Grafické karty (adaptéry)
21. Grafické adaptéry
• jsou nezbytné pro zobrazení dat na zobrazovacím zařízení (monitor, projektor) • patří mezi rozšiřující karty • připojují se do slotů na rychlou grafickou sběrnici – dříve PCI, ale díky obrovským nárokům na propustnost byly vytvořeny specializované sběrnice pouze pro grafické karty: AGP PCI-Ex
Vlastnosti videokaret • přímo určují, jak rychle se produkují data pro obrazovku a tedy jak rychle se vykresluje obraz • dovolují práci ve dvou režimech: – textový režim: umožňuje vykreslovat pouze předem definované znaky (písmena, číslice, speciální znaky a pseudografické znaky) většinou v rozlišení 80 x 25 znaků – grafický režim: informace jsou zobrazovány po jednotlivých bodech, tzv. pixelech (z angl. picture element). Maximální rozlišení záleží na kapacitě videopaměti karty, ale ta dnes je mnohem větší, než zvládne zobrazit jeden monitor.
Parametry videokaret Matice znaku
Počet bodů ve vodorovném a svislém směru, z nichž se skládá 1 znak.
Rozlišení v Počet znaků na řádek krát počet řádků na stránku v textovém režimu. textovém režimu (Z x Ř) Rozlišení v Počet zobrazovaných pixelů v horizontálním krát počet zobrazovaných grafickém režimu pixelů ve vertikálním směru. (H x V) Barevná hloubka
Počet rozlišovaných odstínů barev v daném grafickém režimu. (bity)
Rychlost
Počet vykreslovaných pixelů nebo obrazovek v grafickém režimu za sekundu. (pps = pixels per second, fps = frames per second) U dnešních videokaret, tzv. akcelerátorů, je důležitou součástí procesor (GPU), který provádí vlastní vykreslování tvarů žádaných procesorem systémovým, videopaměť (GDDRx), která se přitom přednostně používá, a pokud používáme analogový výstup, je nezbytný DA převodník (RAMDAC), který digitální signál převádí na analogový, zobrazitelný na analogovém zobrazovacím zařízení (CRT monitory, projektory).
Historie
Grafický procesor
• MDA (Monochrome Display Adapter) – první karta pro IBM PC (1981), pouze textový režim • CGA (Color Graphics Adapter) od IBM též z r. 1981, už i grafický režim • HGC (Hercules Graphics Card), IBM 1982, vylepšení MDA pro grafický režim. Jeho poměr stran je však 2:1 • EGA (Enhanced Graphics Adapter), všestranná karta od IBM z r. 1984 • VGA (Video Graphics Array) od IBM z r. 1987, konečně 640x480x16. Vyžaduje analogový monitor • SVGA (Super VGA) akcelerátor – od 1989, dnešní karty, vybavené vlastním procesorem a pamětí
• grafický procesor (GPU, Graphical Processing Unit) se dnes využívá nejen k práci s grafikou, ale i k různým specializovaným výpočtům, pro které je svou instrukční sadou vhodnější než systémový – např. systém nVidia PhysX, což je engine používaný pro fyzikální výpočty v moderních aplikacích (např. hrách) • největšími výrobci jsou Intel (integrované GPU pro svoje procesory, asi 60 % trhu), AMD (jak integrované, tak samostatné, asi 22 % trhu) a nVidia (asi 16 % trhu, nemá totiž procesory)
Grafická paměť a sběrnice
Napájení, chlazení, výstupy
• grafická paměť ukládá data pro grafické výpočty (např. o texturách). Integrované grafické čipy však nemívají vlastní paměť, namísto toho využívají sdílenou systémovou paměť. Grafická paměť nemusí být stejného typu jako systémová. • šířka dnešních GDDR sběrnic bývá 128–512 bitů • u grafické paměti bývá právě šířka sběrnice a frekvence důležitější než kapacita, nicméně při nedostatku vlastní videopaměti bude grafická karta část systémové paměti muset používat
• sběrnice PCI-e povoluje max. 75 W na slot, což silnějším kartám nestačí. U nich je třeba zapojit i přídavné napájecí konektory • chlazení většinou vyřeší výrobci grafické karty, kteří dodávají zpravidla kartu jako celek i s chladičem (často v kompaktním obalu) • dostupnost grafických výstupů záleží taky na konkrétním modelu, takže tam prostě co je potřeba na monitoru/televizi, to bereme
Poznámky na závěr • stejně jako další odvětví informatiky se také grafické karty velmi rychle vyvíjejí. Při výběru grafické karty ke koupi je tedy třeba se řídit aktuálními informacemi, nejlépe z nějakých nezávislých testů. • v 3D grafice ještě existuje pojem vertex (vrchol), tedy jeden bod v 3D prostoru. Dříve se na práci s 2D scénou specializovaly pixel shaders a na práci s 3D scénou vertex shaders, dnes jsou častější tzv. unified shaders, nespecializované
Nejčastější grafické výstupy DVI-I: integrated, single; digitální i analogový výstup DVI-I: integrated, dual; digitální i analogový výstup DVI-D: single; pouze digitální výstup DVI-D: dual; pouze digitální výstup DVI-A: pouze analogový výstup
VGA (D-Sub) konektor pro připojení analogové zobrazovací jednotky (starší monitory, projektory). HDMI konektor pro připojení zařízení podporujícího Full HD (1920x1080) rozlišení a současně zvukového signálu, obojí nekomprimovaně. DisplayPort je digitální konektor podporující přenos digi-tálního obrazu (až 2560x1600) a zvuku nekomprimovaně.
Odpovězte: • kteří jsou tři dominantní výrobci grafických čipů (ne nutně karet samotných) • kam zapojujeme neintegrované grafické adaptéry (GA)? Proč potřebují rychlou sběrnici? • které dva režimy dokážou GA zobrazit? Jaké jsou základní zobrazitelné jednotky v těchto režimech? Kde se s nimi můžeme setkat? • jaké součásti mají GA a co o nich víte? • proč se GA nazývá také počítač v počítači? • které používáme grafické výstupy, co o nich víte?
22. Síťová karta
22. Síťová karta
Fyzická adresa
• slouží pro připojení počítače k síti zvoleným médiem (např. kabelem s konkrétní koncovkou) • každá síťová karta má svou identifikaci pomocí 48bitové MAC (Media Access Control) adresy
• její zápis má nejčastěji podobu šesti dvouciferných šestnáctkových čísel, oddělených pomlčkami či dvojtečkami (00-11-09-95-26-FE) • je přiřazena výrobcem a uložena v xROM paměti karty. První polovina je výrobci přidělena centrálním úřadem. • moderní síťová zařízení mají možnost svou fyzickou adresu nastavit, což je komplikace • lze ji zjistit např. příkazem ipconfig /all
siťová karta pro BNC konektor
síťová karta pro všechny druhy konektorů
IP adresa
Parametry síťové karty
• 32bitová adresa sloužící k jednoznačné identifikaci každého síťového zařízení (disponujícího MAC adresou) v rámci počítačové sítě • zapsána je obvykle v podobě 4 desítkových čísel mezi 0–255, oddělených tečkou • je buď přidělena napevno, nebo ji přiděluje tzv. DHCP server v rámci sítě automaticky • toto adresování funguje v každé síti, tedy i v Internetu musí být IP adresa jednoznačná
• úlohou karty je kromě připojení k síti a přípravy dat také kontrolovat tok dat z/do počítače • může být vybavena BootROM paměťovým obvodem, díky němuž může počítat načítat operační systém ze sítě. • dnes je nejčastěji integrována na základní desce Parametr
Hodnoty
Typ sítě, pro který je karta určena
(Fast) Ethernet, ARCnet, Token Ring
Rychlost – množství dat, které je schopna přenést z/do počítače
100 kbps–1 Gbps
Typ síťového média, které je možno ke kartě připojit
Tenký/silný koaxiální kabel, kroucená dvojlinka
Odpovězte: • co je a jak vypadá tzv. fyzická (MAC) adresa. • k čemu je a jak vypadá tzv. IP adresa počítače. • příkazem ipconfig /all zadaným z příkazového řádku zjistěte:
23. Vstupní zařízení počítače
– fyzickou (MAC) adresu své karty – interní IP adresu Vašeho PC ve školní síti LAN
23. Vstupní zařízení počítače • patří mezi periferní zařízení, též periferie = označení pro vstupní i výstupní zařízení • každý počítač musí disponovat vstupním zařízením pro psaní znaků (klávesnice), vstupním zařízením pro pohyb kurzoru (polohovací zařízení, např. myš) a výstupním zařízením, na kterém události sledujeme (nejčastěji monitor nebo jiné zobrazovací zařízení jako projektor a projekční plátno, na které promítá). Ostatní jsou víceméně volitelná.
Klávesnice
PC XT klávesnice – 83 kláves. Funkční klávesy (F1–F10) byly na levé straně a chybí střední pole.
PC AT klávesnice – 101 nebo 102 kláves. Funkční klávesy (F1–F12) jsou nahoře, střední pole obsahující kopii kurzorových kláves je přítomno.
Abecední pole obsahuje litery abecedy, číslice, některé speciální znaky a některé speciální klávesy (ShiW, Caps, Tab, Ctrl, Alt, Enter, ←) Funkční klávesy byly využívány některými programy, dnes kupodivu poměrně málo. Často v klávesových zkratkách. Numerické klávesy jsou číslice a základní početní znaménka, kurzorové ovládají kurzor (šipky, Insert, Delete, Home, End, PgUp, PgDn). AT klávesnice obsahuje ještě 3 systémové klávesy (PrtScr, Scroll Lock, Pause/Break).
Význam speciálních kláves
Význam kurzorových kláves
Klávesa
Použití
Alt
Vyvolání menu; vedlejší řídící klávesa v klávesových zkratkách
Ctrl
Hlavní řídící klávesa v klávesových zkratkách
Klávesa
Použití
Win
Vyvolání nabídky Start; v klávesových zkratkách ve Windows
F1–F12
Funkční klávesy; dnes používané pouze v některých programech
Shift
Použití druhého významu kláves (např. velkých písmen)
Šipky (2,4,6,8)
Kurzorové klávesy pohybující kurzorem v textu/tabulce zvoleným směrem
Caps Lock
Přepínač: psaní malými nebo velkými písmeny
Delete (.)
Mazací klávesa, maže znak vpravo od kurzoru a text přisune k němu
Tab
Tabulátor: přesun mezi tabelačními značkami nebo položkami formuláře
Backspace (←) Mazací klávesa, maže znak vlevo od kurzoru a ten i s textem sune doleva
Esc
Uzavření dialogového okna (Storno/Cancel), dříve ukončení programu
Enter
Potvrzení volby; v textových procesorech nový odstavec
Local Menu
Insert (0)
Přepínač režimů přepisování a vkládání textu; zpravidla není vidět, který režim je zrovna zapnutý
Aktivace dialogového okna s lokální nabídkou k dané položce
Home (7)
Přesouvá na začátek řádku/adresáře/formulářového pole.
Num Lock
Přepínač: použití numerické klávesnice nebo kurzorových kláves
End (1)
Přesouvá na konec řádku/adresáře/formulářového pole.
Scroll Lock
Přepínač scrollování šipkami; dnes využitý pouze v tabulkových editorech
Page Up (9)
Posouvá zobrazení o jednu obrazovku vzhůru
Pause/Break
Pozastavení/ukončení vykonávání úlohy v některých programech
Page Down (3) Posouvá zobrazení o jednu obrazovku dolů
PrtScr/SysRq
Sejmutí obsahu obrazovky (v kombu s Alt aktuálního okna) do schránky
Klávesnice • s příchodem Win95 byla přidána ještě tři tlačítka – dvě pro vyvolání nabídky Start (tzv. winklávesa) a jedno pro vyvolání kontextového menu. • klávesnice dnes často obsahují spoustu kláves pro práci s nejrůznějšími běžnými programy a multimédii.
Klávesnice • starší klávesnice byly kapacitní, stisk klávesy vyvolal úhoz na kapacitní modul a ten vyslal signál interpretovaný procesorem přímo v klávesnici • novější používají pro každou klávesu mikrospínač • často se využívají bezdrátové technologie moderní standardní klávesnice Logitech
starý 5kolíkový DIN konektor pro připojení klávesnice
PS/2 konektor pro připojení klávesnice (barva fialová) a myši (zelená)
moderní herní klávesnice Roccat
Myš
Scanner
• přenáší pohyb ruky do počítače, my jej poté sledujeme na zobrazovacím zařízení • původně měla 2 tlačítka (tzv. Microsoft mouse), později 3 (PC mouse), ještě později bylo třetí tlačítko zaměněno na kolečko • dnešní pokročilé myši především pro progamery mají až 10 tlačítek s možností programování • původní myši byly kuličkové, jejich pohyb se přenášel na dva válečky (jeden pro horizontální, druhý pro vertikální směr pohybu), třetí byl přítlačný. Musely se však často čistit a časem se znehodnotily úplně. Metoda snímání je dnes optická, světlo vysílané laserovou diodou je detekováno po odrazu optickým snímačem. Povrch podložky však nesmí být lesklý nebo skleněný.
• snímá předlohu z papírové podoby do PC • v podstatě digitalizuje odstíny barev ve snímaných bodech. Jejich počet záleží na rozlišení scanneru (od 300 x 300 dpi do 2000 x 2000 dpi) • dpi = dots per inch, rozlišované body na palec • do počítače připojujovány dříve pomocí sériového portu, dnes nejčastěji USB portu
sériový port dříve používaný pro připojení myši
PS/2 konektor pro myš
dnešní myši jsou často USB, k PS/2 rozhraní připojíme pomocí redukce
ruční scanner
stolní scannery
Mikrofon
Odpovězte:
• tzv. elektroakustický měnič, mění zvukové vlny na elektrické signály, které se v počítači dále zpracovávají • všechny pracují v zásadě stejně, zvuk rozechvívá membránu, jejíž pohyb se nějak mění na elektrický signál.
• kolik kláves mají dnešní klávesnice a na jaké části dělíme klávesové pole běžné klávesnice? • funkci kláves Tab, Caps Lock, Shift, Ctrl, Alt, Esc, Backspace, Enter, Prt Scr, Pause/Break, Insert, Delete, Home, End, PageUp, Page Down, Num Lock • kolik tlačítek má počítačová myš? Jak funguje přenos jejího pohybu po stole do počítače? • jak hodnotíme kvalitu obrazu snímaného skenerem? Jak skener připojujeme k PC? • jak přibližně funguje mikrofon?
dynamický mikrofon
profesionální páskový mikrofon
schéma uhlíkového mikrofonu
24. Monitory
24. Monitory
Vlastnosti monitorů • monochromatické („černobílé“) × barevné • velikost obrazovky udávaná obvykle jako délka úhlopříčky v palcích. Zde je třeba rovněž uvážit, zda se jedné o klasické stínítko s poměrem 4:3 nebo o tzv. „wide“ monitor s poměrem 16:9 nebo 16:10 • maximální rozlišení obrazovky (CRT), nativní rozlišení (LCD) udávané v pixelech pro horizontální×vertikální směr • u CRT monitorů je důležitým parametrem kvůli problikávání také obnovovací (vertikální) frekvence (počet překreslení celého obrazu za sekundu, udáváme v Hz), která souvisí s řádkovým kmitočtem (horizontální frekvencí, počtem vykreslených řádků za sekundu, udávaným v kHz). Pod 75 Hz bychom neměli nechat obnovovací frekvenci u CRT klesnout, jinak blikání obrazu rychle unavuje zrak; přímo závisí na počtu zobrazovaných bodů (rozlišení). • doba odezvy u LCD – za jak dlouho se pixel dokáže rozsvítit a zhasnout • vstupy – které konektory můžeme k monitoru připojit: klasický je 15pinový analogový D-sub (VGA), dnes standardem DVI (analog nebo digital) a již také HDMI • spotřeba za chodu, ve stavu spánku, pozorovací úhly u LCD
• nejpoužívanější výstupní zařízení, s výjimkou některých serverů používán u všech PC. Jedná se o zobrazovací jednotku. • původní obrazovky vycházely ze stejné technologie jako televizní přijímače – tzv. CRT monitory, monochromatické, později barevné. • dnešními technologiemi vyrábíme obrazovky z tekutých krystalů (LCD), plazmové, OLED a některé další typy
CRT obrazovky • Cathode Ray Tube (katodová trubice) • principem barevné obrazovky je emise 3 elektronových paprsků ze 3 katod, které po nasměrování vychylovacími cívkami dopadají na tzv. luminofory 3 základních barev (RGB model), tím je rozsvěcují v potřebné intenzitě a složením barev vzniká dojem barevného obrazu. • maska má za cíl propustit jen úzký svazek elektronů, aby dopadly přesně na svůj luminofor. Nesmí podléhat tepelné roztažnosti a vlivům magnetického pole, aby barvy byly čisté. Lze ji demagnetizovat. • podle tvaru masky rozlišujeme obrazovky na Inline, Delta a Trinitron • CRT monitory podléhají poruchám geometrie obrazu (viz vlevo)
LCD obrazovky
CRT monitory klady
zápory
velmi vysoký kontrast perfektní nastavení jasu malá doba odezvy výborné zobrazení barev, včetně černé + mají řadu nativních rozlišení zobrazených při různých obnovovacích frekvencích + téměř nulová deformace jasu, barvy, sytosti či kontrastu + výborné pozorovací úhly
− velká hloubka a hmotnost (i několik desítek kg) − náchylné k vypalování a geometrickému zkreslení − velká spotřeba energie − část obrazovky je skryta za rámem − citlivost na vlhkost a rušení magnetickým polem − problikávání při nižších obnovovacích frekvencích − vyzařuje EM záření
+ + + +
LCD monitory
• Liquid Crystal Display (obrazovka z tekutých krystalů) • skládají se z určitého počtu pixelů, z nichž každý je tvořen 3 subpixely (RGB model). Vlastní LC buňky jsou uloženy mezi dvěma polarizačními filtry, navzájem otočenými o 90°. Zezadu je celé pole podsvíceno bílým světlem. Bez elektrického pole je buňka neaktivní a filtry žádné světlo nepropustí. Elektrickým polem se reguluje míra otočení roviny světla buňkou a tím i celková svítivost subpixelu. Složením třech výsledných základních barev je docíleno požadované barvy.
OLED obrazovky
klady
zápory
+ kompaktní a lehký (oproti CRT asi o 80 % lehčí) + malá spotřeba energie (asi o 50–70 % oproti CRT) + při nativním nebo celočíselně dělitelném rozlišení žádné geometrické zkreslení + stabilní obraz s malým nebo žádným problikáváním + nulové elektromagnetické vyzařování
− zpravidla nižší kontrastní poměr − omezené pozorovací úhly, při jejich překročení zásadní změna barev, sytosti, jasu i kontrastu − vyšší doba odezvy − jediné nativní rozlišení, při změně se musí přepočítat obraz, což snižuje výkon − pevná barevná hloubka − mrtvé pixely
• Organic Light-Emitting Diode (organická LED) + využívá organické molekuly schopné emitovat světlo. Díky tomu OLED displeje nevyžadují podsvícení, tím mají ještě menší spotřebu. Jsou velmi tenké, tedy také lehčí a mohou být i ohebné. Mají také oproti všem ostatním technologiím neuvěřitelný kontrast, věrné podání barev včetně absolutní černé, velmi nízkou dobu odezvy a pozorovací úhel téměř 180°. − nevýhodou je prozatím vyšší cena, rozdílná životnost jednotlivých barev a celkové stárnutí i ve vypnutém stavu. Rovněž jas nelze korigovat hardwarově.
Vysvětlete:
OLED obrazovky • zatím je OLED technologie stále příliš drahá, avšak očekává se, že díky jejím zásadním výhodám ji čeká prudký nárůst poptávky
• pojmy týkající se monitorů: maximální rozlišení, nativní rozlišení, obnovovací frekvence, řádkový kmitočet, doba odezvy, spotřeba energie, pozorovací úhly • jak přibližně fungují CRT a LCD monitory • klady a zápory CRT a LCD obrazovek • které vstupy mají dnešní monitory? Srovnejte s výstupy grafických karet. • jaké výhody a nevýhody mají OLED obrazovky oproti ostatním typům.
25. Tiskárny
25. Tiskárny
• výstupní zařízení sloužící pro výstup údajů z počítače, nejčastěji na papír • tiskárny mohou být černobílé i barevné • v případě barevného tisku pracujeme se subtraktivním modelem mísení barev (CMYK – Cyan, Magenta, Yellow, blacK), na rozdíl od monitorů, kde používáme mísení aditivní yellow - žlutá
u levnějších tiskáren někdy černá chybí
magenta – fialová cyan – indigově modrá
Parametry tiskáren • podle typu tisku tiskárny dělíme na jehličkové, inkoustové, laserové a některé další, např. tepelné • rychlost tisku je řádově 100 znaků/s až desítky stránek/min. • kvalitu tisku hodnotíme v dpi (dots per inch) • cena za vytištěnou stránku je dána cenou papíru a cenou a životností požadované náplně
Jehličkové tiskárny • 1, 2, 7, 9 nebo 24 jehliček • pomocí elektromagnetu jsou vystřelovány proti barvící pásce, která dopadne na papír a vyrazí na něm malý bod. • velmi nízká až nízká kvalita tisku (až 300 dpi – Near Letter Quality, Letter Quality), pomalý a hlučný tisk (max. 100 znaků/s) • nevyžadují speciální papír, nízké pořizovací náklady i cena tisku
Inkoustové tiskárny • tiskne pomocí inkoustu, který je nějakým způsobem stříkán na papír • kvalita tisku je závislá na použitém papíru. Kvalitní tisk vyžaduje kvalitní, dražší papír. • vyšší rychlost tisku a i poměrně vysoká kvalita tisku • nízká pořizovací cena, nicméně vyšší cena za stránku díky vyšší ceně inkoustu a papíru
Laserové tiskárny •
• •
znaková data zasílaná počítačem jsou nejprve převáděna řadičem na videodata. Ta jsou zasílána na vstup polovodičovému laseru, který vysílá laserový paprsek, vychylovaný soustavou zrcadel na rotující válec. V místech dopadu dojde k jeho nabití statickou elektřinou na potenciál řádově 1 kV. Rotující válec dále prochází kolem kazety s barvícím práškem (tonerem), který je vlivem statické elektřiny přitažen k nabitým místům na povrchu válce. Papír ze vstupního podavače je nejdříve nabit statickou elektřinou na potenciál vyšší než jsou nabitá místa na válci (cca 2 kV). V okamžiku, kdy tento papír prochází kolem válce, dojde k přitažení toneru z nabitých míst válce na papír. Toner je do papíru dále zažehlen a celý papír je na závěr zbaven elektrostatického náboje, očištěn od toneru a umístěn na výstupní zásobník. velmi vysoká kvalita tisku (1000+ dpi) a vysoká rychlost tisku (desítky stran/min.) vysoká pořizovací cena, ale poměrně nízká cena za stránku
Vysvětlete:
jehličková tiskárna inkoustová tiskárna
• jaký model mísení barev používáme u zobrazovacích jednotek a jaký u tiskáren • jak fungují jehličkové, inkoustové a laserové tiskárny • podle jakých parametrů srovnáváme tiskárny – poté proveďte srovnání výše uvedených druhů tiskáren podle těchto parametrů
• co vyjadřuje jednotka dpi tiskárny připojujeme k počítači buď pomocí paralelního portu nebo přes USB rozhraní
laserová tiskárna
