s dvojí konverzí, online s delta konverzí.

Systém offline UPS

• • • •

Jsou nejnižší a nejlevnější třídou záložních zdrojů, mají jen jednoduchý nabíjecí obvod s usměrňovačem pro nabíjení akumulátorů a jednoduchý střídač, přepínač v blokovém schématu určuje jako primární napájecí zdroj filtrované střídavé vstupní napětí (plná čára) a v případě jeho výpadku přepne na baterii/invertor sloužící jako záložní zdroj, invertor je spuštěn pouze v případě výpadku napájení.

Výhody: • vysoká účinnost, • nízká cena, • malé rozměry, • ochrana proti přepětí a filtry, • chránění proti šumu a přepětí.

UPS line‐interaktive

• • • • •

Jsou nejčastěji používané, použití ve výkonové oblasti cca od 500 W, převodník stejnosměrného napětí baterie na střídavé napětí (invertor) je stále připojen k výstupu UPS; v době, kdy je k dispozici vstupní střídavé napětí, funguje invertor opačně a dobíjí baterii, dojde-li k výpadku vstupního napájení, přepínač se otevře a energie bude proudit z baterie do výstupu UPS, napájecí napětí je v UPS upravováno,

161 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


•

zařízení většinou obsahuje transformátor s odbočkami pro regulaci napětí, a to nastavením odbočky transformátoru podle měnícího se vstupního napětí,

•

vysoká účinnost, malé rozměry, poměrně nízká cena, vysoká spolehlivost.

UPS‐online s dvojí konverzí

• • • •

ze sítě je přímo napájen invertor, ten nabíjí baterií,která napájí výstupní invertor, při výpadku vstupního napětí je okamžitě provoz v režimu online, systém je používán pro oblast výkonů nad 10 kVA, nižší účinnost je způsobena tím, že dobíječka baterie i invertor u tohoto provedení převádějí celý tok energie zátěže.

UPS‐delta konverze

• •

vylepšená dvojí konverze, zvýšením účinnosti, podobně jako u typu online s dvojí konverzí i v online systému UPS s delta konverzí invertor stále dodává napětí pro zatížení.

Energii do výstupu invertoru však dodává také přídavný delta převodník,který: • řídí vstupní napájení(omezuje harmonické kmity) • řídí vstupní proud,reguluje dobíjení baterie Čím se liší delta konverze od dvojité konverze? •

Doplňují se jen odchylky od ideálního průběhu, tzn. buď se ubírá nebo přidává napětí a proud, když to vypadne, pak se napájí spotřebič z baterií jako u dvojité konverze.

•

Jednoduše k rozdílu: Porozumět energetické účinnosti topologie s delta konverzí lze snadno,pokud si představíme energii potřebnou na vynesení balíku ze 4. do 5. patra budovy, jak znázorňuje obrázek.

162 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava •


Technologie delta konverze šetří energii tím, že přenáší pomyslný balík pouze v rozdílu výšek (delta) mezi počátečním a koncovým bodem.

Online systém UPS s dvojí konverzí převádí energii do baterie a zpět, zatímco delta převodník přenáší části energie ze vstupu na výstup.

17.2.2 Technické parametry zdrojů UPS Výkon UPS – udává ve VA (voltampérech) a musí být o něco větší než výkon napájecího zdroje serveru. Výkon napájecího zdroje serveru se vyjadřuje ve W (wattech). Vztah mezi zdánlivým výkonem (voltampéry) a činným výkonem (watty) je pro napájecí zdroje serveru 0,7. (Činný výkon záložního zdroje by měl být 0,7 krát větší než zdánlivý výkon napájecího zdroje serveru.) Čas napájení z UPS – jde o dobu, během níž je UPS schopná napájet server z baterií. UPS slouží k překlenutí krátkodobých výpadků napájení a ukončení systému, proto je horní hranice této doby zhruba dvacetiminutová. Platí přímá úměra mezi dobou zálohy a výkonem UPS. Při vyšším výkonu UPS (ve vztahu k výkonu zdroje serveru) se prodlužuje doba napájení z baterií. (Podívejme se na třetí řádek tabulky: kdybychom použili zálohovací zdroj 1 000 VA pro napájení serveru 450 W, vzroste doba napájení z baterií na cca 60 min.) Softwarové vybavení – je především pro servery životně důležité. Ve výbavě UPS bývá program (ten nahrajeme k síťovému operačnímu systému), který plní několik funkcí: podává informace o stavu baterií, o tom kdy UPS napájela PC z baterií, posílá zprávy o výpadcích napájecího napětí na e-mailovou adresu... Hlavní funkcí softwaru UPS je však legální ukončení operačního systému po určité době (kdy již hrozí nebezpečí, že se vybijí akumulátory v UPS). Pro komunikaci mezi UPS a serverem se používá sériový port nebo USB. Stav baterií – je také velmi důležitý. Z vybitých baterií není napájení možné. Většina UPS má na čelním panelu kontrolní diody, z nichž je možné stav baterií vyčíst. Informaci zjistíme většinou také softwarově. Životnost baterií bývá 3 až 4 roky. Doba napájení je ještě závislá na momentální zátěži serveru (a také stavu baterií), v tabulce jsou uvedeny typické parametry záložních zdrojů.

Výkon UPS 620 VA 700 VA 1000 VA 1400 VA 2200 VA 3000 VA

Výkon zdroje serveru 390 W 450 W 650 W 950 W 1600 W 2250 W

163 / 213

Doba napájení 6 –14 minut 5 –17 minut 6 –18 minut 7 –18 minut 8 –24 minut 5 –15 minut

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


Rotační UPS – fungují na principu přeměny rotačního pohybu na elektrickou energii. Tyto „UPS“ jsou umístěny ve velké skříni, kde rotuje velkou rychlostí hodně hmotné, dobře vyvážené kolo, které nějakou dobu, dokud se ještě točí, vyrábí elektřinu a to do té doby, než naběhne dieselgenerátor. Samozřejmě elektřinu nevyrábí tak dlouhou dobu (maximálně desítky sekund) jako statické UPS (ty jedou z baterií), ovšem mají samozřejmě nulovou dobu sepnutí. Vyrábějí se až do výkonu 1 000 000 VA.


Popište problematiku napájení zařízení.

9

Uveďte základní typy zdrojů UPS a zapojení.

9

Objasněte základní technické parametry zdrojů UPS.

164 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


18 Virtualizace PC Klíčové pojmy: virtualizace, simulace hardware, architektura host a supervisor, snapshot, PC konsole. 18.1 Úvod do virtualizace PC Výkon dnešních počítačů je dosti vysoký na to, aby mohly hostovat více operačních systému najednou. K tomu potřebujeme aplikaci, která má za úkol kompletně emulovat hardwarové prostředí pro běh jiného a nezávislého operačního systému v době, kdy na reálném hardwaru běží některý z běžných operačních systémů. Pomocí vizualizace jsme schopni jeden zdroj (pod pojmem zdroj si můžeme představit celý server, případně jeho části – procesor, paměť, síťová karta, datové úložiště) využít pro více než jeden operační systém. Existuje více druhů vizualizace, pro nás je důležitá tzv. plná vizualizace, při které dochází k simulaci hardware, což umožňuje běh operačních systémů bez dodatečných úprav, tedy tak jako by běžely na plnohodnotném hardwaru.

Při plné vizualizaci je možné použít dvojí architektury: • •

Hostované, hypervisor (bare-metal).

Hostovaná architektura je realizována pomocí již běžícího operačního systému (Windows, Linux), pod kterým je nainstalován software zajišťující vizualizační vrstvu a pod kterým běží virtuální stroje např. VMware, VMware server, VirtualBox, Virtual PC 2007, apod.

Hypervisor (bare-metal, nativní) architektura se vyznačuje tím, že je na tzv. holý hardware nainstalován hypervisor (robot), který je vizualizační vrstvou, a pod kterým běží virtuální stroje např.VMware ESX server, který je součástí VMware Virtual Infrastrukture.

165 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


18.2 VMware workstation Jako VMware je označována rodina produktů stejnojmenné společnosti pro kompletní virtualizaci hardwarového prostředí softwarovou cestou. Produkty společnosti VMware existují hned v několika variantách pro různé operační systémy. V současné době jsou hlavní produkty k dispozici pro Windows a Linux (formou .rpm balíčku), MacOS X. Produkt VMware Workstation je určen i pro použití na domácím počítači, je však komerční a licencovaný.

Součást tohoto produktu představuje vlastní program stejného jména a bezplatný vizualizační nástroj VMware Player. Jeho výhoda spočívá v podpoře pro 64bitové hostitelské i hostované systémy, podpoře pro Vanderpool (hardwarové instrukce Intel procesorů pro virtualizaci), rychlosti a přítomnosti akcelerovaného přístupu na disk, síť i grafickou kartu. Nejedná se přitom o emulaci, virtualizovaný OS běží na 99 % rychlosti nativního běhu. I přes množství funkcí je v něm vše logicky uspořádáno a uživatel tak nemusí dlouho bádat. Téměř všechna uživatelova aktivita se týká okolo seznamu virtuálních strojů a jejich náhledy. Při vypnuté virtualizaci se místo náhledu operačního systému zobrazuje velké množství informací o nastavení virtuálního stroje. Ta jdou měnit pouhým kliknutím na příslušné položky.

18.2.1 Vytvoření virtuálního operačního systému Vlastní vytvoření virtuálního operačního systému je doprovázeno jednoduchým průvodcem a nevyžaduje žádné velké znalosti v oblasti operačních systémů. Stačí si jenom vybrat, který operační systém na virtuálním stroji poběží, a pro který bude VMware Workstation optimalizováno, dále vybrat možnosti síťového propojení s reálným operačním systémem pro snadný přístup k internetu i z virtuálního operačního systému a velikost simulovaného pevného disku. Pro instalaci operačního systému pak stačí vložit jeho instalační disk do CD/DVD mechaniky počítače, spustit virtuální stroj a nainstalovat operační systém běžným způsobem. VMware Workstation umí simulovat obsah CD/DVD disku i ze souboru obrazu disku .iso, tudíž můžete spustit Linux přímo ze stáhnutého souboru bez nutnosti vypalování na CD/DVD. Stejným způsobem funguje i simulování disketové jednotky.

166 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


Zobrazení virtuálního operačního systému Vyřešeno je přepínání mezi používáním virtuálního operačního systému a systému reálného. Pro přesun do virtuálního systému stačí kliknout přímo do náhledu virtuálního operačního systému. Pro přesun zpět slouží klávesová zkratka Ctrl+Alt. Jediné, co asi může znepříjemnit používání VMware Workstation, je absence příkazu Ctrl+Alt+Del ve virtuálním systému, způsobena právě zkratkou pro přepínání. Příkaz Ctrl+Alt+Del se ve VMware Workstation odesílá z hlavního menu programu příslušnou položkou pod tlačítkem VM. K možnosti zobrazení patří tři tlačítka v pravé části hlavního menu: • • •

Zobrazení v okně – náhled virtuálního operačního systému je zobrazen přímo v okně programu a levé tlačítko z trojice tlačítek slouží k přepínání zobrazení oblíbených virtuálních strojů. Zobrazení Fuul Screen – roztažení náhledu virtuálního operačního systému na celou obrazovku, pro přesun zpět do okna se používá zkratka Ctrl+Alt. Zobrazení Quick Switch – náhled je sice roztažen do celého okna, obsahuje ovšem proužek pro snadné přepínání mezi spuštěnými virtuálními stroji, při najetí kurzorem myši na horní okraj obrazovky se zobrazí hlavní menu VMware Workstation, kde je možné vypnout toto zobrazení (nefunguje zkratka Ctrl+Alt).

Síťové spojení s reálným operačním systémem Pro snadné připojení k internetu z virtuálního operačního systému umožňuje VMware Workstation vytvořit pomocí ovladače přímo v reálném operačním systému virtuální přípojku. Ta se chová jako běžné síťové propojení mezi počítači. To může být buďto přímé, překládané (NAT), nebo přes virtuální lokální síť LAN. Snapshot Funkce Snapshot umožňuje vytvořit jakési záchytné body v konfiguraci virtuálního operačního systému.

VMware Tools Běh virtuálního operačního systému si vyžádá opravdu hodně výpočetního výkonu. Po nainstalování VMware Tools (přístupné přímo z hlavního menu programu VMware Workstation) se simulovaný stroj stane mnohem rychlejším a nezabírá již tolik procesorového času. Virtuální systém tak téměř dosáhne výkonu reálného operačního systému. VMware Tools jsou dostupné pro Windows, Linux (formou balíčku) a BSD. VMware Tools vlastně přenáší renderování grafiky z procesoru na grafickou kartu, se kterou se virtuální stroj nemůže spojit. Díky tomu na virtuálním stroji rozběhnete i současné, graficky náročné, hry. Zároveň se také změní způsob přecházení mezi reálným a virtuálním operačním systémem. Stačí pouze najet nad náhled virtuálního operačního systému a kurzor reálné myši se přenese do virtuálního stroje. Po opuštění náhledu se zase vrátí do reálného operačního systému. VMware Player VMware Player představuje druhý programe z produktu VMware Workstation. Na rozdíl od výše popsaného programu je však bezplatný a umožňuje vizualizovat virtuální stroje, vytvořené pomocí VMware Workstation. Easy VMX Pro potřeby provozování virtuálních strojů ve VMware Player vznikla internetová služba EasyVMX pro vytvoření konfiguračních souborů, potřebných k jejich provozování. Ta zastoupují aplikaci VMware Workstation a vytváří konfiguraci, při které je možno nainstalovat operační systém i ve VMware Playeru.

167 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


18.3 Virtual PC Virtual PC je produktem zaměřeným na vizualizaci produktů Microsoft.

18.3.1 Vytvoření virtuálního počítače s Microsoft Virtual PC Tento postup je použitelný pro všechny operační systémy, v podstatě se liší jen nastavením velikosti operační paměti. Ve Windows XP potřebujeme pro vytvoření virtuálního počítače pro Windows Vista minimálně 1,5 GHz procesor, 768 MB operační paměti (256 MB zůstane pro Windows XP a minimálně 512 zabere Windows Vista) a absolutní minimum 10 GB volného místa na disku. Spustíme tedy program a otevře se nám okno Virtual PC Console, klikneme na New.

Otevře se uvítací okno

V dalším okně necháme zaškrtnutou volbu Create, následuje Next,

v tomto okně zadáme název nového virtuálního počítače, například Windows Vista. Pokud sem napíšeme název oficiálně podporovaného operačního systému, program Microsoft® Virtual PC 2007 to už pozná a v následujících oknech průvodce nám nabídne pro něj doporučené hodnoty nastavení. Pokračujeme stiskem Next.

168 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


Jestliže jsme neudělali překlep a máme dostatek operační paměti – nabídne nám program Windows Vista, 512 MB operační paměti a 64 GB harddisk. Klepneme na tlačítko Next. V následujících oknech můžeme tyto hodnoty dále upravit, jako první přijde na řadu operační paměť. Můžeme ponechat zaškrtnutou doporučenou volbu Using the recommended RAM v tomto případě s hodnotou 510 MB nebo zaškrtnout volbu Adjusting the RAM a zvolit vlastní velikost operační paměti a klepneme na Next.

V dalším necháme zaškrtnuté políčko A new virtual disk a zvolíme Next, a

v posledním okně vidíme informaci o tom, že jsme vytvořili virtuální počítač s názvem Windows Vista, se stejnojmenným pevným diskem a s pamětí 510 MB. Klikneme na Finish a v okně Virtual PC Console se nám objeví náš první virtuální počítač.

V další volbě provádíme dodatečné nastavení parametru, sítě atd. Provedeme potřebná nastavení a potvrdíme případné změny tlačítkem OK, nebo raději zvolíme Cancel.

169 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


Spustíme náš virtuální počítač kliknutím na tlačítko Start v okně Virtual PC Console.

1. Action: Režim přes celou obrazovku – pravý Alt+Enter. Ctrl+Alt+Del – pravý Alt+Del. Pauza, ukončení – pauzy pravý Alt+P. Restart – pravý Alt+R. Vypnutí počítače – pravý Alt+F4. Nyní se otevře okno s volbou uložení stávajícího stavu virtuálního počítače, vypnutí počítače pomocí operačního systému, nebo vypnutí „natvrdo“. Zajímavá je volba Save state, kdy se virtuální počítač uloží ve stavu, v jakém byl v okamžiku vybrání této volby.

2.

Edit: Kopírovat – pravý Alt+C. Vložit - pravý Alt+V. Vybrat vše pravý Alt+A. Nastavení pravý Alt+E. Vytvoření snímku obrazovky (screenshotu): Vybrat vše pravý Alt+A a pak kopírovat – pravý Alt+C. Opuštění okna virtuálního PC – pravý Alt. Vložení screenshotu do grafického editoru ve skutečném PC Ctrl+V a uložení Ctrl+S. Vložení instalačního čísla programu: Zkopírujeme číslo ve skutečném PC Ctrl+C a pak klepneme do okna virtuálního PC a dále do prvního políčka pro číslo a zvolíme vložit – pravý Alt+C.

3.

CD Use Physical Drive E: – načtení CD/DVD ze skutečné CD/DVD mechaniky vašeho počítače Capture ISO Image… – načtení ISO image CD/DVD z adresáře ve vašm skutečném počítači (obdoba virtuálních mechanik programů Daemon Tools, Alcohol 120 % nebo UltraISO) Eject CD – vysunutí CD/DVD. Relase – vysunutí ISO image CD/DVD.

170 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava 4.


Floppy: Control Physical Drive A: načtení skutečné diskety v disketové mechanice vašeho počítače Capture Floppy Disk Image… – načtení virtuálního obrazu diskety z adresáře vašeho skutečného počítače Relase Disk – vysunutí image diskety.

Spuštění virtuálního počítače Restartujeme virtuální počítač pravým Alt+R a stiskneme klávesu Delete. Otevře se nám nastavení BIOS.

Tady si nastavíme, co potřebujeme, mnoho tu k nastavení není, připomíná to spíše BIOSy notebooků. Uložíme klávesou F-10 a pak Enter. Posléze načteme buď fyzické DVD s Windows Vista z vaší CD/DVD mechaniky v menu CD Use Physical Drive E:, nebo ISO image DVD s Windows Vista z adresáře vašeho počítače Capture ISO Image… Dále už postupujeme při instalaci stejně jako ve skutečném počítači. Po dokončení instalace ješte nasdílíme potřebné složky z fyzického PC kliknutím pravým tlačítkem myši vlevo dole na ikonku adresáře a vybráním volby Share Folder. Nastavení sdílení složek a v okně s adresářovým stromem je vybereme.

Adresářový strom sdílení složek Nakonec ještě zvolíme písmeno síťové jednotky (složka se bude připojovat a chovat ve virtuálním počítači jako síťová jednotka), a pokud zaškrtneme políčko Share every time, bude složka sdílená i při dalším spuštění virtuálního počítače. Po otevření průzkumníka ve virtuálním PC se zobrazí hned pod diskovými jednotkami.

171 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


Síťová jednotka – sdílená složka

Optimalizace virtuálního počítače Tento proces spočívá v nainstalování ovladačů Virtual Machine Additions, dodávaných společně Microsoft® Virtual PC 2007. Ovladače najdeme ve formě ISO image standartně v adresáři C:\Program Files\Microsoft Virtual PC\Virtual Machine Additions jako soubor VMAdditions.iso. Spustíme virtuální počítač, počkáme, až se aktivuje operační system a potom v hlavním menu okna virtuálního počítače klikneme na Action, tam na Install or Update Virtual Machine Addions popřípadě zadáme na klávesnici pravý Alt+I, nebo klepneme na CD a vybereme Capture ISO Image…, najdeme a poklepeme na VMAdditions.iso. Spustí se nám instalátor ovladačů, instalace je relativně jednoduchá, stačí následovat průvodce. Po nainstalování ovladačů nás instalátor vyzve k restartu počítače, klikneme na tlačítko restart a po resetu poté pocítíme velmi výrazný narůst výkonu virtuálního počítače. Odpadne nám také přepínání klávesou Alt při přechodu z okna virtuálního počítače ven do okna fyzického. Ovladače Virtual Machine Additions můžeme instalovat na DOS, všechny verze Windows (kromě Windows 95, instalátor tam upozorní chyboum kvůli chybějícím knihovnám), a na OS/2 od IBM. Na oficiálně nepodporované systémy tyto ovladače instalovat nelze, ale např. SUSE Linux 10.1 běží dostatečně rychle i bez nich.

18.4 Některé další produkty pro virtualizaci Jiným produktem pro vizualizaci je open-source hypervizor, který je určený pouze pro Linuxové hostitelské systémy, pracuje na paravirtualizačním typu virtualizace. Xen byl vyvinut na univerzitě v Cambridge a jeho hlavní výhodou je, díky zvolené metodě paravirtualizace znatelně vyšší výkon virtuálních strojů. XEN se stal součástí Linuxových distribucí Suse, RedHat, Debian a mnoha dalších. V současné době existují tři edice XENu: XEN Enterprise – jedná se o komerční edici s placenou podporou. Podporuje neomezené množství virtuálních strojů na jednom hardwaru. Umožňuje využívat neomezené množství paměti RAM a více jak 32 procesorů. Na hostované virtuální stroje lze nainstalovat různé platformy. Obsahuje jednoduchý instalátor a XenCenter Administrator Console pro centrální správu více serverů. Je možné využívat QoS pro CPU, disk, síť, dále je k dispozici podpora VLAN a sdílených úložišť. XEN Standard – je komerční edice placená jako roční podpora. Na virtuálních strojích je možné provozovat operační systémy Linux nebo Windows 2000 a vyšší. Na fyzickém stroji podporuje více jak 32 procesorů a neomezené množství RAM. Obsahuje stejně jako Enterprise edice jednoduchý instalátor XenCenterAdministrator Console pro centrální správu více serverů. XEN Express – jedná se o nekomerční edici dostupnou zdarma. Na fyzickém stroji podporuje maximálně dva procesory a 4GB operační paměti. Současně mohou být spuštěny maximálně čtyři virtuální stroje, je možné instalovat Linux i Windows. Xen je hypervizor – hypervizor se spouští ještě dříve, než je do paměti zavedeno jádro operačního systému, a tvoří mezivrstvu mezi hardwarem a jádrem operačního systému. Úloha hypervizoru spočívá v práci s I/O porty a správou operační paměti. Při startu počítače se nejdříve spouští zavaděč (LILO/GRUB) a v tomto zavaděči je možno rozhodnout, jaký systém a ze kterého oddílu disku bude zaveden. V případě, že si nainstalujeme XEN, přibude nám nová možnost na výběr.

172 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


Místo přímého zavedení jádra operačního systému bude možné ze zavaděče spustit hypervizor XEN, který následně po svém nastartování zavede upravené jádro systému Linux. Systém, který je zaveden do hypervizoru jako první, se nazývá hostitelský systém a je z něj možné ovládat vlastnosti hypervizoru, vytvářet a spouštět hostované systémy. Pokud vlastníme moderní procesor s podporou virtualizace (Pacifica v případě AMD a Vanderpool v případě Intelu), nebude třeba používat upravené jádro pro hostovaný systém. V takovém případě lze na XENu provozovat jako hostované systémy i Windows, u nichž není možné upravit jádro pro podporu paravirtualizace.

Instalace XENu není nic jednoduchého, se doporučuje si prostudovat dokumentaci na stránkách http://xen.sf.net, případně články které vyšly na portále ROOT. VirtualBox VirtualBox představuje zajímavý produkt pro uživatele, kteří nechtějí do virtualizačního softwaru investovat ani korunu. Bezplatná verze je plně funkční a postačí tak většině uživatelů. Program sice trpí několika nedostatky, které se týkají podpory méně rozšířených operačních systémů, pro simulaci běžných operačních systémů však funguje bez problému. Parrallels Workstation Jde o komerční software, Workstation je optimalizován tak, aby plně využíval hardwarové virtualizace prostřednictvím podpory technologie Intel VT a AMD SVM (Security and Virtual Machina od AMD) pro bezpečné, vysoce výkonné virtuální počítače. Zahrnuje použití: • • •

v operačních systémech x86, včetně Windows, Linux, FreeBSD, OS/2, eComStation, Solaris a MS-DOS; Lightweight Hypervisor Workstation poskytuje virtuálnímu počítači přímý přístup k hardwaru hostitelského počítače; aplikaci Parallels Transporter pro přenesení celého počítačového systému – včetně operačního systému, programů, souborů…. – na virtuální počítač Parrallels bez ztráty dat nebo opětovné instalace jakéhokoli softwaru.


Popište základní architekturu pro vytváření vizualizace a její využití v praxi.

9

Uveďte programy pro vytváření virtuálních strojů.

9

Objasněte instalaci nástroje Microsoft Virtual PC.

173 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


19 Souhrn vybraných cvičení 19.1 Praktické cvičení realizace strukturované kabeláže V tomto cvičení se žáci seznámí s problematikou praktické realizace strukturované kabeláže. V prvé části, po získání základní orientace a seznámení se s propojovacími prvky, budou na cvičných pracovištích vytvářet síťová propojení. Pracoviště jsou vybavena krepovacími kleštěmi, speciálním nářadím pro zapojení patch panelů a testery. Po získání těchto praktických dovedností budou žáci ve druhé části zpracovávat samostatný projekt se zadáním a termínem odevzdání v 1. pololetí. Rozsah výuky 6-8 hodin, zpracování projektu je zadáno jako samostatná práce žáka, kdy může využívat v rámci samostudia specializovanou učebnu. 1.část • • • • • • •

praktická realizace zhotovení propojovacího kábelu s konektory RJ45(vyzkoušet obě normy), měření správnosti zapojení testerem, zapojení zásuvky a patch panelu, propojení s aktivním prvkem a síťovou kartou, ověření správnosti propojení a odzkoušení komunikace, pro 4.ročníky možno zařadit základy managementu switche,komunikace přes hyperterminál a port RS232, nastavení pro přenos,zahájení komunikace, základy managementu, alternativně pře WEB rozhraní.

Pracoviště pro cvičení č.1

Doporučený postup: • Zastřihněte rovně kripovacími kleštěmi konec kábelu, vždy alespoň o pár milimetrů (konce mohou být poškozené) a nasuňte na kábel krytku konektoru tak, že širším koncem směřuje ke konci kábelu.

174 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


Pomocí ořezávátka odstraňte izolaci. Konec kabelu vložtě mezi kleště tak, aby konec byl zarovnán s širší částí čelistí a několikrát otočte nástrojem kolem kábelu,a ž dojde k oříznutí, délka odstraněné izolace je asi 12 mm. Rozpleťte vodiče a seřaďte podle požadovaného způsobu zapojení.

Nyní nasuneme konektor na srovnané konce vodičů, dbáme, aby konce byly stejně dlouhé a aby se při nasunování nepřehodily. Někdy je vhodné kleštěmi vodiče do roviny zastřihnout. Po zasunutí zkontrolujeme, že všechny vodiče jsou pod břity a kleštěmi zmáčkneme konektor. Tím dojde k zamáčknutí kontaktů v konektorů do jednotlivých vodičů. Spojení je již nerozebíratelné, při chybě musíme konektor odstřihnout a začít znovu.

Následně ještě zkontrolujeme pořadí vodičů pod břity a nasuneme krytku na konektor. Stejným postupem zhotovíme konektor i na druhém konci kábelu. Na závěr přistoupíme k testování testerem. U přímého kábelu se nám na obou částech testeru rozsvěcují LED diody se stejnými čísly vodičů. Pokud je tomu tak, máme kábel v pořádku a můžeme pokračovat.

175 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


Při zapojení zásuvek a patch panelů pokračujeme tak, jak je naznačeno na následujích obrázcích. Vlastní zapojení se mohou lišit dle použitých zásuvek a patch panelů. Při postupu zapojení kabelu do zásuvky používáme speciální nástroj pro zamáčknutí vodiče do kontaktů zásuvky.

Po zapojení zásuvky druhou stranu kabelu připojíme k patch panelu. Nejprve si důkladně zjistíme pořadí vodičů( je vždy zobrazeno na vnitřní straně panelu).

Po zapojení provedeme testerem kontrolu propojení, můžeme připojit i náš zhotovený propojovací kabel.Je-li vše v pořádku, pak jsme byli úspěšní.

2.část

176 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


Vytvořte projekt strukturované kabeláže s použitím stavebního plánu podlaží budovy školy, firmy apod. Zpracujte formou technické dokumentace. Zadání: • • • • • •

kabeláž bude realizována nestíněnou kroucenou dvojlinkou, minimální počet místnosti 6, minimálně 4 zásuvky na místnost, další tři místnosti budou vyčleněny pro provozní část (WC, sklady, umístění rozvaděčů, serverů), vhodně situujte rozvaděč, navrhněte počet patch panelu v rozvaděči ( rack), nad vytvořeným kabelovým systémem navrhněte osazení rozvaděče aktivními prvky (switche).

V grafické části bude technická zpráva obsahovat: • půdorys, včetně označení místnosti, • v plánu podlaží vyznačení kabelových tras a rozmístění zásuvek, • návrh vhodného systému označování zásuvek a portů na patch panelech a aktivních prvcích v dokumentaci, • navrhněte vhodný systém označování zásuvek a portů na patch panelech a aktivních prvcích v dokumentaci, • zpracování položkového rozpočtu návrhu. Celkový rozsah práce 5 až 7xA4 při dodržení zásad normostránek, možno zvolit zpracování elektronicky ve formě .pdf souboru. Ke zpracování: • • •

studijní materiál vytváření strukturované kabeláže, praktická ukázka učitelem, podpůrný prostředek-Internet na PC (po domluvě s vyučujícím). ,

Strukturovaná kabeláž Rack • skříň, obvykle zamykatelná, • obsahuje propojovací (patch) panely, aktivní prvky, někdy i servery a další komponenty, • vnitřní šířka 19“.

Patch panel blok označených zásuvek na rubu svorkovnice pro připojení kabelů

Zásuvka různá provedení – na zeď, pod omítku, do lišt apod.

177 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


Aktivní prvky

předávají pakety a rekonstruují je • • • • •

dnes prakticky výlučně přepínače (switche), předávají paket jen na port, kde se nachází příjemce, zjišťují automaticky z procházejících paketů (plug&play), optimalizace výkonu a propustnosti, na obrázku přepínač AT 8000 GS24.

Typy přepínačů jednoduché koncové • plug&play bez možnosti nastavení, • laciné. páteřní • pokročilé možnosti konfigurace, • VLAN, bezpečnostní mechanismy, • dálková správa, • podstatně dražší. Směrovače pracují v síťové vrstvě (typicky s protokolem IP, mohou být i jiné): • koncové počítače je „vidí“ a musí s nimi cíleně spolupracovat (konfigurace default gateway), • základem práce směrovací tabulka s nejlepšími cestami ke známým cílům, • směrovač obvykle provozuje jeden či několik směrovacích protokolů aktualizujících jeho směrovací tabulku. Síťová karta • propojuje počítač se sítí, • dnes obvykle na základní desce, může být ale samostatná.

178 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


Propojovací kabel

UTP –kroucená dvojlinka 4 páry: • modrý, • oranžový, • zelený, • hnědý, • jeden vodič celobarevný, • druhý v kombinaci bílé a barvy. Zapojení UTP • dva standardy – T568A a T568B, mají prohozený zelený a oranžový pár; v praxi nevadí (jen je třeba,aby oba konce jednoho kabelu byly zapojeny stejně).

pohled zepředu na zásuvku T568B T568A

UTP kábel standardní počítač–switch, 1–1, 2–2, 3–3, 4–4, 5–5, 6–6, 7–7, 8–8. křížený počítač–počítač nebo switch–switch, dnes autodetekce 1–3, 2–6, 3–1, 4–8, 5–7, 6–2, 7–5, 8–4.

179 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


19.2 Sestavení PC, instalace operačního systému, testovací programy V tomto cvičení se žáci seznámí s problematikou montáže a oživení základní desky PC s procesory IntelCore a grafickou kartou ASUS nVidia. Jako PC je použito pracoviště na cvičném panelu se základní deskou Intel Desktop Board DG33TL. Je možno využit 5 pracovišť, žáci pracují ve dvojicích, k dispozici jsou manuály k základní desce a instalační CDROM. Výstupem je celkové zhodnocení a výsledky testování. Nutno zpracovat ve formátu .pdf. Cvičení lze rozložit do 2 samostatných bloků.

Seznamte se důkladně s dokumentací základní desky! Kontrola hardware: proveďte kontrolu montáže základní desky a její nasvičování dle dokumentace výrobce, proveďte kontrolu paměti základní desky, všimněte si propojení disků a jednotky CDROM k základní desce, proveďte kontrolu typu instalovaných pamětí a jejich umístění, proveďte kontrolu napájecího zdroje a jeho propojení k základní desce, ověřte správnost zapojení Front panelu na základní desce, ještě jednou ověřte důkladně správnost zapojení napájení, proveďte kontrolu připojení periférních zařízení, oznamte učiteli ukončení této části úlohy. Zprovoznění PC a instalace operačního systému: zapněte PC a ověřte správnou funkcí jednotlivých modulů, BIOS je nastaven na bootování s jednotky DVD, vložte instalační CD a restartujte počítač, proveďte základní instalaci operačního systému WINDOWS XP, postupujte dle pokynů průvodce instalací. diskový subsystém stanice pro instalaci: primární partition o velikosti: 4 GB, souborový systém: NTFS, jméno a název společnosti: UCEBNA_619, organizace: SPS_KRA, název počítače: PC1, heslo administrátora: spravce, uživatel pc : student.

180 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


Instalace ovladačů k základní desce, instalace doplňkového software: • • • • •

proveďte instalaci ovládačů z CD k základní desce – ověřte,že ovladače jsou určeny pro vaši typově označenou základní desku, nainstalujte síťovou kartu WLAN, zjistěte přes správce hardware,zda jsou korektně nainstalovány ovladače (Tento počítač-Vlastnosti-Hardware-Správce zařízení), proveďte instalaci doplňkového software s přiloženého CDROM včetně testovacích programů EVEREST,PC Wizard 2008 nebo SiSoftSandra, seznamte se s testovacími programy a proveďte základní testy počítače.

Základní deska vstupy a výstupy

181 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


19.3 Hardwarová instalace grafického adaptéru Při hardwarové instalaci pracujeme v souladu s tímto postupem textu.

•

Počítač odpojíme od přívodu napájecího napětí.

•

Sejmeme levý kryt počítačové skříně.

•

Zkontrolujte kompatibilitu grafického adaptéru11 a základní desky počítače.

•

Nalezneme slot pro připojení grafického adaptéru, odstraníme záslepku ve skříni počítače (postupujeme opatrně, aby nedošlo k poškození základní desky).

•

Kartu do volného slotu opatrně zatlačíme (pozor na příliš velké prohnutí základní desky – může dojít k protržení vodivých drah).

•

Dbáme na to, aby karta adaptéru byla řádně zasunuta ve slotu. Kartu upevníme šroubem ke skříni počítače.

182 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


Upevňovací Konektor pro přenos analogového signálu (VGA)

Konektor pro přenos digitálního signálu (DVI)

Ostatní karty (připojené k základní desce) umístíme s ohledem na použité sloty tak, aby byla zajištěna dostatečná ventilace.

Po vizuální kontrole nasadíme kryt skříně, zapojíme kabel propojující grafický adaptér s monitorem a napájecí kabel počítače.

Po zapnutí počítače musí systém i bez nainstalovaných ovladačů zobrazovat základní obraz na monitoru.

Výše popsaný postup odpovídá praktickému použití. V rámci cvičení je situace jednodušší, hardwarová instalace bude provedena na připraveném panelu (nikoli ve skříni počítače).

Při softwarové instalaci pracujeme v souladu s tímto postupem. Po dokončení hardwarové instalace zapneme počítač. (Nejčastější příčinou toho, že na monitoru nevidíme obraz je nedokonale zasunutá karta ve slotu.)

Funkce grafického adaptéru jsou však bez nainstalovaného ovladače pouze velmi omezené.

Inicializace instalace

183 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava

Elektronické počítačové systémy Médium se software dodan výrobcem zasuneme do CD (DVD) jednotky a spustíme instalaci.

Spuštění instalace ovladačů

Pokračování v instalaci

V dalších krocích se řídíme pokyny na obrazovce počítače.

Nainstalujeme ovladače. Vzhledem k tomu, že náš nový grafický adaptér mohl být nějakou dobu ve skladu prodejce zkontrolujeme, zda výrobce neposkytuje ke grafickému adaptéru inovovaný software (tuto kontrolu provedeme na stránkách výrobce).

Po zdárné instalaci zkontrolujeme prostřednictvím „Správce zařízení“ systému Windows, zda

Instalace proběhla bez konfliktů

v průběhu instalace nedošlo k nějakým konfliktům.

V případě potíží ovladač aktualizujeme, nebo znovu instalujeme.

Následně zobrazené panely lze využít k aktualizaci ovladače a řešení případných problémů.

184 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


Na záložce „Nastavení“ zvolíme „Upřesnit“, . . .

. . . a spustíme ovládací panel. . . . zvolíme záložku grafického adaptéru . . .

Prodejce dodává s grafickým adaptérem ovladače, a často i další doplňující software. Použitím tohoto softwaru zobrazovací systém jako celek vyladíme.

185 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


Je potřeba sladit možnosti grafického adaptéru s možnostmi monitoru a našimi potřebami.

Prostřednictvím ovládacího panelu nastavíme parametry grafického adaptéru. V levé části panelu volíme kategorie a ovládacími prvky v pravé části nastavujeme požadované hodnoty…

186 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


Grafický adaptér je nastaven a můžeme přistoupit k otestování jeho funkce.

187 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


U počítačové sestavy nás často zajímá její výkon. Výkon počítače lze charakterizovat množstvím „informací“ zpracovaných za jednotku času. Posuzujeme- li výkon grafického adaptéru, pak nás bude zajímat jak rychle a kvalitně dokáže toto zařízení zobrazovat požadované informace. Na výkon grafického adaptéru mají nemalý vliv i další komponenty počítače (hlavně CPU, MB12 a BIOS13, RWM RAM14). Výkon grafického adaptéru proto budeme zjišťovat a hodnotit v konkrétní počítačové sestavě. K zajištění „objektivity“ výsledků testu se používá software (pokud možno nezainteresované firmy). Dále bude uveden popis testu nainstalovaného grafického adaptéru realizovaný software firmy SiSoftware Ltd. SiSoft Sandra.

Popisovaný software umožňuje ne jen otestovat počítačovou sestavu, ale i zobrazit technické parametry jednotlivých prvků počítače. Snímek na následující stráně ukazuje nabízené možnosti použití testů.

Testy počítače

Informace o hardware

188 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


Testování různých funkcí grafického adaptéru

Výsledky testu jsou zobrazeny tak, že umožní porovnání testovaného PC s jinými sestavami.

Vyhodnocení a srovnání výsledků testů

Jak již bylo uvedeno, SiSoft Sandra umožňuje shromáždit a zobrazit i technické parametry počítačové sestavy.

189 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


Zobrazení podrobných informací o grafickém adaptéru

Následující snímek naznačuje schopnosti SiSoft Sandra v oblasti zobrazování technických parametrů nejen grafického adaptéru. Zde uvedený postup zobecněte a aplikujte na testovací software instalovaný na vašem počítači.

Výpis parametrů a jejich hodnot

190 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


Na základě postupu instalace a výsledků testování grafického adaptéru vypracujte protokol. Protokol bude obsahovat:

Vyplněný titulní list (viz Příloha).

Popis postupu testování.

Výsledky testu ve formě tabulky, nebo sloupcového grafu.

Srovnání testovaného grafického adaptéru s jinými, v současné době používanými.

Závěrečné zhodnocení průběhu instalace a výsledků testů. Zde především uveďte:

Názor na vhodnost použitého grafického adaptéru v počítačové sestavě.

Doporučení k modifikaci sestavy pro dosažení lepšího vyvážení systému.

Doporučení ke konkrétnímu použití testované počítačové sestavy.

191 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


19.4 Zvuková karta – praktické cvičení V tomto praktickém cvičení budou žáci testovat vlastnosti zvukové karty freewarovou utilitou RightMark Audio Analyzer 5.5. (ta je ke stažení na adrese audio.rightmark.org). K testování bude použita zvukovka A-link USB, alternativně je možno použít jinou, zapojení se může lišit konektory, kterými mohu být karty vybaveny.

Propojovací kábely a konektory

Zvukovka A-link USB

Zapojení pro testování Použijeme tzv. mikrofonní kabel (stereofonní, 2x3,5 mm Jack- Jack), kterým spojíme linkový výstup (Line-out, Rear) s linkovým vstupem (Line-in) zvukové karty.

V tomto konkrétním případě propojíte (třetí) „front audi“o a (pátý) „line-i“n konektor... RightMark Audio Analyzer (RMAA) je jednoúčelovým programem, který umí generovat testovací kmitočty, které je možno uložit do formátu wav, a následně je dokáže analyzovat pomocí FFT (Fourirové Transformace) s možností grafického výstupu.

192 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


Můžeme zvolit testování uzavřenou smyčkou (loop) – zvuková karta generuje a vysílá testovací signál do zdířek line-out, a ten je následně přiveden na vstup line-in, tady je nahrán a vyhodnocen. Propojení vstupu a výstupu jako metoda nepatří mezi nejpřesnější, protože sčítá chybu vstupní a výstupní části zvukové karty, jedná se však o standardní test za stejných podmínek.

Z důvodů minimalizace zkreslení signálů je nutno zvukový systém nastavit Nejdříve si aktivujte všechny ovladače platné pro přehrávání ve „vlastnostech" mixeru (některé potenciometry bývají skryté)... K nastavení úrovně signálu je třeba otevřít systémový mixer(směšovač) a nežádoucí zdroje signálu vypnout. V nastavení hlasitosti „Přehrávaní" ponecháme pouze zařízení Wave (což je počítačem generovaný signál) a Volume Control – tím zajistíme jediný zdroj signálu. Potenciometr Wave nastavíme na 80-100% (zde je někde hodnota 0dB) a výstupní úroveň regulujeme pouze hlavním potenciometrem „Volume Control". U jiných

zvukových karet je nutno vypnout veškeré zvuk deformující funkce (Sensaura, EAX, 3D Sound

Enhancer, Enviroment) – ty často do signálu vnášejí vlastní digitální zkreslení, vypnout ekvalizéry a „bass boostry" atp. Budeme ještě potřebovat nastavit úroveň nahrávání (Záznamu):

193 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


Zdroj signálu pro nahrávání je pouze jeden, Line-in (kde se testovací signál do zvukovky smyčkou vytvořenou mikrofonním kabelem vrací). Obecně platí, že „0dB" stupnice se u nahrávání (Recording Control) nachází ve spodní části dráhy virtuálních potenciometrů (15-20 %, jeden až dva dílky stupnice). S nastavením úrovně záznamu později nehýbejte.

Před vlastním měřením je třeba nastavit správnou úroveň signálu. V nápovědě se doporučuje úroveň vybuzení -1 až 3dB (některé profesionální zvukové karty mají svá specifická doporučení).

Kalibraci provádíme především nastavením celkové hlasitosti „Volume Control" na výstupu. Všimněte si, že systém upozorňuje na zkreslení signálu limitací (Clipping) a na případné přeslechy (Leakage). Poznámka: U kvalitních karet záleží i na kvalitě testovacího kabelu – i když rozdíly jsou často nepatrné. Nejobjektivnějším měřením je test, kdy je testovaná karta připojena k referenční kartě vysoké kvality. Nyní stačí kliknout na Wizarda nebo na spodní levou ikonu.

194 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


Po proběhnutém testu si výsledky můžete uložit pro pozdější analýzu. Pokud kliknete na ikonu, která je označena šipkou, můžete si vygenerovat podrobný HTML report s grafy a výsledky. RightMark Audio Analyzer 5.5 dokáže při správném nastavení změřit: •

frekvenční rozsah,

•

hladinu šumu,

•

dynamický rozsah,

•

celkové harmonické zkreslení,

•

intermodulační zkreslení,

•

přeslech mezi kanály.

195 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


Některé výstupní grafy, jak v nich číst? Frekvenční charakteristika Frekvenční charakteristika znázorňuje,v jakém kmitočtové pásmu je zvuková karta schopná přenášet signál.Konec a začátek charakteristiky určují body s poklesem úrovně asi o 3 dB. Pro běžný poslech může být zvlnění charakteristiky o 2 dB. Pro studiové použití by měla být tato charakteristika dokonale rovná, jak je znázorněno na charakteristice špičkové zvukové karty.

Ke grafu – vzhledem ke vzorkovací frekvenci 44.1 kHz je rozsah ve kterém RMAA zkoumá frekvenční charakteristiku, omezený 20 Hz-22 kHz. Mírné zvlnění (viz výše, -/+ 0,5 dB) není v zásadě na závadu (rozhodně se nejedná o takový problém , jak se to z grafu může jevit). Pokles vysokých kmitočtů by neměl začínat pod 10 kHz. Křivku mohou deformovat také ekvalizéry a „bass boostry".

Přenosová charakteristika špičkové zvukové karty

196 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


Hladina šumu •

Odstup cizích napětí ,jeho hodnota se uvádí v dB, udává, jaký je poměr mezi cizím napětí na výstupu a jmenovitým výstupním napět.,

•

Odstup rušivých napětí, při měření se používá filtru A, jehož přenosová charakteristika se blíží vlastnosti lidského ucha.Tyto hodnoty vypovídají , jaké kvalitní součástky výrobce použil, jak je karta navržena, hodnotu odstupů může ovlivnit i nekvalitní napájecí zdroj.

Šumové spektrum na obrázku obsahuje rušení, způsobené pravděpodobně počítačovým zdrojem. Dynamický rozsah – dynamic range Jeho hodnota je uváděna v dB, a ta udává, jaký rozdíl mezi nejnižší a nejvyšší vstupní nebo výstupní hodnotou dokáže karta zpracovat. Dole je tato hodnota omezena šumem a zhora maximálním napěťovým rozkmitem výstupních (vstupních) obvodů. Dynamický rozsah a odstup signál – šum jsou u zvukových karet prakticky jedno a totéž. Šum u digitálních zařízení jako jediný omezuje teoretický dynamický rozsah daný bitovou hloubkou. Pokud je odstup signál šum horší než -70 dB, začíná být šumová kulisa poměrně zřetelná. Hodnoty nad -80 dB jsou již přijatelné, spokojení můžeme být ale s hodnotami nad -90dB. Špičkové zvukové karty dokážou ve vysokých rozlišeních (24bit) nabídnout odstup signál šum i 140 dB!

197 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


Zkreslení •

Harmonické zkreslení(THD) se dá u dnešních zařízení zanedbat, dosahuje hodnot v setinách procent. Je uváděno, že lidské ucho toto zkreslení pod 0,5 % není schopno rozeznat.

•

Intermodulační zkreslení(IMD) vzniká při přivedení dvou signálů. Zde sečtením, smícháním vznikají kmitočty nové, které původní vzorek neobsahuje. Lidské ucho vnímá toto zkreslení velice citlivě, proto by mělo mít co nejnižší hodnotu.

Přeslechy mezi kanály Poslední kategorií jsou přeslechy mezi L a P kanálem. Měří se tak, že při nulové úrovni signálu v prvním kanálu vybudíme druhý kanál na plný výkon. Měří se intenzita signálu, který se objeví v kanálu, kde by správně neměl vůbec být. Vyhodnocení vlastnosti zvukovky A-link USB Na základě postupu instalace a výsledků testování vypracujte protokol. Protokol bude obsahovat: •

Vyplněný titulní list (viz příloha).

•

Popis postupu testování.

•

Výsledky a zhodnocení testu.

•

Srovnání testované zvukovky s jinými, v současné době používanými.

198 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


19.5 Vytvoření malé sítě s operačním systémem Windows V tomto tematickém cvičení se žáci seznámí se síťovým prostředím operačního systému Windows, s jeho konfigurací ,ověří si komunikaci v síti a vytvoří síťové prostředí pro uživatele. Budou pracovat ve virtuálním síťovém prostředí : Na základním PC je nainstalován software VMware, a zde pak virtuálně běží Windows 7 a Windows XP. Žáci provádějí cvičení v tomto virtuálním prostředí na počítačích EPPC1 a EPPC2 viz obr. PC EPPC1

Windows 7

PC EPPC2

Windows XP

Základní operační systém s Virtual PC EPPC1 a EPPC jsou virtuální PC

Windows XP

Virtuální prostředí pro cvičení 1 Zadání cvičení: • přihlaste se ke svému PC jako uživatel student (x workstation only), spusťte VMware(ikona na ploše), označte v levé části operační systém ke spuštění a spusťte Windows 7 a Windows XP,

Pozn.V seznamu Commands je Preview Player, po označení operačního systému a spuštění přes Preview Player poběží oba OS v samostatných oknech.

199 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava

• • • •


vytvořte síťová propojení mezi EPPC1 a EPPC2 (síť se dvěma PC), ověřte si na obou virtuálních počítačích současná nastavení síťových komponent ověřte si, zda máte nastaveno v konsole Virtual PC volbu Networting jako local only(nutná podmínka) nastavte síťové prvky tak, aby EPPC1 a EPPC2 byly ve stejné síti (192.168.3.X,kde X 1,2,3…)

Ostatní nastavení budou dle zásad propojení PC v síti Windows. • • • • • • • • •

příkazem ipconfig /all si na EPPC1 a EPPC2 zkontrolujte vaše nastavení a vysvětlete položky výpisu, a uložte si toto nastavení do souboru, ověřte komunikaci mezi EPPC1 a EPPC2 (ping …), Ověřte, zda se EPPC1 a EPPC2 tzv. vidí, vytvořte na EPPC1 sdílený adresář CVICENI,do něj umístěte vámi vytvořený soubor, přihlaste se z EPPC2 na EPPC1 a přeneste tento soubor do vámi vytvořeného adresáře CVIC1 na EPPC2, na EPPC1 vytvořte uživatele TOM a JANETE na EPPC2 JIRINA a VERA,TOM, JANETE a JIRINA budou ve skupině USERS, VERA ve skupině Administrators, na EPPC1 vytvořte adresář ZAPISY,kde JIRINA bude smět jen číst, na EPPC2 vytvořte sdílený adresář EVIDENCE,kde VERA bude mít všechna práva, ostatní jen číst, tyto funkce File systému odzkoušejte.

200 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


19.6 Základní instalace OS Windows server 2003 V tomto tematickém cvičení se žáci seznámí se síťovým prostředím operačního systému Windows 2003 server jeho instalací, ověří si komunikaci v síti. Budou pracovat ve virtuálním síťovém prostředí a navážou na předchozí cvičení ( vytvoření malé sítě s OS Windows).

Windows XP

Spuštění systému s VMware

Windows 2003

Windows XP


Základní operační systém s VMware

Na základním PC je nainstalován operační systém Windows XP ,VMware,kde virtuálně je ke spuštění OS Windows XP (ten žáci využijí jako workstation). • proveďte po teoretickém seznámení instalaci operačního systému Windows 2003 server, • instalaci proveďte ve virtuálním prostředí VMware. Spusťte VMware a vytvořte nový virtuální stroj.

201 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


Po vložení instalačního CD se spustí instalace, postupujte podle průvodce instalací. • • • • • • • • • • • • • •

virtuální disk 8GB, souborový systém NTFS, jméno a název společnosti: UCEBNA A_805, organizace: SPS_KRA, způsob správy licencí: na server, počet souběžných připojení 5, název počítače: SERVER01, heslo správce: spravce, zvolte typické nastavení, počítač připojen k síti bez domény, členem pracovní skupiny OPS, po základní instalaci se přihlaste k serveru, nastavte si síťové prostředí tak,aby byla vytvořena síť na PC Windows Vista s PC s Windows 2003 server, příkazem ipconfig /all si zjistěte nastavení, komunikaci ověřte příkazem ping s parametry, ověřte, zda se počítače tzv.vidí (místa v síti-počítače ve skupině), seznamte se se základním ovládání Windows serveru a s jeho rolemi, zejména roli řadiče domény a DNS serveru.

202 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


19.7 OS Windows 2003-povýšení PC do role řadiče domény V tomto tematickém cvičení se žáci seznámí se síťovým prostředím operačního systému Windows 2003 server s jeho konfigurací ,ověří si komunikaci v síti, virtuální PC W2003server bude povýšen do role řadiče domény a serveru DNS. Žáci budou pracovat ve virtuálním síťovém prostředí a navážou na předchozí cvičení (základní instalace Windows 23003 server).


Windows XP doména

Windows 2003

Windows XP

Spustění systému s VMware

Základní operační systém Windows XP s VMware

Na základním PC je nainstalován operační systém Windows XP, VMware, kde lze virtuálně spustit OS Windows XP (ten žáci využijí jako workstation) a Windows 2003 server. • Potom,co se na výukovém webu se serverem a celou problematikou seznámite a přihlásíte se k serveru, povyšte daný server do role řadiče domény a serveru DNS Podmínky pro instalaci: • server musí mít přiřazenu pevnou IP adresu, • musí mít NTFS systém, • server musí mít přístup k serveru DNS(Domain Name Systém). Doporučený postup: • průvodce instalací služby Active Directory, • typ řadiče domény:Řadič domény pro novou doménu, • vytvoření nové domény:Doména v nové doménové struktuře, • název DNS domény:spskra.local, • ekvivalentní název NetBIOS domény:SPSKRA, • umístění souboru Active Directory:ponechat defaultní nastavení, • heslo správce pro obnovení:spravce. Po restartu bude server konfigurován následujícími rolemi: • řadič domény, • server DNS(překlad názvu DNS domén a počítačů na IP adresy). V další části cvičení připojte pracovní stanici s Windows XP do domény. Nezapomeňte: • přiřadit workstation pevnou IP adresu, • ověřit komunikaci s Windows serverem(ping…), • poté připojte stanici do vytvořené domény.

203 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


Na serveru zkontrolujte,zda je stanice připojena k doméně ve službě Active Directory: • vytvořte síťové prostředí pro uživatele Jan, Vera, Jirina, Zdena, Josef, Pavel, kteří budou v Active Directory v organizační jednotce T4X, kde X je vaše třída např.T4D), kterou musíte vytvořit, • každý uživatel bude mít na serveru definován svůj vlastní domovský adresář, který bude přístupný pouze jemu, • bude definována jedna disková jednotka společná pro všechny uživatele, na ní bude mít přístup kdokoli a bude na moci cokoli uložit a přejmenovat, • Jan bube mít přístup do adresáře Programs/číst), • Jirina bude mít plný přístup do adresáře Zapisy, ostatní jen čtení, • Zdena bude moci zapisovat do adresáře Evidence, • Pavel bube zařazen do skupiny Power Users, • všichni uživatele mohou pouze posílat své soubory do adresáře SPOOL.

204 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


K zopakování: Doména a adresářové služby Základním principem sítí client to server je soustředění všech síťových údajů (a také uživatelských dat) na jedno místo – na centrální počítač, server. V terminologii systému Windows 2000 Server tak vznikne doména. ¾ Domain (doména) – v systému Windows 2000 a službě Active Directory se tímto názvem označuje souhrn počítačů určených správcem sítě Windows 2000 Server, které sdílí společnou databázi adresářů. ¾

Doména má jedinečný název a poskytuje přístup k centralizovaným uživatelským účtům a účtům skupiny, spravovaným správcem domény.

¾

Každá doména má své vlastní zásady zabezpečení .

¾

Služba Active Directory se skládá z jedné nebo více domén a jednotlivé domény se mohou rozkládat i na více fyzických lokalitách.

U systému DNS je doména libovolný strom nebo podstrom v doménové struktuře DNS. Ačkoliv názvy domén DNS často odpovídají doménám služby Active Directory, domény DNS by se neměly zaměňovat se síťovou doménou systému Windows 2000 a služby Active Directory. Ve většině případů je nejlepší používat v celé organizaci jednu doménu. Více domén v jedné organizaci, je daleko složitější na správu a je dobré mezi doménami mít nastavené replikace Active Directory a podobně

Databáze síťových objektů – Active directory V síti peer to peer (které odpovídá logické uspořádání pracovní skupiny) je databáze bezpečnostních údajů uložena na každém PC a platí pouze pro tento počítač. Logická struktura Active Directory Logická struktura organizuje všechny prvky databáze podle pravidel, snažících se kopírovat správní strukturu organizace. Objekt je základním prvkem Active directory. Jde o množinu vlastností reprezentujících síťový prostředek (sdílenou složku, tiskárnu, uživatelský účet apod.) Objekty tedy zastupují skutečný síťový prostředek. Objekty se mohou seskupovat do kontejneru. Kontejnerem se rozumí objekt Active directory, v němž jsou uloženy další kontejnery, nebo objekty.

205 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


Organizační jednotka je nižším stupněm kontejneru (OU). Představuje jakousi administrativní skupinu (může například odpovídat jednomu oddělení firmy). Doména je základní jednotkou logické struktury Active Directory . V ní může být několik OU, libovolně uspořádaných (např. vnořených v sobě, či postavených na jednou úroveň). Jedna databáze Active directory může obhospořadovat několik domén, jejichž vnitřní struktura je rozdílná. V podstatě platí pravidlo, že doména obsahuje informace pouze o svých vlastních objektech ( ne o objektech jiné domény). Fyzická organizace Active Directory Údaje o objektech jedné domény jsou uloženy na počítači s operačním systémem Windows 2000 Server. Takový počítač nazýváme řadičem domény. Je- li v síti několik domén (a několik počítačů – řadičů domén), tvoří jejich objekty a kontejnery dohromady databázi Active directory. Počítače – řadiče domény mohou být geograficky vzdáleny, přesto budou tvořit jednu síť popsanou společnou databází Active directory. V jedné doméně bývá jeden počítač – řadič domény s operačním systémem Windows 2000 Server, dále zde budou klientské stanice (s OS Windows 98, nebo WIN 2000 Professional). Může tu být také další server, ten však nebude řadičem domény, bude pouze poskytovat své zdroje (soubory, složky, tiskárny). Pro něj se používá pojem členský server. Objekty Active Directory •

Uživatel nese informaci o přihlašovacím jménu a heslu, je tedy základem zabezpečení Active Directory. Dále je zde k dispozici mnoho volitelných položek, doplňujících údaje o uživateli. (termín uživatel je to samé jako uživatelský účet). • Skupina obsahuje uživatele, nebo jiné skupiny. Všem ve skupině je možné přidělit najednou stejnou vlastnost nebo právo. • Tiskárna zveřejňuje tiskárnu použitou v síti, v podstatě jde o ukazatele na tiskárnu jednoho z počítačů v Active directory. • Počítač reprezentuje počítač v síti, v němž nese všechny potřebné informace. • Sdílená složka informuje o sdílené složce. Sdílení složky je zapsáno v registru konkrétního počítače. Zveřejněním složky v Active directory se vytvoří objekt zveřejňující sdílenoou složku určitého PC. Takovéto doménové uspořádaní přináší dvě výhody (obecné pro sítě klient server) – dovoluje centralizovanou správu (všechny informace jsou uloženy centrálně.) Další výhodou je jednotný přihlašovací proces. Uživatel se přihlásí k jednomu počítači a může přistupovat k prostředkům jiného počítače (má – li k tomuto PC dostatečná oprávnění). Objekty Active Directory administrujeme prostřednictvím konzoly „Uživatelé a počítače služby Active directory“ (Start/Nastavení/Ovládací panely/Nástroje pro správu). Při pohledu na obrazovku konzoly si všimněte, že jednotlivé typy objektů jsou soustředěny do předdefinovaných kontejnerů: • Builtin: předdefinované místní skupiny domény automaticky poskytované systémem Windows 2000, například Administrators a Account Operators. • Computers: účty počítačů – členů domény. • Domain Controllers: počítače – řadiče domény. • Users: uživatelské účty a společné globální skupiny, například Domain Admins a Domain Users.

206 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


19.8 Instalace XAMPP V tomto tematickém cvičení se žáci seznámí s instalací a prvotní konfigurací WEB serveru pomocí software XAMPP. Po teoretickém seznámení spusťte v prostředí VMware dva virtuální stoje dle obrázku, pro přihlášení se na W2003 server je heslo „spravce“.

Připojte se z virtuálního stroje s OS W server 2003 k internetu a stáhněte software XAMPP (na plochu). Nastavte základní síťové propojení mezi virtuálními stroji, pracujte v síti 192.168.5.x . Komunikaci mezi virtuálními stroji prověřte v příkazovém řádku testovacími příkazy /ping, /netstat … Pokud je vše správně , spusťte xampp-win32-x.x.x.exe. •

Nainstalujte do adresáře "C:\ " pomocí automatického instalátoru Zvolte vytvořit ikonu na ploše / v start nabídce (Should I add shortcuts to the starmenu / desktop? YES). Zvolte normální umístění cesty (Should I locate the XAMPP paths correctly? YES). Nastavte pouze lokální instalaci (Should I make a portable XAMPP without drive letters? NO). Ukončete instalátor (Press Return to continue: Enter, x, Enter). o

Lokalizujte a otevřete soubor [php.ini]= "C:\xampp\php\php.ini" a nastavte

date.timezone = "Europe/Prague".

o

(Volitelné) Lokalizujte a otevřete soubor [httpd.conf]= "C:\xampp\apache\conf\httpd.conf".

o

Spusťte XAMPP Control Panel (Ikona na ploše / start nabídka). • Spusťte [webový server]=Apache, příslušným tlačítkem START. • Spusťte [databázi]=MySQL, příslušným tlačítkem START.

207 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava

•


Otevřete webový prohlížeč a zadejte adresu: http://localhost/ . Zobrazí se uvítací stránka XAMPP, klikněte na odkaz English. Z pravého menu vyberte odkaz Security, a na zobrazené stránce klikněte na odkaz http://localhost/security/xampsecurity.php.

•

Nastavte heslo pro MySQL Root: spravce, zbytek nechte tak jak je, výchozí heslo je prázdné.

Ve složce [DocumentRoot]= "C:\xampp\htdocs" vytvořte svůj adresář „test“ a v něm soubor „index.php“ o Do tohoto souboru vytvořte jednoduchou HTML osobní vizitku. o Otestujte funkčnost php přidáním kódu: o Funkčnost stránky ověříte, když v prohlížeči zadáte adresu: http://localhost/test/.

Příklad index.php

Testovací stránka
Testovací stránka

Test PHP:

Aktuální čas:
Testovaci nadpis $i"; } ?>

208 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


19.9 Vytvoření bezdrátové sítě Wi-Fi Wi-Fi je standard pro lokální bezdrátové sítě a vychází ze specifikace IEEE 802.11. Wi-Fi zařízení jsou dnes prakticky ve všech přenosných počítačích,mobilních telefonech a mohou být součásti desktopů. K přenosu se používá bezlicenční pásmo 2,4 GHz, 5 GHz. Bezdrátová síť může být vytvořena různými způsoby, to závisí od požadovaného účelu.

Infrastrukturní síť je realizována jedním bodem nebo více přístupovými body AP(Access Point). Ty vysílají tzv. SSID (Service Set IDentifier),identifikátor v pravidelných intervalech. Podle názvu síti si můžeme vybrat, ke které dostupné síti se připojíme. Několik přístupových bodů může mít stejný SSID, můžeme se připojit např.dle síly signálu. Ad-hoc síť představuje pro klienty stejnou pozici(rovnocenou), obě strany jsou v přímém rádiovém dosahu, počítače jsou propojovány na malých vzdálenostech. Využívá se pro rychlá propojení klientů např.pro rychlou výměnu dat mezi přenosnými počítači. Vzájemná identifikace probíhá pomocí SSID. Standardy a rychlost sítí Standard 802.11 IEEE 802.11a IEEE 802.11b IEEE 802.11g IEEE 802.11n

Rok vydání 1999 1999 2003 2007

Pásmo(GHz) 5 2,4 2,4 2,4 nebo 5

Max. rychlost (Mbit/s) 54 11 54 540

Zabezpečení bezdrátové sítě • • •

Kontrola MAC adres spočívá v možnosti zakázat určité adresy nebo povolit přístup jen určitým adresám. WEP je to šifrování pomocí statických klíčů , které musí znát klient a AP (64,128 a 256 bitové šifry). WPA je bezpečnější, využívá WEP klíčů a doprovodný program (suplikant) klíče dynamicky mění. Autentizace probíhá přes PSK( Pre-Shared Key) – stejně dlouhé heslo na obou stranách (AP, klient). • WPA2 používá silnější šifru AES. • 802.1x zde je autentizace podpořena programem( suplikant), ověření může probíhat proti RADIUS serveru.

209 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


Zadání úlohy: • •

Vytvořte bezdrátovou síť učebny VT a přilehlého prostoru ,které má síť pokrývat signálem, a to pro připojení zařízení (NB,PDA) ke stávající síti Ethernet. Jako přístupový bod použijteAP Edimax BR-6204Wg.

Doporučený postup: • • • •

Seznamte se důkladně s manuálem zařízení Edimax BR-6204Wg. Zvolte si vhodný způsob propojení pro prvotní komunikaci-konfiguraci mezi PC a AP,ověřte si defaultní nastavení AP. Správnost síťového nastavení pro komunikaci ověřte příkazem ping. Přihlaste se k AP a nastavte jej do režimu Enable.

210 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


Seznamte se s možnostmi nastavení zařízení. Nastavte: • SSID EPOEP4_805, • IP AP192.168.6.10, • Maska podsítě 255.255.255.0• Kanál 10, • Přihlašování přes WEP, ASCII 64 bit heslo:epos0. Vyzkoušejte připojení do bezdrátové sítě z klientské stanice. Proveďte orientační měření šíření radiového signálu v přilehlých prostorech a výsledky zaznamenejte. • Na cvičném pracovišti nainstalujte síťovou kartu WiFi (ovladače na instalačním CD), proveďte její konfiguraci a připojte se do bezdrátové sítě. • Zpracujte formou protokolu (.pdf) zapojení a postup, který jste zvolili, výsledky měření a celkové zhodnocení.

Poznámka: Alternativně můžete jako přístupový bod použít AP Buffalo G54.Zapojení je zřejmé z obrázku.

20 Příloha Na straně 212 je uveden titulní list protokolu z cvičení.

211 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


21 Literatura [1]

HORÁK, Jaroslav. Hardware, Učebnice pro pokročilé, 4. aktualizované vydání, 2007, ISBN 978-80-2511741-5

[2]

OBERMAIER, Zdeněk. PCTuning, Paměti DDR3 poprvé v akci [online]. 2007 Dostupný z WWW: < http://pctuning.tyden.cz/index.php?option=com_content&view=article&id=8934&catid=26&Itemid=65>

[3]

STACH, Jan "DD". DDWorld, Téma: Návod, nastavení a výběr DDR2 pamětí. [online]. 2007 Dostupný z WWW: < http://www.ddworld.cz/pc-a-komponenty/procesory-a-pameti/tema-navodnastaveni-a-vyber-ddr2-pameti.html >

[4]

STACH, Jan "DD"; HORT, Tomáš. DDWorld, TEST Operační paměti: DDR2 vs DDR3 - ceny vs výkon!. [online]. 2008 Dostupný z WWW: < http://www.ddworld.cz/pc-a-komponenty/procesory-a-pameti/test-operacni-pametiddr2-vs-ddr3-ceny-vs-vykon.html>

[5]

JÍRŮ, Marek. PCTuning, OBERMAIER, Zdeněk. PCTuning, Paměti DDR3 poprvé v akci [online]. 2002 Dostupný z WWW: < http://pctuning.tyden.cz/component/content/article/21-hw-a-system-utility/3498overte_si_stabilitu_vasi_ram>

[6]

KŘIVOHLÁVEK, Jindřich. eMAG, Testujeme operační paměť [online]. 2006 Dostupný z WWW: < http://www.emag.cz/testujeme-operacni-pamet/>

[7]

HÄRING, David. Linuxové noviny, Testujeme paměť s Memtestem [online]. 2001 Dostupný z WWW: http://www.linux.cz/noviny/2001-06/clanek03.html

[8]

HORÁK, Jaroslav. Havárie počítače, 2006, ISBN 978-80-251-1451-3

[9]

HORÁK, Jaroslav. Stavíme si počítač, 2008, ISBN 978-80-251-2330-0

212 / 213

Pracovní verze

SPŠei, Ostrava


STŘEDNÍ PRŮMYSLOVÁ ŠKOLA ELEKTROTECHNIKY A INFORMATIKY OSTRAVA Číslo úlohy:

Protokol z EPo

Název úlohy:

Jméno a příjmení: Třída: Skupina: Dne:

Blokové schéma začlenění testované struktury do počítačové sestavy:

Použitá zařízeni:

Spolupracovníci:

Příjmení učitele: Známka: Podpis učitele:

213 / 213

Pracovní verze

ELEKTRONICKÉ POČÍTAČOVÉ SYSTÉMY

Recommend Documents

Testovací stránka

Test PHP: