1. Základy hardware počítačeVysvětlit pojmy a uvést příklady:

a) Počítač : - v historii: člověk, který počítal, nebo jednoduchý početní stroj (např.: kuličky naprovázku)

dnes: Zařízení, které zpracovává data pomoci předem vytvořeného programu. Současný počítač se skládá z hardware, které představuje fyzické části počítače (procesor, klávesnice, monitor atd.) a ze software (operační systém a programy). Počítač je ovládán uživatelem, který poskytuje počítači data ke zpracování prostřednictvím jeho vstupních zařízení a počítač výsledky prezentuje pomocí výstupních zařízení. V současnosti jsou počítače využívány téměř ve všech oborech činnosti (např. automobily, pračky, mobily, letadla,…) principy činnosti počítače: a) Analogový (pouze 1 operace) je používán pro simulování fyzikálních dějů pomocí elektrických veličin. Jsou velmi rychlé (takovou rychlostí, jakou signál projde obvodem, což je obvykle nezanedbatelný zlomek rychlostí světla) – reagují na vstupy v reálném čase, ale ne příliš přesně. b) Elektronický analogový c) Číslicový (zvládá více operací) zpracovává logické a číselné hodnoty. Číslicové počítače mohou být naproti tomu postaveny tak, že dokáží řešit rovnice s téměř neomezenou přesností, ale v porovnání s analogovými počítači znatelně pomaleji. d) Hybridní zahrnují nejdůležitější kladné rysy analogových počítačů a číslicových počítačů. (rychlost analogového a přesnost číslicového)

b) PC (z angličtiny: personal computer) = osobní počítač (počítač určený pro jednotlivce) Apple – (*1976 v Sillicon Valley), společnost zabývající se vývojem a výrobou osobních počítačů, MP3 přehrávačů, mobilů iPhone, ... Notebook (=laptop) – přenosný počítač s podobnými vlastnostmi jako má PC, vnitřní komponenty jsou nezaměnitelné s PC PDA (=palmtop) – malý kapesní počítač (obvykle s dotykovou obrazovkou a ovládacím perem), první PDA bylo vyrobeno firmou Apple Silicon graphics (SGI) – firma pro výrobu softwaru a hardwaru pro počítače. Pomáhá řešit nejnáročnější obchodní technologické výzvy v uvedených odvětvích

c) Case: - a) Počítačová skříň - fyzický obal běžného osobního PC b) Je použití softwaru pří vývoji (resp. údržbě) počítačových programů, za účelem dosáhnutí vyšší kvality, bezchybnosti, udržovatelnosti apod.

d) Typy skříní: Je hardware pro počítače, který slouží k mechanickému upevnění vnitřních dílů a částí počítače. Nejčastěji se jedná o celokovové šasi se standardizovanými rozměry, úložnými šachtami (bay) a montážními otvory korespondujícími s mechanickými rozměry ostatních součástí počítače. Skříň je většinou vyrobena z plechu (ocel, dural,…) nebo z umělé hmoty. a) desktop (naležato): zabírají více místa, většinou výrazně lepší chlazení a dobrá přístupnost k jednotlivým komponentům (např: desktop, slim, booksize, desknote,…)

b) tower (nastojato): zabírají méně místa, jsou oblíbenější, horší způsob chlazení (hl. grafických karet), např: tower, minitower, miditower, bigtower,…

e) Základní deska: základní hardware počítače (složitý tištěný spoj), který umožňuje propojení mezi ostatními komponenty např: přídavné karty (zvukovka, grafická karta), externí komponenty např.: myš, klávesnice, monitor, tiskárna,… V dnešní době jsou již některé komponenty přímo v základní desce zabudované.

f) Rozdělení desek: AT – zapínání pomocí tlačítka napojeného přímo na zdroj, ze zakl. desky byl vývod jen na klávesnici (ostatní byli vyvedeny kabely), ze zdroje byli zaměnitelné kabely (docházelo ke zničení desky),… ATX – výrobce: Intel, (vylepšená forma desky AT), odstraněny některé chyby z AT (např.: umístění konektorů přímo na desce, nezaměnitelný konektor od zdroje, zapínání zdroje přes zakl. desku,…), dodnes hojně využívaná, má různé velikosti (např: microATX, FlexATX, mini-ITX) BTX – výrobce: Intel, vylepšená forma desky ATX (měl jí nahradit – nepodařilo se) využíván ve značkových počítačích např.: Dell, HP, Mac Pro od Apple,...). Vývoj byl r. 2006 Intelem pozastaven.

g) BIOS: je to paměť uložená na základní desce, která obsahuje základní software se základními informacemi pro chod počítače.

CMOS: čipová sada, která je umístěna na základní desce blízko baterie

h) Chipset: (na zákl. desce) řídí komunikaci mezi procesorem, sběrnicemi, sloty, řadiči a dalšími součástmi na základní desce. Hl. výrobci: Intel, AMD, NVIDIA,…

ch) Operační paměť: RAM (=Random access memory), je to paměť, která je využívaná pro chod počítače a jednotlivých softwarových operací. Rozdíl od ostatních pamětí (např.: pevné disky, flashky, paměťové karty,…) je ten, že po jeho odpojení od napájení se veškeré informace, které uchovává, ztrácejí. Pokud se na tuto paměť již informace nevejdou, tak se začínají ukládat na pevný disk

(dochází k výraznému zpomalování počítače). Disponuje vysokou rychlostí čtení a zápisu. Slouží k provádění pracovních operací Tvořena polovodičovými čipy. Dnes jí najdeme i na grafických kartách.

i) ROM: (Read Only Memory) paměť pouze pro čtení. Polovodičová ROM paměť je obvykle používána při startu počítače (obsahuje základní startovací instrukce) a zavádění operačního systému, viz BIOS. Je nezávislá na proudu. Zvláštním případem paměti ROM jsou disky typu CD ROM nebo DVD, existují i jejich přepisovatelné varianty. V dnešní době je tato paměť vytlačována paměťmi Flash (které jsou bez větších komplikací volně přepisovatelné) RAM: (Random Access Memory), přepisovatelná, po odpojení proudu se obsah smaže, slouží

K provádění pracovních operací, viz. odpověď výše (ch) SDRAM: předchůdce DDR, frekvence se pohybuje okolo 66 až 133 Mhz a paměť je v rozmezí 16 až 512 MB. Používá se sběrnice DIMM (168 pinů a zámek v podobě 2 zářezů). Tyto paměti se dají volně přidávat či odebírat. DDR: paměť, která nahradila SDRAM, která je mnohem výkonnější a rychlejší. Dají se také

volně přidávat či odebírat.

j) Procesor: (CPU – Central Processing Unit), složitý programovatelný integrovaný obvod, mozek (srdce) počítače, zajišťuje nejdůležitější funkce, řídí činnost PC, výkon je určen: a) výrobní řadou např.: 80386, 80486, Pentium I-IV,… b) taktovací frekvencí např.: 100 Mhz, 600Mhz, 2,4 Ghz,… Je umístěn na základní desce. Procesor čte z paměti instrukce a na jejich základě vykonává program. Má vlastní jazyk: strojový kód.

k) Historie procesorů: 1971 – Intel 4004 - první microprocesor od Intelu (4 bity) 1972 – Intel 8008 - 8bitový mikroprocesor 1975 – MOS Technology 6502 - 8bitový mikroprocesor, montovaný do Apple II, Comodore 64 a Atari - Motorola 6800 - první procesor firmy Motorola - AMD - nastupuje na trh s řadou Am2900 1976 - TI TMS 9900 - 16bitový mikroprocesor 1978 – Intel 8086 - 16bitový mikroprocesor, první z architektury x86

1978 – Intel 8088 - 16bitový mikroprocesor s 8bitovou sběrnicí, který byl použit v prvním IBM PC v roce 1981 1979 – Motorola 68000 - 32/16bitový mikroprocesor 1980 – IBM 801 - 24bitový experimentální procesor dosahující vynikajícího výkonu 1982 – Intel 80286 - 16bitový mikroprocesor 1983 – TM32010 - první DSP firmy Texas Instruments 1985 – Intel 80386 - 32bitový mikroprocesor (měl 275 000 tranzistorů) 1989 – Intel 80486 - 32bitový mikroprocesor s integrovaným koprocesorem 1992 – DEC Alpha - 64bitový RISC mikroprocesor 1993 – Intel Pentium - 32bitový mikroprocesor nové generace (3,3 milionu tranzistorů) 1995 – Intel Pentium - 32bitový mikroprocesor nové generace pro servery a pracovní stanice (5,5 milionu tranzistorů) – Sun UltraSPARC - 64bitový RISC mikroprocesor 1997 – Intel Pentium II - 32bitový mikroprocesor nové generace (7,5 milionu tranzistorů) 1999 – Intel Celeron - 32bitový mikroprocesor odvozený původně od Intel Pentium II pro nejlevnější PC – Intel Pentium III - 32bitový mikroprocesor nové generace (9,5 milionu tranzistorů) 2000 – Intel Pentium 4 - 32bitový mikroprocesor 2003 – AMD Athlon 64 - 64bitový mikroprocesor nové generace pro desktopy, zpětně kompatibilní s x86 2006 – Intel Core - 64bitová architektura, na které jsou postaveny procesory Core Duo, Core 2 Duo, Core Solo, Core 2 Quad 2007 – AMD - uvádí novou řadu procesorů Phenom 2008 – Intel Core i7 - nová řada CPU od Intelu.

l) North + South bridge: (rozdělení Chipsetu) Northbridge – obvykle se nachází v horní polovině desky (u patice procesoru, bývá opatřen chladičem. Zajišťuje komunikaci mezi CPU, paměťmi, AGP/PCI sběrnicí a Southbridgem, může obsahovat i grafické jádro

Southbridge – na dolní pol. desky (poblíž rozšiřujících slotů), s northbridgem komunikuje pomocí speciální sběrnice, která je mnohem rychlejší než PCI

m) Sloty: ISA- sběrnice vyvinutá r. 1981 pro osobní počítače. Brzy se ze sběrnice ISA stal standard. Původní 8-bitová pa16-bitová. Poté ji zcela vytlačila sběrnice PCI. PCI- sběrnice (bílá barva) na přídavné karty např.: zvukovka, síťová karta, modem,… 32-bitová sběrnice. Postupně je nahrazována PCIE (PCI Express) AGP- je to slot určený výhradně na grafickou kartu (má jinou barvu než PCI slot). Od r. 2004 byl tento slot nahrazen PCI Express PCIE – (PCI Express), je založena na principu PCI, zcela nahradila slot AGP CNR – je menší než ostatní sloty

ISA: PCI:

CNR:

AGP:

Krátká historie procesorů

Počátek procesorů Intel začal na konci roku 1971, kdy firma Intel představila svůj první mikroprocesor 4004. Dnes se to zdá směšné, ale tento 4bitový procesor měl frekvenci 108 kHz a obsahoval 2300 tranzistorů. Po něm v roce 1972 následoval rychlejší 8bitový procesor 8008 s frekvencí 200 kHz. To ještě nebyly procesory používané v osobních počítačích, ale používaly se například v kalkulačkách nebo při řízení světelné signalizace. První procesor použitý v osobním počítači Altair 8800 firmy MITS (pro něj pánové Bill Gates a Paul Allen vyvinuli jazyk Basic) byl označen 8080 a byl vyroben poprvé v roce 1974. Pracoval již na frekvenci 2 MHz, obsahoval 6000 tranzistorů a byl asi 10krát rychlejší než jeho předchůdce. V roce 1978 následoval procesor 8086 s 29 000 tranzistory a frekvencí 8 a 10 MHz a v roce 1979 16bitový procesor 8088, který již možná někdo pamatuje z prvních osobních počítačů firmy IBM. Frekvence tohoto procesoru byla 5 a 8 MHz. V roce 1982 byl uveden na trh procesor 80286 se 134 000 tranzistory a frekvencí od 6 do 12 MHz. Ten už začali používat i jiní výrobci tzv. klonů počítače IBM a tyto počítače se pak označovaly jako "100% kompatibilní s IBM PC". Rychlost tohoto procesoru byla asi 3-6 násobná oproti procesoru 8086. V roce 1985 byl uveden následník procesoru 80286 - 32bitový procesor Intel386 DX s frekvencí od původních 16 MHz až po 33 MHz . Tento procesor byl už schopen adresovat 4 GB paměti, podporoval multitasking, obsahoval 275 000 tranzistorů a byl asi 100x rychlejší než původní procesor 4004. Šlo o první procesor, který byl uveden ve více variantách -

kromě varianty DX byla k dispozici i levnější verze procesoru 386 označená SX s 16bitovou externí sběrnicí a verze SL (s frekvencí 20 a 25 MHz), určená speciálně pro přenosné počítače (šlo o první procesor firmy Intel navržený pro přenosné počítače). Společnost IBM, do té doby technologický leader a tvůrce prvního osobního počítače, nástup osobních počítačů s procesory 386 trochu zaspala a její jasné prvenství od té doby skončilo. Procesory 386 byly už také vyráběny konkurentem firmy Intel a byly zajímavé především svou cenou. V roce 1989 uvedla firma Intel na trh procesor Intel486 DX, který byl asi 50krát výkonnější než procesor 8088 a obsahoval už přes milion tranzistorů a také matematický koprocesor (k procesorům 386 bylo možné koprocesor dokoupit). S nástupem procesorů 486 se více prosadil systém Windows firmy Microsoft a uživatelé přecházeli na grafické uživatelské prostředí, které do té doby na procesorech 386 nepracovalo uspokojivou rychlostí. Frekvence procesoru 486 byla postupně zvýšena z původních 25 MHz až na 50 MHz. Kromě osobních počítačů se tento procesor objevil také v serverech. Levnější varianta procesoru 486 označená SX se lišila tím, že neobsahovala matematický koprocesor, a verze SL s nižší spotřebou energie byla opět určena pro přenosné počítače. Nešlo však o jedinou variantu tohoto procesoru - v roce 1992 byl představen procesor Intel486DX2 a o dva roky později ještě procesor Intel486DX4. Jádro těchto procesorů pracovalo na dvou-, respektive čtyřnásobné frekvenci, než na jaké pracovala sběrnice, a tím se docílilo zrychlení celé sestavy. V té době již nebylo problémem vyrobit procesor s vyšší frekvencí, ale problém byl se zvyšováním frekvence sběrnice. Firma Intel opět nebyla jediná, která vyráběla procesory 486 - stejně označené procesory nabízely také firmy AMD a Cyrix.Aby se společnost Intel mohla odlišit od konkurence, rozhodla se procesor nové generace označit jinak. Rozhodování o novém jméně nebylo vůbec jednoduché, protože do propagace procesorů 286, 386 a 486 věnovala firma nemalé prostředky, a logickým pokračovatelem měl tedy být procesor 586. Problém byl v tom, že jméno by opět mohly zadarmo využít i konkurenční firmy AMD a Cyrix.Nakonec se firma Intel rozhodla, že poprvé ve své historii označí svůj produkt jinak než číslem. Výběrovým řízením (jméno procesoru mohli navrhnout i zaměstnanci Intelu) nakonec prošli tři žhaví kandidáti, a přestože byl konečný výběr několikrát změněn, vyhrálo nakonec Pentium. I z tohoto jména je patrné, že jde o procesor 5-té generace a tak trochu připomíná název 586. První procesory Pentium s frekvencí 60 a 66 MHz byly představeny v roce 1993 a dnes se možná již zapomnělo na aféru, která jejich uvedení provázela - tyto procesory totiž v některých speciálních případech neuměly správně počítat. Procesory Pentium měly již přes 3 miliony tranzistorů a rychlost přes 100 MIPS (milionů instrukcí za sekundu). Po 60MHz a 66MHz procesoru Pentium byla uvedena jeho 75MHz verze, která se zasazovala do trochu jiné patice označené Socket 7. V roce 1994 následovalo 90MHz a 100MHz Pentium a postupně světlo světa spatřil i 200 MHz procesor Pentium.Začátkem roku 1997 byly představeny 166MHz a 200MHz procesory Pentium s technologií MMX (označované také jako Pentium/MMX) a se 4,5 milionu tranzistorů. Od běžných procesorů Pentium se tento procesor liší některými konstrukčními změnami (například byl rozšířen o technologii SIMD - Single Instruction, Multiple Data), a především tím, že jeho instrukční sada byla rozšířena o další instrukce (je jich 57) a datové typy podporující grafiku a multimédia. Aplikací, které tyto instrukce využívají, přibývalo jen pomalu, ale technologie MMX se dnes už stala standardem, který podporují všichni výrobci x86 procesorů.Od této doby se tedy v názvech procesorů objevuje také zkratka MMX a dnes se už procesory nepodporující tuto technologii nevyrábějí. Frekvence procesoru Pentium/MMX byla zvýšena ještě na 233 a byla také představena 200MHz a 233MHz verze procesoru Pentium/MMX pro notebooky. Tím vývoj procesorů Pentium skončil. I procesory Pentium a Pentium/MMX jsou dnes historií. Nové osobní počítače už totiž používají výkonnější procesory a také jinou architekturu. Po procesorech Pentium/MMX nasadila v roce 1997 firma Intel do konkurenčního boje procesory Pentium II. Ty jsou založeny na jiné architektuře a využívají jiné patice a jiné základní desky. Ani v případě procesorů páté generace, které Intel nazval Pentium, konkurence nezahálela a představila své vlastní procesory, i když už jinak nazvané. Tyto procesory se po fyzické stránce (tedy především počtem tzv. pinů, tedy jakýchsi paciček, které z procesoru vyčnívají) od procesorů Pentium nelišily, a tak je bylo možné použít ve stejných základních deskách s paticí označenou jako Socket 7, do níž se procesory vkládají. Navíc jejich cena byla nižší než cena procesorů Pentium se stejnou frekvencí, a

proto se začaly více používat. To se firmě Intel nelíbilo, vyvinula tedy pro nové procesory nazvané Pentium II speciální a patentovaný Slot 1 (po fyzické stránce vypadá podobně jako slot PCI pro rozšiřující desky a Alot A fy AMD je fyzicky identický, nikoliv pinově). První procesory Pentium II představené v r1997 měly frekvence 233 MHz, 266 MHz a 300 MHz a byly tvořeny 7,5 milionu tranzistorů. Jedinou změnou oproti procesorům Pentium však nebyla pouze změna rozměrů a použitého slotu pro připojení. Procesory Pentium II jsou totiž vybaveny vyrovnávací pamětí druhé úrovně ve velikosti 512 KB (do té doby byla vyrovnávací paměť druhé úrovně na základní desce). Přístup k této paměti je mnohem rychlejší a k této paměti se přistupuje s frekvencí poloviční, než na jaké pracuje procesor. Frekvence procesoru Pentium II byla dále zvýšena až na 450 MHz.Procesory Pentium II měli sice slušný výkon, ale firma Intel je na trh uvedla v době, kdy se staly velice populárními levné počítače s cenou okolo 1000 dolarů. Konkurenti firmy Intel sice neměli tak výkonné procesory jako Pentium II, ale jejich produkty starší Pentia/MMX překonávaly, takže konkurenti začali získávat významnější podíl na trhu levných počítačů. To se firmě Intel nelíbilo, proto v dubnu roku 1998 uvedla na trh procesor Intel Celeron s jádrem Covington ve verzi pro Slot 1 (bez cache). Jiný název měl odlišit jiný výkon a také jiné určení tohoto procesoru. Celeron je jakýsi "nahý" procesor Pentium II - po architektonické stránce jde o stejné produkty (architektura P6), pouze Celeron nemá vyrovnávací paměť druhé úrovně a nemá také obal odvádějící teplo. Díky tomu se mohla podstatně snížit jeho cena a začal se dodávat do levných počítačů, tzv. Basic PC "s možností růstu" - do stejné základní desky, do které se vkládá procesor Celeron, je totiž možné umístit i procesor Pentium II.

Bohužel cena procesoru není všechno a Celeron se ukázal (především díky absenci vyrovnávací paměti) velice slabým hráčem, kterému se konkurence vysmála. Procesory firem IDT, Cyrix a AMD sice zatím nebyly vybaveny vyrovnávací pamětí druhé úrovně, ale tato paměť byla umístěna na základní desce - v případě procesorů Celeron však na základní desce žádná vyrovnávací paměť nebyla. S nízkým výkonem procesorů Celeron musel Intel něco udělat, a tak pod kódovým jménem Mendocino vyvíjel procesor Celeron s integrovanou 128kB vyrovnávací pamětí druhé úrovně na čipu (on-die). Vyrovnávací paměť byla umístěna přímo u procesoru (na stejném křemíku) a procesor má 19 milionů tranzistorů místo 7,5 milionu jako u běžného Celeronu. Na rozdíl od procesoru Pentium II se k vyrovnávací paměti procesoru Celeron přistupuje se stejnou frekvencí, na jaké pracuje procesor. Díky tomu byl Celeron se 128KB vyrovnávací pamětí druhé úrovně v některých případech dokonce rychlejší než procesor Pentium II se stejnou frekvencí a s 512KB vyrovnávací pamětí druhé úrovně.Procesor Celeron se 128kB vyrovnávací pamětí měl (1/2000) frekvenci 300 - 533 MHz. Aby se odlišil 300MHz procesor Celeron bez vyrovnávací paměti a 300MHz procesor s vyrovnávací pamětí, byla verze s vyrovnávací pamětí označena jako Celeron 300A. V některých nabídkách jsme se však mohli setkat i s označením Mendocino, tedy s kódovým jménem tohoto procesoru.

Samostatnou kapitolu v produktech firmy Intel tvoří procesory Pentium Pro. Běžní uživatelé se s nimi možná ještě nesetkali a už ani nesetkají, protože jde o procesory, které se používaly v pracovních stanicích a hlavně v serverech. První procesor Pentium Pro s frekvencí 150 MHz (která byla později zvýšena až na 200 MHz) a 5,5 milionu tranzistorů byl představen v roce 1995. Ani následník procesoru Pentium/MMX, totiž procesor Pentium II, nebyl schopen pracovat v systémech se čtyřmi a více procesory, což byla naopak výhoda Pentia Pro. Procesor Pentium Pro byl oživen ještě v srpnu 1998, kdy Intel uvedl tzv. Pentium II OverDrive procesory, které jsou výkonnější než Pentia Pro, mohou je snadno nahradit a podporují také technologii MMX.

V červnu roku 1998 bylo totiž představeno ještě Pentium II Xeon, které je určeno především do pracovních stanic a serverů, a nahrazuje tedy procesor Pentium Pro. Frekvence tohoto procesoru jsou 400 MHz a 450 MHz a procesor dodával se buď s 512KB, nebo 1MB vyrovnávací pamětí druhé úrovně. Procesor Pentium II Xeon měl stejné jádro jako procesor Pentium II, ale v některých

vlastnostech se samozřejmě odlišoval, a to i po fyzické stránce - v počítači jste ho tak snadno nepřehlédli, protože byl velký a vážil 0,5 kg. Pentium II Xeon se instaluje do jiné patice než Pentium II, má rychlejší přístup k vyrovnávací paměti a podporuje víceprocesorové systémy. V posledních dvou letech se technologický vývoj pohnul více než za posledních 15 let a tak se z Pentium III na 500 - 600 MHz stal až Pentium IV na 2GHz. Tento procesor je prozatím nejsilnější, i když značně poruchový pro své obrovské požadavky na chlazení.

Dochází k neustálým slučováním obřích společností jako např. AMD + Intel. Procesory Pentium IV a AMD procházejí neustálými mezistupni vývoje např. Thunderbird, Athlon, Duron.

Jedním z brzdných prvků vývoje je technologie výroby procesorů, protože již dnes se Intel Pentium IV vyrábí s technologií 0,18µm a má 42 milionů tranzistorů. AMD ohlásila, že přejde z 0.18 mikronové výrobní technologie na menší 0.13 mikronovou v roce 2002 (procesor 386 byl vyroben 1,5 µm). Ta povede k zvyšování frekvencí procesoru AMD takže se máme na co těšit! Je však otázkou, kam až muže toto zmenšování dojít. Už dnes je jisté, že jednou vývojáři narazí na fyzikální hranice a co pak? ( pro srovnání tloušťka lidského vlasu je 80 µm ). Podle Moorova zákona se složitost integrovaných obvodů a tudíž i rychlost procesoru zvýší každý rok dvojnásobně, takže kdo ví…