# 16) Počítačový hardware

## Sestavování počítače, komponenty a jejich parametry

### Skříň (case)
- Základní konstrukční prvek počítače
- **Účel - úchyt, ochrana a zajištění chlazení komponent**
- kvalitu chlazení může částečně ovlivnit provedení skříně (např. poskytnutím více prostoru pro průchod vzduchu, což zlepší odvod tepla)
- Odlišnosti skříní
- Velikost - Desktop (leží), Tower (stojí), další rozdělení (minitowery, middletowery, bigtowery)
- Tvar - udává **form factor** - **microATX**, **ATX**, mini-ITX, BTX, FlexATX
- Při sestavování počítače je třeba vybírat základní desku a zdroj napájení se stejným form factorem, jaký má skříň
- V dnešní době je pro zákazníky důležitý také design skříně

### Napájecí zdroj (PSU - Power Supply Unit)
- **Účel**
- **snížení napětí** ze zásuvky (230V) na nižší (12V, 5V, 3.3V)
- **usměrnění proudu** ze střídavého (AC) na stejnosměrný (DC)
- **Parametry**
- Výkon (maximální možný)
- Při výběru zdroje je ideální, když jeho výkon **pokryje maximální spotřebu všech komponent** a stále má nějakou **rezervu**
- Účinnost
- Stabilita výstupního napětí
- Typ konektorů pro základní desku a další komponenty
- Ventilátor u zdroje také napomáhá chlazení komponent

### Chlazení
- Zajišťuje odvod tepla ze skříně a ochlazování komponent

#### Pasivní chlazení
- Kovová nepohyblivá součástka s na sebe navařenými žebra pro zajištění co největší plochy z důvodu lepšího předávání tepla okolnímu vzduchu
- **Výhody**: nulová hlučnost, nízká cena, nevyžaduje dodatečné napájení
- **Nevýhody: nejméně účinná metoda chlazení**
#### **Aktivní chlazení** (tradiční)
- Rotující ventilátor s vhodně tvarovanými lopatkami vhání vzduch na pasivní část chladiče, která je v přímém kontaktu s chlazenou komponentou a odvádí od ní teplo
- Nejčastěji používáno jako **doplněk pasivního chlazení procesoru, grafické karty, obvodů čipové sady nebo pevných disků**
- **Parametry**
- **Otáčky ventilátou** [RPM - Rotates Per Minute] - okolo 4 až 5 tisíc RPM
- Napájecí napětí [V]
- Proudový odběr [mA]
- **Hlučnost ventilátoru** [dB]
- **Průtok vzduchu** [CFM - ft3/min], [CMM - m3/min]
- Rozměry, hmotnost, materiál (nejčastěji **plast**)
- Způsob uchycení ventilátoru
#### Heatpipe
- Na obou koncích zavařená nebo zapájená měděná nebo ocelová trubice
- Slouží k přenosu tepla z jednoho místa na druhé za pomoci par pracovní látky (chladícího média - voda, čpavek, freon)
- **Výhody**
- Vysoká tepelná vodivost vzhledem k malým rozměrům
- Žádné pohyblivé části - **nulová hlučnost, téměř neomezená životnost**
- Nízká cena
#### Vodní chlazení
- Uzavřený okruh, ve kterém probíhá chladící médium (voda)
- Na jedné straně se přenáší teplo z chlazené komponenty do kapaliny, na druhé tuto kapalinu ochlazujeme
- **Výhody**
- Voda má oproti vzduchu lepší tepelnou kapacitu - přijme a odvede více tepla za jednotku času
- **Nevýhody - proč se příliš nepoužívá**
- Velké rozměry
- Vysoká pořizovací cena
- **Riziko** porušení těsnosti chladícího okruhu s následkem **úniku kapaliny na počítačové komponenty**
- **Nutnost údržby** chladícího okruhu

### Základní deska (Motherboard)
- **Propojuje do jednoho celku** všechny komponenty a poskytuje jim napájení
- Obsahuje čipové sady (chipset) starající se o komunikaci mezi procesorem a sběrnicemi, sloty, řadiči a dalšími částmi
- Dva základní čipy
- Northbridge - řídí komunikaci mezi:
- FSB (Frot-side Bus) - CPU, RAM, grafickou kartou
- PCI-Express
- Southbridge - připojuje ostatní zařízení
- **Parametry**
- **Chipset**
- **Typ socketů** (patice)
- Podporované typy procesorů
- **Form factor** - ovlivňuje výběr skříně
- **Integrovaná zařízení** - typicky **zvuková, síťová a grafická karta**
- Paměťové banky - počet, typ paměti, maximální podporovaná kapacita
- Počet slotů jednotlivých sběrnic - PCI-Express, PCI
- **Rozhraní pevných disků** - **SATA, M.2** (připojení přes SATA, USB 3.0 nebo PCI-Express)
- **Konektory** pro připojení periferních zařízení
- USB, VGA, DVI, HDMI, DisplayPort, PS/2

### Procesor (CPU - Central Processor Unit)
- **Ústřední výkonná jednotka počítače**, která čte z paměti instrukce a vykonává na jejich základě program
- Každý procesor má svůj vlastní jazyk - **strojový kód** (instrukce procesoru a přiřazené kódy - tvoří **instrukční sadu**)
- Současné procesory realizovýny jako integrovaný obvod s vysokou hustotou integrace součástek na čipu
- Rozdělení
- Podle instrukční sady
- CISC (Complex Instruction Set Computer) - na každou operaci existuje odpovídající instrukce
- RISC (Reduced Instruction Set Computer) - obsahuje pouze jednoduché a nejčastěji používané instrukce
- Podle šířky operandu v bitech (šířka slova) - šířka operandu, který je procesor schopen zpracovat v jednom kroku
- 4-bit, 8-bit - velmi jednoduché aplikace (domácí spotřebiče, kalkulačky)
- **16-bit** - středně složité aplikace (**mobilní telefony**, PDA, programovatelné automaty)
- **32-bit, 64-bit** - velmi složité aplikace (**osobní počítače**, servery, tiskárny)
- Podle výrobce procesoru
- procesory pro počítače - **Intel a AMD**
- procesory pro jiné aplikace než PC - Motorola, Atmel, Broadcom, IBM
- **Významné parametry**
- Rychlost procesoru - **frekvence jádra** [Hz], [MHz], **[GHz]** - frekvence je dána násobkem frekvence sběrnice, ke které je procesor připojen
- MIPS (Million Instructions Per Second) - počet instrukcí vykonaných procesorem za jednu sekundu v násobku miliónů
- FLOPS (Floating Point Operations Per Second) - počet operací s reálnými čísly z sekundu
- Šířka slova - jak velké číslo dokáže procesor zpracovat během jedné operace
- určuje, zda je procesor 8, 16, 32, 64-bitový
- Napájecí napětí jádra procesoru
- TDP (Thermal Design Power) - tepelný výkon procesoru [W]
- Patice (Socket) - slouží k uchycení na Motherboard
- **Počet fyzických jader** (cores) uvnitř procesoru
- více fyzických jader umožňuje paralelní zpracování instrukcí a dat během jednoho hodinového taktu
- výrazně zvyšuje výkon procesoru
- Instrukční sada - CISC, RISC
- Velikost adresovatelné paměti
- velikost RAM, kterou je procesor schopen využívat
- Velikost **vyrovnávací paměti (cache)**
- statická paměť RAM uvnitř procesoru, která urychluje komunikaci procesoru s RAM
- slouží k dočasnému ukládání dat a instrukcí, které bude procesor s největší pravděpodobností požadovat
- obyvkle 2-stupňová, někdy 3-stupňová 

### Operační paměť (RAM - Random Access Memory)
- Slouží k ukládání a načítání instrukcí a dat, se kterými počítač právě pracuje
- Velmi rychlá, pro chod PC nezbytná - **bez dostatku paměti bude PC velmi pomalý**, po vypnutí PC se vymaže
- Optimální velikost RAM pro dnešní počítače je 16 GB

### Pevný disk
- **Záznamové médium pro čtení a zápis dat**
- Rozlišuje se dva hlavní typy pevných disků - SSD a HDD
- Fungují na zcela odlišném principu
- Liší se jejich významné parametry
- Společné **parametry** pevného disku
- **Kapacita** (v řádu stovek GB až jednotek TB)
- Velikost cache (důležitá zejména pro HDD)
- Rozhraní (**M.2**, SATA)
- Průměrná přístupová doba (zejména pro HDD)
- Přenosová rychlost (uváděna zejména u SSD)
- Rozměr: **2,5" (notebooky)**, **3,5" (běžné počítače)**
- **HDD** (Hard Disk Drive)
- "Klasický" pevný disk
- Přenosova rychlost cca 150 MB/s
- Zásadně **lepší poměr kapacita/cena**
- Zavedená technologie
- **Vyšší dostupná kapacita (v řádu TB)**
- **SSD** (Solid-State Drive)
- **Výrazně vyšší přenosová rychlost** (cca 500 MB/s)
- **Zanedbatelná přístupová doba**
- Odolnost vůči otřesům (díky nepřítomnosti pohyblivých částí)
- Nižší hlučnost
- Nižší spotřeba energie
- Zabírají méně místa
- SSHD - kombinuje výhody obou technologií - spojí do jednoho pouzdra SSD (cca 8 GB) a HDD (cca 500 GB až 1 TB)

### Rozšiřující karty
#### Grafická karta (GPU)
- Parametry
- GPU
- počet shaderů
- šířka sběrnice
- typ
-
#### Zvuková karta
#### Síťová karta

### Další komponenty
#### Optická mechanika (ODD - Optical Disk Drive)
- Dnes už spíše "dobrovolná" komponenta, kterou často sestavy vynechávají

## BIOS a jeho funkce
- BIOS je úvodní kód pro spuštění operačního systému
- Kontroluje HW zařízení a zavádí OS
- Kód se zpravidla označuje jako BIOS, což je ale přesněji označení původního programko z 80. let, který je ale v posledním desetiletí **postupně nahrazován modernějším a modulárním UEFI**
- Je umístěn na základní desce
- Postup při zavádění OS
1) Kontrola HW
2) Hledání zařízení se zavaděčem vlastní OS
- postupně zkouší dostupná zařízení (pevné disky, optickou mechaniku, USB disk, síťovou kartu,...) dokud nenajde nějaké, ze kterého lze OS nastartovat
4) Načtení kódu z Master Boot Recordu (MBR) nebo obdobného záznamu
5) Nalezení aktivní oblasti a načtení zavaděče OS
6) Volba oblasti zavádění

## Procesor: registry, instrukce
### Registry
- Paměťové buňky, do kterých se ukládají operandy (hodnoty), se kterými procesor právě počítá
- Velikost v řádu desítek Byte (typicky stejné, jako šířka datové sběrnice nebo kratší - 32 nebo 64-bit)
- CISC (Complex Instruction Set Computer) - na každou operaci existuje odpovídající instrukce
- RISC (Reduced Instruction Set Computer) - obsahuje pouze jednoduché a nejčastěji používané instrukce

### Instrukční sada
- Jaké instrukce umí procesor zpracovat a jaké binární kódy tyto instrukce označují
- Typy instrukcí
- Přesuny
- Aritmetické operace
- Logické operace
- Podmínky
- Skok

## Hierarchie pamětí, vnější a vnitřní paměti
- Zařízení sloužící k ukládání instrukcí a dat
- Kroky spojené se čtením a zápisem včetně zabezpečení přenosu dat řídí paměťový řadič
### Rozdělení
1) Podle fyzikálního principu, kterým se realizuje 2-hodnotový stav pro zápis informace
- Polovodičové
- RAM (RWM) - statické RAM (SRAM), dynamické RAM (DRAM)
- ROM - ROM, PROM, EPROM, EEPROM, Flash ROM
- Paměti s pohyblivou magnetickou vrstvou (PMV)
- HDD, FDD (Floppy Disk Drive), páskové
- Optické
- CD, DVD, BluRay, HD-DVD
- Magnetooptické
- pomocí světla (laseru) se mění magnetické vlastnosti materiálu
2) Podle závislosti na napájení
- Závislé
- pro uchování a přístup k informacím potřebuje paměť napájecí napětí, při jeho zániku zaniká i informace
- Nezávislé
- potřebuje napětí pro činnost (čtení/zápis), ale při jeho zániku uchovává informaci
3) Podle přístupu do paměti
- RAM (Random Access Memory)
- s libovolným přístupem, doba přístupu obsahu není závislá na umístění (adrese)
- především polovodičové paměti
- počítačové disky jsou považovány za paměti typu RAM, i když to není přesné
- Sekvenční
- doba přístupu k obsahu je závislá na umístění
- páskové paměti
4) Podle schopnosti zápisu
- RWM (Read Write Memory)
- Paměť pro čtení i zápis (zpravidla označován jako RAM, označení RWM se neuchytilo)
- ROM (Read Only Memory)
-

## Popište princip zápisu a čtení z pevného či optického disku
- SSD – stejný přístup všude
- HDD – plotny a čtecí hlavy
- DVD – čtení pomocí laseru

## Vyrovnávací paměti
- Statická paměť RAM uvnitř procesoru, která urychluje komunikaci procesoru s RAM
- Slouží k dočasnému ukládání dat a instrukcí, které bude procesor s největší pravděpodobností požadovat

## Paměťová média, rozdělení, vlastnosti a příklady

## Sběrnice, IRQ, DMA (doporučené)

## Typy pamětí: ROM/RAM (doporučené)

## Popište princip zápisu a čtení z operační paměti (doporučené)