Hardware II

Obsah lekce:

Grafická karta

Tato část počítače složí k vizuálnímu výstupu (grafickému zobrazení) toho, co se v počítači děje. Může se jednat o samostatnou kartu, která se vkládá do příslušného slotu (speciálně vyhrazený slot AGP nebo pak nově PCI-E) nebo je na základní desce přímo integrovaná. Obsahuje vlastní procesor, tzv. GPU. Grafická karta (nebo také grafický adaptér, videokarta) umí ovládat jednotlivé body (pixely) na výstupním zařízení, nejčastěji monitoru., nastavovat jim potřebnou intenzitu světla a příslušnou barvu. Dneska bývají už samozřejmostí grafické karty s podporou trojrozměrných operací (3D, 3-dimensional).

Parametry grafické karty

• Rozlišení - Tento parametru uvádí, kolik obrazových bodů (pixelů) se bude zobrazovat ve vodorovném a svislém směru na výstupním zařízení.
• Barevná hloubka - Tento parametr uvádí, jaký počet barev je použito na výsledné zobrazení.
Příklady:
• 1bitová barva (2¹ = 2 barvy) - Mono Color (bit 0 = bílá a bit 1 = černá)
• 4bitová barva (2⁴ = 16 barev)
• 8bitová barva (2⁸ = 256 barev)
• 16bitová barva (2¹⁶ = 65 536 barev) - High Color
• 24bitová barva (2²⁴ = 16 777 216 barev) - True Color
• 32bitová barva (2³² = 4 294 967 296 barev) - True Color
• Kapacita - Pohybuje se už v řádech GB. Budeme-li mít barevnou hloubku 24 bitů (TrueColor) a rozlišení 1280 x 1024 bodů, znamená to, že pro každý bod na obrazovce potřebujeme 24 bitů (= 3 bajty - každá složka barvy RGB je uložena v jednom bajtu). Při tomto rozlišení a při této barevné hloubce se bude výpočet provádět následovně: 1280 x 1024 x 3B = 3 932 160 B, což máme necelé 4MB.

  
zdroj: Wikimedia Commons [1] [2]

Pevný disk

Jedná se o vnější paměť počítače, která slouží k dlouhodobému uchování dat. Pevné disky mívají velkou kapacitu, jsou energeticky nezávislé, tzn. po odpojení napájení se data nevymažou, ale zůstanou zachována na kotoučcích disku. Pevný disk funguje na principu magnetického zaznamenávání dat, je náchylný k poškození (především pokud je v provozu), je potřeba nezpůsobovat velké otřesy nebo dokonce nárazy. Pevný disk se také označuje jako HDD (Hard Disk Drive). Mezi známé výrobce pevných disků patří firmy Seagate, Western Digital, IBM, Quantum, Fujitsu.

     
zdroj: Wikimedia Commons [1] [2]

Parametry HDD

• Kapacita - v dnešní době se jedná řádobě o stovky GB
• Přístupová doba - pohybuje se v řádech milisekund
• Rychlost otáčení - rychlost otáčení disků, např. 5400, 7200 otáček/min
• Přenosová rychlost - řádově desítky MB/s
• Velikost paměti cache - 512kB, 2M, 8M

Princip zápisu a čtení

HDD využívají principu magnetizace materiálu a pracují se dvěma stavy informace – 0, 1.

• Zápis - Cívka, kterou prochází proud, vytváří magnetické pole, které je vedeno přes jádro zapisovací hlavy v magnetické vrstvě.
• Čtení - Je založeno na principu elektromagnetické indukce. To znamená, že při přechodu z 0 na 1 a z 1 na 0 se indukuje v cívce napětí.

Struktura dat na disku

Pevný disk je tvořen několika kotoučky, které jsou umístěny nad sebou na společné ose. Kotoučky jsou kovové a je na nich nanesena magnetická vrstva. V těsné blízkosti nad každým kotoučkem je čtecí/záznamová hlava. Tyto hlavy se při práci vznášejí na vzduchovém polštáři ve velmi těsné blízkosti povrchu, je proto důležité, aby se zde nedostaly žádné nečistoty a ani prach. Pevný disk je proto hermeticky uzavřen. Disk obsahuje různé mechanismy, elektroniku a vlastní pohon.

Na pevný disk se před ukložením dat musí provést formátování. Je to podobné, jako když máme šuplík a v něm spoustu drobností. V tomto stavu může v šuplíku dojít lehce k promíchání obsahu, je proto vhodné v něm vyrobit různé přepážky. Stejně tak je potřeba provést takové členění i na pevném disku. Tam se za procesu, kterému se říká formátování, vytvoří stopy a sektory. Stopy jsou soustředné kružnice a ve stopách je určitý počet úseků zvaných sektory. Stopy, které jsou nad sebou, tedy stejné stopy na všech kotoučcích pevného disku, vytvářejí tzv. cylindr. Data se zapisují na pevný disk po cylindrech. Všechny stopy obsahují stejný počet sektorů, všechny sektory umožnují uložení stejného množství dat.

Druhy HDD

Rozdělení podle rozhraní pro připojení pevných disků.

• ATA (IDE) - Na toto rozhraní lze připojit dvě zařízení (pevný disk, optickou mechaniku). Je však nutné je nastavit tak, aby jedno bylo připojeno jako "master" a druhé "slave". Toto nastavení se provádí pomocí propojek (jumperů). Viz níže.
• SATA - Zde se neprovádí rozlišování na "master" a "slave". Každé zařízení (pevný disk, optická mechanika) se připojuje samostatným kabelem k základní desce.

<     
zdroj: www.gamespot.com, www.gamespot.com

zdroj: www.wdc.com

     
zdroj: www.askdrtech.com, www.askdrtech.com

Jumpery

• Master - reprezentuje nastavení hlavního (řídícího) disku, který je zapojen společně s druhým (podřízeným) diskem
• Slave - reprezentuje nastavení podřízeného disku, který je zapojen společně s dalším (hlavním) diskem
• Cable Select - Reprezentuje nastavení, kdy hlavní a podřízený disk jsou identifikovány podle svého zapojení na kabelu. Vyžaduje použití speciálního kabelu, který dovoluje rozlišit řídící a podřízený disk.

zdroj: www.viprasys.org

Animace (pevný disk)

Alternativní obsah, třeba obrázek.

Optické mechaniky

CD

Jedná se o optické úložné médium s kapacitou 650-700MB. Data se ukládají do stopy ve tvaru spirály, která se vine od středu disku. Ta je také rozdělena na sektory. Stoupání spirály je 1,6um, šířka 0,6um a nalezneme na ní tzv. pity (prohlubně) a landy (hladké plochy). Snímání dat je prováděno pomocí laseru a optických prvků v mechanice. Disk obsahuje reflexní vrstvu, na kterou když přes soustavu čoček laser dopadne, dojde k odrazu do příslušného čtecího zařízení (fotocitlivý prvek), který jej dále převádí na elektrický signál (0,1). To se stane ovšem v případě, pokud narazí na land. Opačném případě, tedy pokud dopadne na pit, dojde k jeho rozptýlení a čtecí zařízení nazachytí nic.

CD mechaniky mohou být s rozhraním ATA nebo SATA, přístupová doba se pohybuje okolo 100ms. Přenosová rychlost se odvíjí od typu, např. 1x 150kB/s, 2x 300kB/s, 24x 3600kB/s.

V mechanice jsou čtyři servomechanismy pro otáčení, zaostřování, vyhledávání stopy a sledování stopy.

Příklad

Výpočet kapacity hudebního CD

44 100 x 2 x 2 x 74 x 60 = 783 216 000 B

• 44 100 - počet vzorků za sekundu na jeden kanál
• 2 - rozlišení 16 bitů na vzorek, tj 2 bajty
• 2 - 2 kanály (stereo)
• 74 - max. 74 minut hudby
• 60 - převod minut na sekundy

     
zdroj: www.uai.fme.vutbr.cz, repairfaq.ece.drexel.edu

     
zdroj: micro.magnet.fsu.edu, micro.magnet.fsu.edu

zdroj: www.svethardware.cz

• CD-ROM (Compact Disc - Read Only Memory) - Vyrábí se lisováním, je určeno pouze ke čtení.


zdroj: www.primerpc.com


zdroj: www.sammt.net

• CD-R (Compact Disc – Recordable) - Umožnuje zápis dat pomocí vypalovací mechaniky (CD-RW mechanika, vypalovačka). Zápis je možný pouze jednou. Na disk lze také zapisovat bez uzavření, tzn. možnost "dopálení" dalších dat.


zdroj: www.primerpc.com


zdroj: www.sammt.net

• CD-RW (Compact Disc – Rewritable) - Lze zapisovat data opakovaně (data se dají vymazat a nahrát nová). Spolehlivost a životnost je o něco nižší než u lisovaných CD-ROM.


zdroj: www.sammt.net

DVD

Technologie je obdobná jako u CD. Rozdíl je v hustějším záznamu dat. Dalším rozdílem je možnost ukládat data na obou stranách disku, ale také ve dvou vrstvách. Čtení je pak prováděno přeostřením laseru na jednu nebo druhou vrstvu. Horní vrstva je polopropustná.

• DVD-ROM
• DVD-R
• DVD-RW

zdroj: Wikimedia Commons

Blu-Ray

Jedná se o vysokokapacitní médium, určené především pro uložení videa ve vysokém rozlišení. Název je odvozený podle barvy laseru, který má vlnovou délku 405nm. Díky tomu je možné uložit na běžný disk o průměru 12 cm mnohem více dat oproti DVD. Tam se používá laser červený o vlnové délce 650nm.

Animace (CD a DVD)

Alternativní obsah, třeba obrázek.

Environmentální okénko

Otázky

1. Jaké jsou důležité parametry grafické karty?
2. Jaký je rozdíl mezi VGA a DVI?
3. Jakým způsobem se na pevném disku ukládají data?
4. Jakou strukturu má pevný disk?
5. Uveďte způsoby připojení pevných disků k základní desce.
6. Charakterizujte CD, DVD a Blu-Ray, popište rozdíly.