Mechatronika Modul 12: Rozhraní

Mechatronika Modul 12: Rozhraní Učebnice Cvičebnice Řešení (koncept)

Matthias Römer Dr-Ing. Gabriele Neugebauer np – neugebauer und partner OhG Nĕmecko

Evropský koncept pro doplňkovou kvalifikaci mechatronik odborných procovníků v globalizované průmyslové výorbě. EU – Projekt č. DE/08/LLP-LdV/TOI/147110 „MINOS++“, platnost od 2008 do 2010

Tento projekt byl realizován za finanční podpory Evropské unie. Za obsah publikací (sdělení ) odpovídá výlučně autor. Publikace (sdělení) nereprezentují názory Evropské komise a Evropská komise neodpovídá za použití informací, jež jsou jejich obsahem. www.minos-mechatronic.eu

Partneři pro provádění, hodnocení a šíření výsledků projektů MINOS a MINOS**. -

Chemnitz University of Technology, Institute for Machine Tools and Production Processes, Germany np – neugebauer und partner OhG, Germany Henschke Consulting, Germany Corvinus University of Budapest, Hungary Wroclaw University of Technology, Poland IMH, Machine Tool Institute, Spain Brno University of Technology, Czech Republic CICmargune, Spain University of Naples Federico II, Italy Unis a.s. company, Czech Republic Blumenbecker Prag s.r.o., Czech Republic Tower Automotive Sud S.r.l., Italy Bildungs-Werkstatt Chemnitz gGmbH, Germany Verbundinitiative Maschinenbau Sachsen VEMAS, Germany Euroregionala IHK, Poland Korff Isomatic sp.z.o.o. Wroclaw, Polen Euroregionale Industrie- und Handelskammer Jelenia Gora, Poland Dunaferr Metallwerke Dunajvaros, Hungary Knorr-Bremse Kft. Kecskemet, Hungary Nationales Institut für berufliche Bildung Budapest, Hungary Christian Stöhr Unternehmensberatung, Germany Universität Stockholm, Institut für Soziologie, Sweden

Obsah studijních podkladů Minos: moduly 1 – 8 (učebnice, cvičebnice a klíč ke cvičením) zahrnující: základy / interkulturní kompetence, projektový management / fluidní techniku / elektrické pohony a řízení/ mechatronické komponenty / mechatronické systémy a funkce / uvedení do provozu, bezpečnost, vzdálený servis / dálková údržbu a diagnostiku. Minos **: moduly 9 – 12 (učebnice, cvičebnice a klíč ke cvičením) zahrnující: rychlé vytváření prototypů / robotiku / migraci / rozhraní. Všechny moduly jsou dostupné v následujících jazycích: němčina, angličtina, španělština, italština, polština, čeština a maďarština.

Pro více informací prosím kontaktujte: Technical University Chemnitz Dr. Ing. Andreas Hirsch Reichenhainer Straße 70, 09107 Chemnitz Tel.: + 49(0)0371 531-23500 Fax.: + 49(0)0371 531-23509 Email: [email protected]

Internet: www.tu-chemnitz.de/mb/WerkzMasch www.minos-mechatronic.eu

Mechatronika Modul 12: Rozhraní Učebnice (koncept) Matthias Römer Dr-Ing. Gabriele Neugebauer np – neugebauer und partner OhG Nĕmecko



Rozhraní – Učebnice

Minos++

Obsah

1

Rozhraní.............................................................................................................. 5 1.1 1.2

Úvod .............................................................................................................. 5 Napájení ........................................................................................................ 6

1.2.1 1.2.2 1.2.3 1.2.4 1.2.5 1.2.6 1.2.7 1.2.8 1.2.9

Euro zástrčky ...................................................................................................... 6 Schuko zástrčky.................................................................................................. 7 Zástrčky ve Velké Británii ................................................................................... 9 Zástrčky ve Švýcarsku ...................................................................................... 10 Zástrčky v Severní Americe .............................................................................. 11 Další soustavy .................................................................................................. 12 Zdvojovače ....................................................................................................... 13 Světelné zdroje ................................................................................................. 17 Baterie .............................................................................................................. 19

2

Počítačová rozhraní ......................................................................................... 21 2.1

Úvod ............................................................................................................ 21

2.1.1

Koncepce .......................................................................................................... 22

2.2

Vnější rozhraní počítače .............................................................................. 23

2.2.1 2.2.2 2.2.3 2.2.4 2.2.5

Připojení tiskárny .............................................................................................. 23 Sériové rozhraní ............................................................................................... 25 Připojení klávesnice a myši (PS/2) ................................................................... 27 USB .................................................................................................................. 29 FireWire ............................................................................................................ 32

2.3

Připojení monitoru ....................................................................................... 34

2.3.1 2.3.2 2.3.3 2.3.4

VGA .................................................................................................................. 34 DVI .................................................................................................................... 36 HDMI ................................................................................................................. 38 DisplayPort ....................................................................................................... 39

2.4

Vnitřní rozhraní ............................................................................................ 40

2.4.1 2.4.2 2.4.3 2.4.4 2.4.5 2.4.6 2.4.7 2.4.8 2.4.9 2.4.10 2.4.11 2.4.12

Zdroje energie................................................................................................... 40 ISA slot ............................................................................................................. 42 PCI slot ............................................................................................................. 43 PCI-Express...................................................................................................... 45 Další sloty a dodatečné funkce ......................................................................... 46 PCMCIA ............................................................................................................ 47 Připojení disketových mechanik ....................................................................... 48 IDE připojení pevného disku ............................................................................. 50 Sériové ATA...................................................................................................... 52 eSATA .............................................................................................................. 54 SCSI ................................................................................................................. 55 Serial Attached SCSI ........................................................................................ 57

1


Minos++

2.4.13 2.4.14 2.4.15

RAM sloty ......................................................................................................... 58 SO-DIMM .......................................................................................................... 61 Procesorové patice ........................................................................................... 62

2.5

Zvukové porty .............................................................................................. 64

2.5.1 2.5.2

Analogový přenos zvuku................................................................................... 64 Digitální přenos zvuku ...................................................................................... 67

2.6

Video porty .................................................................................................. 68

2.6.1 2.6.2 2.6.3 2.6.4

Kompozitní video .............................................................................................. 68 S-video.............................................................................................................. 69 SCART .............................................................................................................. 70 Komponentní video ........................................................................................... 71

2.7

Síťová rozhraní v počítačích ........................................................................ 72

2.7.1 2.7.2 2.7.3 2.7.4

Ethernet ............................................................................................................ 72 WLAN ............................................................................................................... 74 Bluetooth........................................................................................................... 76 IrDA................................................................................................................... 78

2.8

Telefony ....................................................................................................... 79

2.8.1 2.8.2 2.8.3 2.8.4 2.8.5 2.8.6 2.8.7

Analogové telefony ........................................................................................... 79 ISDN ................................................................................................................. 81 DECT ................................................................................................................ 82 Mobilní telefony ................................................................................................. 83 UMTS................................................................................................................ 84 WiMAX .............................................................................................................. 84 DSL ................................................................................................................... 85

3

Softwarová rozhraní......................................................................................... 86 3.1 3.2 3.3

4

Programová rozhraní ................................................................................... 86 Internetové protokoly ................................................................................... 87 Univerzální Plug and Play ........................................................................... 88

Rozhraní člověk-stroj....................................................................................... 89 4.1 4.2 4.3

Klávesnice ................................................................................................... 89 Počítačová myš ........................................................................................... 91 Monitory ....................................................................................................... 94

4.3.1 4.3.2

Uživatelská rozhraní založená na znacích ....................................................... 94 Grafická uživatelská rozhraní ........................................................................... 95

4.4 4.5

Hlasová uživatelská rozhraní ....................................................................... 96 Design rozhraní ........................................................................................... 97

2


Minos++

Seznam obrázků Obr. 1.1: Euro zástrčka .......................................................................................................... 58 Obr. 1.2: Euro zástrčka a schuko zástrčka ............................................................................... 7 Obr. 1.3: Schuko zástrčka s dodatečným bezpečnostním kontaktem a bez něj ...................... 8 Obr. 1.4: Zástrčka používaná ve Velké Británii ........................................................................ 9 Obr. 1.5: Švýcarská zástrčka v adaptéru ............................................................................... 10 Obr. 1.6: Zástrčka používaná v Severní Americe ................................................................... 11 Obr. 1.7: Příklad cestovního adaptéru.................................................................................... 12 Obr. 1.8: Zdvojovač pro nezahřívající se a zahřívající se přístroje ........................................ 13 Obr. 1.9: Zdvojovač remosk ................................................................................................... 14 Obr. 1.10: Čtyřlístková zástrčka a zdvojovač ......................................................................... 15 Obr. 1.11: Zdvojovač pro malé přístroje a zdvojovač pro holící strojek .................................. 16 Obr 1.12: Žárovky s paticemi E27, E14 a E10 ....................................................................... 17 Obr. 1.13: Halogenové žárovky do patice GU10 a do nástrčné patice .................................. 18 Obr. 1.14: Mono-, mignon-, mikročlánek, lithiové baterie a knoflíkový akumulátor ................ 19 Obr. 2.1: Kabel tiskárny .......................................................................................................... 23 Obr. 2.2: Dongl pro paralelní rozhraní .................................................................................... 24 Obr. 2.3: Kabel pro sériové rozhraní RS-232 ......................................................................... 25 Obr. 2.4: Myš s devítipinovým D-Sub konektorem ................................................................. 26 Obr. 2.5: PS/2 porty v počítači ............................................................................................... 27 Obr. 2.6: Zatížení kontaktů mini-DIN konektoru ..................................................................... 28 Obr. 2.7: USB kabel s konektorem typu A, typu B a mikrokonektorem .................................. 29 Obr. 2.8: Diferenční přenos dat .............................................................................................. 30 Obr. 2.9: FireWire kabel s 4-pinovým a 6-pinovým konektorem ........................................... 32 Obr. 2.10: VGA kabel s BNC konektorem .............................................................................. 34 Obr. 2.11: Adaptér mini-VGA na VGA ................................................................................... 35 Obr. 2.12: DVI konektor.......................................................................................................... 36 Obr. 2.13: Adaptér DVI na VGA ............................................................................................. 37 Obr. 2.14: HDMI kabel............................................................................................................ 38 Obr. 2.15: Zásuvkový konektor na dodávku energie pro základní desku ............................... 40 Obr. 2.16: Kabel na dodávku napětí pro mechaniky .............................................................. 41 Obr. 2.17: Zásuvná karta ISA ................................................................................................. 42 Obr. 2.18: Zásuvná karta PCI................................................................................................. 43 Obr. 2.19: Kabel pro disketovou mechaniku .......................................................................... 48 Obr. 2.20: Obrácené vodiče v kabelu pro disketové mechaniky ............................................ 49 Obr. 2.21: Kabel pro IDE připojení ......................................................................................... 51 Obr. 2.22: Pevný disk s připojením SATA .............................................................................. 52 Obr. 2.23: Zařízení se zdířkou pro eSATA ............................................................................. 54 Obr. 2.24: SCSI kabel ............................................................................................................ 55 Obr. 2.25: SIMM, PS/2-SIMM, SD-RAM ................................................................................ 58 Obr. 2.26: SO-DIMM .............................................................................................................. 61 Obr. 2.27: Slot 7 a Intel Pentium ............................................................................................63

3


Minos++

Obr. 2.28: Cinch-Kabel ........................................................................................................... 64 Obr. 2.29: Různé DIN- a Mini-DIN konektory ......................................................................... 65 Obr. 2.30: Audio jack 6,35 mm a 3,5 mm se čtyřmi kontakty ................................................. 66 Obr. 2.31: Cinch kabel po kompozitní video ........................................................................... 68 Obr. 2.32: S-Video kabel ........................................................................................................ 69 Obr. 2.33: Konektor SCART ................................................................................................... 70 Obr. 2.34: Patice u komponentního připojení ......................................................................... 71 Obr. 2.35: Ethernetový adaptér pro 10Base2 a Twisted Pair ................................................. 72 Obr. 2.36: Ethernetový switch ................................................................................................ 73 Obr. 2.37: WLAN anténa ........................................................................................................ 75 Obr. 2.38: Rozhraní IrDA na mobilním telefonu ..................................................................... 78 Obr. 2.39: Telefonní přípojka s kódováním NFN a konektorem F .......................................... 79 Obr. 4.1: Počítačová klávesnice s německým rozložením kláves .......................................... 89 Obr. 4.2: Klávesnice notebooku ............................................................................................. 90 Obr. 4.3: Myš s jedním tlačítkem a myš s více tlačítky ........................................................... 91

4


1

Rozhraní

1.1

Úvod

Minos++

Rozhraní jsou nezbytná v takových případech, kdy různé systémy mezi sebou potřebují navzájem komunikovat. Anglické označení pro rozhraní „interface“ může být odvozeno od latinských termínů „inter“ („mezi“) a „facies“ („struktura“ či „forma“). Aby se komunikace mezi dvěma systémy mohla uskutečnit, jejich rozhraní by měla být kompatibilní. Nezáleží na tom, jakým způsobem se informace v systému zpracují. Rozhraní mají široké možnosti standardizace, což zajišťuje bezproblémovou komunikaci mezi systémy. V zásadě bychom měli rozlišovat komunikaci mezi přístroji a komunikaci mezi přístrojem a člověkem. První případ označujeme jako rozhraní stroj-stroj, druhý pak jako rozhraní člověk-stroj. Rozhraní jsou v počítačové technice velmi významným elementem. Hardwarová rozhraní propojují různé části počítače. To umožňuje kombinovat komponenty od různých výrobců. Hardwarová rozhraní především přenášejí elektrické signály. Mechanické rozměry rozhraní ovšem musí také souhlasit. Softwarová rozhraní propojují různé počítačové programy. Tak si může například uživatelský program vyměňovat data s operačním systémem. Zvláštním případem jsou síťová rozhraní, která zprostředkovávají vzájemnou komunikaci různých počítačů, přičemž využívají kombinace hardwaru a softwaru. Rozhraní jsou nezbytná také pro komunikaci mezi člověkem a počítačem. Tato uživatelská rozhraní by měla umožnit intuitivní ovládání s co možná nejnižšími požadavky na průpravu.

5


1.2

Minos++

Napájení Příkladem každodenně používaného rozhraní je napájení elektrických přístrojů, jejichž zástrčka se zapojuje do zásuvky ve zdi. V Evropě i v mnoha jiných zemích se používá nominální napětí 230 V. Zástrčky a zásuvky mají různé mechanické rozměry. Rozlišujeme především dvouvodičové a třívodičové zástrčky. Pro přenos elektrické energie jsou třeba dva vodiče. Třetí, ochranný vodič, se používá z důvodu bezpečnosti.

1.2.1

Euro zástrčky Euro zástrčka má dva kontakty, které jsou mírně ohnuté směrem k sobě. To umožňuje pevné sevření zástrčky v zásuvce ve zdi. Kontakty mají 4 mm v průměru. Zhruba polovina délky dotekových kolíků je izolovaná. Průměr plastových izolačních trubiček je menší než u kontaktů samotných. Euro zástrčky povolují proud do 2,5 A. Protože se u nich nepoužívá žádný bezpečnostní vodič, zařízení s euro zástrčkami by měla mít ochrannou izolaci. Typickými příklady takových zařízení jsou velké světelné zdroje a elektrické přístroje s nízkou spotřebou energie. Euro zástrčky jsou úzké, takže mohou být používány v mnoha evropských zemích včetně Švýcarska.

Obr. 1.1: Euro zástrčka

6


1.2.2

Minos++

Schuko zástrčky Takzvané schuko zástrčky neboli bezpečnostní zástrčky se v Evropě hojně používají. Oba jejich dotekové kolíky mají 4,8 mm v průměru, jsou tedy o něco silnější než kontakty euro zásuvky. Na obou stranách zástrčky se nacházejí kontaktní plochy pro ochranný vodič. Elektrická zásuvka má dvě dotekové pružiny na odpovídajících místech. Při zastrčení se nejprve zapojí bezpečnostní kontakt, teprve poté se dotekové kolíky spojí s kontakty v zásuvce. Tvarovaná zástrčka vypadá podobně, avšak bezpečnostní kontakt chybí. Používá se u přístrojů, jejichž spotřeba proudu je vyšší než hodnota povolená pro euro zástrčky, jako jsou například vysavače. Narozdíl od euro zástrčky se tvarovaná zástrčka kvůli svým vnějším rozměrům a silnějším dotekovým kolíkům nemůže používat v některých zemích, např. ve Švýcarsku,. Dotekové kolíky tvarované zástrčky jsou silnější než u euro zástrčky, čímž se dosáhne vyšší zatížitelnosti. Kolíky nejsou izolované, protože izolace snižuje průměr. Tvarované zástrčky a bezpečnostní zástrčky mohou přenášet proud až do výše 16 A za napětí 230 V.

Obr. 1.2: Euro zástrčka a schuko zástrčka

7


Minos++

U francouzského bezpečnostního systému vyčnívá bezpečnostní dotekový kolík ze zásuvky ve zdi. V kombinaci s těmito zásuvkami mohou být použity pouze zástrčky, které jsou vybaveny otvorem pro tento bezpečnostní kontakt. Zástrčky s bezpečnostními kontakty po stranách mohou být zapojeny do zásuvek, které tento dotekový kolík nemají. Není to však povoleno, protože bezpečnostní funkce se v tomto případě neaktivuje. Euro zástrčky mohou být použity ve francouzském systému, protože jsou úzké. Tvarované zástrčky musí mít otvor pro bezpečnostní dotekový kolík zásuvky. Bezpečnostní dotekové kolíky chrání zástrčky francouzského systému před změnou polarity. To znamená, že jsou-li otočeny o 180º, nemohou být zapojeny, narozdíl například od euro zástrček. Tento systém je výhodný v tom, že živý kabel je při odpovídající kabeláži zásuvek ve zdi připojen ke stejnému kolíku zástrčky. Díky tomu se například živý kabel vždy připojí k hluboko uloženému střednímu kontaktu objímky žárovky, ne k jejímu vnějšímu vláknu. V dnešní době se již francouzský systém zástrček i zástrčky bez otvorů pro bezpečnostní kolíky používají velmi zřídka. Téměř všechny současné bezpečnostní zástrčky mají dodatečný otvor, který je připojen k bezpečnostnímu vodiči. To umožňuje používání těchto zástrček i ve Francii.

Obr. 1.3: Schuko zástrčka s dodatečným bezpečnostním kontaktem a bez něj

8


1.2.3

Minos++

Zástrčky ve Velké Británii Ve Velké Británii se používají zástrčky větších rozměrů. Dotekové kolíky mají obdélníkový průřez. Bezpečnostní kontakt vyčnívá a vytváří s ostatními dvěma kontakty trojúhelník. Tvar kontaktů chrání tuto zástrčku před změnou polarity. Je-li zástrčka zapojená, bude tedy bezpečnostní kabel vždy na spodní straně. Všechny zástrčky jsou chráněné, protože veškeré zásuvky ve Velké Británii mají kruhovou kabeláž. Elektrický kabel vychází z pojistkové skříně a sériově propojuje všechny zásuvky. Poté se do pojistkové skříně vrací. Zásuvka proto může být zásobena energií ze dvou stran. Jinak se v Evropě běžně používá hvězdicovitá kabeláž. Všechny kabely mají zabezpečení, obvykle 10 A nebo 16 A. Kruhová kabeláž ve Velké Británii má ovšem zabezpečení 32 A, aby byli všichni spotřebitelé dostatečně zásobeni energií. Protože tento proud (32 A) je pro jednotlivé přístroje příliš vysoký, měl by mít každý přístroj ve své vlastní zástrčce dodatečné zabezpečení. Obvyklá jsou zabezpečení v hodnotách 3 A, 5 A nebo 13 A.

Obr. 1.4: Zástrčka používaná ve Velké Británii

9


1.2.4

Minos++

Zástrčky ve Švýcarsku Zástrčky ve Švýcarsku vypadají jako euro zástrčky, ale jsou vybaveny dodatečným bezpečnostním kontaktem. Tento kontakt je umístěn mezi ostatními dvěma, lehce mimo střed. Ačkoliv jsou všechny bezpečnostní kolíky stejně dlouhé, bezpečnostní kontakt se po zastrčení připojí jako první, protože odpovídající kontakt v zásuvce není tak hluboko, jako je tomu u ostatních. Posunutý bezpečnostní kontakt chrání tuto zástrčku před změnou polarity. Takové zástrčky mohou vést proud až do 16 A, ačkoliv běžné hodnoty nepřesahují 10 A. Euro zástrčky mohou být zapojeny do švýcarských zásuvek, zatímco rázu vzdorné zástrčky jsou nevhodné, protože mají silné dotekové kolíky. Bezpečnostní kontakt by byl navíc v tomto případě odpojený. Švýcarské zástrčky jsou ve srovnání s jinými systémy zástrček úsporné a zároveň velice bezpečné. Podobají se systému zástrček, který odpovídá normě IEC 60906-1, vydané Mezinárodní elektrotechnickou komisí (IEC) v roce 1986. Systém IEC 60906-1 spojuje výhody několika jiných systémů. Ve větší míře se však využívá pouze v Brazílii. Srovnáme-li jej se švýcarským systémem, dotekové kolíky mají 4,5 mm v průměru namísto 4 mm, a bezpečnostní kontakt je posunut 3 mm od středu, nikoliv 5 mm. Euro zástrčky lze používat se zásuvkami systému IEC 60906-1.

Obr. 1.5: Švýcarská zástrčka v adaptéru

10


1.2.5

Minos++

Zástrčky v Severní Americe Napětí používané v USA se pohybuje mezi 110 a 127 V na 60 Hz. To je vedle typu zástrčky další věc, kterou je nutno mít na paměti. Existují dvoupólové a třípólové zástrčky. Dotekové kolíky dvoupólové zástrčky jsou ploché a navzájem souběžné. Jeden z kontaktů (neutrální kontakt) je silnější než druhý, čímž je zajištěna ochrana před změnou polarity. Třípólové zástrčky mají navíc zaoblený bezpečnostní kontakt. Protože bezpečnostní kontakt zaručuje ochranu před změnou polarity, ploché kontakty mají stejné rozměry. Zásuvky jsou vyráběny tak, aby pojaly jak dvoupólové, tak třípólové zástrčky. Jsou ploché, takže vodiče živého kabelu jsou viditelné, neníli zástrčka zcela zapojená. V tomto případě je možný kontakt s vodičem živého kabelu. Při zapojování těchto zástrček s plochými kontakty je třeba vyvinout více síly než u těch s kontakty zaoblenými. Tento typ zástrček navíc nedrží dostatečně pevně v zásuvce. Ploché dotekové kolíky se mohou ohnout snadněji než zaoblené. Na druhé straně je těžší vsunout cizí předmět do zásuvky s plochými zdířkami než do zásuvky se zdířkami zaoblenými.

Obr. 1.6: Zástrčka používaná v Severní Americe

11


1.2.6

Minos++

Další soustavy Kromě výše uvedených typů zástrček existuje v různých zemích ještě několik dalších druhů. Dotekové kolíky v Austrálii jsou také ploché, stejně jako bezpečnostní kolík. Ostatní dva kontakty tvoří s ochranným kontaktem rovnoramenný trojúhelník. Každý z dotekových kolíků je pootočen o 30° vůči ochrannému kontaktu. Ten je umístěn na spodní straně zásuvky, takže ostatní dva kontakty tvoří jakousi stříšku. Podobné zástrčky se používají v Izraeli. U těch oba pootočené kontakty tvoří V, potažmo Y společně s bezpečnostním kontaktem. Ploché kontakty byly na několik let nahrazeny zaoblenými dotekovými kolíky. Z tohoto důvodu současné zdířky vyhovují jak plochým, tak zaobleným kolíkům. Některé ze starých zdířek pro ploché kontakty jsou uzpůsobené i pro euro zástrčky se zaoblenými kontakty. Se zástrčkami, které mají zaoblené kontakty umístěné blíž k sobě než je tomu u rázu vzdorných zástrček nebo euro zástrček, se můžeme setkat především v Africe a Asii. Tyto typy se v minulosti používaly ve Velké Británii. Zástrčky, které nejsou kompatibilní s ostatními systémy, najdeme však i v Dánsku. Při cestách do zahraničí se doporučuje pořídit si cestovní adaptér. Základní funkcí adaptérů je zajištění mechanické kompatibility různých zástrček. Dražší adaptéry dokážou převádět napětí v různých zemích na vhodnou hodnotu. Takové adaptéry obsahují transformátor.

Obr. 1.7: Příklad cestovního adaptéru.

12


1.2.7

Minos++

Zdvojovače Ne všechna elektrická zařízení mají pevný spojovací kabel. Kabel se do přístroje často musí zapojit, jako je tomu u mnoha počítačových monitorů. Vadné kabely tak mohou být snadno nahrazeny. Taková zařízení lze také používat v různých zemích, neboť k nim lze připojit různé spojovací kabely. Spojovací kabely vyžadují přítomnost zásuvky a zdvojovače. Zdvojovač je umístěn na spojovacím kabelu, zatímco zásuvka v daném zařízení. Kontakty zástrčky jsou viditelné, kontakty zdvojovače jsou skryté uvnitř. Toto umístění je nezbytné, protože obsahují živý kabel. Zdvojovače jsou občas v běžné řeči nazývány připojovacími vidlicemi. Kontakty připojovacích vidlic mají ploché kolíky. Bezpečnostní kolík je umístěn mezi ostatními dvěma mimo střed. Dvoupólové připojovací vidlice se téměř nevyskytují. < 70 °C< 120 °C< 155 °C

Obr. 1.8: Zdvojovač pro zahřívající se a nezahřívající se přístroje

13


Minos++

Tvar zástrčky a umístění ochranného kontaktu mimo střed chrání zdvojovače před změnou polarity. Tato ochrana však pozbývá účinnosti, nemá-li druhá strana zástrčku chráněnou před změnou polarity, příkladem čehož je rázu vzdorná zástrčka. Připojovací vidlice mohou přenášet proud do výše 10 A. Existují i větší připojovací vidlice, jejichž dotekové kolíky jsou otočené o 90°. Pro ty je povolen maximální proud 16 A. Mnoho zařízení se během provozu nezahřívá, nebo se zahřívají pouze nepatrně. Používají se pro ně zdvojovače a zástrčky pro nezahřívající se přístroje. Takové zástrčky mohou být použity pro přístroje, které se zahřejí maximálně na teplotu 70 °C. Do této skupiny patří mnoho zařízení, například počítačové monitory. Přístroje, jejichž kontakty na zástrčce se mohou zahřát až na teplotu 120 °C, vyžadují jiný typ zástrček, schopných snášet tuto teplotu. Mají půlkruhový obrys na spodní straně, aby k nim bylo možné připojit pouze zdvojovače vhodné pro dané teplotní rozpětí. Připojovací vidlice, které snesou teploty až do 155 °C, vykazují dvě další tvarové odlišnosti na horní straně. Pro ty by se měl používat odpovídající typ zdvojovače. Zdvojovače určené pro vysoké teploty samozřejmě mohou být použity i pro nezahřívající se přístroje.

Obr. 1.9: Zdvojovač remosky

14


Minos++

Starší typ zdvojovačů se vyráběl částečně z keramického materiálu. Tyto spojovací vidlice a zdvojovače najdeme pouze u starých remosek a waflovačů. Říká se jim keramické zdvojovače. Jsou určeny pro teploty do 200 °C, a na kratší dobu i pro teploty vyšší. Nyní se tento typ zástrček prakticky nepoužívá. Obvykle byly určeny pro proud v hodnotách 10 A, 16 A a 25 A. Mnoho zdvojovačů mělo zabudovaný vypínač. Energetické zdroje pro notebooky a některá jiné zařízení mají třípólové zástrčky. Kontakty zdvojovače jsou izolované plastikovými trubkami. Tyto zástrčky se kvůli svému tvaru nazývají také čtyřlístkové. Tento typ konektorů je standardizován v normě DIN VDE 0625, Část 1, platný specifikační list C5. Maximální povolená výše proudu je 2.5 A. Teplota na dotekových kolících by neměla překročit 70 °C. Ochrana před změnou polarity u čtyřlístkové zástrčky ztrácí účinnost například tehdy, nachází-li se na druhé straně rázu vzdorná zástrčka.

Obr. 1.10: Čtyřlístková zástrčka a zdvojovač

15


Minos++

Obyčejná připojovací vidlice může být pro některé z malých přístrojů příliš velká. V takovém případě by se měla užívat menší verze. Tyto malé připojovací vidlice a zdvojovače jsou dvoupólové. Nemají kontakty pro ochranný vodič. Plochý zdvojovač má drážkování uprostřed po obou stranách. Jeho průřez má tvar osmičky. Maximální povolený proud pro malé připojovací vidlice dosahuje hodnoty 2,5 A. Teplota by neměla překročit 70 °C. Některé přístroje s malými připojovacími vidlicemi mohou také fungovat na baterie. V tomto případě se na zásuvce přístroje nachází vypínač, který se vypne, jakmile je zdvojovač zasunut. To zastaví přívod energie z baterií. Velmi malé přístroje mají zvláštní zástrčky a rozdvojovače s ještě menšími rozměry. Tvarově jsou podobné, ale drážkování chybí. Těmto zástrčkám se také říká zástrčky pro holící strojek, k jejichž používání většinou slouží. Jsou určeny pro maximální proud 0,2 A a maximální teplotu 70 °C.

Obr. 1.11: Zdvojovač pro malé přístroje a zdvojovač pro holící strojek

16


1.2.8

Minos++

Světelné zdroje Mnoho elektrických přístrojů se zapojuje do zásuvky pomocí kabelu a zástrčky. U elektrického osvětlení je třeba dalšího rozhraní mezi spotřebitelem a zdrojem energie. V případě selhání by měl být vadný světelný zdroj lehce nahraditelný. Nejčastěji užívaným světelným zdrojem je vláknová žárovka. Tato žárovka má na objímce šroubovací patici. Označení a rozměry patice se datují zpět k Thomasi Edisonovi, který zahájil rozsáhlou výrobu vláknových žárovek. Vláknové žárovky používané v domácnosti mají obvykle šroubovací patice typu E27. Vnější průměr těchto patic bývá 27 mm. Při napájecím napětí 230 V dosahuje obvyklá spotřeba energie hodnot 40 W, 60 W, 75 W a 100 W. Existují i žárovky s nižší nebo vyšší spotřebou energie. Šroubovací patice E27 se používá také pro šroubovací zámky. Vláknové žárovky s energetickou spotřebou 40 W či 25 W mají často menší patici typu E14. Žárovky tohoto typu se používají ve stolních lampách a často mají protáhlý tvar. Říká se jim také svíčkové žárovky. Patice E10 se používá například v kapesních svítidlech a lucernách. Světelné zdroje tohoto typu fungují většinou na nižší napětí. Při stavbě modelů mohou být použity dokonce ještě menší patice. Patice větší než typ E27 se používají v průmyslu, a to pro vláknové žárovky se spotřebou vyšší než 200 W za napětí 230 V.

Obr. 1.12: Žárovky s paticemi E27, E14 a E10

17


Minos++

U pevných objímek žárovky by měl být k patici připojen uzemněný neutrální vodič. V tomto případě bude živý kabel hluboko v objímce, čímž se minimalizuje pravděpodobnost kontaktu s člověkem. Toto opatření však postrádá smysl u světelných zdrojů majících kabel a rázu vzdornou zástrčku, neboť takové zástrčky nejsou chráněny před změnou polarity. Existují i halogenové žárovky stejného tvaru, jaký mají obvyklé vláknové žárovky, ale jejich zásuvky jsou odlišné. Vysokonapěťové halogenové žárovky s reflektorem fungují na 230 V při spotřebě energie 35 W nebo 50 W. Odpovídající objímky mají označení GU10. Pro upevnění žárovky stačí nepatrné pootočení. Naproti tomu nízkonapěťové halogenové žárovky mají dva kontakty, které vyčnívají ze skleněného těla žárovky. Tyto žárovky se nešroubují, ale vsouvají se do objímky přitlačením. Často se používá také nástrčná patice. Kontakty se nacházejí na plochém skleněném těle z vnější strany. Svítidlo se vloží do zásuvky společně s částí skleněné žárovky. Pro reflektory v autech se používá mnoho různých patic. Kvůli neustálým vibracím a možným nárazům je velmi důležité, aby byl světelný zdroj spolehlivě upevněn. Světelné zdroje pro blinkry, zadní světla a brzdová světla mají bajonetové patice. Oboustranné trubicové žárovky dnes již nejsou v oblibě. Přilbicové lampy mají také různé objímky, podle typu lampy: dvouvláknové žárovky, halogenové žárovky nebo xenonové žárovky.

Obr. 1.13: Halogenové žárovky do patice GU10 a do nástrčné patice

18


1.2.9

Minos++

Baterie Baterie a akumulátory dodávají elektrickou energii přenosným elektrickým přístrojům. Zde jsou důležité rozměry baterie či akumulátoru a napětí, které poskytují. Podle rozměrů rozlišujeme následující typy baterií: mono-, baby-, mignon- a mikročlánky. Všechny tyto typy mají válcovitý tvar. Největší rozměry mají monočlánky. Označení závisí na používaném standardu. Baterie mignon jsou například k dostání jako typ R6 nebo AA. Všechny čtyři typy poskytují napětí 1,5 V. Staré, slabší zinkokarbonové baterie poskytují stejné napětí jako dnes běžné alkalinové baterie. Dalším standardizovaným typem baterie je 9 V-Block nebo E-Block. Tato krychlovitá baterie je kombinací šesti samostatných válcovitých baterií, které poskytují napětí 9 V. V minulosti byly oblíbené ploché baterie, které se skládají ze tří baterií a poskytují napětí 4,5 V. Narozdíl od ostatních výše zmíněných baterií neexistují v tomto případě dobíjecí typy. Staré přístroje, které fungují na ploché baterie, mohou fungovat na dobíjecí baterie pouze tehdy, použijeme-li tři mignon články spolu s příslušným adaptérem.

Obr. 1.14: Mono-, mignon-, mikročlánek, lithiové baterie a knoflíkový akumulátor

19


Minos++

Akumulátory bývají často označovány jako nabíjecí baterie. Nejběžnějšími typy jsou niklokadmiové a niklokovové hybridní akumulátory. Niklokadmiové akumulátory se používají pouze zřídka, už kvůli toxicitě kadmia. Oba typy poskytují napětí ve výši 1,2 V. To znamená, že akumulátory poskytují o něco nižší napětí než běžné baterie. Napětí je sice o něco nižší, ale během procesu vybíjení zůstává po dlouhou dobu konstantní, zatímco u běžných baterií po dobu vybíjení pomalu klesá. Proto by zařízení určená pro provoz na běžné baterie měla být funkční za nižšího napětí. Baterie tak mohou být v mnoha případech nahrazeny akumulátory. Dalším typem dobíjecích baterií jsou baterie lithiové. Jejich největší výhodou je nízké samovybíjení, což zaručuje dlouhou životnost. Lithiové baterie se používají například ve fotoaparátech. Baterie tohoto typu mívají napětí 3 V. Lithiové baterie se ve výpočetní technice a v průmyslu uplatňují jako podpůrné baterie. Mají napětí 3,6 V. Podpůrné baterie poskytují přístrojům energie pouze tehdy, když nemůže být dodávána z jiného zdroje. Proto jsou jejich nízké samovybíjení a dlouhá životnost obzvláště důležité. Hodinkové baterie jsou velmi malé baterie, které se používají v přístrojích s velice nízkou spotřebou energie. Najdeme je například v hodinkách, kalkulačkách a naslouchadlech. Existuje mnoho různých druhů hodinkových baterií. Napětí, které poskytují, závisí na chemické skladbě článku baterie. Zinkovzdušné baterie se často používají v naslouchadlech. Dodávají napětí 1,4 V. Alkalinové a stříbrooxidové baterie poskytují napětí 1,5 V nebo 1,55 V. Tyto typy se často používají v hodinkách. Lithiové knoflíkové baterie mohou poskytovat napětí až do 3,0 V. Kvůli nízkému samovybíjení se často používají jako záložní a podpůrné baterie. Označení tohoto typu baterií závisí na jejich velikosti. První dvě číslice následující po písmenech CR udávají průměr v mm, obě následující číslice odkazují na tloušťku udávanou v desetinách milimetru. Knoflíková baterie CR2025 má například průměr 20 mm a tloušťku 2,5 mm.

20


2

Počítačová rozhraní

2.1

Úvod

Minos++

Počítače jsou v dnešní době neoddělitelnou součástí každodenního života. Ačkoliv jsou to složité přístroje, skládají se pouze z několika standardních komponentů. Tyto musí být kompatibilní, aby počítač mohl spolehlivě fungovat. Některá rozhraní slouží pouze pro přenos energie, avšak většina z nich přenáší také signál. Je třeba rozlišovat dva naprosto rozdílné typy přenosu. U sériového přenosu dat jsou balíky informací odesílány jeden po druhém. Ve výpočetní technice většinou informaci představují bity, nejmenší informační jednotky. Paralelní přenos dat funguje odlišným způsobem. Balíky informací jsou zde odesílány prostřednictvím několika paralelních linek či přenosových kanálů zároveň. Ve výpočetní technice je obvyklý paralelní přenos osmi bitů nebo jejich násobku. To znamená, že může být zároveň odesíláno jeden nebo více Bajtů. Na první pohled se zdá, že metodou paralelního přenosu dat může být za stejnou dobu předáno více informací než sériovou metodou. Paralelní přenos dat ovšem není dokonalý. Všechny datové linky by sice měly poskytovat odpovídající informace přesně ve stejném momentě, avšak při hodně vysokých přenosových rychlostech a různě dlouhých linkách mohou být signály přijaty v různých časových odstupech. Další problém paralelního přenosu dat spočívá v možnosti vzájemného ovlivnění mezi daty z různých datových linek. Tento jev se nazývá přeslech, protože se vyskytuje také u telefonních linek, kdy konverzace probíhající na jedné lince může být vyslechnuta na jiné lince. U sériového přenosu dat se jednotlivé bity po ukončení přenosu znovu složí v Bajty. V rámci jednoho počítače, kde jsou všechny spojné datové linky relativně krátké, se využívá převážně paralelního přenosu dat, zatímco sériová metoda se uplatňuje pro delší spojení s externími přístroji.

21


2.1.1

Minos++

Koncepce Jednotky Baud a bit/sekunda bývají často zaměňovány. Jeden Baud znamená jeden přenesený symbol za sekundu. Používá se také termín přenosová rychlost. Jeden Baud se však může skládat z několika bitů. Přenosová rychlost dat se ovšem udává v bit/sekundách. Například u gigabitového ethernetu se 125 MBaud přenáší prostřednictvím dvoudrátové linky. Každý Baud se zde skládá ze dvou bitů, což má za výsledek přenosovou rychlost 250 Mbit/s. Spojení čtyř párů linek umožňuje dosáhnout přenosové rychlosti dat 1 Gigabit. Povšimněte si, že při přenosové rychlosti 1 kbit/s je ve skutečnosti přeneseno 1000 bit/s. Pro paměťová média se používá jiná počítací metoda. Binární metoda paměťových článků určuje, že například jednotka kilobajt na pevných discích odpovídá přesně 1024 Bajtům. Na skutečnosti, že paměťové články využívají čísla, která jsou mocninami 2, je založená ještě jedna počítací metoda. 1024 Bajtů se rovná přesně 2 na 10 Bajtům. Pro rozlišení se 1024 Bajtů označuje také jako kibiBajt. Tohoto označení se však užívá velmi zřídka. Rozdíl mezi jedním kilobajtem a jedním kibiBajtem činí zhruba 2,5 %. U současných pevných disků s úložnou kapacitou jeden terabajt však tento rozdíl dosahuje zhruba 10 %. Čas, potřebný k přenosu jednoho terabajtu dat, je tedy o 10 % delší než čas potřebný k přenosu jednoho terabajtu za stejné přenosové rychlosti. Údaje o směru přenosu dat jsou také podstatné. Jednosměrný přenos dat se nazývá simplex. Přenos informací se v tomto případě uskutečňuje pouze jedním určeným směrem. To platí pro radiové vysílače, kde se informace přenáší z vysílače do přijímače. Poloviční duplex je označení pro systémy s oboustranným přenosem dat, kde však není možné, aby přenos probíhal v obou směrech současně. Takovouto střídavou výměnu dat najdeme například u amatérských rádií. U úplného duplexního přenosu je možný obousměrný tok informací zároveň. Jeho příkladem jsou telefonní přístroje.

22


2.2

Vnější rozhraní počítače

2.2.1

Připojení tiskárny

Minos++

Zejména u starších počítačů se setkáme se zvláštním portem pro tiskárny. Tento port je paralelní. Původně byl označován jako rozhraní CENTRONICS podle jména výrobce tiskáren. Používaly se pro něj relativně velké konektory s 36 piny. Kontakty byly uspřádané ve dvou řadách ve vzdálenosti 2,2 mm jeden od druhého. Pro tiskárny se dodnes používají zástrčky s 36 piny. Od počátku 80tých let se na výstupu počítače užívají 25-pinové D-sub konektory. Tyto porty jsou malé, takže mohou být společně se sériovým portem uspořádány na jedné zásuvné kartě. Kabely obsahují 18 párů stočených drátů. Protože 25-pinové konektory mají méně kontaktů, jsou jednotlivé zemnící linky částečně propojené. Maximální délka kabelu závisí na jeho kvalitě. Délka kvalitního kabelu by neměla překročit 5 m. Některé speciální kabely ovšem mohou dosáhnout délky až do 30 m. Osm linek přenáší 8 bitů zároveň. Další linky se používají pro kontrolu signálu. Sem patří signály pro přeskok řádku, konec papíru a validitu dat.

Obr. 2.1: Kabel tiskárny

23


Minos++

Pro paralelní rozhraní se od roku 1994 používá standardní IEEE 1284 kabel, který povoluje obousměrný přenos dat. Dříve byl přenos dat kromě výjimečných případů možný pouze ve směru z počítače do tiskárny. Teoreticky Maximální rychlost přenosu dat se zvýšila na 4 MB/s. Nový standard umožnil přenos dat v obou směrech. Proto je možné připojovat výměnná datová média jako jsou scannery, CD-ROMy a disketové jednotky ZIP drive. Navíc může být několik přístrojů připojeno k jedinému paralelnímu rozhraní. Odpovídající přístroje mají kromě vstupního otvoru pro konektor navíc výstupní port pro připojení dalšího přístroje. Porty tiskárny se také používají pro dongly. Dongly jsou konektory zajišťující ochranu proti přepsání. Dongle může být zapojen do 25-pinového paralelního portu tiskárny. Na opačné straně má 25-pinovou zdířku, která umožňuje připojení tiskárny k počítači. Používání donglů zaručuje, že software bude zcela funkční pouze tehdy, pokud byla získána platná licence. V současnosti se dongly zapojují hlavně do USB portů. Rozhraní tiskárny je v počítači označeno zkratkou LPT, obvykle následovanou číslovkou, například LPT1. Toto označení je odvozeno z termínu „line printer“ (česky „řádková tiskárna“), protože starší bodové tiskárny tiskly řádek po řádku.

Obr. 2.2: Dongl pro paralelní rozhraní

24


2.2.2

Minos++

Sériové rozhraní Existuje mnoho různých sériových rozhraní, avšak označení “sériové rozhraní” u počítačů obvykle odkazuje na port RS-232. Jedním z přístrojů, se kterými se používají nejčastěji, je modem, který umožňuje přenos dat prostřednictvím telefonní linky. V minulosti patřila k zařízením se sériovým rozhraním i myš. Vstup dat a zobrazovací terminály bývaly také připojeny k hlavnímu počítači prostřednictvím sériových rozhraní. I programovatelné logické kontroly se při programování připojovaly k počítači přes sériové rozhraní. Zástrčku a zásuvku propojují 25-pinové a 9-pinové D-sub konektory. Protože sériový přenos dat si vystačí pouze s několika málo linkami, jsou 9-ti pinové konektory častější. Zástrčka je na straně počítače, zásuvka je umístěna na kabelu. K RS-232 portu může být připojeno pouze jedno zařízení. Přenos dat probíhá v 5 a 9 bitových blocích. Každý blog začíná startovacím bitem. Po odeslání datového bloku může následovat paritní bit. Na konci je obdržen jeden nebo dva stopbity. Oba systémy účastnící se komunikace jsou nastaveny v souladu s tímto modelem přenosu dat. Podíl dat v jednom bloku se obvykle skládá ze šesti nebo sedmi bitů, což umožňuje kódování odpovídající ASCII. Pro označení bloku osmi datových bitů bez paritních bitů a s jedním stopbitem se například používá zkratka 8N.

Obr. 2.3: Kabel pro sériové rozhraní RS-232

25


Minos++

K docílení úspěšného přenosu dat by baudová rychlost měla být u obou propojených zařízení upravena na stejnou hodnotu. Obyčejně se používají baudové rychlosti mezi 2400 a 115200 baudy. Maximální délka kabelu pro nižší baudovou rychlost je zhruba 900 m, u vyšších přenosových rychlostí se zkracuje na několik metrů. Dodatečný přenos nejméně dvou bitů pro start a stop snižuje efektivitu přenosu dat o 20 %. Jestliže je zvoleno nastavení 8N1, zůstává tedy za přenosové rychlosti 19200 Baudů pouze 15360 Baudů použitelných dat. Rozhraní RS-232 je rozhraní napěťové. Napětí mezi –3 V –15 V zde odpovídá logické jedničce, zatímco napětí mezi 3 V a 15 V odpovídá logické nule. Rozpětí mezi –3 V a 3 V je nedefinované. U přenosu dat je možné úplné duplexní spojení. V tomto případě jsou pro odesílání a přijímání informací použity dvě linky. Linka pro data odeslaná z počítače se označuje TxD, což znamená „transmit data“ (vysílaná data). Linka používaná pro data, která byla z počítače získána, se nazývá RxD, tedy „receive data“ (přijímaná data). Dva počítače mohou být spojeny přes své sériové porty. V takovém případě by měl být použit křížový kabel. Tento kabel se také označuje jako nulový modemový kabel. Sériový port počítače se označuje jako COM port, obvykle s číslovkou na konci, počínaje COM1. Toto označení je odvozeno z anglického slovního spojení „koncepční komunikace“.

Obr. 2.4: Myš s devítipinovým D-Sub konektorem

26


2.2.3

Minos++

Připojení klávesnice a myši (PS/2) Pro klávesnice a myši se používají především porty PS/2. Namísto myši může být použit kulový ovladač. V současné době bývají v počítačích PS/2 porty nahrazovány USB porty. Tento typ rozhraní byl poprvé použit v počítačích IBM série PS/2, odkud získal svůj název. Později se rozhraní PS/2 rozšířila v jiných počítačích od různých výrobců. Rozhraní PS/2 je sériové. Konektor klávesnice má stejný tvar, jako konektor myši. Ačkoliv jednotlivé dotekové kolíky mají stejnou konfiguraci, klávesnice a myši využívají rozdílné protokoly přenosu dat. Jejich konektory by proto neměly být zaměňovány. Zdířky pro klávesnice a myši jsou barevně odlišené. Zelená zdířka je určena pro myš a fialová slouží jako port klávesnice. Konektory myši a klávesnice mají odpovídající barvy. Používají se šestipinové mini-DIN konektory s vnějším průměrem 9,5 mm. Průměr plechové dutinky je 7 mm. Tyto konektory nahradily větší pětipinové DIN klávesnicové konektory. Před zavedením rozhraní PS/2 se myši připojovaly k sériovému rozhraní počítače přes devítipinové D-Sub-konektory.

Obr. 2.5: PS/2 porty v počítači

27


Minos++

Dotekový pin 1 je datová linka. Dotekový pin 3 je připojen k zemnící lince. Dotekový pin 4 poskytuje připojenému zařízení energii +5 V. Hodinový signál nezbytný pro přenos dat probíhá přes dotekový pin 5. Kontakty 2 a 6 obvykle nebývají zapojené. Někteří výrobci je používají pro pomocné signály. Protože se používá metoda sériového přenosu dat, je třeba startovací bit. Po něm je obdrženo 8 bitů vlastních dat. Následuje paritní bit a na konci stopbit. V případě klávesnic mohou být data přenášena také z počítače do klávesnice, což umožňuje zapnout a vypnout kontrolky klávesnice. Ke každé zdířce PS/2 v počítači může být připojeno pouze jedno zařízení. Výjimku tvoří určitý typ notebooků, který umožňuje připojit myš a klávesnici přes kabel Y do společné zdířky mini-DIN. Obvykle nezapojené kontakty se v tomto případě používají pro podporu připojení klávesnice a myši zároveň. Jiní výrobci používali volné kontakty ve zdířce mini-DIN pro pomocné klávesnicové tlačítko. To je nutné brát v úvahu při připojování jiných vstupních zařízení k počítači. PS/2 rozhraní neumožňují připojování a odpojování zařízení během provozu. To by mohlo vést k poškození počítače, klávesnice či myši.

Obr. 2.6: Zatížení kontaktů mini-DIN konektoru

28


2.2.4

Minos++

USB Na počátku počítačové éry využívala většina přídavných zařízení přímé spojení. To znamená, že mohla být například připojena pouze jedna tiskárna k odpovídajícímu portu v počítači. Pokud se mělo používat několik tiskáren zároveň, byl nutný několikapolohový přepínač. V roce 1996 Intel zavedl Universal Serial Bus („univerzální sériová sběrnice“) verze 1.0 za účelem snížení počtu četných typů počítačových rozhraní. USB port se nerozšířil okamžitě. Různí výrobci začali nejprve vedle myší a klávesnic navrhovat širokou škálu přídavných zařízení, v důsledku čehož Apple v roce 1998 nahradil stará rozhraní svého iMac portem USB. Vylepšená verze USB 1.1 byla zavedena na konci roku 1998. První zařízení pro rychlejší USB verzi 2.0 se začala objevovat v roce 2002. Přenosová rychlost dat USB 1.1 je 1,5 nebo 12 MBit/s. Tato rychlost je dostatečná pro vstupní zařízení, jako jsou klávesnice a myši, pro propojování pevných disků však již například nestačí. USB 2.0 podporuje přenosové rychlosti dat až do 480 MBit/s, což odpovídá 60 MB/s. V praxi ovšem může být dosaženo pouze MB/s. Tato rychlost se také označuje jako vysokorychlostní USB. Superrychlé USB 3.0 dále zvyšuje přenosovou rychlost dat. Od roku 2010 by mělo být možné dosáhnout rychlosti 5 GBit/s. To však vyžaduje jiný typ konektorů.

Obr. 2.7: USB kabel s konektorem typu A, B a minikonektorem

29


Minos++

USB je sériové rozhraní. Jednotlivé bity jsou odesílány jeden po druhém. V počítači je hostitelský ovladač, také nazývaný řídící. Huby umožňují připojit k hostitelskému ovladači několik přídavných zařízení. Hub tedy funguje jako rozdělovač impulsů. Několik hubů může být uspořádáno za sebou v hvězdicovité struktuře. USB myš může být například připojena k USB klávesnici s hubem. Klávesnice je dále připojena k počítači. Huby propojují všechna přídavná zařízení s hostitelským ovladačem. Přímá výměna dat mezi přídavnými zařízeními není možná. Máme tedy několik point to point spojení mezi jednotlivými zařízeními a hostitelským počítačem. To znamená, že USB porty jednotlivých přídavných zařízení mají velmi jednoduchou stavbu. Veškerá výhoda USB spočívá v hostitelském ovladači. Ačkoliv je tím hlavní procesor počítače o něco více zatížen, jedno USB rozhraní má zcela nepatrný vliv. Spojovací kabel se skládá ze čtyř samostatných vodičů. Dva z nich jsou kroucené a používají se pro přenos dat. Další dva, +5 V vodič a zemnící linka, představují přívod energie. Kroucení není nutné pouze u kabelů s maximální přenosovou rychlostí 1,5 MBit/s. Takové kabely jsou pevně spojeny s přídavnými zařízeními, jako je například myš. Požadavky na ochranné krytí jsou u těchto kabelů také nižší, což jim dává větší pružnost. AB++––

Obr. 2.8: Diferenční přenos dat

30


Minos++

Diferenční přenos dat se používá, aby se zabránilo působení rušivých signálů, které se mohou navzdory ochrannému krytí vyskytnout. Obě kroucené datové linky přenášejí ve stejném čase stejné signály, mají však opačnou polaritu. Veškeré indukční a kapacitní rušení má stejný účinek na oba impulsy. Rozdíl mezi impulsy však zůstává beze změny, což rušení vyloučí. Tato metoda se používá u všech typů sériových přenosů dat. Konce kabelu jsou opatřeny rozdílnými konektory. Plochý konektor typu A je vždy zapojen do počítače, zatímco čtvercový konektor typu B je zapojen do přídavného zařízení. To chrání kabel před změnou polarity. Délka USB kabelu by neměla překročit 5 m. Huby, které zesilují impulsy, umožňují připojení několika kabelů za sebou. Sériově může být připojeno maximálně pět hubů. Maximální délka kabelu tedy může dosáhnout 30 m. USB konektor je tzv. hot-plug, to znamená, že může být zapojen a vypojen během provozu. Oba napájecí kontakty konektoru jsou předsunuty směrem k datovým kontaktům. Díky tomu může být napájení zapojeno dříve než datové linky. Kromě obyčejných konektorů existují i mini konektory a jiné speciální konektory, které se využívají především pro fotoaparáty a mobilní telefony. Tyto konektory nejsou šroubovací, takže mohou být odpojeny zatáhnutím. Maximální spotřeba proudu u zapojeného přístroje by neměla překročit 500 mA. Pro mnoho externích pevných disků to nestačí. Tato zařízení vyžadují dodatečný zdroj energie. Pouze některé typy externích pevných disků s nízkou spotřebou proudu, jako jsou ty, které se používají pro notebooky, mohou být připojeny přímo k USB portu a zásobovány energií. Dále je důležité vědět, že spotřeba proudu pro připojená zařízení je zpočátku omezená na 100 mA. Maximální spotřeba proudu 500 mA je možná pouze po registraci k hostitelskému počítači v souladu se specifikacemi USB. Přídavná zařízení připojená k USB portu, která pouze spotřebovávají proud, tedy neodpovídají specifikacím USB, protože nejsou přihlášená k hostitelskému počítači. K jedné USB řídící jednotce může být připojen maximální počet 127 zařízení. Ten vychází z počtu adresovaných bitů, což je sedm.

31


2.2.5

Minos++

FireWire FireWire je sériové rozhraní, které vyvinul Apple v polovině 90tých let. Je standardizované a označuje se IEEE 1394. Sony používá označení i.LINK. FireWire umožňuje spojit s počítačem různá vysokorychlostní zařízení, jako jsou externí disky, DVD mechanika či scannery. FireWire je široce rozšířený pokud jde o přenos obrazu a zvuku. Poté co byly vyvinuty digitální videokamery, bylo potřeba rozhraní, které by umožnilo přenést obrazový záznam do počítače. FireWire využívá pro tok zvukových a obrazových dat izochronní datový přenos. To zaručuje, že přenos těchto dat bude mít přednost před ostatními zdroji dat, jako je pevný disk. Narozdíl od USB rozhraní FireWire nevyžadují centrální hostitelský ovladač. To umožňuje připojit přes FireWire dva nebo více počítačů. Výsledná síť se v tomto případě nazývá IP přes FireWire. Zatíženost je však ve srovnání s USB vyšší, protože každé zařízení by mělo mít svůj vlastní ovladač. Po připojení nového zařízení je systém okamžitě rozpozná a aktivuje. FireWire je tedy technologie plug & play. Většinou není třeba pomocná řídící jednotka. Zařízení mohou být připojena a odpojena během provozu jako u USB. To se označuje jako hot-plug a hot-unplug.

Obr. 2.9: Kabel FireWire s 4-pinovým a 6-pinovým konektorem

32


Minos++

FireWire využívá dvou párů kroucených vodičů. Dvě další linky slouží pro dodávku energie z připojených zařízení. Za napětí od 8 V do 33 V může být přenesen maximální proud ve výši 1,5 A. To například umožňuje zásobit externí 2,5“ pevný disk proudem přímo z rozhraní FireWire. Tento typ přívodu energie je známý jako výměna energie přes sběrnici. Obvyklé konektory FireWire mají 6 pinů, což odpovídá počtu použitých vodičů. Protože videokamery mají svůj vlastní zdroj energie, obvykle používají 4-pinový konektor. Tyto čtyři kontakty slouží k přenosu dat. Mnoho zařízení má dva porty FireWire, což umožňuje sériové připojení několika zařízení. Délka spojení mezi každou dvojící těchto zařízení by však neměla překročit 4,5 m. Maximální počet zařízení v jednom řetězci je 17, přičemž maximální délka řetězce činí 72 m. Navzájem může být propojeno maximálně 63 zařízení FireWire. Standardní sběrnice IEEE 1394a vymezila maximální přenosovou rychlost dat na zhruba 400 MBit/s. Nižší rychlosti ve výši 200 a 100 MBit/s jsou také možné. Pro rozlišení se před hodnotu rychlosti přidává písmeno S. Můžeme se například setkat s připojením označeným S400. Ačkoliv maximální rychlost 400 MBit/s je o něco nižší než 480 MBit u USB 2.0, prakticky dosažitelná rychlost přenosu dat je při propojení pevných harddisků pro oba systémy zhruba 30 MB/s. Se standardní IEEE 1394b mohou být dosaženy vyšší přenosové rychlosti. Protože přenosová rychlost činí 800 MBit/s, používá se označení FireWire 800. Plánují se přenosové rychlosti 1600 a 3200 MBit/s. Použitím kabelů z optického vlákna se u FireWire 800 dosáhne zvýšení délky kabelu až na 100 m. Měděné kabely stále dosahují maximální délky 4,5 m. Pro FireWire 800 se kvůli vysoké rychlosti přenosu dat používá devítivodičový kabel. Tomu odpovídají 9-pinové konektory. Ty nejsou kompatibilní s konektory FireWire 400, proto by se měl v tomto případě používat adaptér.

33


2.3

Připojení monitoru

2.3.1

VGA

Minos++

Rozhraní VGA je analogové propojení mezi grafickou kartou počítače a monitorem. Nemělo by být zaměňováno s VGA rozlišením, což je 640x480 pixelů. Pro toto propojení se používá 15-pinový D-sub-konektor. Kontakty jsou uspořádány ve třech řadách, v každé z nichž je pět jednotlivých kontaktů. Prostřední řada je posunuta o šířku poloviny pinu od ostatních. Zdířka je umístěna na grafické kartě. Také monitor má zdířku, takže je nezbytný spojovací kabel s dvěma konektory. Často se setkáme i s kabely integrovanými do monitorů. Tři kontakty přenášejí signály pro červenou, zelenou a bílou. Jiné tři kontakty představují zemnící linky pro tyto barvy. Další tři kontakty přenášejí signály pro horizontální a vertikální synchronizaci a jejich zemnící linku. Při vyšším rozlišení než 1280x1024 pixelů je obraz na monitoru často rozmazaný. Pro dosažení lepší kvality obrazu se používají kabely, u nichž jsou jednotlivé linky pro každou z těchto tří barev zapojeny do BNC konektorů. Dvě další linky slouží k horizontální a vertikální synchronizaci. Maximální délka do značné míry závisí na kvalitě kabelu. Kabely velmi vysoké kvality mohou dosahovat délky až 30 m.

Obr. 2.10: VGA kabel s BNC konektorem

34


Minos++

Signály jednotlivých barev vytváří grafická karta s úrovní signálu 0,7 V. Při nižší úrovni signálu bude obraz příliš tmavý, při vyšších úrovních signálu naopak příliš jasný. U moderních monitorů a grafických karet dochází k přenosu ještě jiného signálu než pouze obrazové informace. Tento signál se označuje DCC a pomáhá grafické kartě a počítači rozpoznat připojený monitor. DDC je zkratka „Data Display Channel“ („předávání zobrazovacích dat“). Tato technologie umožňuje Plug & Play pro monitory připojené přes rozhraní VGA. Bez DDC se může stát, že grafická karta odešle do monitoru rozlišení, které ani nemůže být zobrazeno. K tomu může dojít například tehdy, když zapojíme do počítače cizí monitor. Monitor v takovém případě zůstane černý. Používají se tři různé standardy. U DDC1 monitor nepřetržitě přenáší data na grafickou kartu. Standardní DDC2B povoluje obousměrný přenos dat. Grafická karta může požadovat data z monitoru. Standardní DDC2AB umožňuje posílat do monitoru dodatečné signály, jako je nastavení jasu. DDC2B je obecně používaným standardem. Kvůli prostorovému omezení nemají zdířku VGA všechny notebooku. V tomto případě může být použita zdířka mini-VGA. Odpovídající adaptér umožní připojit klasický VGA kabel. Alternativně mohou být adaptéry pro kompozitní video nebo S-video připojeny ke zdířce mini-VGA. To umožňuje například připojit televizor k notebooku.

Obr. 2.11: Adaptér mini-VGA na VGA

35


2.3.2

Minos++

DVI Rozhraní DVI je následníkem rozhraní VGA. DVI je zkratkou termínu „Digital Visual Interface“ („digitální obrazové rozhraní“). To znamená, že obrazová data jsou přenášena digitálně. DVI konektory však umožňují také přenos analogových signálů. Pomocí digitálního rozhraní mohou být digitální signály z grafické karty přenášeny přímo na digitální displej, aniž by byl potřeba konvertor digitálního signálu na analogový. To má pozitivní vliv na kvalitu obrazu. DVI s jedním kabelem může pracovat s monitory do rozlišení 1920x1200 pixelů. Pro vyšší rozlišení je potřeba další kabel. V takovém případě je konektor DVI vybaven dostatečným počtem kontaktů pro toto duální zapojení. DVI připojení samostatnou linkou se označuje Single-Link. Má 18 kontaktů uspořádaných ve dvou skupinách po devíti kontaktech. DVI konektory, které se používají pro připojení Dual-Link, mají mezi 18ti kontakty připojení Single-Link dalších 6 kontaktů. Ty se používají pro přenos dat do monitoru přes druhý kabel. Konektory, které jsou určeny výhradně pro přenos dat, jsou označeny DVI-D. Mimo zmíněných kontaktů mají i jeden plochý kontakt.

Obr. 2.12: DVI konektor

36


Minos++

Pokud má DVI konektor přenášet také analogové signály, jsou okolo plochého kontaktu umístěny čtyři další kontakty. Tyto konektory mají označení DVI-I. Plochý kontakt je u konektorů DVI-I oproti konektorům DVI-D o něco rozšířený. To zabraňuje zapojení konektorů DVI-I do zdířek DVI-D. Konektory DVI-A umožňují získávat analogové signály nezávisle na zdířce DVI. Díky tomu mohou být například starší monitory CTR připojeny a ovládány prostřednictvím DVI-I portu. Digitální signál však v tomto případě není převáděn na analogový. Tak jako je tomu u mini-VGA portů, mají některé notebooky také miniDVI porty, jelikož vyžadují malá, prostorově nenáročná rozhraní. Odpovídající adaptéry umožňují připojit obyčejné DVI či VGA konektory. Mini-DVI porty však ještě nejsou příliš rozšířené. Maximální délka kabelu DVI činí cca 5 m. Narozdíl od přenosu analogových signálů, kde se kvalita obrazu s narůstající délkou kabelu zhoršuje, v případě DVI obraz zmizí úplně.

Obr. 2.13: Adaptér DVI na VGA

37


2.3.3

Minos++

HDMI HDMI pochází z anglického slovního spojení „High Definition Multimedia Interface“. Tyto porty podporují kromě přenosu zvukových dat také přenos obrazového signálu. HDMI se využívá především v oblasti spotřebitelské elektroniky. Umožňuje přehrát data uložená na digitálních médiích jako jsou DVD či Blu-ray disky, na plochých monitorech, nebo používat projektor bez nutnosti konverze na analogový signál. S HDMI porty se setkáme také u počítačových monitorů. Z pohledu vizuálních dat jsou tyto porty podobné DVI portům, což znamená, že klasické DVI adaptéry mohou být použity s rozhraním HDMI. HDMI však obsahuje integrovanou ochranu proti kopírování, která byla zavedena, aby se zabránilo neautorizovanému kopírování filmů. Chráněný vizuální signál může být přehrán pouze tehdy, pokud je jak vysílač, tak přijímač vybaven ochranou proti kopírování HDCP. Maximální délka kabelu u HDMI činí 5 m. Vysoce kvalitní kabely mohou být i delší. Konektory jsou menší než u DVI, ale nemohou se ve zdířce mechanicky zacvaknout. Při zatáhnutí za kabel tedy mohou ze zdířky vyklouznout. Single-link konektory se označují jako typ A, dual-link jako typ B. Dále existuje typ C, který je obdobný jako konektory typu A, avšak má menší rozměry. Používá se pro kompaktní zařízení.

Obr. 2.14: HDMI kabel

38


2.3.4

Minos++

DisplayPort DisplayPort je nejnovější standard pro přenos obrazových dat. Stejně jako HDMI povoluje DisplayPort také přenos zvukových dat. DisplayPort obsahuje i ochranu proti kopírování HDCP. Tato zkratka znamená „High-bandwidth Digital Content Protection“, tedy „ochrana digitálního obsahu ve vysokém rozlišení“. Kromě toho se uplatňuje také další typ ochrany, tzv. „DisplayPort Content Protection“, DPCP. Podobně jako HDM je i DisplayPort kompatibilní s DVI. Stejně jako HDMI používá DisplayPort drobné konektory, jejichž rozměry jsou podstatně menší než rozměry DVI konektorů. Proto DisplayPorty slouží především pro mobilní zařízení. Apple pro některé počítače, obzvláště pro notebooky, používá ještě menší konektory Mini DisplayPort. Narozdíl od HDMI se mohou konektory DisplayPort zaklapnout, což zabraňuje jejich vyklouznutí ze zdířky. Délka kabelu dosahuje u DisplayPortu 15 m. Obrazové signály jsou přenášeny přes jeden, dva nebo čtyři páry vodičů. Dále je zde dodatečný podpůrný kanál s přenosovou rychlostí 1 MBit/s. Podpůrný kanál přenáší zvukové signály a jiná data sloužící k ovládání monitoru, jako je rozlišení displeje. Přenosová rychlost tohoto kanálu by měla být zvýšena na 480 MBit/s. Další linka se využívá pro rozpoznání napojení monitoru. Připojování během provozu se nazývá Hot-Plugging. DisplayPort se u notebooků používá také pro ovládání monitoru. DisplayPorty navíc nejsou zatíženy žádnými poplatky, což je velice výhodné. Plánuje se rozšíření zavádění DisplayPortu, čímž se umožní sériové zapojení několika monitorů. Z počítače v tomto případě povede pouze jeden kabel do prvního monitoru, který bude dále připojen ke druhému monitoru, atd.

39


2.4

Vnitřní rozhraní

2.4.1

Zdroje energie

Minos++

Energie je počítačům dodávána prostřednictvím napájecích jednotek. Napájecí jednotky zásobují energií základní desku a jiné mechaniky, které mají různá napětí. Napájecí jednotky poskytují napětí ve výši +12 V, -12 V, +5 V a -5 V, v novějších počítačích také +3,3 V. Redukce na nižší napětí, využívané například vlastními procesory, se provádí na základní desce. U starších počítačů byly napájecí jednotky připojeny k hlavní desce dvěma šestipinovými konektory, umístěnými v jedné řadě. Jsou-li oba konektory zapojené, obě zemnící linky každého z nich se nacházejí uprostřed. Zdroje energie typu ATX mají 20-pinové konektory. Kontakty jsou uspořádané ve dvou řadách. Dodatečné kontakty poskytují také napětí 3,3 V. Konektory jsou chráněny před změnou polarity. Procesory Pentium IV mají relativně vysokou spotřebu proudu; proto se pro jejich zásobování energií používají dodatečné čtyřpinové konektory. Dva kontakty jsou určeny pro +12 V linky, druhé dva pro zemnící linky. Moderní zdroje energie a základní desky využívají 24-pinové konektory. To je nutné kvůli PCI-Express slotu, který musí být dostatečně zásoben energií. Tyto sloty se často používají pro grafické karty s vysokou spotřebou energie.

Obr. 2.15: Zásuvkový konektor na dodávku energie pro základní desku

40


Minos++

Zdroje energie s 20-pinovými konektory mohou být použity se základními deskami, které mají 24-pinové zdířky, pokud není kvůli PCI-Express slotu vyžadován vysoký proud. Naproti tomu 24-pinové zdroje energie mohou být použity s 20-pinovými základními deskami kdykoliv, pokud to není kvůli nadbytečné části 24-pinového konektoru mechanicky nemožné. Různé řadiče jsou kabely zásobovány energií přímo z napájecího zdroje počítače. Na to se používají dva různě velké konektory. U některých moderních pevných disků jako SATA se však setkáme s jiným typem konektoru. Pro mechaniky s šířkou 5,25 palců se používají čtyřpinové konektory. Jde především o CD a DVD mechaniky. Ty stejné konektory se používají pro pevné disky, přesněji pro ty s šířkou 3,5 palce. Dva externí kontakty poskytují napětí +12 V a +5 V, prostřední kontakty jsou zemnící linky. Dvě strany konektoru jsou zkosené, čímž se předchází nesprávnému zapojení. Nedostačují-li porty napájecích zdrojů, mohou být dvě mechaniky pomocí adaptéru ve tvaru Y připojeny k jednomu konektoru napájecího zdroje. Je však třeba dávat pozor, aby nedošlo k přetížení napájecí jednotky. 3,5 palcové disketové mechaniky si vystačí s menším konektorem. I ten má čtyři piny. Uspořádání kontaktů pro +12 V, +5 V a zemní linku je stejné jako u velkých konektorů. Tyto konektory však již nejsou chráněny proti nesprávnému zapojení. Moderní počítače už disketové mechaniky nemívají, proto se tento konektor prakticky nepoužívá.

Obr. 2.16: Kabel na dodávku napětí pro mechaniky

41


2.4.2

Minos++

ISA slot ISA je zkratka anglického termínu „Industry Standard Architecture“. Tento slot se nachází na základní desce počítače. Umožňuje aktualizovat počítač prostřednictvím zásuvných karet. ISA sloty spojují zásuvné karty s hlavním počítačem. Mají 16ti bitovou sběrnici, což znamená paralelní přenos dat. Slot je rozdělený na dvě části. Velký konektor se používal pro starší osmibitovou sběrnici XT-Bus. Dodatečný konektor rozšířil sběrnici až na 16 bitů. Větší konektor má 62 kontaktů, uspořádaných po obou stranách karty, menší má pouze 36 kontaktů. Dva sousedící kontakty jsou od sebe vzdáleny 2,54 mm. ISA sloty se v moderních počítačích již nepoužívají. Některé typy zásuvných karet však přetrvávají v průmyslu po značně dlouhou dobu, například I/O karty či karty určené pro různé měřící funkce. Výroba zásuvných karet ISA je navíc jednodušší než výroba vývojově pozdějších systémů. Z tohoto důvodu průmyslové počítače ještě mívají ISA slot. Do karty přes kontakty proudí +12 V, –12 V, +5 V a –5 V. Často používaný takt sběrnice odpovídá 8,33 MHz. To umožňuje dosáhnout prakticky maximální přenosové rychlosti dat okolo čtyř MB/s.

Obr. 2.17: Zásuvná karta ISA

42


2.4.3

Minos++

PCI slot PCI je zkratka „Peripheral Component Interconnect“. Jde o široce standardizovaný sběrnicový systém na zásuvné karty, který byl vyvinut společnostmi Intel, IBM a Microsoft. Zamýšlelo se, že sběrnice PCI nahradí sběrnici ISA. Po dlouhou dobu se však v základních deskách používaly oba systémy. Taktovací rychlost sběrnice PCI byla nejprve 33 MHz. Tato hodnota byla zdvojnásobena a počínaje verzí 2.1 dosáhla 66 MHz. Uvedené hodnoty představují maximální možné rychlosti. V případě nutnosti může být rychlost omezena, například aby se snížila spotřeba proudu. Jednotky sdílející sběrnici získávají skutečný takt prostřednictvím zvláštní taktovací linky. U sběrnice PCI jsou data přenášena paralelně. Sběrnice má 32 samostatných linek. Nejprve se odešle adresa a teprve potom data samotná. Kapacita sběrnice povoluje odeslat každý takt čtyři bity. Přenos pouhých 16ti nebo 8mi bitů zároveň je ale také možný. Kromě tohoto “multiplexního” typu přenosu dat je také možné přejít do souvislého režimu. V tomto případě se adresa odešle pouze jednou a za ní následuje blok dat libovolné délky. Pozdější verze PCI mohou mít také 64-bitovou sběrnici, u které jsou adresy a data odesílány zároveň. Tato verze se využívá především u serverů. Jsou také stanoveny maximální rozměry. Existují dlouhé a krátké karty, jejichž maximální délka je 31,2 cm a 17,5 cm. Maximální výška by neměla překročit 10,7 cm nebo 6,4 cm u nízkých karet.

Obr. 2.18: Zásuvná karta PCI

43


Minos++

Kartám PCI je dodáváno napětí 5 V nebo 3,3 V. Kontaktní pásky karet jsou vybaveny drážkami, aby se předešlo jejich zasunutí do nesprávných slotů. U karet s napájecím zdrojem 3,3 V se drážka nachází blízko záslepky slotu, ale u karet s 5 V je umístěna dále od ní. Karty určené pro oboje napětí mají dvě drážky. Výše napětí také určuje maximální provozní proud karet. Za napětí 3,3 V je maximální proud 6 A, zatímco za napětí 5 V pouze 5 A. Spotřeba energie je obecně omezená na 25 W. Zvláštní systém řízení energie umožňuje přepnutí jednotlivých karet na různé režimy šetření energií. Karty, které nemají specifikovaný režim šetření energií, mohou být přepnuty na úsporný režim. Co se týče maximální rychlosti přenosu dat, specifikovaná rychlost se rozdělí mezi veškeré připojené karty. Sběrnice PCI může fungovat až s deseti připojenými komponenty. V jednom počítači těžko najdeme tolik slotů, ale některé komponenty PCI mohou být umístěny přímo na základní desku. Systém PCI také umožňuje rozpoznat a automaticky nakonfigurovat jednotlivé zásuvné karty. ISA karty k tomu potřebují zásuvné jumpery. PCI je tedy systém schopný fungovat jako Plug & Play. PCI je v podstatě také schopné fungovat jako Hot Plug. To znamená, že karty mohou být připojeny a odpojeny, aniž by bylo nutné vypnout počítač. Tuto funkci by měl ovšem podporovat také počítač a operační systém. Možnost vyměňovat komponenty během provozu je důležitá především u serverů. Maximální teoreticky možná rychlost přenosu dat pro 32 bitovou sběrnici PCI při taktu 33 MHz je 133 MB/s. Tato hodnota se zdvojnásobí při taktu 66 MHz. S PCI-X mohou být dosaženy vyšší přenosové rychlosti. Tato verze se často vyskytuje u serverů. PCI-X pracuje při maximálním sběrnicovém taktu 133 MHz a za napětí 3,3 V. Při sběrnicovém taktu 133 MHz může však být využíván pouze jeden slot na sběrnici. Čím více slotů se využívá, tím více PCI sběrnic je potřeba. Verze PCI-X 2.0 umožňuje vyšší přenosové rychlosti a obsahuje i opravu chyb v přenesených datech. PCI-X by neměla být zaměňována s PCI Express.

44


2.4.4

Minos++

PCI-Express PCI-Express je následníkem rozhraní PCI. Často se užívá označení PCIe nebo PCI-E. PCIe umožňuje dosáhnout výrazně vyšších přenosových rychlostí dat než jeho předchůdci. Narozdíl od rozhraní PCI používá PCIe sériový přenos dat, což je point to point přenos. Jediné sériové připojení se nazývá Link nebo Lane. Několik linků může být spojeno a společně se podílet na procesu přenosu dat. Spojení jednotlivých linků k sobě i jejich připojení k hlavnímu procesoru se uskuteční pomocí přepínače. Z hlediska softwaru se PCIe od PCI neliší. To znamená, že nejsou nutné žádné změny v ovladačích a operační systém nerozpozná žádné změny. Každý link je tvořen dvěma páry vodičů. Každý pár vodičů je nezbytný pro diferenční přenos dat. Data jsou také odesílána a přijímána prostřednictvím různých linek. PCIe je tedy řízeno v úplném duplexním režimu. Taktovací frekvence činí 1,25 GHz. Pro přenesení jednoho Bajtu je třeba deset bitů, což má za výsledek maximální teoretickou přenosovou rychlost 125 MB/s v každém směru. Přenosová rychlost dat se může zvýšit až na 250 MB/s, použije-li se technologie DDR, kdy dochází k přenosu dat jak na stoupajícím, tak na klesajícím konci taktu. V praxi může být dosaženo zhruba 150 MB/s, a výrazně více v případě dlouhodobého přenosu dat. Verze PCIe 2.0 umožňuje teoretickou přenosovou rychlost dat 500 MB/s na link. Přenosová rychlost dat se dá zvýšit také kombinací několika linků. Sloty se obvykle vyrábí pro 1 link nebo pro 16 linků, podle čehož se označují PCIe x1 a PCIe x16. K nahrazení obyčejného PCI slotu stačí krátký slot PCIe x1. Odpovídající zásuvné karty se však prakticky nepoužívají. S PCIe x16 sloty se setkáme především u grafických karet. Tyto sloty jsou podstatně delší. Mohou být zapojeny i karty s menším počtem linků. V takovém případě zůstanou zbylé linky nevyužité. Karty jsou zásobeny napětím ve výši 0,8 V. Maximální spotřeba energie pro každý slot je 25 W. Především grafické karty však mají větší potřebu energie, která je zajištěna prostřednictvím jednoho nebo více dodatečných kontaktů.

45


2.4.5

Minos++

Další sloty a dodatečné funkce Slot pro zásuvné karty Extended ISA, často označovaný EISA, má sběrnicovou kapacitu 32 bitů namísto 16ti. Taktovací frekvence 8,33 MHz zůstává beze změny. Operační napětí se také shoduje s ISA sloty. Prakticky dosažitelná přenosová rychlost dat se zvyšuje zhruba na 20 MB/s. EISA by tudíž nemohla soupeřit s PCI sloty. Její výhodou byla možnost využívat starší ISA karty. Přesto se však EISA příliš nerozšířila. Na vyvinutí lokální sběrnice VESA Local Bus se podílelo několik počítačových výrobců. Ti se spojili ve sdružení „Video Electronics Standards Association“, z jehož názvu pochází zkratka VESA. Byl třeba nový slot pro grafické karty, protože sběrnice ISA nedokázala poskytnout požadovanou přenosovou rychlost. Dalším označením VESA Local Bus je VLB. Lokální sběrnice VESA má kapacitu 32 bitů. Sloty jsou podobné ISA slotům, ale rozšířené o dodatečnou řadu kontaktů. Maximální taktovací rychlost je 40 MHz. U pozdější verze VLB 2.0 bylo možné dosáhnout taktu 50 MHz. Sběrnice VESA Local Bus byla se svou taktovací rychlostí spojená s procesorem. VLB se přestala používat, jakmile se objevily nové procesory s vyššími taktovacími rychlostmi. Dalším zvláštním portem pro grafické karty je tzv. „Accelerated Graphics Port“, zkratka AGP. AGP je podobný slotu PCI. Narozdíl od PCI jde však o point to point spojení procesoru a grafické karty. Z tohoto důvodu je většinou AGP slot pouze jeden. Taktovací rychlost AGP činí 66 MHz. U verze 1.0 dosahuje přenosová rychlost dat 32 bitů za takt. Tato rychlost se označuje jako 1x. Tato hodnota se zdvojnásobila na 2x využíváním stoupajícího i klesajícího konce taktu k přenosu dat. Tento systém se označuje jako dvojnásobná datová rychlost. Napětí napájecího zdroje u karet AGP verze 1.0 je 3,3 V. U verze 2.0 se rychlost 4x zvýšila. Protože taktovací frekvence zůstala beze změny, musí být každý takt přeneseny 4 datové balíky. Napájecí napětí se snížilo na 1,5 V. U verze 3.0 se rychlost znovu zvýšila, a to na 8x, zatímco napájecí napětí se snížilo na 0,8 V. Drážky na kontaktních páscích zabraňují zapojení do slotů s nekompatibilním zdrojem energie. Stejně jako PCI-slots byly i AGP sloty nahrazeny rozhraním PCIExpress.

46


2.4.6

Minos++

PCMCIA PCMCIA je standardní zásuvná karta používaná v noteboocích. Tato zkratka znamená „Personal Computer Memory Card International Association“. Zásuvné karty tohoto typu mohou sloužit k rozšíření notebooku o modem, síťové rozhraní nebo jiné rozhraní. Můžeme se setkat i se zásuvnými kartami s velkokapacitní pamětí nebo malými pevnými disky. Standard PCMCIA vymezuje rozměry karty a její spojovací port pro napájení. Její délka je 85,6 mm a šířka 54 mm. Tloušťka se mění dle typu karty. Karty typu I mají tloušťku 3,3 mm. Obvykle jsou to paměťové karty. Tloušťka karet typu II je 5,0 mm. Tyto karty obvykle zahrnují modem nebo síťové rozhraní. Karty typu I mohou být zapojeny do slotů pro karty typu II. Karty typu III mají tloušťku 10,5 mm kvůli vestavěným pevným diskům. Jedna karta typu III může být vložena na místo dvou karet typu II, zasunutých jedna nad druhou. V moderních noteboocích se však tyto karty již téměř nepoužívají. Mnoho notebooků pro ně nemá žádné sloty. Elektrický přívod je pro všechny tři typy vykonáván prostřednictvím 68pinového zásuvného portu se dvěma řadami kontaktů. Karty podporují hot plug, mohou tedy být zapojeny a odpojeny během provozu. Provozní napětí je 3,3 V nebo 5 V. Aby se zabránilo případným závadám, je nemožné vložit karty určené pro napětí 3,3 V do 5 V slotu. Karty, které fungují na 5 V, mohou být zapojeny do 3,3 V slotu, nebudou však funkční. Existují i karty, které mohou využívat obou těchto napětí. Karty PCMCIA mají sběrnicovou kapacitu 8 bitů nebo 16 bitů. Přenosová rychlost dat se shoduje s ISA kartami. Další modifikací je PC karta. Hlavní rozdíl spočívá ve sběrnicové kapacitě 32 bitů a ve vyšší taktovací rychlosti 33 MHz. Specifikace slotů jsou téměř shodné s PCI sloty. PC karty však nemohou být vloženy do PCMCIA slotů. Moderní ExpressCards mají zhruba dvakrát menší rozměry a nejsou kompatibilní se starými PCMCIA sloty. Spojení může proběhnout vnitřně přes USB 2.0 nebo PCIe x1.

47


2.4.7

Minos++

Připojení disketových mechanik Disketové mechaniky jsou sice v dnešní době zastaralé, ale v mnoha počítačích se s nimi ještě setkáme. Nejrozšířenější jsou mechaniky pro diskety o rozměrech 3,5 palců. Starší 5,25 palcové mechaniky se již prakticky nevyskytují. Mechaniky jsou připojené k základní desce počítače pomocí plochého kabelu, který vypadá jako kabel na propojení pevného disku, ale má pouze 34 vodičů. Zástrčky používané pro spojení s mechanikami a ovladači se také nazývají čtvercové. Jejich kontakty jsou uspořádané do dvou řad po 17ti kontaktech. Všechny konektoru kabelu jsou v podstatě zdířkami. Vlastní konektory s dotekovými piny se nacházejí na ovladači a disketové mechanice. Data jsou přenášena sériově. Přenosová rychlost se pohybuje mezi 250 kBit/s a 500 kBit/s podle typu ovladače. Skutečná rychlost však závisí na rychlosti čtení/zapisování disku. Další linky plochého kabelu se používají pro kontrolní signály. Mohou sloužit například k zapnutí motoru, k ochraně disku proti přepisování nebo k výběru mechaniky. K jednomu ovladači mohou být připojeny dvě disketové mechaniky. Plochý kabel má tedy kromě konektoru zapojeného do základní desky ještě dva další konektory, které jsou připojeny k disketovým mechanikám.

Obr. 2.19: Kabel pro disketovou mechaniku

48


Minos++

Starší disketové mechaniky bývaly vybaveny jumpery, které sloužily k rozpoznání připojené mechaniky jako disku A nebo B. Nové mechaniky byly již k dispozici pouze jako disk B. Plochý kabel v takovém případě musí mít několik kroucených vodičů mezi konektory obou disketových mechanik. Používá-li se pouze jedna disketová mechanika, měla by být připojená k poslednímu konektoru, neboť kroucení kabelu způsobuje, že ovladač mechaniku rozpozná jako disk A. Pokud by se zapojil střední konektor, ovladač by mechaniku rozpoznal jako disk B. To by mohlo způsobit problém, protože počítač při spuštění z diskety předpokládá, že je připojená mechanika A. Častou chybou při zapojování disketových mechanik je obrácené zapojení kabelu do konektoru mechaniky. Pokud k němu dojde, LED mechaniky bude nepřetržitě svítit, což na tuto chybu upozorní.

Obr. 2.20: Obrácené vodiče v kabelu pro disketové mechaniky

49


2.4.8

Minos++

IDE připojení pevného disku IDE je zkratka pro „Integrated Device Electronics“. Toto rozhraní se používá k připojení pevných disků, CD a DVD mechanik k základní desce. Softwarový protokol pro přenos dat se nazývá „Advanced Technology Attachment with Packet Interface“, zkráceně ATA nebo ATAPI. Po zavedení rozhraní IDE byl do pevného disku integrován ovladač. Hostitelský ovladač, ke kterému je pevný disk připojen, je obvykle umístěn na základní desce. V minulosti se používaly také zásuvné karty s rozhraním IDE. Pevný disk a hostitelský počítač jsou spojeny pomocí 40-pinového plochého kabelu. 40 dotekových pinů je uspořádáno ve 2 řadách. K dosažení rychlejších přenosových rychlostí slouží 80-pinové kabely. Dodatečných 40 linek je umístěno mezi původními 40ti. Všech 40 dodatečných linek je připojeno k zemnící lince, nepřenášejí tedy žádná data. Tyto linky by měly zabránit přeslechu mezi jednotlivými datovými linkami. Konektory mají 40 pinů. Protože se jedná o paralelní přenos dat, uskutečňuje se souběžný přenos 16 bitů. Přenosová rychlost stoupá s délkou probíhajícího přenosu. DMA (Direct Memory Access) umožnil přenos dat z pevného disku do hlavní paměti (RAM) a naopak bez účasti hlavního procesoru. Dalším vylepšením DMA bylo rozhraní Ultra DMA či UDMA. Tato zkratka poukazuje na rychlost přenosu dat. Označení UDMA66 značí přenosovou rychlost 66,6 MB/s. Počínaje UDMA66 začalo být nutné používat 80-pinové kabely. Přenosová rychlost 133 MB/s, někdy také označovaná ATA/133, představuje pravděpodobně nejvyšší rychlost u paralelního přenosu dat. Vyšších rychlostí může být docíleno pouze při sériovém přenosu dat. Konektor 80-pinových kabelů, který je zapojen do hostitelského počítače, má kontakt připojený k zemnící lince. Hostitelský počítač tedy může rozpoznat, že je připojen 80-ti pinový kabel. Pouze poté, co byl kabel rozpoznán, může být aktivována vyšší přenosová rychlost dat.

50


Minos++

Dvě zařízení mohou být připojeny k jednomu hostitelskému počítači. Mnoho spojovacích kabelů je proto vybaveno třemi konektory. U novějších kabelů jsou tyto konektory barevně odlišeny. Modrý konektor by měl být zapojen do hostitelského počítače, protože jako jediný obsahuje kód pro rychlý přenos dat. Připojujeme-li k hostitelskému počítači dvě zařízení, měla by být nastavená na master a slave. Je nezbytné za tímto účelem nastavit také odpovídající jumpery na každém z přístrojů. Zařízení slave musí být připojeno k prostřednímu konektoru kabelu, který má šedou barvu. Master je připojen k černému konektoru na konci kabelu. Používá-li se pouze jedno zařízení, mělo by se připojit ke konci kabelu. Další možností je nařídit obě zařízení na režim Cable Select, zkráceně CS. V tomto případě bude zařízení připojené k černému konektoru nastaveno jako master a zařízení připojené k šedému konektoru jako slave. Délka kabelu je pevně daná. Vzdálenost mezi modrým a šedým konektorem činí 31 cm. Zbývající část kabelu mezi šedým a černým konektorem má délku 15 cm, takže celý kabel měří 46 cm. Existují i kratší kabely. Některé typy nemají prostřední šedý konektor. Na každém konektoru je výstupek, který zabraňuje nesprávnému zapojení. Kontakt č. 20 na zdířce je navíc obvykle nepřístupný. To také předchází nesprávnému zapojení konektoru.

Obr. 2.21: Kabel pro IDE připojení

51


2.4.9

Minos++

Sériové ATA Zejména pevné disky mají obvykle vysoké přenosové rychlosti dat. Paralelní metoda přenosu dat již neumožňovala tuto rychlost dále zvyšovat, proto byla rozhraní IDE adaptována pro sériový přenos dat. Za účelem rozlišení se dnes starší paralelní rozhraní označují také PATA. První verze sériového ATA měla přenosovou rychlost 1,5 GBit/s. Protože jsou k přenosu jednoho Bajtu třeba další dva kódovací bity, výsledkem je maximální přenosová rychlost dat 150 MB/s. To je o něco vyšší hodnota než maximální přenosová rychlost dat u paralelního přenosu, která dosáhla 133 MB/s. V další generaci, nazývané Serial ATA Revision 2, se přenosová rychlost dat zdvojnásobila. Zde již dosahuje 3,0 GBit/s, což odpovídá 300 MB/s. Od toho se odvozuje označení Serial ATA 3,0 GBit/s. Rychlost se znovu zdvojnásobila se zavedením nejnovější Serial ATA Revision 3. Přenosová rychlost dat dosáhla 6,0 GBit/s nebo 600 MB/s. Nejvýznamnějším rozdílem oproti paralelnímu rozhraní je použitý typ kabelu. Namísto širokého plochého kabelu se zde užívá úzký osmivodičový kabel. Pro funkce přijímání a odesílání dat se používají dva páry linek. Tyto vodiče nejsou kroucené, ale uspořádané vedle sebe. Zemnící linky vedou podél datových párů vodičů, takže výsledný kabel je plochý a úzký. Konektor má sedm pinů a je chráněn proti nesprávnému zapojení.

Obr. 2.22: Pevný disk s připojením SATA

52


Minos++

Tyto kabely měří do jednoho metru. Díky menším rozměrům a větší délce se vejdou do počítače lépe než paralelní kabely, které mohou být někdy dokonce na překážku proudění vzduchu z větráku. Počínaje Revision 2 jsou konektory vybaveny západkou, což zabraňuje nechtěnému vypojení. Sériový přenos dat je tzv. point to point přenos. To znamená, že jedním kabelem může být k hostitelskému počítači připojeno pouze jedno zařízení. V tomto případě tedy není třeba rozpoznávat disky jako master a slave. Napájecí konektory se ve srovnání s disky s paralelním připojením také změnily. Jsou ploché, tak jako konektory pro přenos dat, a mají 15 kontaktů. Tři kontakty jsou určeny pro napětí ve výši 3,3 V, 5 V a 12. Pět dalších vodičů představuje připojení zemnících linek. Jeden ze tří uvedených napěťových vodičů musí být vždy mírně prodloužený, takže se při zasunutí do zdířky zapojí jako první. To umožňuje připojení a odpojení disků během provozu, čemuž se také říká podpora hot-plug. Další kontakt slouží k vysílání signálů o činnosti pevného disku. To například umožňuje zapnout LED. Jinou možností je kontrola nastartování pevného disku. Několik pevných disků může být nastartováno jeden po druhém. Proud potřebný k nastartování pevného disku, který je vyšší než provozní proud, tak může být rozložen na delší časový úsek. To snižuje celkové zatížení zdroje energie. Protože ani současné pevné disky plně nevyužívají rychlosti SATA, zavadí se v nové verzi násobiče portů. To umožňuje připojení až 15ti disků k jednomu rozhraní SATA. Jednotlivé disky pak sdílejí celkovou dostupnou přenosovou rychlost. Starší disky s paralelními porty mohou být k rozhraní SATA připojeny prostřednictvím odpovídajícího adaptéru.

53


Minos++

2.4.10 eSATA Délka kabelu jeden metr umožňuje umístit řadiče SATA dále od základní desky než řadiče s paralelními porty. Pro externí zařízení to ovšem stále nestačí. Tento problém byl vyřešen zavedením eSATA, kde “e” znamená externí. eSATA využívá jiných konektorů, avšak signály jsou stejné jako u běžných rozhraní SATA. Zdířky jsou vybaveny malými pružinami, díky kterým se konektor lépe zaklapne a je chráněn před nezamýšleným odpojením. Kabely SATA nepasují do zdířek eSATA. Při navrhování konektorů eSATA se v souladu s jejich zamýšleným účelem počítalo, že oproti konektorům pro interní SATA porty výrazně vzroste počet zapojovacích a vypojovacích úkonů. Také design kabelů eSATA je odlišný. Jelikož tyto kabely již nejsou chráněné krytem počítače, musejí mít lepší krytí než kabely uvnitř počítače. Maximální délka kabelu je 2 m. Externí zařízení se však ještě stále zapojují do vnitřních SATA portů. Pro tento účel může být použit například záslepka slotu, která je připojena k vnitřnímu SATA portu a má externí zdířku eSATA. Narozdíl od USB a FireWire nemohou kabely eSATA poskytovat přívod energie. To se v příští verzi může změnit.

Obr. 2.23: Zařízení se zdířkou pro eSATA

54


Minos++

2.4.11 SCSI SCSI znamená „Small Computer System Interface“. Jde o paralelní rozhraní, které umožňuje připojit k počítači pevný disk a jiná zařízení. Kromě pevných disků se prostřednictvím SCSI k počítači běžně připojují také scannery a magnetické páskové mechaniky či optické mechaniky jako je CD-ROM. SCSI používá k přenosu dat sběrnicový systém. Adaptér HCB (HostBus-Adapter) se obvykle nachází na základní desce nebo na zvláštní zásuvné kartě. Zodpovídá za komunikaci s připojenými zařízeními. První standard SCSI se datuje k roku 1986. Využitá přenosová rychlost byla 5 MB/s. Maximální délka kabelu dosahovala 6 metrů, což umožňovalo připojení jak vnitřních, tak externích zařízení. Ke sběrnici SCSI může být připojeno až 7 různých zařízení. Každé z nich v tomto případě vyžaduje zvláštní adresu. Z tohoto důvodu jsou vnitřní zařízení vybaveny jumpery, zatímco externí zařízení se často regulují pomocí otočného přepínače. Sekvenci SCSI jsou přiděleny adresy od 0 do 7. Každá adresa by měla být použita pouze jednou, přičemž 7 je rezervována pro adaptér HBA. Oba konce sekvence by měly být vybaveny koncovým odporem. Tomu na jednom konci napomáhá adaptér HBA, zatímco druhý konec musí mít koncový konektor.

Obr. 2.24: SCSI kabel

55


Minos++

Koncovým odporům se také říká omezovače. Existují omezovače aktivní a pasivní. Pro napájení omezovačů energií se používá dodatečný konektor v SCSI kabelu. Napájení energií by mělo být prováděno pouze z jednoho přístroje. SCSI kabely mají 50 vodičů. Uvnitř počítače se používají ploché kabely, pro vnější kabeláž kulaté kabely. Spojovací porty pevných disků mají také 50 kontaktů uspořádaných ve dvou řadách. Externí konektory připomínají konektory Centronics, používané pro tiskárny. Mohou se však objevit také 25-pinové D-Sub konektory. V takovém případě se několik zemnících linek spojí dohromady. Kapacita sběrnice dat je pro SCSI-1 osm bitů. Za účelem zvýšení přenosové rychlosti byla v roce 1989 při zavedení SCSI-2 kapacita rozšířena na 16 bitů. Tento způsob se označoval Wide SCSI. Kromě rozšíření sběrnice se také zdvojnásobil maximální počet připojených zařízení. Druhou možností jak zvýšit rychlost bylo použití vyššího sběrnicového taktu. Tento způsob se označoval Fast SCSI. Obě metody umožňovaly dosáhnout rychlosti 10 MB/s. Rozšířená sběrnice potřebovala nové konektory. Ty mají 68 kontaktů. Naopak maximální délka kabelu se při zvýšení sběrnicového taktu o 3 m snížila. Kombinací obou metod se dosáhlo přenosové rychlosti 20 MB/s. Když hovoříme o Wide SCSI, máme obvykle na mysli tuto kombinaci. V 90tých letech došlo na zavedení Ultra-SCSI. Sběrnicový takt se zdvojnásobil, takže dosažená přenosová rychlost činila 20 MB/s při sběrnicové kapacitě 8 bitů a 40 MB/s pro 16 bitů. Novější Ultra2-SCSI opět zdvojnásobila rychlost. Další zdvojnásobení přenosové rychlosti až na 160 MB/s umožnilo Ultra-160 SCSI. Zde se uplatňuje pouze sběrnicová kapacita 16 bitů. Tohoto zdvojnásobení bylo dosaženo přenášení dat jak na stoupajícím, tak na klesajícím konci taktovacího signálu. Přenosový rychlost dat se zavedením Ultra-320 SCSI opět zdvojnásobila, a to na 320 MB/s. To bylo poslední vylepšení paralelního rozhraní SCSI. K dalšímu zvyšování přenosové rychlosti dat již narůstajícím problémům týkajícím se požadované simultánnosti datového přenosu nedošlo. Vývoj pokračuje směrem k sériovému přenosu dat.

56


Minos++

2.4.12 Serial Attached SCSI Serial Attached SCSI („Sériově připojené SCSI“), zkr. SAS, je aktuální vývoj SCSI. Nejdůležitější změnou je zavedení metody sériového přenosu dat namísto metody paralelní. První vývojová fáze přenosovou rychlost dat 3 Gbit/s. Jelikož je pro přenos jednoho Bajtu třeba 10 bitů, lze dosáhnout přenosové rychlosti 300 MB/s. V dalších vývojových fázích se plánují přenosové rychlosti ve výši 6 MBit/s a 12 MBit/s. SAS funguje na principu úplného duplexního přenosu dat. Pro současně probíhající odesílání a přijímání dat jsou tedy nutné dva vodiče. Pevné disky SAS mají dva spojovací porty, také nazývané linky. Oba linky mohou být současně připojeny k adaptéru HBA (Host-BusAdapter). To za prvé zdvojnásobuje přenosovou rychlost dat, a za druhé zvyšuje spolehlivost, neboť v případě selhání jednoho linku zůstává druhý link použitelný pro přenos dat. Navíc mohou být pevné disky SATA také připojeny na hostitele SAS. Ty jsou levnější než pevné disky SAS, což poskytuje dodatečný úložný prostor za nízkých nákladů. Pevný disk SAS nemůže být připojen k hostiteli SATA. Narozdíl od paralelního SCSI nejsou u SAS potřeba omezovače. Očekává se, že budou vyráběny pevné disky s elektrickými kontakty v podobě zásuvných konektorů umístěnými na zadním panelu upevnění. Zemnící linky jsou posunuté dopředu, což umožňuje nahradit pevný disk během provozu. Nákladné pevné disky SAS je lepší používat pro servery a výpočetní střediska, protože jsou vysoce spolehlivé.

57


Minos++

2.4.13 RAM sloty Hlavní paměť počítače se nazývá RAM („Random Access Memory“). Tato „paměť s libovolným přístupem“ poskytuje podstatně vyšší přístupové rychlosti než pevný disk. Může však uchovávat data pouze do vypnutí počítače. Proto se tento typ paměti nazývá také dynamická, Dynamic RAM, nebo DRAM. Ve starších počítačích se do základní desky umísťovaly jednotlivé paměťové čipy. Později bylo několik čipů zkombinováno do modulu, který se zasunul do odpovídajícího slotu na základní desce. Tento postup umožnil používat moduly s různou paměťovou kapacitou, vždy podle aktuální potřeby RAM, První moduly měly 30-pinovou řadu kontaktů. Označovaly se „Single Inline Memory Module“, zkr. SIMM. Kontakty jsou zde uspořádány tak, že se na obou stranách modulu nachází stejný počet dotekových pinů. SIMM modul má délku zhruba 90 mm. Drážka na jednom konci zabraňuje nesprávnému zasunutí do slotu. Modul se zapojí tak, že se zešikma vloží do slotu. Poté je pevně zafixován ve správné poloze pomocí dvou pružin. Při odpojování modulu je nutné nejprve odtlačit obě pružiny, a poté lze modul otočit na stranu a vyjmout ze slotu. Podobný typ „Single Inline Pin Package-Module“, zkr. SIPP, má 30 jednotlivých pinů uspořádaných do řady.

Obr. 2.25: SIMM, PS/2-SIMM, SD-RAM

58


Minos++

Kapacita datové sběrnice u modulu SIMM je 8 bitů. Proto jsou při použití 16bitových procesorů třeba dva moduly SIMM. Tomu odpovídají čtyři moduly pro 32bitové procesory. Paměťová kapacita jednoho modulu může být 256 KB, 1, 4 nebo 16 MB. Nejpoužívanější byly moduly s kapacitou do 4 MB, protože ostatní moduly s větší kapacitou byly tehdy příliš drahé. Od roku 1994 byly spolu s rozšířením 32bitových sběrnicových procesorů zavedeny moduly PS/2-SIMM. Toto označení je spojené s počítači IBM ze série Personal System/2, v nichž byly tyto paměťové moduly poprvé použity. Moduly PS/2-SIMM mají 72 kontaktů a jsou o něco větší než moduly SIMM. Drážka rozděluje řadu kontaktů na dvě části. Sběrnicová kapacita těchto modulů je 32 bitů, takže v tomto případě postačoval pro 32bitové sběrnicové procesory jediný modul. Teprve poté, co se u procesorů Pentium objevily 64bitové paměťové sběrnice, musely být moduly PS/2-SIMM užívány v párech. Existují PS/2-SIMM s úložnou kapacitou 1, 4, 8, 16, 32, 64 nebo 128 MB. Obě největší kapacity se používaly zřídka, protože nebyly kompatibilní se všemi typy základních desek. V době přechodu z typu SIMM na PS/2-SIMM existovaly adaptéry, které umožňovaly zapojit čtyři SIMM do slotu PS/2-SIMM. Tak mohly být tyto drahé paměťové moduly použity s novou základní deskou. Napájecí napětí u modulu SIMM je 5 V. Obecně rozlišujeme tzv. Fastpage-RAM a EDO-RAM. EDO-RAM podporuje o něco vyšší přenosovou rychlost dat. Datové Bajty na stejné adresové lince are jsou přečteny bez opakovaného přenosu adresy. Daná sloupcová adresa postačuje. Taktovací frekvence čtení paměťových modulů dosahuje 66 MHz u Fastpage-RAM a 83 MHz u EDO-RAM. 30-pinové SIMM bývají obvykle typu Fastpage-RAM. Paměťové moduly To souvisí s tím, paměťové moduly podporu paritního dat.

mívají většinou osm jednotlivých paměťových čipů. že jeden Bajt se skládá z osmi bitů. Některé mají devět paměťových čipů. Devátý čip je zde na Bajtu, který slouží k opravě chyb během přenosu

59


Minos++

Okolo 1999 byly moduly SIMM nahrazeny SDRAM. Tato zkratka znamená „Synchronous Dynamic Random Access Memory“ („synchronní dynamická paměť s libovolným přístupem“). Paměťové moduly mají 168 kontaktů. Narozdíl od modulů SIMM jsou kontakty umístěny na obou stranách modulu. Tato struktura se označuje DIMM, tedy „Dual In-Line Memory Module“ („dvojitý zásuvný paměťový modul“). Jedna drážka je uprostřed a další blízko kraje modulu. Řada kontaktů je tak rozdělena na tři části. Moduly SDRAM jsou v taktovací synchronizaci s procesorem. Dosažená přenosová rychlost dat je oproti staršímu EDO-RAM zhruba dvojnásobná. Sběrnicová kapacit je u SDRAM 64 bitů. Napájecí napětí kleslo na 3,3 V. Taktovací rychlost paměťových modulů dosahuje 66, 100 nebo 133 MHz. Vybrané paměťové prvky lze vyhnat až na 150 či 166 MHz. Paměťové prvky se označují podle taktovací rychlosti jako PC-66, PC100 nebo PC-133. Paměťové moduly určené pro vyšší taktovací rychlosti je možné použít v základních deskách s nižší hodinovou rychlostí. Paměťová kapacita modulů SDRAM se pohybuje od 16 MB do 1024 MB. Rozlišujeme jednostranné a oboustranné moduly, podle toho, zda se paměťové čipy nachází na jedné či na obou stranách. Dalšího zvýšení přenosové rychlosti dat se dosáhlo se zavedením modulu DDR-SDRAM, obvykle označovaného DDR-RAM. DDR je zkratka „Double Data Rate“, což znamená, že data jsou přenášena jak na stoupajícím, tak na klesajícím kraji hodinového signálu. Označení DDR-RAM obsahuje čtyři čísla, která odkazují na zaokrouhlenou hodnotu přenosové rychlosti dat v MB/s. U modulu s označením PC-2100 je tedy přenosová rychlost dat okolo 2100 MB/s. Při sběrnicové kapacitě 64 bitů činí požadovaná efektivní taktovací rychlost 266 MHz, což odpovídá skutečné taktovací rychlosti základní desky 133 MHz. Paměťové moduly DDR-RAM mají 184 kontaktů a vyžadují napájecí napětí 2,5 V. Novější paměťové moduly právě vyvíjené technologie DDR2 mají 240 kontaktů. To v kombinaci se zdrojem energie 1,8 V znamená, že jsou s DDR-RAM nekompatibilní jak mechanicky, tak elektricky. Moduly DDR3, které jsou dostupné od roku 2007, mají také 240 kontaktů, avšak jejich napájecí napětí je 1,5 V, tudíž jsou taktéž nekompatibilní se staršími sloty.

60


Minos++

2.4.14 SO-DIMM V noteboocích se kvůli omezenému prostoru často používají zvláštní paměťové moduly. Tyto moduly se SO-DIMM, což znamená „Small Outline Dual Inline Memory Module“. Jsou navrženy na nízkou spotřebu energie. Moduly SO-DIMM mají 72 nebo 144 kontaktů, které jsou uspořádány po obou stranách modulu, v souladu s označením DIMM. Počet kontaktů odpovídá šířce 32-bitové a 64-bitové datové sběrnice v uvedeném pořadí. Napájecí napětí pro 72-pinový SO-DIMM je 5 V nebo 3,3 V, zatímco 144-pinový SO-DIMM je zásobován pouze 3,3 V. Oba paměťové moduly mají mezi řadami kontaktů drážku, umístěnou poblíž středu modulu. Oba typy mohou mít navíc paritní bit. SO-DIMMy s DDR-SDRAM mají 200 kontaktů uspořádaných po obou stranách modulu. Drážka se nachází ve vzdálenosti 15 mm od kraje modulu. Napájecí napětí je 2,6 V. SO-DIMMy s DDR2-SDRAM mají také 200 kontaktů, ale drážka se nachází 16 mm od kraje a napájecí napětí činí 1,8 V. Naproti tomu SO-DIMMy s DDR3-SDRAM mají 204 kontaktů. Provozní napětí činí pouze 1,5 V. Za účelem rozlišení se drážka nachází v blízkosti středu modulu.

Obr. 2.26: SO-DIMM

61


Minos++

2.4.15 Procesorové patice Hlavní procesor je velmi nákladná část základní desky. Často se k základní desce připojuje pomocí zásuvné patice. To umožňuje nahradit vadné procesory nebo vyjmout procesor z vadné základní desky a použít jej jinde. Mimo to může být počítač snadno upgradován, nahradí-li se jeho počítač rychlejším typem. Procesory v noteboocích bývají kvůli omezenému prostoru často připájeny k hlavní desce.V takovém případě samozřejmě procesor nahradit nelze. V průběhu času vyvinuly různé společnosti širokou škálu procesorů. Budeme se zde zabývat pouze některými typy zásuvných patic. Počet kontaktů v procesoru stále vzrůstal v závislosti na složitosti procesoru. Jedním z nejrozšířenějších zásuvných patic pro první procesory Pentium byla patice 7. Měla 321 jednotlivých kontaktů a byla určena pro sběrnicové hodiny do 66 MHz. Tato patice byla vybavena páčkou, kterou lze procesor posunout lehce na stranu, takže jeho kontakty zapadnou do kontaktů patice. Otevřená páčka umožňuje procesor z patice lehce vyjmout. Tyto patice byly částečně navrženy tak, aby do procesoru mohla být přiváděna dvě různá napětí zároveň. Pentium MMX tedy vyžadovalo rozdílná napájecí napětí pro jádro procesoru a datovou sběrnici. Patice 7 může být vedle procesorů Intel použita i pro procesory od jiných výrobců, jako jsou procesory K6 od AMD. Společnost Intel zavedla pro Pentium 2 nový slot, označovaný jako slot 1. Procesor a cache zde byly umístěny na tištěný plošný spoj, který se zapojoval do podélného slotu, stejně jako zásuvné karty. Tato deska měla 242 kontaktů a byla zabudovaná v krytu. AMD používal pro své procesory Athlon slot A, také nazývaný K7. Tento slot je mechanicky kompatibilní se slotem 1, elektricky však nikoliv. Slot A nahradil patici A. Ta již měla 462 kontaktů a vyhovovala mnoha AMD procesorům. První procesory Pentium 3 využívaly slot 1, který byl později nahrazen paticí 370. Tato patice měla, jak napovídá její označení, 370 kontaktů. Taktovací rychlost používaná pro komunikaci mezi procesorem a čipovou sadou na základní desce dosáhla 133 MHz.

62


Minos++

Protože čipová sada představuje spojení mezi hlavním procesorem a ostatními komponenty, jako jsou sloty a hlavní paměť, je tato taktovací rychlost velmi podstatná pro celkovou rychlost počítače. Procesor Pentium 4 se často k základní desce připojoval pomocí patice 478, jejichž 478 kontaktů umožňovalo taktovací rychlost až do 200 MHz. Chladící prvky v procesorech Pentium 4 mají kvůli velkému množství tepla, které musí rozptýlit, značné rozměry. Proto tyto chladící prvky potřebují podporu dodatečného mechanického připojení k základní desce. Patice 775 je kompatibilní jak s Pentiem 4, tak se současnými procesory Core 2 Duo a Xeon. Provedení jejích 775 kontaktů je ploché, nejsou to již piny. Tento systém se nazývá „Land Grid Array“ a umožňuje vyšší taktovací rychlosti. Proto je také patice 75 vhodná pro taktovací rychlosti až do 400 MHz. Nejnovější procesory jako Core i7, i5 a i3 vyžadují patice s ještě větším počtem kontaktů. Používají se pro ně patice 1156 a 1366, jejichž označení odpovídá počtu kontaktů. S využitím těchto nových patic jsou data odesílána z hlavního procesoru do čipové sady několika sériovými vysokorychlostními sběrnicemi, nazývanými linky. Tento sběrnicový systém se nazývá QuickPath Interconnect a při úplném duplexním spojení je schopen přenosu až 6,4 GBit/s na link. Pro ovládání hlavní paměti je třeba několik kontaktů patice. Hlavní proces komunikuje s DDR3-SDRAM přímo, bez přemostění čipového setu.

Obr. 2.27: Patice 7 a Intel Pentium

63


2.5

Zvukové porty

2.5.1

Analogový přenos zvuku

Minos++

Zvukové signály obvykle bývají stereo signály. Je proto zapotřebí dvou linek pro pravý a levý kanál. Pro každý z kanálů se používá koaxiální kabel. Z tohoto důvodu je nemožné uplatnění diferenčního přenosu dat, který je běžný u mnoha sériových rozhraní v případě vysokých přenosových rychlostí dat. V Německu mají kabelové konektory podobu cinch konektorů. Známé mezinárodní označení RCA jack pochází z názvu „Radio Corporation of America“. Na externím kontaktu koaxiálních kabelu je ochranné krytí. Konektory jsou barevně odlišené. Červený konektor se používá pro pravý kanál, bílý nebo černý konektor pro levý kanál. U zařízení, která kromě reprodukce zvukového záznamu podporují také nahrávání zvuku, jsou dodatečné porty označené černou barvou pro levý kanál a žlutou pro pravý. Protože střední kontakt vystupuje směrem k externímu zemnícímu kontaktu, měly by se cinch konektory připojovat pouze je-li zařízení vypnuté. Cinch konektory nemají pevně stanovený standard, proto se v profesionální oblasti namísto cinch konektorů používají převážně symetrické audio jacky. S cinch konektory se naopak často setkáme v okruhu jednotlivých uživatelů. Jsou-li spojeny dva nahrávací přístroje, není zapotřebí propojovací kabel, protože se pro nahrávání a reprodukci využívají různé linky.

Obr. 2.28: Cinch kabel

64

Minos++


Konektory DIN tvoří velkou skupinu. Mají zaoblený kovový rám s průměrem 13 mm. Uvnitř tohoto rámu jsou uspořádány kontaktní piny. V oblasti přenosu zvuku byly konektory DIN z velké míry nahrazeny cinch konektory. Nejpoužívanější byly konektory se třemi dotekovými piny pro mono signály a s pěti dotekovými piny pro stereo signály. DIN konektory se však používaly i v jiných oblastech. Existují také konektory s ještě větším počtem dotekových pinů. Konektory počítačové C64 byly konektorů, konektory.

DIN s pěti dotekovými piny se používaly také pro klávesnice. U populárních domácích počítačů Commodore disketové mechaniky připojeny pomocí šestipinových zatímco pro zdroj energie se používaly sedmipinové

Pětipinové konektory sloužily k připojení sluchátek. Kontakty tohoto typu konektorů však nebyly uspořádány do půlkruhu, ale podoby pětky na hrací kostce. Konektory DIN se dosud používají v průmyslu. Aby se zabránilo nechtěnému odpojení, používají se obměny vybavené spojovacími maticemi nebo bajonetovými uzávěry. Další variantou je konektor Mini-DIN. Kovový rám tohoto konektoru má průměr 7 mm. Počet dotekových pinů se pohybuje od tří do devíti. Čtyřpinové konektory se například používají pro přenos S-video signálů a šestipinové pro myši a klávesnice.

Obr. 2.29: Různé DIN a Mini-DIN konektory

65

Minos++


Další typ zvukového rozhraní představují standardizovány v normě DIN IEC 60603-11.

audio

jacky.

Jsou

Audio jacky mají průměr 6,35 mm nebo 3.,5 mm. Pro velmi malá zařízení se vyrábí audio jacky o průměru 2,5 mm. Kruhovité kontakty jsou uspořádané jeden za druhým. První kruh je opatřen drážkou, z níž při zapojení do zdířky vyskočí pružina. Počet kontaktů se pohybuje od dvou do čtyř. Dva kontakty mohou přenášet pouze mono signál. Pro stereo signál jsou zapotřebí tři kontakty. Čtvrtý kontakt může například u některých videokamer sloužit k přenosu kompozitních obrazových signálů. U dvoupólových konektorů přenáší přední kontakt signál, zatímco zadní kontakt představuje zemnící linku. Přední kontakt třípólových konektorů přenáší zvukový signál z levého kanálu, zatímco střední kontakt signál z pravého kanálu. Zadní kontakt je opět zemnící linka. V profesionální oblasti se třípólové konektory používají k uskutečnění symetrických spojení. V tomto případě se přední kontakt použije pro samotný signál, zatímco střední kontakt přenáší ten stejný signál v opačné fázi. Vnější poruchy mají na obě linky stejný účinek, takže rozdílový signál zůstává neovlivněn. Patice audio jacků mohou být také vybaveny přepínacím kontaktem, který při zapojení sluchátek vypíná vestavěné reproduktory.

Obr. 2.30: Audio jack 6,35 mm a 3,5 mm se čtyřmi kontakty

66


2.5.2

Minos++

Digitální přenos zvuku Rozhraní pro digitální přenos zvuku se označují S/P-DIF. Tato zkratka znamená „Sony/Philips Digital Interface“. Jejich hlavní uplatnění je na poli zábavní elektroniky. V oblasti motorových vozidel je výhodou nižší množství digitálních připojení ve srovnání s těmi analogovými. Zvukové signály jsou přenášeny buď elektricky nebo opticky. Pro elektrický přenos dat se používají koaxiální kabely s cinch konektory nebo audio jacky o průměru 3,5 mm. Konektory pro optický přenos se nazývají TOSLINK. Toto označení odkazuje ke společnosti Toshiba, která toto rozhraní využívala již v 80tých letech pro spojování CD přehrávačů s jinými přístroji. Pro optický přenos se používají umělohmotné světlovody. Průměr světlovodu je 1 mm. Umělá hmota je srovnatelná se skelným vláknem co se týče skutečně možného poloměru ohybu. Protože zeslabení signálu je u těchto umělohmotných kabelů vyšší než u kabelů ze skelného vlákna, nesmí jejich délka přesáhnout několik metrů. Výhoda optického přenosu spočívá v dosaženém potenciálním odstupu připojených zařízení a v nepřítomnosti vlivu elektrického a magnetického šumu na kabely. V mnoha noteboocích se využívá kombinace elektrických a optických portů. Elektrický přenos se uskutečňuje prostřednictvím 3,5 mm audio jacku. Hlavice tohoto jacku má průhlednou umělohmotnou koncovku, která představuje port pro optické signály. Pro převod elektrických signálů a optické a naopak se používá konvertor S/P-DIF. Ne všechny konvertory mohou zajistit převod v obou směrech. Na začátku se nejdříve digitalizovaly analogové signály za vzorkovací frekvence 32, 44,1 či 48 kHz, a poté byla digitální dat odeslána přes rozhraní S/P-DIF. Využívala se kódová impulsová modulace PCM. Vyšší vzorkovací frekvence zvyšuje kvalitu, ale také rychlost přenosu dat. Dnes jsou již zvuková data dostupná v digitální podobě, zvláště u vícekanálových přenosů zvuku jako je Dolby Digital nebo DTS. Tato data lze také přenášet přes S/P-DIF. Přijímač ovšem musí být schopný tato data dekódovat. Měl by proto podporovat přepínání mezi PCM a vícekanálovým audio.

67


2.6

Video porty

2.6.1

Kompozitní video

Minos++

Nejjednodušší způsob připojení videopřehrávače k televizi je použití anténního kabelu. Ten stejný signál může být přenášen přes kompozitní port. Narozdíl od metody užívání anténního portu není kompozitní obrazový signál není na určité frekvenci modulovaný a také neobsahuje zvukové informace. Obrazové informace jsou přenášeny v analogové podobě. V němčině se přenesená data označují také FBAS, což je odvozeno z německého slovního spojení „Farb-Bild-Austast-Synchron signál” a lze přeložit jako „barevně-zobrazovací-zatemňovací-synchronní signál“. Zatemňovací a synchronní signály jsou potřebné ke zobrazení jednotlivých vrstev obrazu jedné za druhou. Obrazový signál představuje černobílý obraz. Informace o barvách se k obrazovému signálu přidává. Kompletní obrazové informace se přenášejí prostřednictvím jediného kabelu. Často se používají žluté cinch konektory. Kromě toho jsou pro zvukový stereo signál nezbytné bílé a červené cinch konektory. Kompozitní video také může být přenášeno pomocí SCART konektoru. Kvalita obrazu je u kompozitního videa vyšší než u připojení přes anténu. Měla by se však používat vysoce kvalitní rozhraní. Kvalita obrazu může být ovšem podstatně zvýšena i použitím vysoce kvalitního kabelu.

Obr. 2.31: Cinch kabel pro kompozitní video

68


2.6.2

Minos++

S-video S-video rozhraní přenášejí obrazové signály dvěma samostatnými

linkami pro informace o jasu a barvách. Označení S-video znamená „separate video“. Informace o jasu označuje písmeno Y, pro informace o barvách se používá písmeno C, z čehož plyne další označení tohoto rozhraní, totiž Y/C. Označení S-video bývá často zaměňováno s video formátem S-VHS. Pravděpodobně to souvisí s tím, že rozhraní S-video častěji najdeme u videopřehrávačů S-VHS než u videopřehrávačů VHS video. S-video zaručuje vyšší kvalitu přenosu video signálu než kompozitní video. Proto se s rozhraními S-video častěji setkáme u vysoce kvalitních videopřehrávačů. Díky tomu, že informace o jasu a barvách jsou přenášeny samostatně přes zvláštní pár vodičů pro každý z těchto signálů, lze pro získání informací o jasu využít celé frekvenční pásmo linky, což u kompozitního videa není možné. Tím se zvyšuje horizontální rozlišení obrazových informací pro každý řádek obrazu a vynikne více detailů. U dlouhých připojení se však může vyskytnout dvousměrný šum mezi vodičovými páry. Z tohoto důvodu je kvalita obrazu u kabelů delších než 10 m horší než u kompozitního videa. Pro rozhraní S-video se používají konektory mini-DIN, také nazývané Hosiden konektory. V minulosti se používaly i jiné typy konektorů. S-video signál může být také přenášen za použití konektorů SCART. Video přístroje, které nejsou kompatibilní s S-video, dokážou zpracovat pouze jasový signál. Důsledkem toho bude obraz černobílý.

Obr. 2.32: S-Video kabel

69


2.6.3

Minos++

SCART Připojení SCART bylo vyvinuto ve Francii na konci 70tých let 20. století. Setkáme se s ním především v Evropě, proto se označuje také jako EuroAV. Konektory SCART mají 20 kontaktů uspořádaných ve dvou řadách. Krytí kabelu představuje 21. kontakt. U konektoru na sebe krytí bere podobu kovového plátku, který rámuje ostatní kontakty. Tento rám je na jedné straně zkosený, což umožňuje zapojit konektor SCART pouze jedním směrem. SCART různé obrazové signály a stereo zvuk. Jednoduché kabely SCART, u nichž je připojena pouze část dotekových pinů, přenáší pouze zvukové a kompozitní signály. Kompletně připojené kabely SCART jsou vhodné pro S-video a RGB signály. U RGB se tři základní barvy červená, zelená a modrá přenášejí prostřednictvím tří zvláštních linek. Protože signály RGB neobsahují žádné synchronizační informace, jsou tato data převzata z kompozitních signálů. RGB poskytuje díky tomu, že se informace o jednotlivých barvách přenášejí samostatně, velmi dobrou kvalitu obrazu. Část kontaktů používaných pro S-video je stejná jako u RGB. Souhlasná zařízení lze mezi RGB a S-video přepojovat s ohledem na signál přenášený přes připojení SCART. Signály RGB a S-video nemohou být přenášeny zároveň. Pro přepojení napětí slouží další kontakt. Může sloužit například k přepojení televizoru do odpovídajícího SCART portu po zapnutí video přehrávače.

Obr. 2.33: Konektor SCART

70


2.6.4

Minos++

Komponentní video Komponentní připojení má stejně jako RGB tři linky s cinch konektory. Je to vysoce kvalitní připojení, používané především u DVD přehrávačů. Kromě digitálních DVD obrazových informací lze docílit i velmi dobré kvality obrazu. Toto rozhraní také umožňuje přenášet analogové HDTV signály. Narozdíl od RGB zde zmíněné tři linky neslouží k přenosu tří základních barev. Jedna linka zprostředkuje pro informace o jasu. Tu označujeme Y. Zbývající dvě linky se označují Pb a Pr. Ty přenášejí diferenční signál modré a červené ve vztahu k hodnotě šedi obrazového signálu. Hodnoty diferenčního signálu se pohybují v rozmezí od –0,5 do +0,5. U Pb odpovídá maximální pozitivní hodnota modré, zatímco maximální negativní hodnota představuje žlutou barvu. Podobně odpovídá pozitivní hodnota u Pr červené a její negativní doplnění tyrkysové. Označení YPbPr bývá často zaměňováno s YUV. YUV také přenáší diferenční barevné signály, ale používá se u ní jiná výpočtová metoda. YUV se používá například u standardu PAL. Barevně diferenční signály lze také vypočíst podle YCbCr. Tento typ se používá pouze pro přenos digitálního obrazu, jako je zemnící digitální televizní vysílání DVB-T. Tyto vysoce kvalitní analogová rozhraní budou v budoucnosti pravděpodobně nahrazena digitálními rozhraními jako je HDMI, jejichž součástí jsou prostředky na ochranu proti kopírování, jako HDCP.

Obr. 2.34: Patice u komponentního připojení

71


2.7

Síťová rozhraní v počítačích

2.7.1

Ethernet

Minos++

Vzájemné propojení různých počítačů umožňuje rychlý přenos dat z jednoho místa na druhé. Dnes nejrozšířenější standard místní sítě propojené kabely, která se nazývá také LAN („Local Area Network“), je Ethernet. Zastaralá verze Ethernetu využívala koaxiální kabel. Jednalo se o síť se sběrnicovou strukturou, v níž byli všichni uživatelé připojeni na jeden kabel. Rozvětvení k jednotlivým uživatelům se uskutečňovalo pomocí T-kusů. Ty byly napojeny přímo na síťovou kartu. Oba konce kabelu musely být vybaveny koncovým odporem. Tato varianta Ethernetu se nazývá 10Base2. Každý úsek kabelu musí dodržovat maximální délku 185 m a maximální počet 30 připojených uživatelů. Rychlost přenosu dat zůstává na 10 MBit/s. Nevýhodou sběrnicové struktury je, že při připojování dodatečných uživatelů musí být síť krátce rozdělena, a vyskytne-li se na kabelu závada, je narušen celý úsek. U standardu 10Base-T se namísto koaxiálního kabelu používá kabel s kroucenými páry vodičů. Říká se mu také „Twisted-Pair“. Jednotliví uživatelé jsou hvězdicovitě propojeni přes hub nebo switch, takže každý uživatel je s tímto rozdělovačem připojen pomocí vlastního kabelu. Použitím více hubů či switchů se dosáhne stromové struktury. Maximální přenosová rychlost u 10Base-T je taktéž 10 MBit/s. Kabely pro tuto rychlost se nazývají Cat 3 pro kategorii 3. Mohou být až 100 m dlouhé a skládají se ze dvou dvojitých vodičů.

Obr. 2.35: Ethernetový adaptér pro 10Base2 a Twisted Pair

72

Minos++


Pouze čtyři kontakty osmipinových konektorů Hovorově se tyto konektory nazývají RJ45.

jsou

obsazeny.

Pro přímé spojení dvou počítačů bez hubů či switchů se používají zvláštní křížově propojené propojovací kabely. Moderní síťové karty jsou však také schopny automaticky rozpoznat použitý kabel, čímž se propojovací kabely stávají nepotřebnými. Zvýšení přenosové rychlosti na 100 MBit/s se uskutečnilo zavedením Fast Ethernetu, také označovaného 100Base-T. Maximální délka kabelu může i u Fast Ethernetu dosahovat 100 m. Kvůli vyšší přenosové rychlosti dat by měly být v tomto případě používány kabely kategorie 5, krátce nazývané Cat. Dalšího zdesetinásobení přenosové rychlosti dat se docílí s Gigabitovým Ethernetem. Zde se používají čtyři páry vodičů, takže je obsazeno všech osm kontaktů konektoru. V uzlech Ethernetové sítě se nacházejí huby nebo switche. Jednoduché huby fungují převážně jako rozdělovače. Datový balík, obdržený na jednom připojení, je rozdělen na všechna ostatní připojení. Na kapacitě jednoho hubu se tedy podílí všechna připojená zařízení. Naproti tomu switch může navzájem přímo propojit dva uživatele. Na jednom switchi se čtyřmi připojeními, nazývanými porty, si například mohou vždy dva počítače nezávisle na druhých dvou plnou rychlostí vyměňovat data. V zásadě mohou Ethernetové sítě fungovat také přes optická vlákna. Přes měděné kabely může být ovšem koncový přístroj prostřednictvím Power over Ethernet zásoben elektrickou energií do 15 W.

Obr. 2.36: Ethernetový switch

73


2.7.2

Minos++

WLAN WLAN je zkratka pro „Wireless Local Area Network“. V některých zemích se používá také označení Wi-Fi. Prostřednictvím WLAN lze například vzájemně propojit více počítačů bez použití kabelu nebo získat přístup k internetu. WLAN je standardizován v normě IEEE 802.11. V Evropě se využívají frekvence v rozsahu od 2,412 do 2,472 a od 5,18 do 5,70 GHz v rámci bezlicenčních frekvenčních pásem 2,4 a 5 GHz. Nejčastěji využívané pásmo leží ve frekvenčním rozsahu 2,4 GHz a v Evropě je rozděleno na 13 jednotlivých kanálů. Protože se kanály kvůli své šířce pásma 20 MHz částečně překrývají, měly by se pro WLANy, které se nacházejí v těsné blízkosti, používat co možná nejvzdálenější kanály. Překrývání se tedy nevyskytuje pouze u kanálů 1, 7 a 13. V pásmu 5 GHz je v Evropě dostupných 19 kanálů. U žádného z nich nedochází k překrývání. V průběhu let získala norma IEEE 802.11 další doplnění. Norma IEEE 802.11b pochází z roku 1999. Přístroje fungují v pásmu 2,4 GHz. Je dosaženo přenosové rychlosti dat zhruba do 11 MBit/s, což odpovídá skutečné přenosové rychlosti dat okolo 5 MBit/s. Norma IEEE 802.11a pochází ze stejného roku, ale je poněkud rozšířená. Důvodem je využívání pásma 5, které bylo tehdy ještě značně omezeno. Bylo již ovšem možné dosáhnout přenosových rychlostí dat zhruba 54 MBit/s, přičemž skutečná rychlost byla poloviční. Od roku 2003 bylo s normou IEEE 802.11g dosaženo přenosových rychlostí dat zhruba 54 MBit/s i v pásmu 2,4 GHz. Přístroje podle této normy jsou také široce rozšířené. Přístroje podle normy IEEE 802.11g jsou kompatibilní s přístroj podle normy IEEE 802.11b, mohou však pracovat také s nižšími přenosovými rychlostmi dat. První přístroje podle normy IEEE 802.11n jsou k dostání od roku 2009. Ty mohou fungovat jak ve frekvenčním pásmu 2,4 GHz, tak v pásmu 5 GHz. Je možné dosáhnout přenosových rychlostí až do zhruba 300 MBit/s, a to použitím několika antén. Zatímco maximální dosah WLANu může být 35 m v budovách a okolo 100 m venku, u standardu IEEE 802.11n se prodlouží zhruba na dvojnásobek. Stejně jako u všech bezdrátových sítí dosah ovšem hodně závisí na místních podmínkách, jako je například typ stěn.

74


Minos++

Standard IEEE 802.11a byl dále vyvíjen spolu se standardem IEEE 802.11h. Přenosová rychlost dat se nezvýšila. U pásma 5 GHz je třeba mít na paměti, že některé kanály lze využívat pouze v uzavřených prostorách. Maximální vysílací výkon je 100 mW v pásmu 2,4 GHz. V pásmu 5 GHz může vysílací výkon dosáhnout 200 mW, u některých frekvencí dokonce 1000 mW. Přestože WLAN umožňuje přímé spojení dvou uživatelů, často se využívá centrální základní stanice, tzv. Access Point. Access Point nezřídka navazuje spojení se sítí po lince nebo se připojuje přímo k internetu. Tato zařízení se nazývají WLAN Router. K rozšíření bezdrátové sítě může dojít pouze prostřednictvím WLANRepeateru. Mnoho Access Pointů lze provozovat v tomto režimu. Snižuje se tím však propustnost dat ke koncovému uživateli, protože Repeater musí současně udržovat kontakt s Access Pointem. Bridge naproti tomu představuje spojení dvou bodů, například bezdrátové propojení dvou budov. WLAN může být na základě svého dosahu využíván i osobami, které k jeho užívání nejsou oprávněny. WLAN by se proto měl provozovat zásadně pod šifrou. Šifrovací algoritmus WEP, což znamená „Wired Equivalent Privacy“, se již nedoporučuje, protože moderní počítače dokážou šifru vypočítat. Lépe vyhovuje standardní WPA. Tato zkratka znamená „Wi-Fi Protected Access“ (česky „Wi-Fi chráněný přístup). Veřejně přístupné WLANy se označují jako Hot Spoty. Často bývají zpoplatněné.

Obr. 2.37: WLAN anténa

75


2.7.3

Minos++

Bluetooth Bluetooth je radiové rozhraní, které by mělo pomoci snížit vysoký počet kabelů u počítačů a jejich periferních zařízení. Na vyvíjení tohoto standardu měla zásadní podíl firma Ericson. Název Bluetooth je upomínkou na dánského krále Blauzahna, který v 10. století sjednotil velké části Dánska a Norska. Bluetooth vysílá v rozsahu od 2,402 do 2,480 GHz. Tyto frekvence leží v tzv. ISM pásmu, což znamená „Industrial Scientific and Medical“ (tedy pro průmyslové, vědecké a lékařské účely). V tomto frekvenčním pásmu potřebují přístroje pouze všeobecný přístup, není však vyloučeno rušení jinými přístroji. Například mikrovlnné trouby tedy pracují na stejném vlnovém rozsahu. Aby se předešlo rušení, používají se měniče frekvencí, jejichž prostřednictvím se až 1600krát za sekundu změní frekvence. Dohromady je možné využívat 79 různých frekvencí. Těmto změnám přenosových frekvencí se také říká Frequency Hopping. Standardní Bluetooth Verze 1.0 byla zavedena v roce 1999. Vyskytovaly se u ní ještě různé chyby, takže teprve v roce 2001 se na trh dostala všeobecně použitelná Verze 1.1. Koncem roku 2003 následovala Verze 1.2. Počínaje Verzí 1.2 se začíná používat „Adaptive Frequency Hopping“, při němž se rušené frekvence dočasně nepoužívají. Maximální přenosová rychlost dat činí u Verze 1.2 1MBit/s, což odpovídá skutečné přenosové rychlosti okolo 730 kBit/s. S Verzí 2.0 se v roce 2004 skutečná přenosová rychlost dat ztrojnásobila zhruba na 2,1 MBit/s. Umožnila to vylepšená modulační metoda zvaná „Enhanced Data Rate“, zkráceně EDR. V roce 2007 následoval standard 2.1, který obsahoval další vylepšení, například pro snížení spotřeby energie. V roce 2009 byla představena Verze 3.0, která slibuje rychlejší přenos především většího množství dat. Co se týče dosahu, rozlišujeme u Bluetooth tři třídy. Zařízení třídy 1 vysílají s maximálním výkonem 100 mW, čímž lze dosáhnout dosahu okolo 100 m. U zařízení třídy 2 dosahuje maximální vysílací výkon 2,5 mW. To umožňuje dosah zhruba 50 m. Maximální vysílací výkon u třídy 3 je 1 mW. S tak malým výkonem jsou dostupné pouze vzdálenosti zhruba do 10 m. Dosah snižují různé překážky jako jsou zdi. Zvýšení maximální vzdálenosti naproti tomu umožňují směrové antény.

76


Minos++

Malých vysílacích výkonů využívají především zařízení na akumulátory. Například u mobilních telefonů nebo handsfree headsetů je tedy maximální délka provozu důležitější než dosah. Naproti tomu u adaptérů Bluetooth, které se mohou vyskytovat u síťových zařízení jako například tiskárny, není malá spotřeba energie rozhodující vlastností. Bluetooth neumožňuje pouze propojení dvou přístrojů, ale také vytváření menších sítí. K pikosíti může být připojeno celkem 8 Bluetooth zařízení. Pouze jedno zařízení v pikosíti může pracovat jako master. Přiděluje až sedmi zařízením slave konkrétní doby vysílání. Jiné přístroje mohou být přepnuty do klidového režimu a na žádost znovu aktivovány. Lze také navzájem propojit různé pikosítě, a to tehdy, je-li jedno Bluetooth zařízení přihlášeno v několika pikosítích zároveň. Toto zařízení může však fungovat jako master pouze v jedné síti. K jedné velké, tzv. rozložené síti („scatternet“) může být připojeno celkem 10 pikosítí. Protože mezi sebou jednotliví uživatelé samostatně navazují kontakt, označuje se tato síť jako samoorganizovaná. U rozsáhlejších sítí ovšem přenosová rychlost dat výrazně klesá. Výstavba spojení se uskutečňuje prostřednictvím Bluetooth zařízení, z něhož se tím stává master. Zařízení, která nejsou propojená, prověřují v časových odstupech část frekvencí na žádost ostatních zařízení. Existuje možnost nenechat zařízení na žádost odpovědět. Tato zařízení jsou pak pokládána za neviditelné. Přes Bluetooth může sdílet data široká škála zařízení. Přitom například sluchátka přenášejí jiný typ dat než tiskárny nebo počítačové myši. Různé datové typy jsou určeny profily. Pomocí nových profilů lze také zavádět dosud neaplikované požadavky. K profilům Bluetooth patří například profil HSP pro Headset, který slouží k nastavení handsfree souprav nebo BPP pro Basic Printing Profile, který umožňuje nastavení tiskárny.

77


2.7.4

Minos++

IrDA V případě rozhraní IrDA probíhá přenos dat prostřednictvím infračerveného světla. Vlnová délka světla se pohybuje v rozmezí od 850 do 900 nm. Toto rozhraní bylo vyvinuto společností Hewlett-Packard. Ta později založila ve spolupráci s dalšími společnostmi tzv. „Infrared Data Association“ („Společnost pro infračervená data“), podle které bylo rozhraní IrDA pojmenováno. Protože se jedná o rozhraní s infračerveným světlem, musejí od sebe být odesilatel a příjemce vzdáleni na dohled. Aby proběhl datový přenos, nesmí maximální odstup překročit 1 m. U rozhraní IrDa se jedná o sériový přenos dat, konkrétně poloviční duplex. Rozlišujeme dvě základní verze. Verze IrDA 1.0 pracuje za přenosové rychlosti dat ve výši od 9,6 do 115,2 kBit/s. Tato rychlost odpovídá sériovému rozhraní, proto se Verze 1.0 označuje také SIR, což je zkratka termínu „Serial Infrared“. S verzí 1.1 lze dosáhnout přenosové rychlosti až 4 MBit/s. Proto je také známá pod zkratkou FIR pro Fast Infrared. Rozhraní IrDa se používá především u mobilních telefonů, ale také například u tiskáren. S narůstajícím rozšiřováním rozhraní Bluetooth ztrácí rozhraní IrDA na významu. Rozhraní IrDA se nesmí zaměňovat s dálkovým ovládáním televizních přístrojů. Ty sice také pracují s infračerveným světlem, ale používají pro přenos dat jiný protokol.

Obr. 2.38: Rozhraní IrDA na mobilním telefonu

78


2.8

Telefony

2.8.1

Analogové telefony

Minos++

Pomocí telefonu můžeme vést hovory s kýmkoliv na celém světě. Připojení telefonních aparátů se však v různých zemích liší. Následující text přibližuje především německou telefonní síť. Aby mohl být každý uživatel telefonu spojen s kterýmkoliv jiným uživatelem, existují mezi jednotlivými telefonními přípojkami ústředny. Z těchto ústředen vede ke každé telefonní přípojce samostatný kabel. Pro předání veškerých informací jako vytočení čísla jiného uživatele a hlasový přenos stačí jeden kabel s pouhými dvěma vodiči. Ty se označují písmeny a a b. Přes tuto dvouvodičovou linku se provozují telefonní aparáty ve veřejné telefonní síti se stejnosměrným napětím 60 V. U telefonních zařízení může být napětí i menší. Vodič b má přitom nulové napětí, zatímco vodič a vede negativní napětí. Hlas se přenáší ve frekvenčním rozsahu od 300 do 3400 Hz. Analogový přenos hlasových informací dnes probíhá pouze k ústředně (tzv. „poslední míle“). Tam se informace digitalizují. Také zprostředkování rozhovorů se uskutečňuje digitálně. Dvouvodičová linka končí v tzv. TAE přípojce (telekomunikační připojovací jednotka). Ta často disponuje třemi zdířkami, které mají různé typy kódování, F nebo N. Písmeno F přitom značí telefon („Fernsprecher“), tedy vlastní telefonní aparát, a písmeno N doplňkové zařízení („Nachrichten-Endgerät“ nebo „Nebengerät“).

Obr. 2.39: Telefonní přípojka s kódováním NFN a konektorem F

79


Minos++

F a N konektory a zdířky mají různou mechanickou stavbu, aby se zabránilo nesprávnému zapojení. Zdířky F mají ve spodní a zdířky N v horní části dodatečné drážky, do kterých mohou být zasunuty pouze správné konektory. Konektor F potřebuje pouze dva kontakty, přičemž je vodič a připojen ke kontaktu 1 a vodič b ke kontaktu 2. Konektor N, který je určen pro fax či pro záznamník, potřebuje čtyři kontakty. Zdířky N z elektrického hlediska překonávají zdířky F. Není-li konektor zapojen, jsou u této zdířky kontakty 1 a 6, jakož i 2 a 5, navzájem spojeny. Tím je zdířka N bez konektoru jednoduše přemostěna. Teprve zapojením konektoru se kontakty zdířky N rozpojí a jsou zavedeny do přístroje. Linka tím pádem musí mít čtyři vodiče, aby mohl být signál veden dále do zdířky F. Doporučuje se zapojovat fax do levé zdířky N a záznamník do pravé. Telefon se zapojuje do prostřední zdířky F. Tak může telefon převzít hovor nahraný na záznamníku. Vedle přípojek s kódováním NFN existují i přípojky s kódováním NFF, u nichž jsou obě linky zapojené do zdířek F zcela nezávislé jedna na druhé. Vytvoření spojení se u telefonů dříve uskutečňovalo vytáčením impulsů pomocí rotační číselnice. Otočení číselnice nazpět generovalo impulsy, které byly vyhodnoceny ústřednou. Zvolená číslice přitom odpovídala počtu impulsů, pouze číslice 0 generovala 10 impulsů. S nástupem digitalizace ústředny byly číselníky vystřídány tlačítky, u nichž představuje každá číslice dvě tónové frekvence, které se generují stisknutím tlačítka. Toto vytáčení se proto označuje jako vícefrekvenční. Využívá se celkem osm frekvencí, které leží v rozsahu od 697 do 1633 Hz. Číslice 1 se například skládá z frekvencí 697 a 1209 Hz, číslice 2 také z 697 Hz, avšak v kombinaci s 1336 Hz. Pomocí těchto osmi frekvencí se generují čísla 1 až 0, znaky hvězdička a křížek a čtyři další tlačítka, která se často označují písmeny A až D. Dnes by již měly být zaváděny pouze telefony s tímto způsobem vytáčení.

80


2.8.2

Minos++

ISDN Pomocí ISDN („Integrated Services Digital Network“), „Digitální sítě integrovaných služeb“, se uskutečňuje digitální přenos dat k uživatelům. K tomu je třeba dodatečné síťové zakončení NTBA, „Network Termination for ISDN Basic Access“. Linka NTBA se zapojuje do obyčejné telefonní přípojky, ke které pak již nesmí být připojena žádná jiná zařízení. NTBA využívá takzvané S0 sběrnice, na kterou se připojují jednotlivá koncová zařízení. V nejjednodušším případě mohou být přímo na NTBA připojena dvě ISDN zařízení. Má-li být připojeno více zařízení, je třeba je s NTBA propojit přes odbočnici. Maximální délka kabelu závisí na typu kabelu. Kabel vycházející z NTBA může měřit přes 100 m. NTBA může mít mimo to také centrální pozici, takže S0 sběrnice vede na dvě strany. Prozatím nejnovější odbočnice jsou vybaveny koncovým odporem. Na jednu S0 sběrnici mohou být připojeny maximálně čtyři telefony bez vlastního zdroje energie. Přívod energie v tomto případě zajišťuje NTBA, které musí být za tímto účelem zapojeno do 230 V přípojky. Pokud je k S0 sběrnici připojeno více zařízení, musejí mít v každém případě vlastní zdroj energie. Disponují-li všechna zařízení připojená na S0 sběrnici vlastními zdroji energie, nemusí být NTBA nutně připojeno k 230 V síti. Při výpadku proudu pak může být energie pro základní funkce telefonu dodávána přes telefonní síť a NTBA, pokud je telefon tohoto nouzového provozu schopný. Analogové telefony mohou být připojeny na S0 sběrnici buď pomocí jednoduchého adaptéru či ab konvertoru, nebo přes telefonní zařízení. K tomu pak může být připojeno několik analogových telefonů a také faxovací zařízení. Základní připojení ISDN zajišťuje dvě telefonní linky, kanály B, každá z nichž má přenosovou rychlost dat 64 kBit/s. V případě potřeby mohou být tyto rychlosti spojeny na výslednou rychlost 128 kBit/s. Třetí kanál, kanál D, přenáší rychlostí 16 kBit/s řadící informace. Je-li třeba více telefonů, je možné použít primární multiplexní připojení, které nabízí 30 B kanálů, každý s rychlostí 64 kBit/s, a jeden D kanál, který také přenáší rychlostí 64 kBit/s. Propojením B kanálů tak lze docílit přenosové rychlosti až do 2 MBit/s.

81


2.8.3

Minos++

DECT Bezdrátové telefony umožňují vyšší pohyblivost během telefonování. Z anglického termínu „Cordless Telephone“ vznikla zkratka CT. Tyto telefony bývají často využívány v místnostech. Centrální základní stanice bezdrátových telefonů je jako u běžných telefonů připojena kabelem k telefonní přípojce. Přenos dat do vlastního telefonu probíhá rádiově. Do konce roku 2008 byly oblíbené hlavně telefony podle standardu CT1+, protože pracovaly s analogovým přenosem dat a měly mít nízkou radiaci. Využívaly frekvence v rozsahu od 885 MHz do 887 MHz u vysílače přenosného dílu a od 930 MHz do 932 MHz u vysílače základní stanice s maximálním vysílacím výkonem 10 mW. Od 1.1.2009 již v Německu není provoz bezdrátových telefonů podle standardu CT1+ povolen. Frekvence, které používaly, připadnou jiným mobilním radiovým službám. Již od roku 1992 jsou na trhu bezdrátové telefony podle standardu DECT, který je následníkem CT1+. Tato zkratka pochází ze slovního spojení „Digital Enhanced Cordless Telecommunications“ a znamená digitální vylepšenou bezdrátovou komunikaci. Pro rozhlasový přenos se v Evropě využívají frekvence v rozsahu od 1880 do 1900 MHz. V USA využívají telefony DECT jiné frekvence, a nesmějí se proto používat v Evropě. Vysílací výkon základní stanice může dosáhnout až 250 mW. Vysílání však probíhá pouze v jednom z 24 po sobě následujících krátkých časových oken. Tím se snižuje střední vysílací výkon na zhruba 10 mW. Aby byla radiační zátěž co možná nejnižší, snižuje se u standardního ECO-DECT vysílací výkon přenosného dílu v závislosti na vzdálenosti od základní stanice, jak je to jen možné. Díky přenosovému protokolu GAP, což znamená „Generic Access Profile“ (česky „obecný přístupový profil“), je možné přihlásit na jednu základní stanici přenosné díly od různých výrobců. V tomto případě jsou však podporovány pouze funkce telefonu. Ostatní funkce jako například vyvolání seznamu volaných čísel nemusejí být při použití přenosných dílů od cizích výrobců proveditelné.

82


2.8.4

Minos++

Mobilní telefony Starší mobilní telefony pracovaly s analogovým přenosem signálu. V Německu byla na konci roku 2000 odpojena poslední z takovýchto sítí, C-Netz. Mobilní rádiové sítě druhé generace fungují na digitálním principu a využívají Standardní GSM (zkratka pro „Global System for Mobile Communications“, v češtině „Globální systém pro mobilní komunikaci). V Německu se používají frekvence v rozsahu 900 MHz pro tzv. D-sítě a v rozsahu 1800 MHz pro E-sítě. Protože je pro telefonní hovory nezbytné využití plného duplexního přenosu, používají se pro příjem v mobilním telefonu a pro odesílání informací k vysílači dvě různé frekvence s odstupem 45 MHz. Příjem mobilním telefonem se označuje termínem downlink a vysílání mobilního telefonu termínem uplink. Mobilní radiová síť se dělí na mnoho radiových buněk, v jejichž středu se nachází vysílač. Velikost jednotlivých buněk závisí na očekávaných mobilních radiových zařízeních. V rovinatých venkovských oblastech je reálně možný příjem až do vzdálenosti 35 km, v hustě zastavěných městech se vzdálenost podstatně zkracuje. Oproti přenosným telefonům podle standardu DECT se mobilní telefony mohou pohybovat rychlostí až do 250 km/h, tedy například při jízdě po dálnici. Může se stát, že mobilní telefon musí být během hovoru předán další radiové buňce. Tomu se říká handover. Telefonát je spojení zprostředkované vedením, při kterém mají oba účastníci rozhovoru k dispozici své vlastní připojení. Tímto způsobem lze také přenášet data. Rychlosti, kterých je možné dosáhnout, se ovšem pohybují pouze okolo 14,4 kBit/s, a po odečtení opravy chyb činí jen 9,6 kBit/s. Vyšší přenosové rychlosti dat lze dosáhnout paketovým přenosem dat. Přenášená data se zabalí do jednotlivých paketů a jsou přenášena nezávisle na sobě. Této techniky využívá například GPRS, což je zkratka pro „General Packet Radio Service“. Systém GPRS není závislý na čase spojení, takže může pracovat neustále. Takový stav se označuje „always on“. Lze dosáhnout skutečných přenosových rychlostí dat zhruba do 50 kBit/s pro downlink. Urychlení GPRS je možné s EDGE, což znamená „Enhanced Data Rates for GSM Evolution“. Díky lepšímu způsobu modulace se v tomto případě dosahuje přenosových rychlostí dat okolo 200 kBit/s pro downlink.

83


2.8.5

Minos++

UMTS Dalšího zvýšení přenosové rychlosti dat lze docílit s třetí generací mobilní rádiové sítě. Označení UMTS znamená „Universal Mobile Telecommunications System“ („Univerzální mobilní telekomunikační systém“). Frekvence používané pro UMTS leží v rozpětí od 1900 do zhruba 2200 MHz, tedy nad GSM sítěmi. Pomocí UMTS lze dosáhnout rychlosti až 384 kBit/s pro downstream a 128 kBit/s pro upstream. Rozšíření UMTS, „High Speed Downlink Packet Access“, zkráceně HSDPA, umožňuje ještě vyšší přenosovou rychlost, přičemž se využívá vylepšených technik modulace dat. Jak je patrné z pojmu „Downlink“ v názvu, zrychluje se pouze přenos ve směru k mobilnímu telefonnímu přístroji. Prostřednictvím HSDPA lze dosáhnout downloadové rychlosti až 3,6 MBit/s či dokonce 7,2 MBit/s. To jsou rychlosti srovnatelné s kabelovým připojením DSL. Vyšších upstream rychlosti až do 1,4 MBit/s lze dosáhnout prostřednictvím HSUPA.

2.8.6

WiMAX Především ve venkovských oblastech je pokrytí kabelovým broadband internetem náročné. V tomto případě existuje možnost připojení k internetu pomocí WiMAX, což je zkratka pro „Worldwide Interoperability for Microwave Access“ („celosvětově kompatibilní mikrovlnný přístup“). V Německu má WiMAX pracovat s frekvencemi od 3400 do 3600 MHz. Rozlišuje se pevný WiMAX a mobilní WiMAX, přičemž posledně uvedený umožňuje přechod z jedné rozhlasové buňky na druhou, aniž by se přerušilo spojení. Ve městech je možný příjem zhruba do vzdálenosti 3 km od vysílače, v rovinatých venkovských oblastech již bylo optickým spojením dosaženo až 50 km. Maximální přenosová rychlost dat je 108 MBit/s. Ve skutečnosti se této hodnoty ovšem ani zdaleka nedosahuje. Realistický odhad je okolo 5 MBit/s. Stejně jako u UMTS se musí všichni uživatelé v rámci jedné radiové buňky dělit o maximální možnou přenosovou rychlost dat. U pevného připojení se doporučuje použití venkovní antény. Ve srovnání s WLAN je zde přenosová rychlost dat menší, avšak dosah vyšší. Budoucnost ukáže, jakým směrem se bude WiMAX dále vyvíjet.

84


2.8.7

Minos++

DSL DSL je zkratka pro „Digital Subscriber Line“ (v češtině „Digitální účastnická linka“). Toto digitální uživatelské připojení umožňuje přístup k internetu pomocí běžné dvouvodičové telefonní linky. Přenosová rychlost dat v současné době dosahuje maximálně 50 MBit/s. Této rychlosti, která je podstatně vyšší než u analogových modemů nebo u ISDN, se dosahuje použitím vyšších frekvencí až do 30 MHz. Maximální přenosová rychlost dat však klesá v nepřímé úměrnosti k délce kabelu. Aby bylo možné přes tu stejnou telefonní linku i nadále vést telefonní hovory, rozdělí se u uživatele nižší frekvenční pásma pro analogové telefony nebo ISDN a vyšší frekvenční pásma pro DSL pomocí frekvenční výhybky. Tato frekvenční výhybka se obecně nazývá splitter. Splitter mimo to odděluje na ústředně frekvenční rozsah pro telefon a DSL. Uživatel musí vlastnit DSL modem, zatímco na ústředně se nachází tzv. DSLAM. Tento DSL Access Multiplexer tedy představuje ústřednu zprostředkující připojení k internetu a často bývá připojen pomocí kabelu z optického vlákna. Nezřídka bývá nabízena asymetrická varianta DSL, z toho důvodu označovaná ADSL. V podstatě je ale možná i symetrická SDSL, u níž je rychlost pro download i upload stejná. V Německu se prodávají připojení ADSL s rychlostí okolo 6 MBit/s pro download a 0,5 MBit/s pro upload. S ADSL2+ narůstá přenosová rychlost dat na 16 MBit/s pro download a 1 MBit/s pro upload. Další zvýšení přenosové rychlosti umožňuje VDSL, „Very High Speed Digital Subscriber Line“. S VDSL2 je možné od roku 2009 dosáhnout rychlosti až 50 MBit/s pro download a do 10 MBit/s pro upload. Tak vysoké přenosové rychlost dat jsou možné pouze u kabelů jejichž délka k ústředně nepřesahuje 1000 m. Z tohoto důvodu se DSLAM v mnoha městech zavádí jako Outdoor-DSLAM na sídlištích.

85


3

Softwarová rozhraní

3.1

Programová rozhraní

Minos++

Programová rozhraní jsou nezbytná, aby si různé počítačové programy mohly navzájem vyměňovat data. Tato rozhraní se také označují API, což je zkratka pro „application programming interface“, tedy rozhraní při programování aplikací. Programová rozhraní jsou důležitá především pro softwarové programátory, proto se jimi zde nebudeme jednotlivě zabývat. I uživatelům však mohou být informace o softwarových rozhraních užitečné, jak vyplývá z následujících několika příkladů. U webových stránek často oceníme, je-li připojena interaktivní mapa. Ta může být jednoduchým odkazem na Google Maps. Předpokladem je registrace u Googlu, takzvané Google konto. API map, které tvůrce stránek obdrží od Googlu, vloží do vlastní webové stránky. Při otevření této stránky jsou zpřístupněna odpovídající data z Google Maps a zobrazí se mapa, kterou si chceme prohlédnout. Také vyhledávač Wolfram Alpha má v budoucnu připravit rozhraní, přes které budou mít ostatní programy přístup k informacím z tohoto vyhledávače. Služby jako Flickr nebo Twitter také využívají rozhraní, ať už k vystavování obrázků na internetu nebo k předávání uživatelem zpřístupněných krátkých informací dalším programům. Cestovní agenti také dávají své nabídky k dispozici přes rozhraní. Například cestovní kanceláře tak mají přístup k těmto datům a mohou zákazníkům zprostředkovat odpovídající pobyt. V oblasti finančních transakcí nabízí PayPal, dceřiná firma Ebay, rozhraní pro převod peněz. S jeho pomocí mohou být v internetových obchodech přístupné odpovídající platební funkce. Všeobecně lze dojít k závěru, že společně se stále rozsáhlejším propojením počítačů na celém světě a s ním spojenými možnostmi vznikla také dlouhá řada různých rozhraní mezi jednotlivými systémy.

86


3.2

Minos++

Internetové protokoly Pro porozumění tomu, jak funguje internet, napomáhají určité základní znalosti. Lze je upotřebit také při řešení problémů, které se mohou vyskytnout. Aby mohl být počítač v síti detekován, musí disponovat jednoznačnou adresou. V případě internetových a často i místních sítí jde o tzv. IP adresu, přičemž zkratka IP značí internetový protokol. Dnes se obvykle používají adresy čtvrté verze IP, IPv4. Jedná se o čtyři čísla mezi 0 a 255, které jsou od sebe odděleny tečkami. V binární číselné soustavě to odpovídá 32místnému číslo, což znamená, že lze vytvořit téměř 4,3 miliard různých adres. Dílčí části celkového počtu adres jsou vyhrazeny pro určité účely. Například je ustanoveno, že rozpětí od 192.168.0.0 do 192.168.255.255 bude sloužit pro soukromé místní sítě. Tyto adresy nelze vyhledat na internetu a mohou se v každé místní síti vyskytnout pouze jednou. Protože adresy IPv4 již pomalu dochází, bude v budoucnu nutný přechod na IPv6. Tento typ adres má délku 128 bitů, což umožňuje vytvořit těžko představitelný počet různých adres. Rozdělování IP adres v místní síti se uskutečňuje pomocí serverů DHCP. Tento „Dynamic Host Configuration Protocol“ automaticky přiděluje novým uživatelům v síti volné IP adresy. „Domain Name System“, překládá IP adresy v internetu na snadněji zapamatovatelné textové adresy. Za IP adresou 134.109.133.7 se tak například skrývá webová stránka www.TU-Chemnitz.de. Odesílání emailů se uskutečňuje pomocí protokolu „Simple Mail Transfer Protocol“ („jednoduchý protokol pro přenos pošty“). SMTP server email převezme a předá jej dále příjemci. Pro příjem emailů existují dva běžné protokoly. Protokol „Internet Message Access Protocol“, zkráceně IMAP, zpřístupňuje emaily, které jsou poskytovány určitým serverem. Zde jsou emaily uchovávány, dokud je uživatel nesmaže. V případě protokolu POP3, což znamená „Post Office Protocol“, se naopak emaily ze serveru stahují a ukládají ve vlastním počítači uživatele.

87


3.3

Minos++

Univerzální Plug and Play Digitální propojení se již neomezuje pouze na počítače. Také jiné přístroje od různých výrobců, jako televizory, MP3 přehrávače nebo dokonce bezpečnostní systémy, mohou být mezi sebou propojeny a sdílet data. Standardní Universal Plug and Play, zkráceně UPnP, byl původně vyvinut společností Microsoft. Dnes tento standard podporuje řada společností jako například Intel. Co se týče způsobu datového přenosu je UPnP skutečně univerzální. Komunikace mezi přístroji tedy může probíhat přes kabel prostřednictvím Ethernetu, ale také bezdrátově přes WLAN, přes FireWire nebo dokonce přes telefonní kabel. Nezáleží ani na tom, jestli je na daném zařízení nainstalován Windows, Linux nebo jiný operační systém. Přenos dat používá standardy, se kterými se setkáme i u internetu. Tato zařízení používají IP adresy a rozumí protokolu HTTP. To dokazuje, že je lze nakonfigurovat na obyčejný internetový prohlížeč. UPnP lze také velmi jednoduše rozšířit, takže mohou být bez problémů připojeny nová zařízené či nové funkce. Navázání kontaktu s určitým zařízením proběhne, je-li toto zařízení opatřeno IP adresou. Tu může buď obdržet od DHCP serveru, nebo si náhodně zvolí volnou IP adresu z určitého rozsahu. Poté sdělí ostatním uživatelům v síti, o jaké zařízení se jedná. Standard UPnP AV je nakonfigurován speciálně na rozdělování zvukových a obrazových dat. Zde rozlišujeme, jestli určité zařízení jakožto server data poskytuje, nebo je přehrává. Přehrávací zařízení se označuje jako media render. Výhodou oddělení serveru od přehrávacího zařízení je, že se většinou hlasitý server může nacházet v jiné místnosti, a že přehrávací zařízení neruší reprodukci obrazu a zvuku. Bonjour společnosti Apple je technologie srovnatelná s UPnP, dostupná i pro operační systém Linux.

88


4

Rozhraní člověk-stroj

4.1

Klávesnice

Minos++

Klávesnice je velmi starý prostředek, sloužící ke komunikaci s počítačem. Dokonce i příprava děrných pásek a děrných karet u starších počítačů se prováděla pomocí klávesnic. Tlačítka s písmeny jsou na počítačové klávesnice uspořádána stejně jako u psacího stroje. Toto rozložení však v různých zemích liší. V Německu se používá klávesové rozložení QWERTZ. To je pořadí znaků v horní řadě zleva doprava. U anglického klávesového rozložení jsou písmena Z a Y vyměněná. Odpovídající klávesové rozložení se tedy nazývá QWERTY. Různé typy klávesového rozložení mohou způsobit problémy, je-li připojena německá klávesnice, avšak počítačový program očekává klávesnici anglickou. To se může stát například při provádění změn v BIOS, „basic input output system“ (základním vstupně/výstupním systému) počítače. Na dotaz, zda má být provedena změna, je třeba odpovědět Yes stisknutím tlačítka Y. Na německé klávesnici se v tomto případě musí stisknout tlačítko Z. Další rozdíly v klávesovém rozložení nalezneme u zvláštních znaků, jako například hranaté či složené závorky. Mohou se zde také vyskytovat dodatečné specifické jazykové znaky podle toho, o jaký národní jazyk jde. V Německu jsou to klávesy pro přehlasovaná písmena Ä, Ö a Ü a pro ß.

Obr. 4.1: Počítačová klávesnice s německým klávesovým rozložením

89


Minos++

Napravo od písmenných kláves se nachází blok s číslicemi. Jednotlivé číslice jsou uspořádány stejně jako u kalkulačky, díky čemuž mohou být čísla vkládána rychle a jednoduše. Tento blok dále obsahuje klávesy pro základní matematické funkce. Mezi číslicovým blokem a polem s písmeny se u mnoha klávesnic nachází blok se čtyřmi tlačítky, s jejichž pomocí lze pohybovat kurzorem po obrazovce. Krom toho jsou zde tlačítka, která přemístí kurzor na začátek nebo na konec textu. U notebooků je obvykle k dispozici pouze omezený prostor. Proto číslicový blok a jiné doplňkové klávesy obvykle chybí. V případě potřeby lze část písmenných kláves přepnout na číslicový blok stisknutím funkčního tlačítka. Počítače mají doplňkové klávesy, které se u psacích strojů nevyskytují. Na levé straně se nachází klávesa označená „Ctrl“, tedy „control“, jejímž stisknutím se u zbývajících kláves aktivují zvláštní funkce. Kombinace kláves „control“ a „S“ například zapne funkci ukládání. Je nutné stisknout obě tlačítka zároveň. Podobně funguje tlačítko „Alt“. Tato zkratka znamená „alternate“. Jednou z nejpoužívanějších klávesových kombinací je „Ctrl“, „Alt“ a mazací tlačítko „Del“. Tato kombinace otevře Windows Task Manager, který umožňuje ukončit aktivní programy. Nad písmenným polem leží několik dalších kláves, které vyvolávají různé funkce. Tlačítko F1 obvykle otevírá nápovědu, ale mohou mu být přiřazeny i jiné funkce.

Obr. 4.2: Klávesnice notebooku

90


4.2

Minos++

Počítačová myš Počítačová myš velmi často doplňuje moderní počítače. Myš je spolu s klávesnicí nejdůležitějším rozhraním typu člověk-stroj pro vstup dat. Kromě toho je nezbytná pro grafická uživatelská rozhraní. Uvnitř myši se nachází kulové těleso. Když hýbeme myší po hladkém povrchu, tato kulička se otáčí. Otáčivý pohyb se převádí na pohyb horizontální a vertikální prostřednictvím dvou navzájem kolmých válečků. Třetí váleček podpírá kuličku. Pohyb prvních dvou válečků je vzorkován a přenášen do počítače. Pohyb myši se přenáší na pohyb šipky – ukazatel myši na obrazovce. Ukazatel myši na sebe bere různou podobu podle funkce, kterou momentálně provádí. Často se také nazývá kurzor. U optických myší kuličku a válečky nahrazují světelné či laserové diody. Podložka myši odráží vyzařované světlo, které přijímá optický senzor. Pohyb myši je vypočítán podle obdržených obrazových dat. Myš má dále jedno nebo více tlačítek. Stisknutí tlačítka zahájí funkci. Typ aktivované funkce závisí na poloze kurzoru na obrazovce. Další tlačítka myši - u myši s více tlačítky je to obvykle pravé tlačítko otevírají kontextové menu. Toto menu se objeví na místě kurzoru a obsahuje příkazy, které současná situace vyžaduje.

Obr. 4.3: Myš s více tlačítky a s jedním tlačítkem

91


Minos++

Mnoho myší má mezi tlačítky scrollovací kolečko. To umožňuje posunutí stránky na začátek či konec dlouhého textu. Jedním tlačítkem myši lze provádět různé funkce. O jaký druh funkce půjde závisí na tom, kolikrát bylo tlačítko stisknuto, a zda byla myš v pohybu nebo ne. Krátké stisknutí a puštění tlačítka myši se nazývá jednoduché kliknutí myši. Když například klikneme na text, kurzor se objeví na odpovídajícím místě v textu. Na toto místo se pak vkládá nový text, který píšeme. Jednoduchým kliknutím se také aktivují textová tlačítka. Tato tlačítka obsahují text, který popisuje jejich funkci. Mezi nejobvyklejší patří tlačítka „OK“ a „Cancel“, která potvrzují nebo ruší akci. Pohyb myší se stisknutým tlačítkem umožňuje vybrat několik ikon. Stisknutím tlačítka se označí hrana obdélníku. Pohybem myší se stisknutým tlačítkem pak lze na monitor nakreslit rám. Puštění tlačítka označí opačnou hranu obdélníků. Tím se vyberou veškeré ikony uvnitř tohoto rámu. Pohyb myší se stisknutým tlačítkem se také využívá u nabídkových příkazů. To rozbalí otevřené menu pod kurzorem. Myší se pohybuje, dokud kurzor nedospěje k požadovanému příkazu. Puštěním tlačítka se příkaz aktivuje. Při upravování textů pohyb myší se stisknutým tlačítkem umožňuje vybrat část textu. Dále lze tímto způsobem pohybovat objekty a ikonami. Tato funkce „přetáhnutí“ se často používá u grafických uživatelských rozhraní. Jedním z použití je přesouvání a kopírování souborů. Stisknutí tlačítka myši dvakrát za sebou se označuje jako dvojklik. Obě kliknutí by se měla uskutečnit během určitého časového období, které je obvykle nastavitelné. Během dvojkliku se myší nepohybuje. Dvojklik spustí program nebo otevře soubor. Dvojí kliknutí na ikonu také může otevřít nové okno, které umožňuje provést další nastavení.

92


Minos++

Při upravování textu se používá ještě delších sekvencí kliknutí. Dvojklik se používá k označení celého slova, zatímco trojklikem vybereme celou řadu textu. K označení celého paragrafu je třeba čtyřnásobného kliknutí. Tolik kliknutí za sebou se ovšem uplatňuje velice zřídka. Tlačítko myši se také může používat v kombinaci s klávesnicovým tlačítkem. Například u počítačů Apple je kliknutí levého tlačítka v kombinaci s klávesou „Control“ ekvivalentem ke kliknutí pravého tlačítka. U notebooků se namísto myši používá trackpad. Ukazatel myši se pohybuje na obrazovce pohybem prstu na trackpadu. Jiné notebooky jsou vybaveny malou tyčinkou zhruba o šířce tužky. Lehké naklánění této tyčinky pohybuje ukazatelem myši po obrazovce. Novější trackpady rozpoznají dotek několika prstů zároveň. To umožňuje ovládat počítač použitím různých gest. Pohyb prstů od sebe například přiblíží obrázek. Podobně může být obrázek oddálen pohybem prstů k sobě. Kroužení prstu okolo centrálního bodu umožňuje otáčet obrázek na obrazovce. S podobným rozpoznáváním gest při pohybu myši se můžeme také setkat u programů. Jinou možností pohybování kurzorem po obrazovce je trackball. Trackball je v podstatě obrácená myš. Kulička na horní straně je ovšem větší. Otáčení kuličky pohybuje kurzorem po obrazovce, aniž by bylo třeba posouvat samotný trackball. Grafické tablety jsou nejvhodnější k vytváření vlastních kreseb. Pro kreslení na tabletu se používá zvláštní pero, jehož tahy se zobrazují na monitoru. Šířku linky lze ovlivňovat různými tlačnými silami. Kreslící pero může také provádět běžné funkce myši. Pro vytáčení 3D modelů se užívá zvláštních vstupních zařízení, které dovolují pohybovat 3D modelem na obrazovce ve třech směrech a umožňují rotaci kolem všech tří os. Další vstupní zařízení se používají hlavně pro počítačové hry. Joysticky mají širokou škálu použití. U leteckých a automobilových simulátorů se setkáme se speciálními zařízeními jako jsou volanty a pedály.

93


4.3

Monitory

4.3.1

Uživatelská rozhraní založená na znacích

Minos++

Zatímco klávesnice a myš představují zařízení pro zadávání příkazů, monitory jsou nejdůležitějšími komponenty pro zobrazování a poskytování informací z počítače uživatelům. Starší monitory dokázaly zobrazit pouze text. Písmena byla jednobarevná, přičemž většina monitorů zobrazovala text v zelené, některé v tmavě žluté barvě. Počet zobrazovaných písmen byl 40 nebo 80 znaků ve 25 řadách. S velikostí písmen 8x16 pixelů a celkovým počtem 80 písmen se dosáhlo rozlišení 640x400. Tento režim zobrazení se dodnes používá pro teletext. Jedna řada se může skládat z až 40ti písmen. Jedna s celkem 25 řad tvoří záhlaví a další zápatí. Je možné zobrazit 96 různých písmen, číslic a zvláštních znaků a 128 dodatečných grafických symbolů. Programová kontrola s textovými příkazy se uskutečňuje pomocí příkazového rozhraní CLI. Moderní operační systémy také mohou být řízeny příkazovými výzvami. Odpovídající software se označuje terminál nebo konsola. Aby mohl být příkaz proveden, nejprve se zadá prostřednictvím klávesnice. Může být následován jedním nebo více parametry. Příkaz se provede aktivací funkce konec řádku nebo stisknutím tlačítka Enter. Jiný způsob zadávání příkazů představuje uživatelské rozhraní založené na symbolech nebo také textové uživatelské rozhraní, TUI. Tento typ rozhraní byl zaveden až po grafických uživatelských rozhraních. Textové uživatelské rozhraní napodobuje grafické uživatelské rozhraní, ale využívá pouze písmen abecedy. Zvláštní znaky umožňují znázornit rámy, menu a další grafické prvky. Taková rozhraní mohou být ovládána jak pomocí myši, tak klávesnice. Příkladem uživatelského rozhraní založeného na znacích je známý řídící program Norton Commander a BIOS v mnoha počítačích.

94


4.3.2

Minos++

Grafická uživatelská rozhraní Grafická uživatelská rozhraní, GUI, jsou náročnější na operační prostředky počítače, ale zjednodušují jeho provoz. První široce rozšířená grafická rozhraní byly Apple Lisa v roce 1983 a rok později úspěšnější Apple Macintosh. Společnosti Commodore a Atari své počítače také vybavil grafickým rozhraním. IBM vyvinul grafický operační systém OS/2. V 1992 Microsoft prorazil s Windows 3.1. Windows je dnes nejrozšířenějším grafickým rozhraním. Operační systém na bázi Unixu OS X od Apple má také grafické rozhraní. Různé operační systémy Linux používají grafická uživatelská rozhraní jako GNOME nebo KDE. Grafická uživatelská rozhraní se ovládají v prvé řadě myší. Pro důležité příkazy se používají také klávesové zkratky. Jednoduchého ovládání grafických rozhraní se mezi jiným dosáhne zobrazením plochy na obrazovce. Nachází se zde například odpadkový koš na smazaná data a různé složky pro jednotlivé archivy. Mnoho příkazů je uspořádáno do menu. Ta jsou umístěna na horním okraji monitoru nebo okna a aktivováním se rozbalí. Některá menu jsou umístěna na spodním okraji monitoru, jako je Menu start, nebo se objeví tam, kde se momentálně nachází kurzor, jako kontextová menu. Mezi důležité komponenty grafických uživatelských rozhraní patří textový tlačítka, která lze aktivovat kliknutím myší. Označení těchto tlačítek odkazuje na odpovídající příkaz. Příkazy, které momentálně nemohou být provedeny, se zobrazují šedou barvou. Toto zobrazení určuje v dané chvíli proveditelné příkazy. Pro práci s grafickými uživatelskými rozhraními se upřednostňují monitory s vysokým rozlišením. Minimální rozlišení 800x600 pixelů je již na hranici. Současný trend se přiklání k širokým monitorům s poměrem šířka:výška 16:9.

95


4.4

Minos++

Hlasová uživatelská rozhraní Hlasová uživatelská rozhraní, VUI, se používají převážně v kombinaci s telefony. Po vytočení daného telefonního čísla jsou uživateli nabídnuty různé možnosti, ze kterých si může zvolit stisknutím určité číslice na klávesnici nebo na telefonu. Narozdíl od grafických menu, kde uživatel vidí všechny nabízené možnosti zároveň, jsou tyto možnosti u hlasových rozhraní odříkány jedna za druhou. Proto je nutné udržet seznam možností na krátkou dobu v paměti. Vyslechnout si informace navíc zabere podstatně více času než si je přečíst. Příkladem tohoto typu vstupu dat je vyvolání hlasové stránky. Někdy může být třeba zadat heslo nebo telefonní číslo, což lze snadno vykonat pomocí číselné klávesnice telefonu. Dialogy informačních systémů jsou již komplikovanější. V tomto případě musí volající sám zodpovědět dané otázky, což vyžaduje dobrý systém pro rozpoznávání hlasu. Například pro získání informací o odjezdu vlaku je nutné na vyžádání sdělit místo odjezdu a příjezdu. Časové údaje by se měly udávat v číselné formě. Je-li to nutné, mělo by se vyzkoušet rozpoznávání výrazů jako například „v poledne“. Vývoj ovšem směřuje ke komplexnímu rozpoznávání hlasu, aby i požadavky jako „chtěl bych jet zítra z A do B“ mohly být spolehlivě vyřízeny. Lidé s poruchami řeči však nemohou používat rozhraní založená na hlase, která nejsou schopna rozpoznat nejasně vyslovená slova. Lidé, kteří by raději komunikovali se skutečnou osobou, mohou této skutečnosti využít. V tom případě by odpovědi měly být co možná nejméně zřetelné. Po několika pokusech počítač zaznamená, že odpovědi jsou nejasné, a spojí volajícího s operátorem.

96


4.5

Minos++

Design rozhraní Lidé musí čím dál častěji komunikovat se stroji. Tak jako byly povozy v minulosti taženy koňmi, má dnes člověk na starosti nejen řízení auta, ale i mnoho pomocných funkcí. V autě se již také často setkáme s navigačními systémy. I v mnoha jiných oblastech života bývá člověk nezřídka nahrazen stroji nebo počítači. Například jízdenky se již většinou kupují v automatech namísto ve stáncích. Při navrhování strojů je nutné mít na paměti jejich obsluhovatelnost, neboť stroje závisí na lidech, ne naopak. Obor design rozhraní se zabývá tvorbou rozhraní člověk-stroj. U automatů na jízdenky si můžeme lehce všimnout, že se lidé, kteří se v nich nevyznají, často po chvíli vzdají, ačkoliv obsluha automatu pomocí dotekového obrazovky je skutečně jednoduchá. Tyto automaty také nemohou zákazníkovi vždy nabídnout optimální možnost. Společně s počítačovými programy bývají často dodávány obsažné příručky. V tomto případě je lepší, když programátoři vytvoří software tak, aby bylo možné jej používat pokud možno i bez studia těchto návodů. K tomu patří i tolerance chybných zadání. Proto se například vyhledávač Google v případě možnosti nesprávných vstupních dat ptá, zda uživatel přece jen neměl na mysli něco jiného. Všeobecně nezbývá než doufat, že bude v budoucnosti ovládání všemožných přístrojů co možná nejjednodušší.

97

Mechatronika Modul 12: Rozhraní Cvičebnice (koncept) Matthias Römer Dr.-Ing. Gabriele Neugebauer np – neugebauer und partner OhG Nĕmecko



Rozhraní – Příručka pro učitele

Minos++

1 Napájení Cvičení 1

Jaké opatření zabraňuje nechtěnému vypojení euro zástrčky ze zásuvky? ........................................................ ........................................................ ........................................................ ........................................................ Jaké maximální hodnoty proudu jsou pro euro zástrčky povoleny? Jaká je odpovídající spotřeba energie při 230 V, je-li ohmický odpor spotřebiče v absolutní hodnotě? ........................................................ ........................................................ ........................................................ ........................................................ Jaký je rozdíl mezi tvarovanými zástrčkami a rázu vzdornými zástrčkami? ........................................................ ........................................................ ........................................................ ........................................................ Část dotekových kolíků u rázu vzdorných zástrček není izolovaná pomocí plastových trubiček, jako je tomu u euro zástrček. Proč? ........................................................ ........................................................ ........................................................ ........................................................ K čemu slouží otvor pro kontakt u rázu vzdorných zástrček? ........................................................ ........................................................ ........................................................ ........................................................ Čeho lze dosáhnout díky umístění ochranného kontaktu u francouzského systému v porovnání s ostatními rázu vzdornými zástrčkami? ........................................................ ........................................................ ........................................................ ........................................................ 1


Minos++

Cvičení 2

Proč jsou zástrčky ve Velké Británii vždy vybaveny zabezpečením? ........................................................ ........................................................ ........................................................ ........................................................ Jaké hodnoty mohou mít pojistky zástrček ve Velké Británii? ........................................................ ........................................................ ........................................................ ........................................................ Proč je možné používat ve Švýcarsku euro zástrčky, avšak tvarované zástrčky nikoliv? ........................................................ ........................................................ ........................................................ ........................................................ Jakým způsobem jsou v USA zástrčky se dvěma kolíky chráněny před změnou polarity? ........................................................ ........................................................ ........................................................ ........................................................ Z jakého důvodu jsou oba ploché kontakty u zástrček se třemi kolíky v USA stejně silné, od zástrček se dvěma kolíky? ........................................................ ........................................................ ........................................................ ........................................................ Adaptéry umožňují používat zástrčky se zásuvkami různých systémů. Čeho s jednoduchými adaptéry nelze dosáhnout? ........................................................ ........................................................ ........................................................ ........................................................

2


Minos++

Cvičení 3

Do jakých teplot je povoleno používání nezahřívajících se zásuvek? ........................................................ ........................................................ ........................................................ ........................................................ Jaká opatření zabraňují zapojení zástrček pro střední a vysoké teploty do zdvojovačů pro nezahřívající se přístroje? ........................................................ ........................................................ ........................................................ Z jakého důvodu je ochrana před změnou polarity u nezahřívajících se zástrček bezvýznamná? ........................................................ ........................................................ ........................................................ Jaký je maximální povolený proud pro zástrčky pro malé přístroje? ........................................................ ........................................................ ........................................................ ........................................................ Jak se označují patice vláknových žárovek používaných v domácnosti? ........................................................ ........................................................ ........................................................ Jak se označují objímky používané pro vysokonapěťové halogenové s reflektorem? ........................................................ ........................................................ ........................................................ Co je důležitou výhodou lithiových baterií? ........................................................ ........................................................ ........................................................ ........................................................ 3

2


Minos++


Cvičení 4

Jaký je rozdíl mezi jednotkami Baud a bit/s? ........................................................ ........................................................ ........................................................ ........................................................ Kolik bajtů má 1 kilobajt a 1 kibibajt? ........................................................ ........................................................ ........................................................ ........................................................ Jaký je rozdíl mezi polovičním a úplným duplexním přenosem dat? ........................................................ ........................................................ ........................................................ ........................................................ Jakým způsobem je možné přizpůsobit 36 kontaktů konektoru kabelu tiskárny CENTRONICS 25 kontaktům D-Sub konektoru? ........................................................ ........................................................ ........................................................ ........................................................ Jaký je rozdíl mezi portem tiskárny a portem scanneru u paralelního počítačového rozhraní? ........................................................ ........................................................ ........................................................ ........................................................ K čemu slouží dongle? ........................................................ ........................................................ ........................................................ ........................................................

4


Minos++

Cvičení 5

Kolik zařízení zároveň může být připojeno k RS-232 portu? ........................................................ ........................................................ ........................................................ ........................................................ Co je třeba nastavit u obou komunikačních partnerů v sériovém rozhraní? ........................................................ ........................................................ ........................................................ ........................................................ Proč je skutečná přenosová rychlost dat nižší než teoreticky možná rychlost? ........................................................ ........................................................ ........................................................ ........................................................ Co znamenají označení TxD a RxD u sériového přenosu dat? ........................................................ ........................................................ ........................................................ ........................................................ Co je to nulový modemový kabel? ........................................................ ........................................................ ........................................................ ........................................................ PS/2 porty pro myš a pro klávesnici by se neměly zaměňovat. Proč? ........................................................ ........................................................ ........................................................ ........................................................

5


Minos++

Cvičení 6

Proč má USB kabel dva různé konektory? Jaké je označení těchto konektorů, a jak se zapojují? ........................................................ ........................................................ ........................................................ ........................................................ Jaký je maximální počet zařízení, která mohou být připojena k portu USB? Jak lze tento počet zvýšit? ........................................................ ........................................................ ........................................................ ........................................................ Jaká je maximální povolená délka USB spojení mezi dvěma zařízeními? ........................................................ ........................................................ ........................................................ Jaká je maximální hodnota proudu dodávaného přes USB port? ........................................................ ........................................................ ........................................................ Co znamená termín „hot-plug“? ........................................................ ........................................................ Zařízení, která při připojení k portu USB pouze spotřebovávají energii, neodpovídají specifikacím USB. Proč? ........................................................ ........................................................ ........................................................ ........................................................ Proč jsou dva z kontaktů USB konektoru delší než ostatní kontakty? ........................................................ ........................................................ ........................................................ ........................................................ 6


Minos++

Cvičení 7

Co je to diferenční přenos dat? ........................................................ ........................................................ ........................................................ ........................................................ Na rozdíl od USB nejsou u FireWire potřeba huby. Proč? ........................................................ ........................................................ ........................................................ ........................................................ Jaká je u FireWire maximální povolená délka spojení mezi dvěma zařízeními? ........................................................ ........................................................ ........................................................ ........................................................ Jaký je maximální proud poskytovaný přes FireWire port? ........................................................ ........................................................ ........................................................ Vysvětlete, co znamená přívod energie přes sběrnici. ........................................................ ........................................................ ........................................................ ........................................................ Které kontakty se u čtyřpinových konektorů v porovnání s šestipinovými konektory nevyskytují? ........................................................ ........................................................ ........................................................ ........................................................ Proč vyžaduje FireWire 800 nový typ konektoru? ........................................................ ........................................................ ........................................................ ........................................................ 7


Minos++

Cvičení 8

Jaké barvy přenáší rozhraní VGA? ........................................................ ........................................................ ........................................................ ........................................................ Jaké signály, kromě signálů barev, se přes rozhraní přenášejí? ........................................................ ........................................................ ........................................................ ........................................................ Co znamená DDC a jaké informace přenáší? ........................................................ ........................................................ ........................................................ ........................................................ Co znamená „Dual-Link“? ........................................................ ........................................................ Za jakých podmínek lze použít rozhraní DVI také k přenosu analogových signálů? ........................................................ ........................................................ ........................................................ ........................................................ Jaké další informace mohou být přenášeny přes rozhraní HDMI? ........................................................ ........................................................ ........................................................ ........................................................ Co je výhodou konektorů DisplayPort v porovnání s konektory HDMI? ........................................................ ........................................................ ........................................................ ........................................................ 8


Minos++

Cvičení 9

Jaké hodnoty napětí poskytují počítačové zdroje energie? ........................................................ ........................................................ ........................................................ ........................................................ Jaká napětí jsou potřebná pro 5,25 palcové a 3,5 palcové disky? ........................................................ ........................................................ ........................................................ ........................................................ Jakou kapacitu má sběrnice ISA slot a jaká je její operační taktovací frekvence? ........................................................ ........................................................ ........................................................ ........................................................ V čem spočívá souvislý režim u zásuvných karet PCI? ........................................................ ........................................................ ........................................................ ........................................................ Zásuvné karty PCI určené pro napětí 3,3 V při vyšším proudu, než je maximální hodnota proudu používaného pro zásuvné karty určené pro napětí 5 V. Proč? ........................................................ ........................................................ ........................................................ ........................................................ Jaký je účel různých drážek na zásuvných kartách PCI? ........................................................ ........................................................ ........................................................ ........................................................

9


Minos++

Cvičení 10

Jaký je rozdíl mezi PCI-X a obyčejnými PCI sloty? ........................................................ ........................................................ ........................................................ ........................................................ Jak se PCI-Express liší od PCI co se týče přenosu dat? ........................................................ ........................................................ ........................................................ ........................................................ Co určují rozšíření x1 a x16 u PCI-Express? ........................................................ ........................................................ ........................................................ ........................................................ Jaké je nejčastější použití slotů PCI-Express x16? ........................................................ ........................................................ ........................................................ ........................................................ Jaký typ datového přenosu se používá u slotů AGP? ........................................................ ........................................................ ........................................................ Která zařízení využívají zásuvné karty PCMCIA? ........................................................ ........................................................ ........................................................ ........................................................ Které sloty jsou srovnatelné s kartami PCMCIA co se týče přenosové rychlosti dat? ........................................................ ........................................................ ........................................................ ........................................................ 10


Minos++

Cvičení 11

Jakými písmeny se v systému Windows označují disketové mechaniky? ........................................................ ........................................................ ........................................................ ........................................................ Co se stane, připojíme-li plochý kabel do konektoru disketové mechaniky opačně? ........................................................ ........................................................ ........................................................ ........................................................ Jaké mechaniky se obvykle připojují přes rozhraní IDE? ........................................................ ........................................................ ........................................................ ........................................................ Kolik mechanik může být připojeno k rozhraní IDE, a jak se tyto mechaniky rozlišují? ........................................................ ........................................................ ........................................................ ........................................................ K čemu se používají dodatečné linky u 80-pinového IDE kabelu ve srovnání s 40-pinovým IDE kabelem? ........................................................ ........................................................ ........................................................ ........................................................ Co znamená Cable Select? .................................................... ........................................................ ........................................................ ........................................................

11


Minos++

Cvičení 12

V čem spočívá základní rozdíl mezi Serial ATA a staršími rozhraními IDE? ........................................................ ........................................................ ........................................................ ........................................................ Jaké výhody přináší nasazení datového kabelu u pevných disků s připojením Serial ATA? ........................................................ ........................................................ ........................................................ ........................................................ K čemu je potřeba eSATA, a proč se pro něj musejí používat jiné kabely? ........................................................ ........................................................ ........................................................ ........................................................ Kolik zařízení může být připojeno k rozhraní SCSI? ........................................................ ........................................................ ........................................................ ........................................................ K čemu jsou u rozhraní SCSI třeba omezovače? ........................................................ ........................................................ ........................................................ ........................................................ Jaké pevné disky mohou být dále připojeny k rozhraní SAS? ........................................................ ........................................................ ........................................................ ........................................................

12


Minos++

Cvičení 13

Nač je třeba dbát při používání modulů SIMM, chceme-li použít 32bitový procesor? ........................................................ ........................................................ ........................................................ ........................................................ Jakou sběrnicovou kapacitu disponují moduly PS/2-SIMM? ........................................................ ........................................................ ........................................................ Co znamená označení DIMM? ........................................................ ........................................................ ........................................................ Jaký je rozdíl mezi jednostrannými a oboustrannými moduly? ........................................................ ........................................................ ........................................................ Jakým způsobem se u DDR-RAM ve srovnání se staršími moduly RAM zvyšuje přenosová rychlost dat? ........................................................ ........................................................ ........................................................ ........................................................ Co znamená čtyřmístná řada čísel v označení DDR-RAM, například PC-2100? ........................................................ ........................................................ ........................................................ ........................................................ V jakých zařízeních se moduly SO-DIMM používají především, a proč? ........................................................ ........................................................ ........................................................ ........................................................ 13


Minos++

Cvičení 14

Jaká je stavba patice, umožňující co možná nejsnazší vložení procesoru? ........................................................ ........................................................ ........................................................ ........................................................ Proč se u procesoru Pentium 2 používá namísto patice slot? ........................................................ ........................................................ ........................................................ ........................................................ Jaké je maximální taktovací frekvence, kterou mohou procesor Pentium 3 přes patici 370 a procesor Pentium 4 přes patici 478 sdílet data se základní deskou? ........................................................ ........................................................ ........................................................ ........................................................ Co je třeba mít na paměti u chladících prvků velkých rozměrů? ........................................................ ........................................................ ........................................................ ........................................................ Proč neustále narůstá počet kontaktů? ........................................................ ........................................................ ........................................................ ........................................................ Co znamená „Land Grid Array“, a proč se používá? ........................................................ ........................................................ ........................................................ ........................................................

14


Minos++

Cvičení 15

Proč u analogových zvukových signálů často není možný diferenční přenos dat? ........................................................ ........................................................ ........................................................ ........................................................ Který signál přenáší kabel s červenými cinch konektory? ........................................................ ........................................................ ........................................................ Jaké DIN konektory by se měly používat, chceme-li se vyvarovat nechtěného odpojení? ........................................................ ........................................................ ........................................................ Co je to kostkový konektor a k čemu se nejčastěji používá? ........................................................ ........................................................ ........................................................ ........................................................ Proč se na konektorech audio jacků nachází drážka? ........................................................ ........................................................ ........................................................ ........................................................ Jaké rozdíly existují u optického přenosu dat mezi kabely z optického vlákna a kabely z umělé hmoty? ........................................................ ........................................................ ........................................................ ........................................................ Jaké přednosti nabízí optický přenos signálu? ........................................................ ........................................................ ........................................................ ........................................................ 15


Minos++

Cvičení 16 Čím se liší kompozitní obrazový signál od signálu přenášeného anténou? ........................................................ ........................................................ ........................................................ Jak lze u kompozitního videa ovlivnit kvalitu obrazu? ........................................................ ........................................................ ........................................................ Které signály se v případě S-Videa přenášejí odděleně? ........................................................ ........................................................ ........................................................ Co se stane, když je S-Video signál přenášen zařízením, které není s rozhraním S-Video kompatibilní? ........................................................ ........................................................ ........................................................ ........................................................ Které obrazové signály mohou být přenášeny prostřednictvím konektoru SCART? ........................................................ ........................................................ ........................................................ Co může být na SCART konektoru přepnuto pomocí řadícího signálu? ........................................................ ........................................................ ........................................................ ........................................................ V čem se liší RGB video a komponentní video, přestože jsou obrazové informace u obou přenášeny prostřednictvím tří kabelů? ........................................................ ........................................................ ........................................................ ........................................................ 16


Minos++

Cvičení 17

Jak vysoké přenosové rychlosti dat lze dosáhnout u Ethernetu 10Base2? ........................................................ ........................................................ ........................................................ ........................................................ Jaké typy kabelů se používají u Ethernetu 10Base2 a u Fast Ethernetu? ........................................................ ........................................................ ........................................................ ........................................................ Čím se odlišují Ethernet 10Base2 a Fast Ethernet z pohledu připojení uživatelů ke kabelu? ........................................................ ........................................................ ........................................................ ........................................................ Kolika kontakty disponuje konektor RJ45 u Fast Ethernetu, a kolik z nich je obsazených? ........................................................ ........................................................ ........................................................ ........................................................ Jaký je rozdíl mezi hubem a switchem? ........................................................ ........................................................ ........................................................ ........................................................ Co znamená Power over Ethernet? ........................................................ ........................................................ ........................................................ ........................................................

17


Minos++

Cvičení 18

Která frekvenční pásma využívá WLAN? ........................................................ ........................................................ ........................................................ ........................................................ Které kanály ve frekvenčním pásmu 2,4 GHz by se měly použít pro tři WLANy, ležící těsně vedle sebe a proč? ........................................................ ........................................................ ........................................................ ........................................................ Jaké šifrovací algoritmy existují, a které metody by se měly upřednostňovat? ........................................................ ........................................................ ........................................................ ........................................................ Co znamená termín „Frequency Hopping“? ........................................................ ........................................................ ........................................................ Čím se od sebe liší tři třídy Bluetooth? ........................................................ ........................................................ ........................................................ Kolik zařízení může být propojeno v rámci jedné pikosítě? ........................................................ ........................................................ ........................................................ ........................................................ Jakou vlnovou délku má světlo využívané rozhraním IrDA? ........................................................ ........................................................ ........................................................ ........................................................ 18


Minos++

Cvičení 19

Jak se označují dva vodiče telefonního kabelu? ........................................................ ........................................................ ........................................................ ........................................................ Kolik různých tónových frekvencí se používá u vícefrekvenčního vytáčení, a z kolika tónových frekvencí se skládá impuls pro jednu číslici? ........................................................ ........................................................ ........................................................ ........................................................ Kolik telefonních linek zajišťuje základní připojení ISDN a primární multiplexní ISDN připojení? ........................................................ ........................................................ ........................................................ ........................................................ Co máme na mysli, hovoříme-li u telefonů podle standardu DECT o pulsových signálech? ........................................................ ........................................................ ........................................................ ........................................................ Co znamená označení ECO-DECT? ........................................................ ........................................................ ........................................................ ........................................................ Jaké předpoklady musí splňovat telefonní aparáty podle standardu DECT, aby bylo možné kombinovat přenosné díly a základní stanice od různých výrobců? ........................................................ ........................................................ ........................................................ ........................................................ 19


Minos++

Cvičení 20

Co znamená termín „handover“? ........................................................ ........................................................ ........................................................ V čem se přenos dat prostřednictvím GPRS liší od přenosu dat při běžném telefonním hovoru? ........................................................ ........................................................ ........................................................ Jaký je rozdíl mezi HSDPA a HSUPA? ........................................................ ........................................................ ........................................................ ........................................................ V čem spočívá rozdíl mezi pevným a mobilním WiMAXem? ........................................................ ........................................................ ........................................................ Jak lze u DSL dosáhnout podstatně vyšší přenosové rychlosti dat ve srovnání s analogovými modemy, přestože se používají stejné kabely? ........................................................ ........................................................ ........................................................ ........................................................ K čemu je potřebný splitter? ........................................................ ........................................................ ........................................................ ........................................................ Co znamená písmeno A ve zkratce ADSL? ........................................................ ........................................................ ........................................................ ........................................................ 20


Minos++

3 Softwarová rozhraní Cvičení 21

Co je to API? ........................................................ ........................................................ ........................................................ ........................................................ V jakém rozpětí by se měly nacházet IP adresy místní sítě? ........................................................ ........................................................ ........................................................ ........................................................ Proč bude v budoucnu nutné přejít z IPv4 na IPv6? ........................................................ ........................................................ ........................................................ ........................................................ Co je to DHCP server? ........................................................ ........................................................ ........................................................ Jakou funkci plní DNS server? ........................................................ ........................................................ ........................................................ ........................................................ Co vylepšuje UPnP? ........................................................ ........................................................ ........................................................ ........................................................ Co znamená AV v označení UPnP AV? ........................................................ ........................................................ ........................................................ ........................................................ 21


Minos++

4 Rozhraní člověk‐stroj Cvičení 22

Co znamená zkratka QWERTY? ........................................................ ........................................................ ........................................................ ........................................................ Co je předností klávesnicových zkratek? ........................................................ ........................................................ ........................................................ ........................................................ Proč notebooky často nemají oddělený číslicový blok? ........................................................ ........................................................ ........................................................ ........................................................ Co je to kontextové menu? ........................................................ ........................................................ ........................................................ ........................................................ Co znamená „přetáhnutí“? ........................................................ ........................................................ ........................................................ ........................................................ Co je to trackpad? ........................................................ ........................................................ ........................................................ ........................................................

22


Minos++

Cvičení 23

Co je to uživatelské rozhraní založené na znacích? ........................................................ ........................................................ ........................................................ ........................................................ Co znamená zkratka GUI? ........................................................ ........................................................ ........................................................ ........................................................ Čím se grafické uživatelské rozhraní obsluhuje? ........................................................ ........................................................ ........................................................ ........................................................ V čem spočívá problém s hlasovými menu? ........................................................ ........................................................ ........................................................ ........................................................ Uveďte příklady způsobů, jakými lze pomocí telefonu odpovědět na dotaz. ........................................................ ........................................................ ........................................................ ........................................................ Čím se zabývá obor design rozhraní? ........................................................ ........................................................ ........................................................ ........................................................

23

Mechatronika Modul 12: Rozhraní Řešení (koncept) Matthias Römer Dr.-Ing. Gabriele Neugebauer np – neugebauer und partner OhG Nĕmecko




Minos++

1 Napájení Cvičení 1

Jaké opatření zabraňuje nechtěnému vypojení euro zástrčky ze zásuvky? Dotekové kolíky jsou lehce nakloněné směrem k sobě. Díky tomu je euro zástrčka v zásuvce pevně sevřená. Jaké maximální hodnoty proudu jsou pro euro zástrčky povoleny? Jaká je odpovídající spotřeba energie při 230 V, je-li ohmický odpor spotřebiče v absolutní hodnotě? Euro zástrčky lze používat s proudem nižších hodnot než 2,5 A. To odpovídá 575 W za 230 V pro spotřebič s absolutní hodnotou ohmického odporu. Jaký je rozdíl mezi tvarovanými zástrčkami a rázu vzdornými zástrčkami? Na rozdíl od varovných zástrček mají rázu vzdorné zástrčky dodatečný ochranný kontakt. Část dotekových kolíků u rázu vzdorných zástrček není izolovaná pomocí plastových trubiček, jako je tomu u euro zástrček. Proč? Rázu vzdorné zástrčky mohou přenášet proud až do 16 A. K tomu je potřebná celá plocha průřezu kontaktu. Plastová trubička by plochu průřezu zmenšila. K čemu slouží otvor pro kontakt u rázu vzdorných zástrček? U francouzského rázu vzdorného systému vyčnívá bezpečnostní dotekový kolík ze zásuvky. Není zde žádný postranní kontakt pro bezpečnostní vodič. Čeho lze dosáhnout díky umístění ochranného kontaktu u francouzského systému v porovnání s ostatními rázu vzdornými zástrčkami? Díky umístění ochranného kontaktního kolíku v zásuvce je možné zástrčku zapojit pouze v jediné určité poloze. To zaručuje ochranu před změnou polarity. Didaktické návrhy

Je možné také vysvětlit koncepci ochranné izolace, přičemž lze zmínit, v čem se liší od ochranných vodičů. Dalším aspektem zástrček a zdvojovačů je možnost samoinstalace. 1

Minos++


Cvičení 2

Proč jsou zástrčky zabezpečením?

ve

Velké

Británii

vždy

vybaveny

Ve Velké Británii jsou vodiče zásuvek chráněny pojistkami, jimiž prochází relativně vysoký proud. V případě jejich selhání mohou být tyto hodnoty pro některá zařízení příliš vysoké. Zabezpečení zástrčky povoluje nižší hodnoty, což zařízení ochraňuje. Jaké hodnoty mohou mít pojistky zástrček ve Velké Británii? Obvyklé hodnoty zabezpečení jsou 3 A, 5 A a 13 A. Proč je možné používat ve Švýcarsku euro zástrčky, avšak tvarované zástrčky nikoliv? Průměr dotekových kolíků u tvarované zástrčky dosahuje 4,8 mm, zatímco u euro zástrčky jsou to pouhé 4 mm. Ve švýcarském systému lze používat pouze kontakt s průměrem 4 mm. Jakým způsobem jsou v USA zástrčky se dvěma kolíky chráněny před změnou polarity? U zástrček se dvěma kolíky je jeden z kontaktů, přesněji neutrální vodič, o něco silnější než ten druhý. Z jakého důvodu jsou oba ploché kontakty u zástrček se třemi kolíky v USA stejně silné, od zástrček se dvěma kolíky? Zástrčky se třemi kolíky jsou již před změnou polarity chráněné tím, že mají třetí (ochranný) kontakt. Adaptéry umožňují používat zástrčky se zásuvkami různých systémů. Čeho s jednoduchými adaptéry nelze dosáhnout? Jednoduché adaptéry nedokážou převádět napětí působící na zásuvku. Didaktické návrhy

Dále lze diskutovat o normě IEC 60906-1, případně o výhodách a nevýhodách systémů v různých zemích. Měla by být demonstrována funkce ochranných krytů na zásuvkách, které zabraňují přímému kontaktu s vodiči. 2

Minos++


Cvičení 3

Do jakých teplot je povoleno používání nezahřívajících se zásuvek? Nezahřívající se zásuvky se mohou používat pro teploty až do 70 °C na dotekových kolících. Jaká opatření zabraňují zapojení zástrček pro střední a vysoké teploty do zdvojovačů pro nezahřívající se přístroje? Zástrčky pro střední teplotní kategorii lze zapojit do rozdvojovačů, které mají na spodní straně půlkruhový obrys. Pro vysokoteplotní zástrčky jsou třeba zdvojovače se dvěma tvarovými odlišnostmi na horní straně. Z jakého důvodu je ochrana před změnou nezahřívajících se zástrček bezvýznamná?

polarity

u

Ochrana před změnou polarity ztrácí smysl, pokud se na druhé straně spojovacího kabelu nenachází zástrčka chráněná před změnou polarity, jako v případě rázu vzdorné zástrčky. Jaký je maximální povolený proud pro zástrčky pro malé přístroje? Zástrčky pro malé přístroje mohou vést proud do 2,5 A. Jak se označují v domácnosti?

patice

vláknových

žárovek

používaných

Vláknové žárovky používané v domácnosti mají patici E27. Často se používá také menší patice E14. Jak se označují objímky halogenové s reflektorem?

používané

pro

vysokonapěťové

Objímky používané pro vysokonapěťové halogenové s reflektorem mají označení GU10. Co je důležitou výhodou lithiových baterií? Výhodou lithiových baterií je nízké samovybíjení, což zaručuje velmi dlouhou životnost.

Didaktické návrhy

Dále lze hovořit o označení zásuvek určených pro speciální použití, jako jsou zásuvky na ochranu proti přepětí nebo pro napájení EDP zařízení. Taková zařízení mohou být chráněna před výpadky elektřiny prostřednictvím UPS, „uninterrupted power supplies“ (nepřerušitelný zdroj energie). 3

2


Minos++


Cvičení 4

Jaký je rozdíl mezi jednotkami Baud a bit/s? Baud je jednotka pro přenesené symboly za časovou jednotku. Jeden symbol se může skládat z několika bitů. Přenosová rychlost v bit/s je v tomto případě vyšší než baudová rychlost. Kolik bajtů má 1 kilobajt a 1 kibibajt? 1 kilobajt má 1000 bajtů. Předpona „kilo“ odkazuje na decimální systém. Na druhé straně 1 kibibajt má 1024 bajtů. V tomto případě se používá binární číselný systém. Jaký je rozdíl mezi polovičním a úplným duplexním přenosem dat? Oba způsoby umožňují přenos dat ve dvou směrech, avšak pouze úplný duplexní systém podporuje současný obousměrný přenos dat. Poloviční duplexní systém umožňuje přenášet data pouze v jednom směru zároveň. Jakým způsobem je možné přizpůsobit 36 kontaktů konektoru kabelu tiskárny CENTRONICS 25 kontaktům D-Sub konektoru? Několik zemnících linek se slouží, což sníží celkový počet kontaktů. Jaký je rozdíl mezi portem tiskárny a portem scanneru u paralelního počítačového rozhraní? V případě tiskárny jsou data přenášena pouze jedním směrem, a to z počítače do tiskárny, zatímco mezi počítačem a scannerem probíhá přenos dat v obou směrech. K čemu slouží dongle? Dongle zaručuje, že bude možné používat pouze software s platnou licencí. Didaktické návrhy

Dále je možné demonstrovat problémy, které se mohou objevit u paralelního přenosu dat při vysokých rychlostech, přičemž se upozorní na polohu elektrických kabelů na desce s plošnými spoji. Vodiče musí mít stejnou délku.

4


Minos++

Cvičení 5

Kolik zařízení zároveň může být připojeno k RS-232 portu? K RS-232 portu může být připojeno pouze jedno zařízení. Pro více zařízení je třeba více portů. Co je třeba nastavit u obou komunikačních partnerů v sériovém rozhraní? Kromě přenosové rychlosti je nezbytné určit počet stopbitů, a zda se použije paritní bit nebo ne. Startovací bit je povinný. Proč je skutečná přenosová rychlost dat nižší než teoreticky možná rychlost? Kromě skutečně použitelných dat musejí být přenášeny i jiné bity, jako jsou startovací bity a stopbity. To snižuje skutečnou přenosovou rychlost dat. Co znamenají označení TxD a RxD u sériového přenosu dat? Označení TxD znamená „Transmit Data“ (vysílaná data) a označuje porty, které odesílají data. Obdobně je RxD označením pro „Receive Data“ (přijímaná data) a jedná se o porty, které data přijímají. Co je to nulový modemový kabel? Na rozdíl od běžných modemových kabelů je nulový modelový kabel křížový. To umožňuje zřídit přímé spojení mezi dvěma počítači za účelem výměny dat. PS/2 porty pro myš a pro klávesnici by se neměly zaměňovat. Proč? Protokoly datového přenosu jsou pro myš a pro klávesnici různé. Je tudíž možné odesílat data klávesnici, například pro rozsvícení kontrolek LED. Didaktické návrhy

Sériová rozhraní nabízejí mnoho dalších aspektů k diskuzi. Může se například zmínit přenos dat využívající okraje signálu, jako je tomu u Manchester kódu. Dalším možným tématem je ASCII kód a možné skupiny symbolů, které mohou být přenášeny v blocích po sedmi nebo osmi bitech. 5


Minos++

Cvičení 6

Proč má USB kabel dva různé konektory? Jaké je označení těchto konektorů, a jak se zapojují? Konektory USB kabelu se označují jako typ A a typ B. To zaručuje, že kabel mezi počítačem a přídavným zařízením je vždy zapojen stejným směrem, což kabel chrání před změnou polarity. Jaký je maximální počet zařízení, která mohou být připojena k portu USB? Jak lze tento počet zvýšit? K portu může být připojeno pouze jedno přídavné zařízení. Pro připojení většího počtu zařízení je třeba použít hub. Jaká je maximální povolená délka USB spojení mezi dvěma zařízeními? Spojovací kabel mezi dvěma USB zařízeními by neměl být delší než 5 m. Dalšího prodloužení až na 30 m lze dosáhnout použitím maximálně pěti hubů. Jaká je maximální hodnota proudu dodávaného přes USB port? USB port může dodávat maximální proud 500 mA. Co znamená termín „hot-plug“? Hot-plug port umožňuje připojování a odpojování přístrojů bez nutnosti vypnout počítač. Zařízení, která při připojení k portu USB pouze spotřebovávají energii, neodpovídají specifikacím USB. Proč? Jelikož tato zařízení pouze spotřebovávají energii, nejsou přihlášena k hostitelskému počítači. Proč jsou dva z kontaktů USB konektoru delší než ostatní kontakty? Tyto dva kontakty představují přívod energie. Po zapojení může zařízení nejprve začít čerpat energii, až pak se zapojí datové kontakty. Didaktické návrhy

USB by se mělo probrat podrobně, protože má širokou škálu použití. Je vhodné také zmínit další informace, které s tématem souvisí, například že paměťová zařízení by měla být opřed odpojením odhlášena z operačního systému, přestože podporují hot-plugging.

6

Minos++


Cvičení 7

Co je to diferenční přenos dat? Při diferenčním přenosu jsou data odesílána zároveň přes dvě linky, které mají opačnou polaritu. Rušení má účinek na obě linky, rozdíl mezi impulsy však zůstává beze změny. Na rozdíl od USB nejsou u FireWire potřeba huby. Proč? U FireWire má každé zařízení svůj vlastní ovladač. Jaká je u FireWire maximální povolená délka spojení mezi dvěma zařízeními? Délka spojení mezi dvěma zařízeními FireWire by neměla překročit 4,5 m. Kabely z optického vlákna podporují délku až do 100 m pro FireWire 800. Jaký je maximální proud poskytovaný přes FireWire port? Port FireWire může dodávat proud do 1,5 A. Vysvětlete, co znamená přívod energie přes sběrnici. Pojem přívod energie přes sběrnici znamená, že připojené zařízení je napájeno přes ten stejný kabel, který se používá k přenosu dat. To například umožňuje zásobit 2,5“ pevný disk proudem přímo z rozhraní FireWire, aniž by byl třeba jakýkoliv dodatečný napájecí zdroj. Které kontakty se u čtyřpinových konektorů s šestipinovými konektory nevyskytují?

v porovnání

Čtyřpinové konektory jsou vybaveny kontakty pro oba páry kroucených vodičů pro přenos dat, avšak kontakty pro napájení chybí. Proč vyžaduje FireWire 800 nový typ konektoru? Vyšší přenosová rychlost dat u FireWire 800 vyžaduje devítivodičové kabely, od šestivodičových kabelů, které se používají pro FireWire 400. Proto se v tomto případě používají i jiné konektory. Didaktické návrhy

Je vhodné zvýraznit důležitou roli, které rozhraní FireWire díky izochronnímu přenosu dat hraje v oblasti audia a videa. Měla by se demonstrovat možnost sériového připojení několika zařízení oproti USB. K tomuto účelu mají zařízení FireWire obvykle dva přípojné porty. 7


Minos++

Cvičení 8

Jaké barvy přenáší rozhraní VGA? Rozhraní VGA přenáší tři barvy: červenou, zelenou a modrou. Jaké signály, kromě signálů barev, se přes rozhraní přenášejí? Kromě informací o barvách jsou přenášeny také signály pro horizontální a vertikální synchronizaci. Co znamená DDC a jaké informace přenáší? DDC je zkratkou „Data Display Channel“ („předávání zobrazovacích dat). Používá se především k přenášení informací ohledně možných hodnot rozlišení monitoru. Může ovšem přenášet i jiné informace, jako je nastavení jasu. Co znamená „Dual-Link“? Rozhraní DVI s připojením Dual-Link umožňuje propojit dva monitory. Také monitory s rozlišením vyšším než 1920x1200 vyžadují rozhraní DVI s připojením Dual-Link. Další data jsou přenášena prostřednictvím šesti dodatečných kontaktů. Za jakých podmínek lze použít rozhraní DVI také k přenosu analogových signálů? Mají-li být kromě digitálních dat přenášeny analogové obrazové informace, měly by být přítomny a propojeny čtyři další kontakty. Jaké další informace mohou být přenášeny přes rozhraní HDMI? Rozhraní HDMI přenášejí kromě obrazových informací také zvukové signály. Dále jsou vybaveny integrovanou ochranou proti kopírování, HDCP. Co je výhodou konektorů DisplayPort v porovnání s konektory HDMI? Konektory DisplayPort se mohou ve zdířce zaklapnout, což zabraňuje jejich nechtěnému vypojení. Didaktické návrhy

Měla by být zmíněna lepší kvalita obrazu u digitálních portů ve srovnání s analogovými porty, a to obzvláště pro vysoká rozlišení. Dále je vhodné vyzdvihnout kromě funkce ochrany proti kopírování také důležitou roli, kterou HDMI hraje v oblasti televizních přístrojů.

8


Minos++

Cvičení 9

Jaké hodnoty napětí poskytují počítačové zdroje energie? Počítačové zdroje energie poskytují napětí ve výši +12 V, –12 V, +5 V a –5 V. Novější počítače podporují také +3.3 V. Jaká napětí jsou potřebná pro 5,25 palcové a 3,5 palcové disky? 5,25 palcové a 3,5 palcové disky vyžadují napětí +12 V a +5 V. Jakou kapacitu má sběrnice ISA slot a jaká je její operační taktovací frekvence? Kapacita této sběrnice je 16 bitů. Používá se taktovací frekvence 8,33 MHz. V čem spočívá souvislý režim u zásuvných karet PCI? V běžném režimu se nejprve odešle adresa a pak data, a tak stále dokola. V souvislém režimu se adresa odešle pouze jednou a za ní následuje blok dat libovolné délky. Zásuvné karty PCI určené pro napětí 3,3 V při vyšším proudu, než je maximální hodnota proudu používaného pro zásuvné karty určené pro napětí 5 V. Proč? Je omezena spotřeba energie, nikoliv výška proudu. Proto mají nižší hodnoty napětí za následek vyšší proud a naopak. Jaký je účel různých drážek na zásuvných kartách PCI? Různé drážky zabraňují vložení zásuvných karet PCI do slotů, které podporují jiné napětí, než je třeba. Zásuvné karty určené pro obě výše napětí mají tím pádem dvě drážky. Didaktické návrhy

Dále lze hovořit o dimenzování napájecích zdrojů. Vysoce kvalitní zdroje energie mají vysoké výkonnostní faktory, a to i při kolísavém zatížení. U zásuvných karet by měl být vysvětlen trend rozšiřování sběrnic, který později zmizel kvůli sériovému přenosu dat.

9


Minos++

Cvičení 10

Jaký je rozdíl mezi PCI-X a obyčejnými PCI sloty? Maximální sběrnicový takt činí u PCI-X 133 MHz. To znamená, že je zhruba dvakrát vyšší než maximální sběrnicový takt běžného PCI, což je 66 MHz. PCI-X pracuje na 3,3 V. Napájení 5 V jako u PCI není v tomto případě podporováno. Kvůli vyšší taktovací frekvenci PCI-X může být u každé sběrnice využit pouze jeden slot. PCI-X se často používá pro servery. Jak se PCI-Express liší od PCI co se týče přenosu dat? PCI-Express je sériové rozhraní, zatímco PCI je rozhraní s paralelním přenosem dat. Co určují rozšíření x1 a x16 u PCI-Express? Tato rozšíření určují počet linků, tudíž počet jednotlivých spojení. Jaké je nejčastější použití slotů PCI-Express x16? Sloty PCI-Express x16 se používají především pro grafické karty. Jaký typ datového přenosu se používá u slotů AGP? AGP sloty využívají paralelní přenos dat, stejně jako PCI sloty. Která zařízení využívají zásuvné karty PCMCIA? Zásuvné karty PCMCIA mají uplatnění především v noteboocích. Které sloty jsou srovnatelné s kartami PCMCIA co se týče přenosové rychlosti dat? Přenosové rychlosti dat karet PCMCIA jsou srovnatelné s kartami ISA.

Didaktické návrhy

Je možné detailně vysvětlit kódování osmi bitů datového bajtu na deset bitů během přenosu dat. Tento 8B10B kód se také používá u jiných typů rychlých sériových přenosů dat. Dále lze podrobněji probrat používání okrajů signálů pro přenos dat a z toho plynoucí zvýšení přenosové rychlosti. 10


Minos++

Cvičení 11

Jakými písmeny se v systému Windows označují disketové mechaniky? Disketové mechanicky se označují jako disk A a disk B. Spuštění disketové mechaniky obvykle probíhá z disku A. Co se stane, připojíme-li plochý kabel do konektoru disketové mechaniky opačně? Je-li plochý kabel připojen opačně, disketová mechanika nefunguje. Na tuto chybu upozorní nepřetržité svícení LED disketové mechaniky. Jaké mechaniky se obvykle připojují přes rozhraní IDE? Rozhraní IDE obvykle slouží pro připojení pevných disků a CD nebo DV mechanik. Kolik mechanik může být připojeno k rozhraní IDE, a jak se tyto mechaniky rozlišují? Na jedno rozhraní IDE mohou být připojeny maximálně dvě mechaniky. Jedno zařízení se nastaví jako master, druhé jako slave. K tomu často slouží jumper. K čemu se používají dodatečné linky u 80-pinového IDE kabelu ve srovnání s 40-pinovým IDE kabelem? Dodatečné linky jsou linky zemnící. Zabraňují rušení mezi jednotlivými datovými linkami. Počínaje UDMA66 je používání 80-pinových kabelů bezpodmínečně nutné. Co znamená Cable Select? Rozlišení na master a slave lze provést také přes konektory obou spojovacích kabelů. V takovém případě je nutné nastavit jumpery pevných disků na režim CS. Didaktické návrhy

Je možné demonstrovat ukládaní dat počínaje disketami přes CD a DVD až po pevné disky. Lze vydedukovat rozdíly v uspořádání sektorů, v počtu otáček a ve vybavovací době dat.

11


Minos++

Cvičení 12

V čem spočívá základní rozdíl mezi Serial ATA a staršími rozhraními IDE? U rozhraní IDE probíhal přenos dat paralelně. Za účelem dosažení vyšších přenosových rychlostí dat se přešlo se zavedením Serial ATA na sériový přenos dat. Jaké výhody přináší nasazení datového kabelu u pevných disků s připojením Serial ATA? Datové kabely Serial ATA jsou podstatně užší než dřívější kabely pro paralelní přenos dat. Vejdou se do počítače podstatně lépe a nejsou na překážku proudění vzduchu z větráku. K čemu je potřeba eSATA, a proč se pro něj musejí používat jiné kabely? ESata umožňuje připojení externích zařízení k rozhraní Serial ATA. Protože kabely vedou vně krytu počítače, musejí mít lepší krytí než kabely uložené uvnitř počítače. Kolik zařízení může být připojeno k rozhraní SCSI? K rozhraní SCSI může být připojeno až sedm zařízení. K čemu jsou u rozhraní SCSI třeba omezovače? Omezovače jsou koncové odpory, které se musí nacházet na obou koncích SCSI spojení. Jaké pevné disky mohou být dále připojeny k rozhraní SAS? K rozhraní SAS mohou být připojeny také pevné disky s rozhraním Serial ATA. Opačný případ není možný.

Didaktické návrhy

Je možné podrobněji rozebrat, z jakého důvodu se používají koncové odpory. Dále lze uvést detaily průběhu přechodu z paralelních rozhraní na sériová vysokorychlostní rozhraní. Mohou se porovnat rozhraní pro externí zařízení jako USB, FireWire a eSATA.

12


Minos++

Cvičení 13

Nač je třeba dbát při používání modulů SIMM, chceme-li použít 32bitový procesor? Kapacita datové sběrnice u modulu SIMM je 8 bitů, proto jsou pro 32bitové procesory třeba čtyři tyto moduly. Jakou sběrnicovou kapacitu disponují moduly PS/2-SIMM? Sběrnicová kapacita u PS/2-SIMM je 32 bitů. Při použití 32bitového procesoru mohou být jednotlivě zapojeny do odpovídajících slotů na hlavní desce. Co znamená označení DIMM? DIMM je zkratka pro „Dual In-Line Memory Module“ a znamená, že kontakty jsou umístěny po obou stranách modulu. Jaký je rozdíl mezi jednostrannými a oboustrannými moduly? U jednostranných modulů je pouze jedna strana osazena kontakty, zatímco u oboustranných modulů se kontakty nacházejí na obou stranách. Jakým způsobem se u DDR-RAM ve srovnání se staršími moduly RAM zvyšuje přenosová rychlost dat? U DDR-RAM dochází k přenosu dat jak na stoupajícím, tak na klesajícím konci taktu. Co znamená čtyřmístná řada čísel v označení DDR-RAM, například PC-2100? Tato čísla představují přenosovou rychlost dat v MB/s, tedy například 2100 MB/s. V jakých zařízeních se moduly SO-DIMM používají především, a proč? Moduly SO-DIMM se používají především v noteboocích. Kvůli často omezenému prostoru jsou pro ně běžné paměťové moduly příliš velké. Didaktické návrhy

Jako doplnění k operační paměti lze uvést také další typy paměti, jako například ROM nebo flashdisky. Je podstatné představit možnosti opravy chyb pomocí dodatečných paměťových prvků. Je možné podrobněji rozebrat skladbu operační paměti. 13


Minos++

Cvičení 14

Jaká je stavba patice, umožňující co možná nejsnazší vložení procesoru? Patice disponuje páčkou, kterou lze část zásuvné patice posunout lehce na stranu, takže kontakty procesoru zapadnou do kontaktů patice a zasunutý procesor je pevně sevřen.. Proč se u procesoru Pentium 2 používá namísto patice slot? Hlavní procesor a cache jsou umístěny odděleně na tištěný plošný spoj, nikoliv na společný čip. Deska s procesorem a čipem se zasouvá do slotu. Jaké je maximální taktovací frekvence, kterou mohou procesor Pentium 3 přes patici 370 a procesor Pentium 4 přes patici 478 sdílet data se základní deskou? Pro patici 370 u procesoru Pentium 3 bylo možné maximálně 133 MHz. Patice 478 procesoru Pentium 4 umožňovala maximálně 200 MHz. Co je třeba mít na paměti u chladících prvků velkých rozměrů? Tyto chladící prvky potřebují podporu dodatečného mechanického připojení k základní desce, procesor sám zatížení neunese. Proč neustále narůstá počet kontaktů? Na jedné straně se stále rozšiřuje kapacita sběrnice, přes kterou je hlavní procesor připojen k základní desce, takže je potřeba více a více konektorů. Na druhé straně se stále více funkcí přesouvá na hlavní procesor. Co znamená „Land Grid Array“, a proč se používá? V případě „Land Grid Array“ jsou kontakty ploché, nejsou to již dotekové kolíky. To umožňuje dosáhnout vyšších taktovacích frekvencí.

Didaktické návrhy

Měla by se ukázat jak stavba počítače všeobecně, tak propojení hlavního procesoru s ostatními komponenty na základní desce. Dále lze demonstrovat spotřebu energie, vznik tepla a chlazení hlavního procesoru. Pro doplnění lze také zmínit přenos dat uvnitř hlavních procesorů. 14


Minos++

Cvičení 15

Proč u analogových zvukových signálů často není možný diferenční přenos dat? Analogové zvukové signály se často přenáší přes koaxiální kabel s jedním vodičem. Pro diferenční přenos dat jsou ovšem potřeba dva vodiče. Který signál přenáší kabel s červenými cinch konektory? U stereo signálů přenáší kabel s červenými cinch konektory obvykle pravý kanál. Jaké DIN konektory by se měly používat, chceme-li se vyvarovat nechtěného odpojení? DIN konektory vybavené spojovacími maticemi nebo bajonetovými uzávěry zabraňují nechtěnému vyklouznutí kabelu ze zdvojovače. Co je to kostkový konektor a k čemu se nejčastěji používá? Kostkové konektory se řadí pod DIN konektory. Jejich pět dotekových pinů je uspořádáno jako pětka na hrací kostce. Často se používají pro sluchátka. Proč se na konektorech audio jacků nachází drážka? Z drážky při zapojení vyskočí pružina, díky níž konektor sedí pevněji ve zdířce a nemůže sám od sebe vyklouznout. Jaké rozdíly existují u optického přenosu dat mezi kabely z optického vlákna a kabely z umělé hmoty? Kvůli menšímu zeslabení signálů mohou být kabely z optického vlákna delší než kabely z umělé hmoty. Možné poloměry ohybu jsou naproti tomu u kabelů z umělé hmoty nižší. Jaké přednosti nabízí optický přenos signálu? Optickým přenosem signálu se dosáhne galvanického oddělení propojených zařízení. Elektrické a magnetické rušení nemají na přenos dat žádný vliv.

Didaktické návrhy

Měl by být rozebrán velký počet různých konektorů DIN a jejich použití. Pro doplnění se také může se zmínit stavba kabelů z optického vlákna a šíření světla v těchto kabelech. 15


Minos++

Cvičení 16

Čím se liší kompozitní obrazový signál od signálu přenášeného anténou? U anténního signálu se kompozitní obrazový signál na určité frekvenci moduluje. Na rozdíl od kompozitního signálu obsahuje anténní signál také signály zvukové. Jak lze u kompozitního videa ovlivnit kvalitu obrazu? Na kvalitu obrazu má zásadní vliv výběr kabelu. Především u delších kabelů by se měly používat kabely velmi vysoké kvality. Které signály se v případě S-Videa přenášejí odděleně? U S-Videa se přenášejí odděleně signály pro informace o jasu a o barvách. Co se stane, když je S-Video signál přenášen zařízením, které není s rozhraním S-Video kompatibilní? Není-li dané zařízení kompatibilní s S-Video, mohou být zpracovány pouze informace o jasu a obraz je černobílý. Které obrazové signály mohou být přenášeny prostřednictvím konektoru SCART? Konektory SCART mohou přenášet kompozitní obrazové signály, SVideo signály a RGB signály, poslední dva jmenované typy ovšem ne zároveň. Co může být na SCART konektoru přepnutu pomocí řadícího signálu? Řadící signál slouží k přepnutí televizoru na aktuální připojení SCART. V čem se liší RGB video a komponentní video, přestože jsou obrazové informace u obou přenášeny prostřednictvím tří kabelů? U RGB videa se přes tyto tři kabely přenášejí informace pro tři základní barvy: červenou, zelenou a modrou. U komponentního videa slouží jedna linka k přenosu informací o jasu a zbývající dvě přenášejí diferenční signál modré a červené ve vztahu k hodnotě šedi. Didaktické návrhy Dále lze sdělit obecné informace o stavbě televizního signálu. Zde je třeba vysvětlit půlsnímkovou metodu. Pro doplnění je možné zmínit zobrazování televizních signálů, případně různé formáty obrazu až po HDTV. Kromě toho lze nastínit přechod od analogového přenosu obrazu k digitálnímu.

16


Minos++

Cvičení 17

Jak vysoké přenosové rychlosti dat lze dosáhnout u Ethernetu 10Base2? U Ethernetu 10Base2 lze dosáhnout přenosové rychlosti dat 10 MBit/s. Jaké typy kabelů se používají u Ethernetu 10Base2 a u Fast Ethernetu? U Ethernetu 10Base2 se používá koaxiální kabel. Naproti tomu u Fast Ethernetu se využívá kabel se dvěma kroucenými páry vodičů. Čím se odlišují Ethernet 10Base2 a Fast Ethernet z pohledu připojení uživatelů ke kabelu? U Ethernetu 10Base2 jsou uživatelé navzájem propojeni lineárně. Fast Ethernet vytváří při propojení uživatelů hvězdicovitou síť. Uprostřed sítě se nachází hub nebo switch. Kolika kontakty disponuje konektor RJ45 u Fast Ethernetu, a kolik z nich je obsazených? Konektor RJ45 u Fast Ethernet disponuje osmi kontakty, z nichž jsou obsazené pouze čtyři. Jaký je rozdíl mezi hubem a switchem? Hub funguje pouze jako rozdělovač. Datový balík, obdržený na jednom připojení, je rozdělen na všechna ostatní připojení. V případě switche se naproti tomu jedná o přímé spojení dvou uživatelů, které neovlivní výměnu dat u ostatních připojení. Co znamená Power over Ethernet? Pomocí Power over Ethernet mohou být uživatelé zásobeni elektrickou energií přes ethernetový kabel, a to až do výše 15 Wattů.

Didaktické návrhy

Dále lze hovořit využití Ethernetu v oblasti průmyslu. Nabízí se zmínit různé systémy průmyslových sběrnic, jako například Profibus. V rámci základních vědomostí je třeba probrat referenční model datové komunikace OSI.

17


Minos++

Cvičení 18

Která frekvenční pásma využívá WLAN? WLAN pracuje na frekvencích v rozsahu 2,4 GHz a 5 GHz. Tato frekvenční pásma jsou bezlicenční. Které kanály ve frekvenčním pásmu 2,4 GHz by se měly použít pro tři WLANy, ležící těsně vedle sebe a proč? Pouze kanály 1, 7 a 13 pracují s frekvencemi, které se nepřekrývají. Použitím těchto tří frekvencí se tedy vyvarujeme vzájemného rušení. Jaké šifrovací algoritmy existují, a které metody by se měly upřednostňovat? Zašifrování může proběhnout podle standardů WEP a WPA. Šifrování podle WPA by mělo být upřednostňováno, protože šifrovací algoritmus WEP lze snáze překonat. Co znamená termín „Frequency Hopping“? Jde o metodu, při níž se neustále mění používaná frekvence. Tím se podstatně sníží výskyt rušení. Čím se od sebe liší tři třídy Bluetooth? Zařízení třídy 3 vysílají s vyšším výkonem než zařízení třídy 1, což znamená, že mají také širší dosah. Díky nižšímu vysílacímu výkonu u zřízení třídy 1 se zase zvyšuje délka provozu baterie. Hodnoty zařízení třídy 2 leží mezi hodnotami tříd 1 a 3. Kolik zařízení může být propojeno v rámci jedné pikosítě? K pikosíti může být u Bluetooth připojeno až osm zařízení zároveň. Jakou vlnovou délku má světlo využívané rozhraním IrDA? Rozhraní IrDA pracuje s infračerveným světlem o vlnové délce v rozpětí od 850 do 900 nm.

Didaktické návrhy

Je třeba podrobně rozebrat aspekt bezpečnosti a představit různé možnosti šifrování. Možnosti nastavení se předvedou na příkladu WLAN routeru.

18


Minos++

Cvičení 19

Jak se označují dva vodiče telefonního kabelu? Dva vodiče telefonního kabelu se označují písmeny a a b. Kolik různých tónových frekvencí se používá u vícefrekvenčního vytáčení, a z kolika tónových frekvencí se skládá impuls pro jednu číslici? U vícefrekvenčního vytáčení se používá celkem osm různých tónových frekvencí, přičemž impuls pro jednu číslici tvoří vždy dvě tónové frekvence. Kolik telefonních linek zajišťuje základní připojení ISDN a primární multiplexní ISDN připojení? Základní připojení ISDN zajišťují dvě telefonní linky, zatímco u primárního multiplexního ISDN připojení je zároveň k dispozici 30 telefonních linek. Co máme na mysli, hovoříme-li u telefonů podle standardu DECT o pulsových signálech? U telefonů podle standardu DECT probíhá rádiový přenos pouze v jednom z 24 stejně dlouhých časových oken. Tím se snižuje průměrný vysílací výkon. Co znamená označení ECO-DECT? U telefonů podle standardu ECO-DECT SE vysílací výkon snižuje v závislosti na vzdálenosti mezi přenosným dílem a základní stanicí, jak je to jen možné. Jaké předpoklady musí splňovat telefonní aparáty podle standardu DECT, aby bylo možné kombinovat přenosné díly a základní stanice od různých výrobců? Aby bylo možné propojit přenosné díly a základní stanice různých výrobců, musejí obě zařízení ovládat přenosový protokol GAP. Didaktické návrhy

Informace týkající se telefonní sítě lze doplnit o specifické zvláštnosti různých zemí. Dále lze poukázat na to, že telefon DECT mohou rušit satelitní příjem některých televizních kanálů. Tématem k diskuzi mohou být možné zdravotní problémy způsobené používáním bezdrátových telefonů. 19


Minos++

Cvičení 20

Co znamená termín „handover“? Termínem „handover“ se označuje předání spojení mobilního telefonu z jedné radiové buňky jiné radiové buňce. K přerušení rozhovoru při něm nedojde. V čem se přenos dat prostřednictvím GPRS liší od přenosu dat při běžném telefonním hovoru? Telefonní hovor bývá obvykle zprostředkován pomocí kabelu, telefonní linka je k dispozici pouze pro tento hovor. U GPRS se data odesílají v malých balíčcích, jedná se tedy o paketový přenos dat. Jaký je rozdíl mezi HSDPA a HSUPA? HSDAP umožňuje v síti UMTS vyšší přenosové rychlosti dat pro download. Pomocí HSUPA se naopak zvýší přenosové rychlosti dat pro Upload. V čem spočívá rozdíl mezi pevným a mobilním WiMAXem? Stejně jako u mobilních telefonů je u mobilního WiMAXu možnost předávání mobilního příjemce z jedné radiové buňky na druhou. U pevného WiMAXu to není možné. Jak lze u DSL dosáhnout podstatně vyšší přenosové rychlosti dat ve srovnání s analogovými modemy, přestože se používají stejné kabely? DSL využívá frekvenci až do 30 MHz. V analogové telefonní síty jsou naproti tomu obvyklé pouze frekvence do 3,4 kHz. K čemu je potřebný splitter? Splitter představuje frekvenční výhybku. S jeho pomocí se rozdělují frekvenční pásma pro telefony a internetové připojení. Co znamená písmeno A ve zkratce ADSL? Písmeno A zastupuje pojem „asymetrický“. To znamená, že se rychlost pro download a rychlost pro upload liší. Didaktické návrhy

Je třeba podrobně rozebrat rozdíl mezi kabelovým a paketovým spojením. S tím souvisí zásady způsobu činnosti Internetu. Dále lze věnovat pozornost přenosovým protokolům jako je TCP nebo HTTP.

20

Minos++


3 Softwarová rozhraní Cvičení 21

Co je to API? API je softwarové rozhraní, které umožňuje počítačovým programům přístup k datům jiných programů. V jakém rozpětí by se měly nacházet IP adresy místní sítě? Pro lokální IP adresy slouží rozpětí mezi 192.168.255.255. Jsou však přípustné i jiné okruhy.

192.168.0.0

a

Proč bude v budoucnu nutné přejít z IPv4 na IPv6? Počet zařízení připojených k internetu neustále stoupá. Maximální možný počet téměř 4,3 miliard adres tedy v budoucnosti již nebude dostačující. Co je to DHCP server? DHCP server rozděluje v místní síti IP adresy pro zařízení nově připojená k síti. Jakou funkci plní DNS server? DNS server převádí alfanumerické adresy internetových stránek na IP adresy. Co vylepšuje UPnP? Prostřednictvím UPnP se zjednodušuje propojené nejrůznějších zařízení, takže nejsou třeba žádné zvláštní znalosti. Co znamená AV v označení UPnP AV? Zkratka AV značí Audio a Video. S jeho pomocí lze zjednodušit přenos zvukových a obrazových signálů ze serveru do přehrávače.

Didaktické návrhy

Mohou být dále rozvedeny jednotlivé oblasti IP adres. Lze také vypočítat počet možných adres u IPv6. Dále lze předvést rozdíl mezi staticky a dynamicky přidělovanými IP adresami. Je třeba objasnit ukládání IP adres poskytovateli služeb. 21


Minos++

4 Rozhraní člověk‐stroj Cvičení 22

Co znamená zkratka QWERTY? Písmena QWERTY se nacházejí vlevo nahoře v písmenném poli klávesnic s anglickým rozložením kláves. U německého rozložení kláves se například na místě Y nachází písmeno Z. Co je předností klávesnicových zkratek? Pomocí klávesových zkratek mohou být prováděny příkazy menu, aniž by člověk musel zvednout ruce od klávesnice a sáhnout po myši. Především při vkládání dlouhých textů tak mohou být odpovídající příkazy vyvolány rychleji. Proč notebooky často nemají oddělený číslicový blok? Prostor, který je noteboocích k dispozici, často nedostačuje k tomu, aby mohl být k písmennému poli přidán i číselný blok. Co je to kontextové menu? Kontextové menu se často vyvolávají pravým tlačítkem myši. Toto menu se otevře na místě, kde se nachází kurzor, a nabídne příkazy, které momentální situace vyžaduje. Co znamená „přetáhnutí“? Funkce „přetáhnutí“ umožňuje přesunout symboly či objekty na grafickém rozhraní a „odložit“ je na vyhovujícím místě. S jejich odložením je často spojeno vyvolání určitého příkazu. Co je to trackpad? Trackpad je plocha citlivá na dotek, která se často používá i notebook. Trackpady se obsluhují pomocí prstů a nahrazují myš.

Didaktické návrhy

Dále lze hovořit o jednotlivých klávesnicových zkratkách. Kromě trackpadu je dobré upozornit také na dotekové obrazovky, které mohou být obsluhovány i několika prsty zároveň. Mělo by se předvést používání gest.

22


Minos++

Cvičení 23

Co je to uživatelské rozhraní založené na znacích? Uživatelské rozhraní založení na znacích napodobuje grafické uživatelské rozhraní, ale využívá pouze alfanumerické znaky ze sady znaků. Jako příklad lze uvést BIOS počítače. Co znamená zkratka GUI? GUI je zkratka pro „Graphical User Interface“, tedy dnes široce rozšířené grafické uživatelské rozhraní jako například Windows. Čím se grafické uživatelské rozhraní obsluhuje? Grafické uživatelské rozhraní se obvykle ovládá pomocí myši. Podle toho, o jaké zařízení se jedná, lze případně použít tyčinku nebo prst. V čem spočívá problém s hlasovými menu? U hlasových menu je nezbytné, aby si uživatel zapamatoval všechny nabízené možnosti, a teprve potom se rozhodl. Uveďte příklady způsobů, jakými lze pomocí telefonu odpovědět na dotaz. Odpověď může být ústní, nebo se uskuteční stisknutím tlačítka na klávesnici telefonu. Čím se zabývá obor design rozhraní? Obor design rozhraní má na starosti tvorbu rozhraní člověk, přičemž je navrhuje tak, aby se stroj přizpůsobil člověku, nikoli naopak.

Didaktické návrhy

Je vhodné demonstrovat přednosti a nevýhody grafických uživatelských rozhraní. Lze také zmínit možnosti využití zástupných znaků, především při vyhledávání slov. Je třeba zohlednit aktuální vývoj v oblasti designu rozhraní.

23

Mechatronika Modul 12: Rozhraní

Recommend Documents