Počítačové systémy Počítač se obvykle skládá z monitoru, klávesnice, skříňky a zpravidla i z myši připojené k počítači tenkým kabelem anebo bezdrátově. Monitor na první pohled připomíná televizor. Má obrazovku, ovládače jasu, kontrastu apod. Dá se skutečně říct, že jde jen o upravený televizor. Slouží na zobrazování informací, kontrolu činnosti a přehled o práci počítače. Klávesnice je zařízení, kterým do počítače zadáváme informace a ovládáme ho. Skříňka je místo, kde je uložený počítač v pravém slova smyslu. Obsahuje součásti počítače starající se o chod, reagování na vstupy z klávesnice, zobrazování údajů na monitor a mnoho dalších věcí. Může být postavená vedle monitoru (mluvíme o toweru) anebo pod ním (desktop). Myš je zařízení, pomocí kterého ukazujeme co, kam nebo jak vykonat. Při prvních systémech nebyla „povinnou“ součástí počítače, ale při dnešních grafických prostředích se už bez ní neobejdeme.
První počítače však vypadaly úplně jinak – stejně jako všechny produkty lidské činnosti se vyvíjely a vyvíjejí. Za předchůdce počítačů se považuje abacus – rám s posuvnými korálky určenými na operace s čísly, který pochází z Číny asi z 3. tisíciletí před n.l. Podobné zařízení používali také Řekové a Římani, akorát nahradili korálky a rám stružkami a kameny.
První mechanický samočinný počítač, který sloužil jako pokladnice, zkonstruoval v 17. století Blaise Pascal pro svého otce – daňového úředníka. Bylo to zařízení schopné sčítat čísla pomocí ozubených kolec. Doba mu však nepřála, a proto velmi rychle zaniklo. O několik desítek let později vytvořil německý matematik a fyzik G. W. Leibnitz stroj, který dokázal kromě sčítání i násobit, dělit a odčítat. Stroj se obsluhoval pomocí dvou klik a v případě složitějších výpočtů do sebe zapadalo až 25 koleček, díky tomu jeho spolehlivost nebyla velká. Leibnitz pochopil, že desítková soustava odvozená z toho, že lidé počítají pomocí deseti prstů, je pro počítací stroj krajně nevýhodná a vytvořil už vzpomínanou dvojkovou „abecedu“.
V následujících letech se pomalu a postupně připravovala půda na zkonstruování prvních skutečných počítačů využívajících elektroniku. Ty se začaly objevovat ve 40. letech 20. století. Předcházely jim sčítací strojky – kalkulačky s malými, přesnými a do sebe zapadajícími kolečky. Po první světové válce vyvrcholila stavba mechanických počítacích strojků pro čtyři základní úkony, a začaly se vyrábět hromadně, podobně jako předtím psací stroje. Do kanceláří vstoupila mechanizace v podobě sčítacích, kalkulačních a fakturovacích strojů, v obchodech se zase uplatnily registrační pokladny. Ruční pohon byl později nahrazen elektrickým. Výsledky se četly v okénku, nebo je stroj tiskl na pás papíru. Předzvěstí elektronického zařízení byl Mark I (označovaný jako automaticko-sekvenční kalkulačka), založený na elektromechanických principech. Navrhli ho v roce 1937 H. Aiken a G. Hopper.
Architektura počítačů
Pod pojmem architektura se skrývá ideový návrh počítače, jeho charakter, logické rozdělení na části a stanovení jeho vlastností. V praxi se používají dvě základní architektury – von Neumannova a harwardská.
Von Neumannova architektura
Teoretické základy konstrukce počítačů položil John von Neumann, podle kterého se počítač skládá z procesoru a paměti, které komunikují s okolím prostřednictvím vstupních a výstupních zařízení.
Procesor Vstupní jednotka Operační paměťVýstupní jednotka ALU Řadič Obr. Von Neumannova koncepce počítače
Procesor se skládá z řadící jednotky (řadiče), která řadí činnost počítače na základě instrukcí programu, které čte z operační paměti a z aritmeticko-logické jednotky (ALU) realizující matematické a logické výpočty. Sám o sebe není schopný činnosti, ale má nenahraditelnou funkci – na základě zpracovaných údajů dokáže rozhodnout a přikázat ostatním součástkám, co mají vykonat. Toto rozhodování však není svévolné. O tom, co se má v dané situaci vykonat, rozhoduje procesor na základě programu. Program je postupnost kroků a instrukcí, které předepisují procesoru postupnost vykonávání operací a určují, jak má systém reagovat na vzniklé situace (např. co udělat hned po zapnutí, co udělat, když uživatel stlačí klávesu na klávesnici, co udělat, když přijde k dělení nulou apod.). Operační paměť se používá na ukládání údajů určených na zpracování procesorem anebo výsledků získaných na základě tohoto zpracování. Je rychlá, a proto práce procesoru není brzděná čtením údajů (jak by tomu bylo v případě jejich čtení z externích pamětí). Kromě údajů je v něm uložený i program. Na to, aby jádro systému dokázalo komunikovat s okolím, potřebuje procesor další zařízení:
-vstupní, ze kterých a prostřednictvím kterých bude informace přijímat (klávesnice, myš, mikrofon, atd..) -výstupní, na kterých bude zobrazovat nebo kam bude posílat výsledky (monitor, tiskárna, atd.). Celý systém pracuje v dvojkové soustavě, díky čemu je potřebné uvažovat jen o dvou různých stavech (zapnutý/vypnutý, kladný/záporný, 0/1), co významně ulehčuje jeho vytvoření prostřednictvím známých technologií.
Do operační paměti se pomocí vstupních zařízení umístí program, který bude vykonávaný a stejným způsobem i údaje, které bude program zpracovávat. Proběhne vlastní výpočet, přičemž jednotlivé kroky zabezpečuje ALU, která je v průběhu výpočtu spolu s ostatními moduly řízená řadičem. Mezivýsledky jsou ukládány do operační paměti. Po skončení programu jsou výsledky obvykle posílány na výstupní zařízení.
Tato koncepce se někdy označuje i jako princetonská podle univerzity, na které v té době matematik působil (Princenton Institute of Advanced Study).
Podle von Neumannové koncepce byly zkonstruovány téměř všechny větší počítače, mikroprocesory a mikropočítače. Jejich typickou vlastností je, že program i zpracované údaje se ukládají do té jisté operační paměti a program se vykonává postupně tak, jak je uložený v paměti. Dnešní počítače tuto charakteristiku splňují, ale na rozdíl od klasického von Neumanova schématu mohou pracovat najednou s více procesory a také paralelně s více programy zároveň (tzv. multitasking). Používaný program nemusí být v paměti uložený celý, dokáže se načítat jen jeho část, která v případě potřeby zabezpečí zavádění ostatních potřebných částí.
Harwardská koncepce
Harwardská koncepce na rozdíl od von Neumanova předpokládá existenci dvou oddělených pamětí. V první jsou uloženy programy, v druhé údaje, přičemž se může překrývat čtení instrukcí a jejich vykonávání. Často se využívá při konstrukci jednoúčelových automatů ve spotřební a průmyslové elektrotechnice (automobily, pračky, televizory apod.). Autorem koncepce je H. Aiken a pochází z roku 1943.
Paměťprogramu Paměť dat Registr instrukcí programu ŘadičALU Vstupy/ výstupy Obr. Harwardská koncepce
Hardware
Pod pojmem hardware rozumíme technické (elektronické, elektrické a mechanické) vybavení počítače a počítačových systémů. Za hardware je možno považovat počítač jako celek, jeho části (součástky, komponenty), ale i tiskárny, monitory, dokonce i elektrické kabely anebo prvky počítačových sítí. Z hlediska důležitosti počítačových komponentů nelze říct, který z nich má nejvýznamnější úlohu, protože navzájem tvoří celek, který by vynecháním některého z nich většinou přestal být funkčním. K základním komponentům osobního počítače v současnosti patří:
-základní deska – zabezpečuje komunikaci mezi ostatními součástkami, které se zpravidla stavebnicově zasouvají do slotů (zásuvek). -procesor – na základě instrukcí a údajů z operační paměti řadí ostatní součástky, -operační paměť – slouží na ukládání údajů, s kterými systém pracuje. Je rychlá, ale vypnutím počítače se její obsah ztratí, -grafická karta – zabezpečuje zobrazování údajů na zobrazovací zařízení (nejčastější monitor), -externí paměti (pevný disk, CD, DVD) – slouží na zápis a poskytování údajů, které mají být k dispozici také po vypnutí počítače.
Základní deska
Počítač jako celek je v současnosti realizovaný na modulárním (stavebnicovém) principu, který umožňuje jednotlivé součástky velmi rychle a lehce vyměnit. Základná deska (mainboard, motherboard, matiční deska) představuje prostředí, do kterého se vkládají a které zabezpečuje jejich vzájemnou komunikaci. Je připevněná ke skříňce počítače a nabíjená ze zdroje, přičemž navíc sama nabíjí některé vložené komponenty. Její charakter určuje výkon,
kompatibilitu a možnosti rozšíření počítače. 1 – patice procesoru 2 – sloty pro operační paměť 3 - chipset s chladičem 4 – sloty PCI Express 5 – sloty PCI 6 – konektory Serial ATA 7 – konektor IDE (P-ATA) 8 – konektor FDD 9 – výstupní porty
Řazení má na starosti integrovaný obvod (skupina integrovaných obvodů) označovaný jako čipset (chipset, čipová sada), který zabezpečuje většinu funkcí základní desky. Obsahuje instrukce, které řídí chod desky, přesun údajů po sběrnicích a spolupráci s ostatním hardwarem. Čipset zároveň určuje charakteristiky některých modulů, které mohou být do základní desky osazené (např. typ procesoru, paměti). Součástí čipsetu mohou být i rozšiřující karty – velmi často bývá na základní desce integrovaná zvuková a síťová, někdy i grafická karta.
Sběrnice Komunikaci a vzájemné propojení komponentů zabezpečuje sběrnice (bus). Je to skupina elektrických obvodů spojující jednotlivé části počítače. Skládá se ze tří podsystémů:
-adresová sběrnice – je jednosměrná a přenáší údaje obsahující informace o adrese zařízení, které se zúčastňují komunikace případně o adrese paměti, ke které se přistupuje, -údajová (datová) sběrnice – je obousměrná a přenáší údaje mezi zařízeními, -řídící sběrnice – přenáší příkazy procesoru (řídící jednotky) určené na řízení komunikace. Sběrnice je charakterizovaná:
-šířkou udávající počet bitů, které může sběrnice najednou přenášet. Zjednodušeně se může říct, že jde o počet paralelních kanálů (vodičů), kterými daná sběrnice disponuje, -rychlostí udávanou v MHz, která informuje o tom, kolik přenosů dokáže realizovat za jednu sekundu, -přenosovou kapacitou vycházející z předešlé dvojice a určující množství údajů, které je možné přenést za sekundu. Z pohledu sběrnice je možno základní desku (čipset) rozdělit na dvěčásti: severní most (north bridge, lokální (vnitřní) okruh) a jižný most (south bridge, vnější okruh).
chipset sloty pre RAM PCI sloty AGP procesor PCI Express HDD ethernet USB audio north bridge south bridge FDD COM LPT Super IO chip Obr. Severní a jižní most
Severní most (System Controller) je bližší procesoru a zajišťuje rychlé přesuny údajů mezi klíčovými prvky základní desky (procesorem, pamětí a grafickou kartou (resp. sběrnicí AGP)). Frekvence mezi procesorem a severním mostem je označovaná jako frekvence systémové sběrnice (FSB – Front Side Bus) a bývá jedním z hlavních parametrů uváděných na základních deskách. Jižní most (Peripherial Bus Controller) se stará o připojení dalších periférií k základní desce. Zabezpečuje komunikaci s prvky připojenými prostřednictvím rozhraní PCI a USB. K tomuto mostu je připojený i aj diskový subsystém, přičemž už parametry mostu rozhodují o tom, jakou přenosovou rychlostí bude možné pevné disky připojené k základní desce využívat. Kromě disků má south bridge na starosti sériové a paralelní porty, disketovou mechaniku, PS2 porty pro klávesnici, myš a některé další jednoduché rozhraní, na zprávu kterých je určený Super I/O čip.
1 – PS2 pro myš 2 – PS2 pro klávesnici 3 – paralelní port (LPT1) 4 – sériový port (COM) 5 – VGA konektor 6 – USB port 7 – ethernet porty 8 – audio konektory
Mosty jsou navzájem spojené prostřednictvím sběrnice PCI, jejichž rychlost však dosahuje maximálně 133 MB/s a v současnosti přestává být dostačující.
Dnes je možno se setkat v běžném počítači se sběrnicemi úrovňově nižšími než PCI jen v „prehistorických“ počítačích. ISA sloty jsou však stále používaným standardem v některých odvětvích – např. v průmyslových počítačích.
FSB (Front Side Bus) je označením pro v současnosti 64-bitovou systémovou sběrnici zabezpečující komunikaci mezi procesorem a operační paměti a napájající se na ostatní komunikační kanály. Její frekvence musí být sladěná s vnitřní frekvencí procesoru, která obvykle bývá jejím násobkem. PCI (Peripheral Component Interconnect) představuje standardní rozhraní na připojení rozšiřujících karet k základní desce. Mezi nejčastější připojené zařízení patří zvuková, síťová, faxmodemová a TV karta. AGP (Accelerated Graphics Port) představuje vysokorychlostní sběrnici (port) určenou pro grafické karty, která je i navzdory tomu, že další vývoj byl jejím výrobcem (fy Intel) ukončený a postupně se nahrazuje rozhraním PCI Express, stále častou součástí základních desek. PCI Express je univerzální sběrnice založená na sériovém přenosu. Její vysoké přenosové rychlosti (do 4 GB/s) ji předurčují k nahrazení všech vnitřních sběrnic včetně AGP a PCI, ale nedosahuje takovou rychlost, aby ji bylo možné použít na úrovni FSB.
rok typ šířka sběrnice (v bitech) rychlos t (v Mhz ) přenos (MB/s ) 1982 PC BUS 8 4,77 1984 AT BUS (ISA) 16 8 1987 MCA 32 10-20 1988 EISA 32 8-33 1992 VL BUS 32 40
(VL1.0) VL 2.0 64 30 1992 PCI - 1.0 32-64 33 133 1997 AGP 1.0 32 66 266 AGP 3.0 32 266/66 2 000 2004 PCI Express 1 – 64 25000 4 000
Tab. Vývoj sběrnic
Sériový a paralelní přenos při popisu komunikace jsme se střetli s pojmy sériový a paralelní přenos. Při sériovém přenosu se údaje odesílají bit po bitu – v jednom časovém okamžiku zařízení odesílá anebo přijímá jen jeden bit. V případě paralelního přenosu se v jednom okamžiku odesílá (přijímá) víc bitů přičemž jejich maximální počet je určený šířkou sběrnice. Navzdory logickému závěru však ne vždy a všude platí, že paralelní přenos je rychlejší než sériový. Moderní sériové technologie (PCI Express, SATA, USB) dosahují podstatně vyšší přenosové rychlosti než starší paralelní. Jedním z důvodů je, že při paralelním přenosu musíme zabezpečit, aby údaje po všech vodičích přišly ve stejném okamžiku, což je při vyšších rychlostech technologicky i časově poměrně náročné.
Další rozhraní
Na připojení pevných disků a ostatních úložných zařízení (CD, DVD mechanik) slouží rozhraní ATA (Advanced Technology Attachment), které plní funkci sběrnice. Velmi často se zaměňují s pojmy jako IDE, UDMA, ATAPI, které jsou však prakticky jeho synonymy.
Rozhraní, původně prezentované pod obchodní značkou IDE (Integrated Device Electronics), vzniklo v roce 1986. Nejprve pracovalo jen s pevnými disky a na připojení k základní desce se používal 40 žilový kabel. Později se standard rozšířil a začal pracovat i s dalšími úložnými zařízeními – byl označený jako ATA/ATAPI (Advanced Technology Attachment Packet Interface). Po zavedení standardu EIDE (Enhanced Integrated Device Electronics) bylo možné k základní desce připojit čtyři zařízení – po dvou na každý kabel.
Zpočátku pracovalo rozhraní v modu PIO (Programmed Input/Output), který při přenosu vyžadoval aktivní účast procesoru a tím zpomaloval celý systém. Zrychlení zabezpečila technologie umožňující přímý přístup do paměti – DMA (Direct Memory Access), která nevyžadovala účast procesoru a díky tomu se jednak zrychlil přenos a jednak uvolnil procesor pro jiné činnosti.
Další zdokonalení přišlo v podobě standardu UDMA/66, který změnou šířky ze 40 na 80 žilový kabel zvýšil kapacitu přenosu na 66 MB/s. při nezměněné šířce kabelu následovali UDMA/100 a UDMA/133 a tam se možnosti rozhraní skončily.
V roce 2003 bylo představené rozhraní Serial ATA (ATA se zpětně přejmenovalo na Paralel ATA (P-ATA)), které pracuje sériově a v druhé verzi (SATA 2) umožňuje přenos 300 MB/s.
Paralelně s rozhraním ATA se rozvíjelo i rozhraní SCSI (Small Computer System Interface), které už v prvních verzích umožňovalo připojení až 8 různých zařízení (kromě pevných disků a ostatních úložných zařízení se používalo i na připojení skenerů a tiskáren). SCSI disky se v běžných PC nevyužívají, jsou určeny pro servery a místa s vysokými nároky na rychlost a spolehlivost.
V současnosti jsou k dispozici standardy umožňující připojení 127 zařízení s maximální přenosovou rychlostí kolem 400 MB/s.
V roce 1995 dohodou největších IT firem začal vývoj standardu, který měl poskytnout jednoduché, univerzální, levné a hlavně rychlé sériové rozhraní na připojení periferních zařízení. Byl označený jako USB (Universal Serial Bus) a navzdory počáteční nedůvěře patří v současnosti mezi nejpoužívanější a nejuniverzálnější rozhraní. Umožňuje připojit až 127 periferních zařízení, přičemž podporuje jejich připojení a odpojení za chodu a bez nutnosti restartu počítače. Mezi nejpoužívanější zařízení patří myš, klávesnice, tiskárna, skener, fotoaparát, digitální kamera, MP3 přehrávač, externí pevný disk, USB klíč apod. Velkou výhodou rozhraní USB je, že dokáže kromě údajů poskytovat připojeným zařízením i napětí, takže ty s nižšími energetickými nároky už nepotřebují externí nabíjecí zdroj (např. CIS skenery).
V současnosti jsou k dispozici dva standardy:
- USB 1.1 podporuje přenos 12 Mb/s (cca 1,5 MB/s), - USB 2.0 podporující přenos 480 Mb/s (cca 60 MB/s). Dalším sériovým rozhraním, které bylo navzdory počátečnímu výkonnostnímu náskoku zatlačené do pozadí zejména z důvodů vysoké ceny, je FireWire (často se uvádí také pod názvem IEEE-1394 anebo i.Link). Bylo vyvinuté firmami Hewlett Packard a Apple Macintosh na přenos velkého objemu údajů. Ještě v době USB 1.0 dokázalo přenést okolo 400 Mb/s a mělo být využívané zejména na přenos audia a videa z externích zařízení (digitální kamery, paměťové karty). V současnosti se rozhraní zdokonaluje a oproti USB přináší výhody zejména v podobě vyšší rychlosti.
Bezdrátové technologie mohou být na základní desce zastoupené v podobě starší IR (infrared, infračervené) komunikace anebo novějšího bluetooth. Obě technologie přenášejí údaje sériově a bez nutnosti použít přepojovací kabely. Zatímco v případě infračervené komunikace je nutná přímá viditelnost, bluetooth dokáže překonat většinu fyzických překážek (nábytek, stěna, karosérie automobilu apod.) a v některých případech dokáže zabezpečit komunikaci mezi zařízeními až do vzdálenosti 100 m. Oblastí pro nasazení těchto technologií jsou mobilní zařízení (kapesní počítače, mobilní telefony, přenosné tiskárny) a využívají se i při dálkovém ovládaní elektronických zařízení (hi-fi věže, televizory, bezdrátové klávesnice a myši).
Momentální maximální přenosová rychlost pro infračervenou komunikaci je 4 MBps ve standardu Fast IR a pro bluetooth 3 MBps pro verzi 2.0. Přenosové rychlosti sice nejsou v porovnání s jinými zařízeními vysoké, ale je třeba si uvědomit, že pro účely, na které se tyto technologie používají, jsou plně postačující.
Každé ze zařízení, které se prostřednictvím rozhraní připojují k základní desce, vyžaduje řazení a obsluhu buď prostřednictvím neustále ho anebo alespoň občasného přidělení výkonu procesoru. Aby procesor dokázal na požadavky zařízení (zápis, čtení, posílání údajů po sběrnici apod.) reagovat, vyvolává každý pokus zařízení o komunikaci přerušení normální práce procesoru (IRQ – Interrupt Request). Každé zařízení se identifikuje prostřednictvím svého přerušení, které je identifikovatelné jednoznačným číslem. K němu je přiřazená adresa v paměti, na které je uložený obslužný podprogram. Před jeho vykonáním si procesor uloží svůj momentální stav do speciálního registru – zásobníku, což mu umožní vrátit se po zpracování přerušení k původní činnosti a pokračovat v ní od místa, kde byla prostřednictvím IRQ přerušená.
V nedávné minulosti se klíčové parametry základních desech nastavovaly prostřednictvím přepínačů (které mohly být v poloze zapnuto/vypnuto) anebo jumperů (připojily kontakty na základní desce).
Dnešní desky už obvykle manuální zásah nevyžadují a všechny vlastnosti jim dokážeme změnit softwarově prostřednictvím rozhraní označovaného jako setup. Realizované nastavení používá speciální software, který je součástí základní desky a slouží pro její komunikaci s ostatními zařízeními. Označuje se jako BIOS (viz kapitola BIOS).
Procesor
Procesor (CPU - Central Processing Unit) je hardwarové zařízení určené na zpracování a vykonávání instrukcí. Zatímco základní deska zabezpečuje komunikaci mezi zařízeními, procesor celý systém oživí – vydává jednotlivým zařízením příkazy a řídí je na základě instrukcí programu. Některé instrukce zpracovává sám, při zpracování jiných využívá další komponenty (např. operační paměť, disky, sběrnice atd.). V současnosti používané procesory označujeme jako mikroprocesory na vyjádření kontrastu s prvními procesory, jejichž velikost se blíží velikosti obytné místnosti. Fyzicky jde o jedinou součástku, kterou tvoří křemíková destička obsahující na malé ploše (několik cm2) milióny
tranzistorů. Ty na základě spínání a vypínání řídí ostatní komponenty systému. Obr. Procesor
Části procesoru
Logicky se procesor skládá z následujících částí:
-řadič (řadící jednotka) čte instrukce programu a podle nich řídí ostatní obvody procesoru anebo komunikuje s komponenty, -aritmeticko-logická jednotka (ALU – Arithmetic and Logic Unit) vykonává matematické (a logické) operace, -registry představují paměťové místa na krátkodobé uložení právě zpracovaných údajů (např. kód a adresa zpracované instrukce, adresy důležitých oblastí v paměti, mezivýsledky výpočtů), -matematický (numerický) koprocesor je určený na zrychlení výpočtů. Koncepčně jde o samostatný procesor, který realizuje jen výpočty s pohyblivou desetinnou čárkou, ale od verze 80486 DX byl implementovaný jako součást procesorů. V případě jeho nepřítomnosti při starších typech (bylo ho možné doplnit do systému jako samostatnou součástku) byly všechny matematické operace odkázané na procesor, čímž se výrazně snižoval výpočtový výkon počítače jako celku. Obr. Koprocesor 80387
-cache je rychlá vyrovnávací paměť relativně malé kapacity, která slouží na zrychlení toku údajů mezi procesorem a operační pamětí (resp. jinými částmi počítače). Její význam je založený na zkušenosti, že procesor často žádá z operační paměti vícekrát za sebou ty dané údaje – tím, že se umístí do rychlé cache, se snižuje čas potřebný na jejich získání. Cache může být buď součástí procesoru, anebo také ne. Podle vzdálenosti od jádra procesoru ji označujeme jako L1, L2, L3 přičemž jejich rychlost podle vzdálenosti klesá a kapacita narůstá. L1 a L2 jsou v současnosti součástí procesoru. Jestliže je obsah žádaný procesorem ve vyrovnávací paměti, je mu tento okamžitě poskytnut. Pokud v ní není, získá se z operační paměti a do cache se zavede celý blok následujících údajů. Tento proces trvá déle než přímý přístup do fyzické paměti, a proto zvýšení výkonu nastane jen tehdy, když je počet úspěšných požadavkůřádově vyšší než neúspěšných. Při správné organizaci bývá úspěšnost okolo 97%. Poprvé se objevila u procesoru 80486, kde byla společná pro data i instrukce a měla velikost 8 kB. U novějších typů procesorů se velikost cache zvětšovala, ale rapidnímu zvětšení brání vysoká cena a pracnost při návrhu procesoru. Všeobecně je cache paměť charakteristická menší kapacitou (8 kB při L1 a maximálně 1 MB při L2) a její zvýšení nad 1 MB není prakticky účinné a nijak zvlášť nezvyšuje výkon.
Charakteristiky procesoru
V současnosti je na trhu množství procesorů, přičemž každý má svoje specifické vlastnosti, výkon a samozřejmě se tomu přizpůsobuje i cena:
-výběr procesoru je potřebné sladit s výběrem základní desky, protože prakticky každý typ procesoru se osazuje do jiného rozhraní – patice,
-základní charakteristikou, která je často součástí názvu procesoru je jeho taktovací frekvence reprezentující výkon a „rychlosť“ procesoru. Udává se v herzích, v současnosti v gigaherzích (GHz). Tento parametr udává, kolikrát je procesor schopný za sekundu změnit svůj stav. Někdy se nepřesně uvádí, že jde o počet instrukcí, které dokáže vykonat za jednu sekundu (MIPS – Million Instructions Per Second), ale kvůli schopnostem paralelního zpracování více instrukcí se už dnes nepoužívá. Kromě frekvence je základní jednotkou měření výkonu procesoru FLOPS (Floating Point Operations Per Second), který udává počet operací v pohyblivé řádové čárce, kterých je procesor schopen vykonat za jednu sekundu. Frekvence procesoru je téměř vždy násobkem frekvence základní desky (FSB). Taktovací frekvenci však využívá jen vnitřně a všechny vnější operace přizpůsobuje rychlosti FSB, resp. sběrnicím a komponentům, s kterými komunikuje, -efektivita mikrokódu hovoří o tom, jak jsou efektivně napsané mikroinstrukce procesoru zabezpečující nejjednodušší operace – tj. na kolik kroků je možné vykonat jednu instrukci. Na porovnání: při procesoru 8088 trvalo celočíselné dělení 70 kroků, jestli při dokonalejším 80188 už jen 25; procesor 80386 udělal přesun obsahu jednoho registru do druhého na 2 kroky, 80486-tce stačil jediný.
-důležitou úlohu sehrává šířka slova, kterou určuje počet bitů, které je procesor schopný zpracovat v rámci jedné instrukce. Může nabývat hodnot 8, 16, 32 a 64. Tato hodnota vyjadřuje šířku vnitřní sběrnice procesoru. - nezávisle od šířky slova, které je procesor schopný zpracovat v jedné instrukci, je nutné tyto údaje do procesoru dodávat anebo z něj odebrat. Šířka datové sběrnice (šířka přenosu údajů) je parametrem, který vyjadřuje rozměr vnější sběrnice určené na komunikaci procesoru s okolím. Udává se také v bitech a čím je větší, tím víc údajů je možno přenést na jeden takt. - existence numerického koprocesoru je v současnosti už jen historickou podmínkou, - kapacita (případně existence) cache zvyšuje výkon procesoru prostřednictvím zkrácení přístupové doby k údajům, -velikost adresovatelné paměti udává velikost operační paměti, kterou je procesor schopný používat (adresovat). Ta závisí na šířce adresové sběrnice, kde velikost adresovatelné paměti je 2šířku sběrnice
.
Šířka sběrnice byla v 8-bitových procesorech 16-bitová a díky tomu dokázala adresovat 216 = 64 kB, u procesoru 8086 měla 20 bitů (220 = 1 MB), 386SX měla 24 bitů(220 = 16 MB) u486 má 32 bitů (4 GB) atd.
CISC a RISC
Základní úlohou procesoru je vykonávání programu, který se skládá z postupnosti příkazů uložených v paměti. Každý příkaz, který procesor musí vykonat, je složený z jednodušších částí, kroků - tzv. instrukcí. Úlohou procesoru je příkazy přečíst, dekódovat, vykonat a případně výsledek zapsat – tuto postupnost označujeme jako instrukční cyklus. Elementární operace, které je procesor schopný vykonat na jeden takt, označujeme jako mikroinstrukce. První procesory byly navrženy tak, že instrukce se skládaly na základě náročnosti z různého počtu mikroinstrukcí. Tento typ procesorů označujeme jako CISC (Complete Instruction Set Computer – počítače s kompletní instrukční sadou). Jeho hlavní črtou je, že používá tzv. plnou instrukční sadu – snaží se mít na každý příkaz jednu instrukci. Seznam instrukcí je uložený v mikrokódě (implementovaném přímo v procesoru), který se stará jak o překlad, tak i o jejich vykonávání.
O práci procesoru jsme doposud uvažovali tak, že na jeden takt dokáže realizovat jen jednu instrukci (mikroinstrukci). Platnost tohoto tvrzení však končí na úrovni procesorů 80486.
U procesoru Pentium se poprvé setkáváme s metodou současné realizace většího počtu operací prostřednictvím zvýšení počtu instrukčních kanálů na dva. Procesor obsahuje dvě aritmeticko-logické jednotky, díky čemu je za určitých okolností schopný zpracovat dvě jednoduché instrukce najednou – v jednom taktu.
Příklad 1.:
1. Mějme postupnost příkazů: A=10, B=20, C=A+B. 2. První dva příkazy jsou navzájem nezávislé a teda příkaz A=10 může jít kanálem 1, a příkaz B=20 kanálem 2. 3. Po paralelním ukončení obou příkazů se může provést poslední. Příklad 2.: Mějme postupnost příkazů: A=10, A=A+5. Druhý příkaz není možno vykonat, jestliže není ukončen první příkaz, čili procesor bude nucen čekat a celý výpočet musí jít přes jeden kanál. Druhý zůstává nevyužitý.
Na to, aby procesor dokázal určit, zda bude možné instrukce rozdělit, vyžaduje poměrně složitou logiku a speciální porovnávací obvody. Tato architektura se označuje jako superskalární.
Druhou pokročilou metodou, díky které jsou i nesuperskalární mikroprocesory schopné zpracovávat více instrukcí najednou, je zřetězení instrukcí -pipelining. Filozofie pipeliningu (poprvé se objevila u procesoru 80486) spočívá v tom, že zpracovaná instrukce se rozloží na několik fází, které využívají různé (nezávislé) části procesoru. Díky tomu je možné současné vykonávání jednotlivých fází, přičemž každou instrukci zpracovává jiná část procesoru.
Příklad:
1. takt 2. takt 3. takt 4. takt 5. takt 6. takt 7. takt instrukce 1 1. fáze 2. fáze 3. fáze 4. fáze 5. fáze instrukce 2 1. fáze 2. fáze 3. fáze 4. fáze goto... instrukce 3 1. fáze 2. fáze 3. fáze 4. fáze 5. fáze Po dobu prvního taktu se vykoná první fáze 1. instrukce a ta přechází do druhé fáze Uvolněnou první část procesoru začne používat následující instrukce – dochází k tomu, že v druhém taktu se bude první instrukce nacházet v 2. fázi a druhá instrukce v 1. fázi. Celý proces připomíná pásovou výrobu, kde do jednotlivých fází vstupuje jeden výrobek za druhým. Současné procesory jsou schopny najednou vykonávat až 5 instrukcí. Pokud se v některé z nich nachází příkaz skoku (goto), který naruší postupnost vykonávání instrukcí, procesor „krizový stav“ řeší vkládáním prázdné instrukce, která „zdrží“ práci procesoru do chvíle, pokud nezíská potřebnou instrukci na vykonání. Procesory od Pentia disponují mechanizmem, který se snaží předpovídat cílovou adresu těchto skoků.
Filozofie různě dlouhých instrukcí nutně vede k stále složitějším a složitějším technikám na urychlení činnosti procesoru. Tento fakt si už v začátcích uvědomili tvůrci architektury RISC (Reduced Instruction Set Computer – počítač s omezenou instrukční sadou) a vycházeli z faktu, že na vykonání 80 procent operací stačí jen 20 procent instrukcí, snížili počet základních instrukcí, které dokáže procesor realizovat. Instrukce byly navrženy tak, aby měly pevnou délku, pevný formát a co nejkratší trvání.
Jestli přijde do procesoru instrukce, která není obsažená v základní (redukované) instrukční sadě, musí se existující instrukce zkombinovat poměrně náročným způsobem. Navzdory tomu je procesor RISC stále rychlejší než CISC, protože tato situace se nevyskytuje až tak často.
Současné procesory pro osobní počítače jsou podle této šablony těžko zařaditelné, protože na jedné straně podporují instrukce x86, teda CISC, ale na druhé straně jsou vnitřní strukturou více podobné původním procesorům typu RISC – označujeme je jako hybridní.
Další zvyšování výkonu
Zvýšení výkonu není až tak významné, jak by se na první pohled dalo očekávat, přineslo rozšíření vnitřní sběrnice procesoru na 64 bitů (první 64-bitové procesory byly v reálném nasazení dokonce pomalejší než jejich 32-bitoví vrstevníci, což zřejmě souvisí s kódem aplikací, které byly v čase jejich nasazení orientované 32-bitů).
Procesor Pentium IV přinesl zvýšení výkonu díky podpoře technologie HyperThreading. Její princip spočívá v tom, že procesor se navenek tváří jako dva samostatné procesory (dvě jádra), ale jeho struktura v zásadě zůstává nezměněná, zdvojená je jen část jádra určující aktuální stav výpočetního procesu (registru). Díky této úpravě je možno velmi rychle a efektivně přepínat mezi jednotlivými úlohami např. tehdy, když jedna z nich čeká na údaje z hlavní paměti. V podstatě je tento princip možné přirovnat k vyplnění mezer. V momentě, když jedna úloha není schopná obsadit všechny výkonné jednotky, je volný prostor dán k dispozici druhé úloze.
Obr. Schéma dvojjádrového procesoru
Typickým představitelem procesoru se zdvojeným jádrem je Pentium D, který pracuje na úrovni dvou procesorů a při zapnutém hyperthreadingu se tváři jakoby systém měl k dispozici čtyři procesory. Až na této úrovni je možno hovořit o skutečně současném zpracování více úloh (při všech nižších verzích šlo jen o přepínání se mezi úlohami a využívání nečinnosti procesoru).
Vývoj procesorů
Novodobá historie desktopových procesorů (procesorů pro osobní počítače) se začala v roce 1981 uvedením prvního osobního počítače firmou IBM. Tento obsahoval procesor Intel 8086, který se stal zakladatelem řad procesorů typů Intel.
Tab. Vývoj procesorů
rok Čipové označení procesoru Takt (MHz) Šířka vnější sběrnice (v bitech) Šířka vnitřní sběrnice (v bitech) cache 1981 8086 4,77 16 16 ne 1982 8088 4,77 8 16 ne 1982 80286 6-12 16 16 ne 1988 80386SX 6-25 16 32 ne 1988 80386DX 12-33 32 32 ne 1991 80486SX 20-33 32 32 ano 1989 80486DX 25-50 32 32 ano 1992 80486DX2 50-120 32 32 ano 1992 Pentium 60-200 32 64 L1,L2 1994 80486DX2-4 75-100 32 64 1995 Pentium Pro 166-233 32 1997 Pentium MMX 166-233 32 1997 Pentium II 233-600 32 1998 Pentium Celeron 26632 1999 Pentium III 450-1300 32 2000 Pentium IV 140032 2002 Pentium IV s HT 240032 2003 AMD Athlon 64 bit 64 2004 Pentium IV 64 bit 267064 2004 Pentium D 280064, dvojjádrový
Během několika desítek let Intel neustále udával tempo a i když se sporadicky objevovali také další výrobci, obvykle po několika letech svoje aktivity ukončili. Kromě výkonných procesorů (Pentium) vyrábí Intel i levnější a méně výkonné verze, které nejsou pojmenované Celeron. Jsou postavené na stejném jádře jako výkonné procesory, obvykle mají jen menší cache, užší sběrnici anebo nižší vnitřní frekvenci. Jediným současným konkurentem je pro Intel firma AMD, která se z levného výrobku zabírajícího několik málo procent trhu přepracovala díky nízké ceně a vysokému výkonu prakticky až na úroveň Intelu. Její procesory nesou označení Athlon (Thunderbird, Athlon XP) a levnější verze konkurující Celeronu – Duron a Sempron. Kromě desktopových procesorů, kterými jsme se na tomto místě zabývali, tvoří také nezanedbatelnou část procesory pro servery, které zpravidla výkonnostně předstihly představenou tabulku minimálně o několik let. Samostatnou kategorií jsou i procesory pro notebooky vyznačující se v první řadě sníženou spotřebou a sníženou teplotou při výkonu, který jen minimálně zaostává za výkony desktopů (např. Pentium M, Celeron M, Athlon Mobile).
Využití procesorů
Procesory v podobě, v jaké jsme si je představovali do této doby, představují jen jednu kategorii nasazení – řídící jednotku počítače, od které se vyžaduje univerzálnost (umožňující připojení a komunikaci s mnohými zařízeními a řešení množství úloh zadávaných prostřednictvím programu) a vysoká rychlost. V tomto případě o procesoru hovoříme jako
o CPU (Central Processing Unit – centrální procesorová jednotka). Kroměřízení počítačů je však možno procesory využít také jako MCU (Micro Controller Unit – mikrořadič). Uplatnění této kategorie je velmi rozsáhlé – od běžné spotřeby elektroniky až po výkonné počítače. Tyto procesory charakterizuje nízká cena, malé rozměry a nízká spotřeba energie. Je možno se s nimi střetnou v součástkách počítače (klávesnice), v automobilech, mobilních telefonech apod. Poslední kategorií jsou DSP (Digital Signal Processor – digitální signálové procesory), které představují kompromis mezi předcházejícími kategoriemi. Vyznačují se vysokým výkonem v oblasti matematických výpočtů a schopnostmi zpracovat velké objemy údajů. Často jsou jejich součástí i analogovo-digitální a digitálně-analogové převodníky na transformaci údajů
mezi počítačem a okolím. Využívají se např. ve zvukových kartách, digitálních fotoaparátech a kamerách.
Paměti
Paměť počítače je hardwarové zařízení určené na ukládání údajů a programů, podle kterého počítač pracuje. Dříve než se pustíme do představení konkrétních řešení na ukládání údajů, popišme si všeobecné vlastnosti pamětí, které jsou pro uživatele důležité:
-kapacita paměti hovoří o tom, kolik bajtů je možné v paměti najednou uchovat, -přístupová doba udává čas, za který je potřeba čekat od zadání požadavků do doby, než paměť požadovanou informaci zpřístupní, -přenosová rychlost informuje o množství údajů, které je možné za časovou jednotku z paměti přečíst anebo zapsat, -energetická závislost určuje, zda údaje na to, aby zůstaly v paměti zapsané potřebují neustále nabíjení anebo ne, -přístup vyjadřuje způsob, jakým je možné informaci zpřístupnit. Je možno uvažovat o principu sekvenčním (typickým představitelem jsou páskové jednotky, které se na požadovanou informaci dokážou nastavit jen tak, že přečtou všechny údaje, které je předcházejí) a přímém (náhodném), který na základě zadané adresy dokáže informaci zpřístupnit okamžitě, -možnost zápisu kde rozlišujeme paměti umožňující jen čtení a paměti umožňující čtení i zápis, -princip záznamu charakterizuje způsob, jakým se jednotlivé bity na paměťové médium zaznamenávají. Nejčastěji se střetáváme s magnetickým, elektrickým nebo optickým zápisem, -spolehlivost je sice jen okrajovým, ale pro uživatele zřejmě jedním z nejdůležitějších parametrů. Obvykle je udávaná časem mezi dvěma poruchami zařízení, -nutnost obnovovat obsah hovoří o tom, zda uložené údaje je nutné neustále v paměti obnovovat anebo v ní zůstanou uložené po primárním zápise (viz dále). V zásadě můžeme paměti rozdělit do třech základních skupin:
-registry a cache představují paměťová místa přímo na čipu u a využívají se na krátkodobé uchování údajů a programů, ke kterým potřebuje mít procesor okamžitý přístup. Do této kategorie můžeme zařadit i vyrovnávací a pracovní paměti ostatních hardwarových komponentů, které slouží na vyrovnávání rychlostních rozdílů a ukládání údajů komponentu. -vnitřní paměť je paměť, která bývá zpravidla osazená do základní desky a připojená k procesoru přímo prostřednictvím sběrnice, -vnější paměť je určena na dlouhodobé uchovávání údajů. Slouží jako uložisko, ze kterého se údaje přenášejí do operační paměti (anebo opačným směrem). O registrech a cache jsme hovořili v kapitole o procesorech, podívejme se podrobněji na vnitřní a vnější paměti. Vnitřní paměti
Vnitřní paměť představuje typ paměti obvykle přímo připojené k základní desce . Skládá se z integrovaných obvodů a může být součástí nejen základních desek, ale i některých přídavných karet (grafická karta) anebo periferních zařízení (tiskárny). Podle způsobu, jakým můžeme s údaji vnitřních pamětí manipulovat, dělíme je na:
-RWM (Read/Write Memory) – paměť určená na čtení i zápis, -ROM (Read Only Memory) – paměť určená jen na čtení, která dovoluje jen čtení a neumožňuje zápis. Podle přístupu k údajům dělíme paměti na:
-RAM (Random Access Memory) – paměť s libovolným (náhodným) přístupem, tj. s okamžitým přístupem na libovolné místo za účelem čtení nebo zápisu, -SAM (Sequential Access Memory) – paměť se sekvenčním přístupem, která pro přístup ke konkrétnímu bloku údajů vyžaduje pročítání všech bloků mezi aktuálním a požadovaným (pásková jednotka). -CAM (Content-addressable Memory) – asociativní paměť, která je tvořená tabulkou obsahující prohledávané hodnoty a zodpovídající přiřazené paměťové adresy (využívá se např. pro paměti cache, adresové tabulky ve switchech, routrech apod.). RAM
Paměť s libovolným přístupem (Random Access Memory) umožňuje zapisování i čtení údajů. Ke každému paměťovému prvku přistupuje prostřednictvím adresy ve stejném čase. Používá se zejména jako operační paměť počítače. Obsahuje údaje a program, podle kterého procesor pracuje. Vzhledem ke svému nasazení se od něj vyžaduje krátká doba přístupu a vysoká přenosová rychlost. Obsah operační paměti se po vypnutí počítače vymaže, proto obvykle údaje před vypnutím ukládáme na externí paměti. Hardwarově bývá zpravidla realizovaná jako samostatný výměnný modul připojený k procesoru prostřednictvím systémové sběrnice základní desky. Konstrukčně jde o polovodičovou součástku, kterou je možno řešit jako dynamickou anebo statickou. Statické (SRAM) paměti uchovávají v sobě informaci během celé doby připojení ke zdroji nabíjení bez nutnosti informaci obnovovat. Jsou realizované bistabilním klopným obvodem, který nabývá hodnoty 0 anebo 1. Jejich nevýhodou je vyšší složitost a z toho plynoucí vyšší výrobní náklady, výhodou nízká přístupová doba. SRAM se používá na výrobu pamětí několikanásobně nižší kapacity než DRAM a využívá se např. na realizaci L2 cache. Dynamická (DRAM) paměť udržuje údaje pomocí elektrického náboje na kondenzátoru. Vzhledem k tomu, že náboj má tendenci se vybíjet, je potřebné několik stokrát za sekundu uložené údaje obnovovat. Dynamické paměti jsou podstatně levnější a v současnosti se
používají např. v modulech SDR-SDRAM, DDR-SDRAM a RDRAM. Obr. DDRAM v DIMM provedení
Pro operační paměť (RAM) je charakteristická vysoká rychlost a energetická závislost (smazání údajů při vypnutí počítače). Při práci počítače jsou v ní uložené údaje (někdy celá aplikace), s kterými procesor pracuje. Čím větší paměť máme k dispozici, tím je práce s počítačem plynulejší. V případě menší RAM se údaje často ukládají a čtou z disku, co zpomaluje práci a nutí procesor zbytečněčekat.
Zajímavou kategorií RAM pamětí je VRAM (Video RAM), která se používala na grafických kartách. Je to dvojbránová paměť, která umožňuje současný přístup k údajům dvěma zařízením – řadiči grafické karty, který údaje zobrazuje a procesoru počítače, který videopaměť plní obrazovými údaji. Použití nedvojbránové paměti u levnějších typů grafických karet se nutně odráželo na výkonu, protože klasická RAM nutila procesor a zobrazovací čip, aby se při práci s ní střídali. V současnosti je už VRAM překonaná novějšími technologiemi.
ROM
Z paměti typu ROM (Read Only Memory) je možno údaje jen číst. Její obsah se obvykle definuje u výrobců a standardně se nedá přepsat. Důležitou charakteristikou této paměti je, že
je energeticky nezávislá a zachovává svůj obsah i po odpojení nabíjení. Kapacitně je tato paměť malá, řádově okolo 64 kB. Kromě základní ROM verze, existují i další modifikace:
-PROM (Programable Read Only Memory) představuje typ paměti, do které se zápis nevykonává při výrobě, ale později ho uživatel může realizovat pomocí tzv. programátora paměti PROM. Zápis se realizuje destrukcí vodivých cest a po něm se PROM stává ROM – čili umožňuje jediný zápis. -EPROM (Eraseable PROM) se programuje podobně jako PROM, umožňuje však zapsané údaje vymazat prostřednictvím UV záření (díky realizaci prostřednictvím speciálních unipolárních tranzistorů). -EEPROM (Electrically EPROM) je analogií s předcházejícími typy, mazání je však možné realizovat elektricky a podstatně rychleji než při EPROM. -Flash EEPROM je speciální typ EEPROM, s obsahem kterého je možné manipulovat přímo v počítači. Umožňuje asi 1000 násobné přepsání a je rychlejší než předešlé typy – možno říct, že prakticky má vlastnosti RAM. BIOS
Nejtypičtějším a historicky nejznámějším příkladem ROM je paměť, ve které je uložený BIOS (Basic Input/Output System – základní vstupní výstupní systém). ROM BIOS je umístěný na základní desce počítače. Obsahuje množinu obslužných programů nevyhnutelných pro jeho činnost, které zabezpečují:
-test počítače při zapnutí, který kontroluje existenci, testuje základní zařízení systému jako také rozšiřující karty zasunuté ve slotech, -zavedení (start) operačního systému - BIOS zkontroluje, zda jsou na disku, ze kterého se má operační systém načítat do RAM k dispozici potřebné údaje. Jestli je najde, zavede je do operační paměti a odevzdá jim řízení, -základní programy na obsluhu přerušení a standardních zařízení počítače. Ty před spuštěním operačního systému zabezpečují komunikaci s uživatelem na úrovni klávesnice a zobrazování v textovém režimu, po jeho spuštění zase v některých operačních systémech představují prostředníka při komunikaci operačního systému a samotného hardwaru. Obr. BIOS a záložní BIOS
V minulosti býval BIOS umisťovaný do paměti typu ROM, které nemohly být měněné, ale v současnosti se vzhledem k neustálému vylepšování softwaru a možnosti opravy chyb přesunul na úroveň flash EEPROM, díky čemu je možná jeho aktualizace (obvykle je k dispozici na stránce výrobců základní desky). Aktualizace se realizuje prostřednictvím speciálního programu, který přepíše původní obsah BIOSu novým. Pokud by byl BIOS přepsaný nevhodně (nesprávným obsahem, poškozeným souborem apod.), mohlo by se stát, že počítač už nenastartuje, a proto někteří výrobci umisťují na
základní desku záložní BIOS anebo neumožňují přepsat tu část, která se stará o zavedení systému. S rychlým vývojem hardwaru BIOS přestal být doménou základních desek a přesunul se také do dalších zařízení. Často se s ním můžeme setkat u grafických karet, CD a DVD mechanikách, digitálních fotoaparátech, mobilních telefonech apod. Pro jeho označení se v těchto zařízeních začalo běžně používat pojmenování firmvér (firmware).
CMOS
BIOS při své činnosti výchozí z několika nastavení, které může ovlivnit uživatel. Patří sem např. nastavení pořadí zařízení, na kterých bude BIOS hledat operační systém, nastavení cache pamětí, povolení/zakázání zařízení integrovaných na základní desce a nastavení jejich parametrů, nastavení frekvencí sběrnic základní desky případně procesoru, nastavení data a času apod. Protože BIOS je řešený jako ROM, tyto nastavení se ukládají do paměti s malou kapacitou, která nese označení CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor). Vzhledem k tomu, že je energeticky závislá (i když má jen velmi nízké nároky), vyžaduje nabíjení pomocí baterie, která je umístěná na základní desce. Údaje uložené v CMOS můžeme měnit prostřednictvím programu označovaného jako setup. Tento je možné vyvolat při startu
počítače stlačením určitých kláves anebo kombinací (nejčastěji Delete nebo F10). Při změně údajů je však třeba myslet na to, že jejich nesprávné hodnoty mohou výrazně snížit výkon a v extrémním případě dokonce znemožnit start počítače. Na vyřešení takového stavu pomůže zpravidla jen reset CMOS, který se postará o výrobní nastavení všech parametrů. Je ho možno realizovat přepnutím switchu, který se obvykle nachází na základní desce v blízkosti baterie.
Vnější paměti
Vnější (externí) paměti slouží na dlouhodobé uchovávání informací, které obvykle představují část operační paměti (RAM) anebo výsledek práce procesoru. Externí paměť pro práci počítače teoreticky není nevyhnutelnou, prakticky se však bez ní už nedokážeme obejít –
v prvé řadě obsahuje operační systém, který se z něj do operační paměti zavádí prostřednictvím instrukcí BIOSu, potom údaje, s kterými pracujeme a nakonec aplikace, které nám poskytují funkce na práci s nimi. Vnější paměti se zpravidla vyznačují větší kapacitou a nižší rychlostí než vnitřní paměti. Standardně jsou realizované na magnetickém nebo optickém principu a jsou energeticky nezávislé.
Pevný disk Zřejmě nejpoužívanější externí pamětí je pevný disk (hard disk drive, HDD, někdy se používá archaizmus winchester). Pojem externí v tomto případě nevyjadřuje jeho umístění mimo skříňky počítače, ale jde u způsob připojení k procesoru a základní desce. Pevný disk se prostřednictvím rozhraní ATA (SCSI) připojuje k systému sériovým anebo 80-žilovým paralelním kabelem. Není součástí základní desky, umisťuje se do speciálních držáků (šachet) skříňky.
Pevný disk se skládá z kovových kotoučů umístěných nad sebou, na kterých je nanesená magnetická vrstva sloužící na záznam údajů. Ty se ukládají oboustranně, o manipulaci (čtení a zápis) se starají zapisovací a čtecí hlavy, přičemž každá plocha má samostatnou dvojici. Disk je uzavřen v prachotěsném (ne vzduchotěsném) pouzdře, kde se kovové kotouče neustále (od zapnutí po vypnutí) otáčejí. Hlavičky se plochy disku nedotýkají – díky vysoké rychlosti a proudění vzduchu „plavou“ těsně nad povrchem. Vniknutí jakékoli prachové částice a dotyku s plochou by při vysoké rychlosti mohlo údaje nenapravitelně poškodit.
Pevný disk se nenazývá pevným z důvodu přišroubování ke skříňce počítače (nakonec existují také přenosné pevné disky, které se k počítači připojují např. přes port USB), ale na základě ukládání údajů na neohybné (teda pevné) kovové či skleněné plotny. Jeho přímým předchůdcem a prvním „moderním“ záznamovým médiem byla disketa vyrobená z ohybného materiálu, která se díky této charakteristice označuje jako pružný disk (floppy disc).
U pevného disku sledujeme následující parametry:
- v prví řadě nás zřejmě zajímá kapacita vyjadřující množství údajů, které dokážeme na disku uchovávat najednou, Tento parametr je jedním z nejzkreslenějším, protože výrobci neuvažují o 1 GB jako o 1024 MB, ale o 1000 MB. Uživatel je potom po připojení disku zklamaný, když namísto avizovaných 80 GB mu systém po správných přepočtů nabízí jen 74,5 GB.
- rychlost práce závisí na více parametrech, na prvním místě je třeba uvést rychlost otáčení desek. Ta se udává v počtu otáček za minutu (rpm – revolutions per minute). Čím je rychlost vyšší, tím více údajů je možno přečíst z disku za časovou jednotku, -přístupová doba vyjadřuje čas, který potřebuje čtecí hlava na to, aby se nastavila na místo, z kterého chceme číst, -hustota záznamů udává, kolik údajů se vejde na 1 cm2 (příp. palec čtvereční), -velikost diskové cache určuje paměťový prostor vyhrazený na přechodné umístění údajů, které „budou potřebné za okamžik“ při čtení nebo zápisu. Tvoří prostředníka mezi diskem a základní deskou. V současnosti se pohybuje na úrovni 8 MB. -přenosová rychlost je výslednou hodnotou závislou na předcházejících parametrech a udává, jaké množství údajů je možné přenést za jednotku času. -komunikační rozhraní je závislé na komunikaci se základní deskou. K dispozici máme P- ATA, SATA, SCSI. -rozměry disku (průměr desek) se udávají v palcích. Standardní disky mají průměr 3,5“, pro přenosné počítače jsou výrazně menší – 2,5“. Fyzická struktura disku Zápis údajů na plotny disku se realizuje v soustředných kružnicích, které nazýváme stopy. Stopy se stejným poloměrem (umístěné na plotnách nad sebou) tvoří cylindry. Stopy jsou rozdělené na sektory (viz obrázek), přičemž sektor představuje nejmenší jednotku, ke které mohou hlavy přistoupit. Na stopách s menším poloměrem zabírá sektor menší plochu než na stopách vzdálenějších od středu. Aby se zbytečně neplýtvalo místem, stopy se rozdělí do více zón a v rámci každé zóny mají potom stejný počet sektorů. Velikost jednoho sektoru je obvykle 512 B.
hlava 1 (head 1) hlava 2 (head 2) hlava 3 (head 3) stopa cylinder sektor zóny stopa klaster (2 sektory) Obr. Cylindr, stopa, zóna a sektor
A jakoby toho nebylo dost, na zjednodušení správy disku a přístupu operačního systému k údajům se sousední sektory slučují do klastrů. Klaster (cluster) je potom nejmenší využitelná jednotka, do které je možno zapsat údaje. Pokud se do něho vloží jen jeden bajt, je celý klastr označen jako obsazený a pro zápis dalších údajů nepřístupný. Velikost klastrů závisí na velikosti pevného disku, pohybuje se od 2 sektorů vyšší (4, 8 atd.).
Diskové zařízení má kromě prostoru určeného na ukládání údajů označovaného jako datová oblast, vyhrazených i několik speciálních částí. „Začátek“ disku (první sektor disku na platně 0 a cylindru 0) se označuje jako master boot record (mbr) a skládá se ze dvou částí:
-zaváděcí program (boot), který se po kontrole hardwaru BIOSem postará o načítání operačního systému z disku, -tabulka oblastí (partition table) obsahuje informace o rozdělení pevného disku. Tento se může dělit na více logických oblastí (partition), přičemž každá z nich se v operačním systému uživateli jeví jako samostatný disk. V každé logické oblasti může být nainstalovaný jiný operační systém. Diskové souborové systémy
Od použitého operačního systému zpravidla závisí i použití souborového systému. Údaje jsou na disku (anebo přesnější v logické oblasti) uložené v souborech (viz dále) a souborový systém určuje způsob jejich ukládání a organizování tak, aby k nim byl zabezpečený co nejjednodušší přístup. Souborové systémy mají za sebou vlastní historický vývoj stejně jako všechny ostatní prvky IKT. V současnosti se můžeme v rámci pevných disků střetnout s následujícími:
-FAT-16, VFAT, FAT-32 – historické souborové systémy používané v prostředí MS DOS, OS/2, Windows 95 a Windows 98. Tento souborový systém byl původně navržen pro diskety a až později se aplikoval na pevné disky. Obsahuje údaje o umístění souborů v tabulce označované jako FAT (File Allocation Table), z které je také odvozen název systému. V tabulce FAT je zaznamenané rozložení souborů v jednotlivých klastrech disku. Informuje o tom, zda je klastr volný anebo zda soubor tvoří několik klastrů. V adresáři není zaznamenáno jen jméno souboru, ale i číslo prvního souborem použitého klastru, odkaz na druhý klastr atd. Při požadavku na přečtení souboru je nejdříve v tabulce zjištěno fyzické umístění prvního klastru na disku, potom mikroprocesor, který je součástí každého disku, nasměruje čtecí hlavu k němu a údaje jsou poslané do vyrovnávací paměti disku. Odtud směřují k operační paměti či procesoru. Čísla v označení hovoří o tom, kolik bitů používá daný souborový systém na adresování. Na jejich počtu potom závisí také maximální velikost, kterou dokáží z pevného disku využít (v případě FAT-16 je k dispozici 16 bitů, což umožňuje adresovat 32 MB, když je velikost klastru jednosektorová a 2 GB když se použijí maximálně 64-sektorové klastry). FAT-32 dokáže teoreticky adresovat 4 TB (terabajty), ale maximální velikost souboru je ohraničená 4 GB. Na pevném disku používajícím souborový systém FAT jsou k dispozici standardně dvě totožné FAT, aby se předešlo ztrátě údajů při poškození jedné z nich. -NTFS (New Technology File System) představuje souborový systém poprvé použitý ve verzi Windows NT, který na adresování souborů využívá 64 bitů a používá filozofii značně odlišnou od filozofie FAT. Celý systém je řešený jako obrovská databáze, ve které jeden záznam zodpovídá jednomu souboru. Komplexní informace o jejím obsahu jsou obsaženy v MFT (Master File Table), kde je pro každý soubor či adresář (přihrádka) vyhrazený jeden záznam obsahující všechny atributy – jméno a typ souboru, bezpečnostní informace apod. Oproti FAT přinesl NTFS následující novinky: - žurnálování (logování) – všechny zápisy na disk se zaznamenávají do speciálního (žurnálového) souboru, díky kterému je možné při havárii systému vrátit zpět nedokončené operace a uvést údaje do původního stavu.
- zatímco v systému FAT bylo možné přidělovat přístupová práva jen k sdíleným přihrádkám (např. při přístupu v rámci lokální sítě), NTFS umožňuje přidělit práva na přístup k libovolnému souboru či adresáři i v rámci jednoho počítače na základě přihlášení uživatele do systému. - zvýšení rychlosti při větších množstvích údajů a složitějších adresářových strukturách. - šifrování a komprimace údajů na úrovni souborového systému bez potřeby používání dalších aplikací. -ext, ext2 a ext3 (extended file system) jsou představiteli souborového systému používaného v operačních systémech typu Linux. Umožňují přidělování přístupových práv k údajům i zařízením stejně jako NTFS, ext3 disponuje i žurnálováním. Ostatní systémy typu Unix nepoužívají univerzální souborové systémy, ale obvykle disponují vlastními umožňujícími přidělování přístupových práv a často i žurnálování. -HFS (Hierarchical File System) je souborový systém unixového původu používaný v Apple Macintosh. Jeho následovník HFS plus disponuje funkcí přidělování přístupových práv a novější verzi přidali žurnálování a zavedli několik optimalizačních funkcí ve snaze defragmentovat (viz dále) soubory bez nutnosti použít externí defragmentační program. Formátování
Pevný disk po prvním připojení k počítači nemá vytvořený souborový systém a není možné ukládat na něj údaje. Pro oživení je potřebné vykonat rozdělení na oddíly (partition, případně určit, že se bude používat jako jediný oddíl), určit oddíl, ze kterého se bude spouštět operační systém a následně všechny oddíly naformátovat. Tím se definuje používaný souborový systém a médium se připraví na zápis údajů (každý oddíl může používat jiný souborový systém). Na vytvoření oddílů a formátování je možno použít speciální programy, anebo všechny operace ponechat na instalátoru operačního systému. Formátování odstraní (vymaže) z pevného disku (oddílu) všechny soubory a adresáře.
V některých případech je však možné původní údaje získat zpět, protože fyzicky jsou odstraněny jen záznamy o umístění souborů a údaje zůstávají na disku v zásadě neporušené. V případě, že chcete údaje skutečně bezpečně odstranit, je vhodné použít programy či funkce, které přepíšou celý povrch disku hodnotou 0.
Při formátovaní oddílů, který je nastavený jako aktivní pro spuštění operačního systému, je potřebné zabezpečit, aby byl naformátován jako systémový (obvykle se o to postará přepínač v příkazu anebo zaškrtávací políčko v grafickém operačním systému).
Kromě tohoto typu formátování (high-level) existuje i nízkoúrovňové formátování (low-level), které zpravidla vykonává výrobce (ve starších BIOSech byla k dispozici tato možnost i pro běžného uživatele). Pomocí něho se určuje počet stop, cylindrův a sektorův na plotnách pevného disku.
Fragmentace
Údaje jsou na pevném disku uloženy v souborech. Po odeslání požadavků na uložení se v neoptimalizovaném případu postupuje následovně:
-najde se první volný klastr a uloží se do něj začátek souboru odpovídající velikosti klastru, - v případě, že je volný sousední klastr, využije se na zápis další části, pokud je obsazený, najde se nejbližší volný klastr a zápis pokračuje do něj, atd., až když není zapsaný celý soubor. Příčinou toho, že některé klastry jsou volné a jiné ne, je zejména mazání souborů Když je pevný disk prázdný a soubory se z něho nemazaly, údaje zaplňují postupně sousední klastry. Jestliže dojde k vymazání souboru, uvolní se klastry, které obsazoval. Ty obvykle nejsou na konci zapsané oblasti a po odstranění souboru vznikne v použité oblasti „díra“, do které se později uloží další soubor anebo jeho část. Důsledkem takovéto činnosti je, že když soubor
zabere více klastrů, než je k dispozici v souvislém celku, musí se rozdělit – tomuto dělení říkáme fragmentace. Když potom uživatel žádá obsah souboru, přečte se jeho začátek, čtecí hlava se přesune na další blok souboru atd., dokud neshromáždí komplexní obsah. Fragmentace nepříznivě ovlivňuje jak rychlost zápisu a čtení údajů, tak i celkovou kapacitu a opotřebování hardwaru. Fragmentace jako takové není možné zabránit, je však vhodné minimalizovat ji používáním aplikací vykonávajících defragmentaci, která přemístí části souborů tak, aby byly umístěné v souvislých blocích.
Kontrola a bezpečnost údajů
Pokud je počítač vypnutý nekorektním způsobem, může se stát, že právě ukládané údaje nebudou správně zapsané (ukončené). Část problémů spojených s neukončenými operacemi řeší žurnálování souborových systémů, ale někdy (v případě nežurnálových souborových systémů téměř vždy) je potřebné analyzovat nedokončený zápis i jinými způsoby. V operačních systémech Windows je na tento účel určena aplikace scandisk, resp. chkdsk (check-disk), která kromě kontroly konzistentnosti a správné velikosti souborů dokáže analyzovat i povrch disku a hledat chybné sektory. Poškozený sektor je systémem označený a údaje se do něj víc nezapisují. Toto opatření má zabránit zápisu údajů na místa, z kterých by už nemusely být čitelné. Ztráta údajů co jen v malém množství je vždy nepříjemnou záležitostí a o to hůř, pokud dojde k poruše pevného disku. Na zjištění pravděpodobnosti takového výpadku mají pevné disky implementovanou technologii S.M.A.R.T (Self-Monitoring, Analysis and Reporting Technology – monitorovací systém pevných disků), která poměrně spolehlivě dokáže určit, kdy je vhodné pevný disk vyměnit. SMART pracuje na principu sledování a vyhodnocování více parametrů (počet startů, chybovost vyhledávání, počet chyb zápisu, počet špatných sektorů apod.). Technologii v současnosti podporuje většina základních desek, které o kritickém stavu uživatele informují. Technologie RAID (Redundant Array of Independent Disks – redundantní pole nezávislých disků) představuje další možnost na zvýšení výkonu a/anebo ochrany údajů při neočekávaných poruchách hardwaru. Předpokladem jejího použití je připojení minimálně dvou pevných disků, kdy již můžeme hovořit o jednoduchém diskovém poli. RAID nabízí několik úrovní zapojení, přičemž mezi nejtypičtější patří úroveň 1 (označovaná také jako zrcadlení), která při každém ukládaní údajů vytváří na dvou (anebo více) připojených discích identickou kopii. V případě poruchy jednoho ze zařízení máme na dalším k dispozici úplně stejný obsah. Na zvyšování výkonu se používá úroveň 0, která při zápisu na připojené disky údaje rozděluje (v případě dvou disků se rychlost práce s diskem teoreticky zdvojnásobí). V případě poškození kteréhokoli z připojených disků, však dojde ke ztrátě všech údajů. Tento nebezpečný stav se řeší kombinací RAID 0+1, která využívá výhody diskových polí RAID 0 a RAID 1. Pevné disky jsou organizované tak, že tvoří několik diskových polí typu RAID 0 stejné velikosti a tato pole jsou spojená do jednoho diskového pole typu RAID 1. Je tak zabezpečená redundance uložení údajů a stejně je také zvýšená výkonnost čtení a zápisu údajů. Zajímavou alternativou je zapojení RAID 5, které se snaží využít dostupnou diskovoukapacitu co možná nejlépe. Údaje se při zápisu rozdělují na části, které se zapisují na jednotlivé pevné disky, přičemž na jeden z disků se zapisuje kontrolní (paritní) blok vypočítaný z údajů zapsaných na ostatní disky. Jestliže dojde k výpadku disku, na kterém je uložený údajový blok, je možné tento blok vypočítat z ostatních údajových bloků a kontrolního bloku. Jakmile dojde k výpadku disku, na kterém je uložený kontrolní blok, je možné tyto údaje vypočítat a obnovit z původních údajových bloků.
Standardně se diskové pole typu RAID používají na serverech, jejich využívání na osobních počítačích je spíše výjimkou.
Kompaktní disky (CD) CD (compact disc – kompaktní disk) je plastový kruh původně používaný na distribuci hudebních nahrávek, které se na CD ukládaly lisováním a bylo je možné přehrávat v hudebních přehrávačích a později i ve čtecích mechanikách osobních počítačů. Původně se na něm šířila hudba, později přibyla možnost šířit i jiné údaje. Předpokladem bylo doplnění mechanizmů na kontrolu a opravu chyb – to co by se ve zvukové nahrávce mohlo jevit jen jako nepatrné prasknutí, by v případě údajů mohlo způsobit nepoužitelnost celého souboru. Na rozdíl od pevných disků, které mají soustředné kruhové stopy rozdělené do sektorů, má kompaktní disk jedinou spirálovou stopu, která začíná uprostřed disku. Ta je po celé své délce rozkouskovaná na stejně dlouhé bloky. Informace je v blocích, stopy ve tvaru malých jamek nestejné délky (pity), které se střídají s ploškami (lands). Jamky a plošky na discích nepředstavují nuly a jednotky, ale jednotka je vyvolaná přechodem mezi nimi, žádná změna reprezentuje nulu. Údaje čte laserový paprsek, který se po vložení CD nabudí a zaostří na velikost jamek. Odražené světlo potom snímá fotodetektor a přetváří ho na digitální signál, který dále odevzdává elektronice zařízení. Pity se vytvářejí prostřednictvím matrice, podle které se do roztaveného polykarbonátu „vytlačí“ obraz disku. Na něj se nanese odrazová (obvykle aluminiová vrstva), která se „zaleje“ lakovou ochrannou vrstvou. Na ní se obvykle přilepí etiketa. Lisovaný kompaktní disk se označuje také jako CD-ROM (Compact disc – Read Only Memory), protože jakmile je disk vylisovaný, je možno z něho údaje (hudbu, soubory) už jen číst bez možnosti změny. Náklady na tvorbu média je potřebné rozdělit mezi použitý materiál, vytvoření matrice sloužící jako vzor a aplikování technologie – produkce se tím pádem vyplatí jen při vysokonákladových titulech.
V roce 1990 byly firmou Philips zveřejněny charakteristiky a formát zapisovatelných CD pod názvem CD-R.
CD-R se často označuje také jako CD-WORM anebo CD-WO, kde WO znamená write-once (jediné zapsání) a WORM (write-once, read many) možnost jediného zápisu, ale mnohých čtení.
Tento krok odstartoval éru používání kompaktních disků v malém a umožnil ukládání do té doby nepoznaného množství údajů na jednoduchý plastový kotouč s průměrem 12 cm i běžnému uživateli. Technologie čtení je založená na odrážení laserového paprsku stejně jako při formátu CD- ROM, pro zápis byla do struktury média přidaná světlocitlivá vrstva, která umožňuje zapisovacímu zařízení (slangově nazývanému vypalovačka) jednorázový zápis údajů prostřednictvím laseru. Na místech, kam dopadne laserový paprsek (vykoná zápis) se světlocitlivá vrstva spojí s metalickou a při čtení se toto místo jeví stejně jako jamka při lisovaných médiích – odráží světlo s menší odrazivostí. Při prvních CD-R bylo jako aktivní vrstva použito organické barvivo modré barvy a odrazovou vrstvu tvořilo zlato. Médium bylo velmi citlivé na UV záření a delší vystavení slunečním paprskům pro něj často znamenalo nenávratné poškození záznamu. V současnosti se vzhledem k cenové válce mezi výrobci zlato používá minimálně a mírně se zvýšila i odolnost vůči UV- záření. Vzhledem k nevyhnutelnosti vysoké přesnosti při nahrávaní údajů je už při výrobě na polykarbonátové vrstvě CD-R média vytvořena spirálová drážka, sloužící jako vodítko pro laser mechaniky, čímž je umožněno velmi přesné nahrávání dat na disk.
První mechaniky umožňující zápis údajů na CD pracovaly pomalu a dokázaly na jedno CD uložit údaj jen jednou bez ohledu na to, jakou část CD využily. Později se rychlost zápisu (i čtení) zvyšovala a byla vyjádřena násobky 1-52, které reprezentovaly přenosovou rychlost (hodnota 1 odpovídá přenosu 150 kB/s). Později už bylo možné na CD-R údaje dopalovat v tzv. sekcích (podpora multisession).
Specifický typ kompaktního disku tvoří přepisovatelné CD-RW (CD Rewritable). Média tohoto typu je možno vymazávat a opětovně na ně ukládat údaje. Předpokladem vícenásobného ukládání je odlišná struktura záznamového materiálu, která při zápisu údajů laserovým paprskem (teplota 500-700 stupňů Celsia) mění zasažená místa tak, aby pohlcovaly světlo a při mazání údajů (teplota okolo 200 stupňů) jim vrací původní strukturu. CD RW je možno přepsat několik tisíc krát. Snímací hlava CD je v porovnání s pevným diskem poměrně daleko od povrchu (okolo 1 mm), takže její poruchy jsou výjimečné. Problémem může být prach anebo mastnota (z nesprávného držení média), které dokážou odrazit nebo odchýlit laser a způsobit tak selhání systému.
Údaje jsou při zápisu ukládané spirálovitě, přičemž nejčastěji se používají následující souborové systémy:
-ISO 9660 (založený na starším formátu označovaném jako High Sierra) je definovaný na třech úrovních, přičemž nejnižší dovoluje názvy souborů skládající se maximálně z osmi znaků a třech znaků pro koncovku, struktura adresářů se může skládat maximálně z osmi úrovní. Při dodržení těchto pravidel jsou údaje čitelné jak na systémech Windows, tak i na systémech používajících Unix a Mac OS. Vyšší úrovně povolují větší počet (30) znaků v názvech souborů. Systém je podobný FAT systému a údaje o umístění souborů začínají v 166. sektoru disku. V případě, když se CD skládá z více sekcí, je tabulka obsahu (TOC – Table of Contents), tj. údajů a adresářů, umístěná na začátku každé z nich. -Joliet je dalším rozšířením ISO9660, které umožňuje používání 64 znakových názvů a více než 8 úrovní adresářů. -UDF (Universal Disc Format) představuje nový souborový systém, který má zajistit možnost výměny údajů mezi různými operačními systémy. Podporuje délku názvu 255 znaků a umožňuje paketový zápis, který dovoluje pracovat s médiem stejně jako s pevným diskem – kopírovat, přesouvat a mazat soubory pomocí souborového manažera operačního systému bez potřeby spuštění speciálního programu určeného pro vypalování. -Mac HFS je souborový systém určený pro počítače MacIntosh, který není kompatibilní s PC. -Rock Ridge představuje další rozšíření ISO 9660, které podporuje vlastnosti známých z operačních systémů typu Unix, jako přidělování práv na přístup k souborům, komentáře k souborům apod. U mechaniky CD-ROM, případně CD-RW sledujeme podobné parametry jako u pevných disků, přičemž nejzajímavější jsou zřejmě přístupová doba, rychlost čtení, rychlost zápisu a rychlost přepisování. Např. kombinace 52/40/24 udává schopnost číst rychlostí 52, zapisovat 40 a přepisovat 24 (jednotkou rychlosti je 150 kB/s). Tyto hodnoty jsou však udávané výrobcem jako maximální a v reálné praxi se k nim přiblížíme jen zřídka.
Kompaktní disky, které v současnosti používáme, mají obvykle kapacitu 700 MB, případně ve zmenšeném (8 cm) formátu okolo 200 MB. Zřídka kdy je možnost se střetnout ještě i se staršími médii s kapacitou 650 MB.
Okrem těchto (více - méně standardních) médií existují i CD umožňující zápis 800-900 MB, ve všeobecnosti se však jejich používání nedoporučuje, protože může vést k nenávratnému poškození jak čtečky, tak i zapisovačky.
DVD
přímým následovníkem kompaktních disků je DVD (Digital Video/Versatile Disc – digitální video/víceúčelový disk) původně vyvíjený pro filmový průmysl hledající prostředek poskytující jak levnější, tak i kvalitnější prostředek k distribuci filmových nahrávek (odtud pochází i prvotní název digital video disc). Technologie DVD je téměř totožná s technologií používanou při CD, vyšší kapacity se dosáhlo několika drobnými úpravami (např. zmenšením jamek a plošek, zúžením spirálové stopy) a možností využívání dvojvrstvového zápisu. Při dvojvrstvovém zápisu se na ukládání údajů využívají dvě vrstvy, do kterých se zapisuje na základě zaostřování laserového paprsku na jednotlivé plochy – vrchní vrstva je proto vůči paprsku polopropustná. Současné DVD má v případě jednovrstvové verze kapacitu 4,7 GB, v případě dvojvrstvového 9,4 GB. Pokud se použije dvojvrstvové oboustranné médium je k dispozici kapacita až 17 GB.
Stále nejčastějším obsahem DVD jsou filmy, přičemž jednovrstvové (4,7 GB) médium dokáže při maximální kvalitě zaznamenat 135 minut videa a několik zvukových kanálů. Obvykle se využívá kódovací obrazová norma MPEG-2, která zabezpečuje kompresi pohyblivých obrázků. Komprese využívá fakt, že pohyb se skládá z postupnosti obrázků a ty informace, které zůstávají stejné jako v předešlém obrázku se nezaznamenávají, protože existuje možnost
je získat z předcházejícího obrázku. Obr. DVD a nabídka přechodu mezi částmi filmu
DVD využívá souborový systém UDF, který oproti svému předchůdci (ISO 9660) nemá problémy s maximální velikostí souborů, která je u ISO 9660 buď 2 GB anebo 4 GB podle implementace. Filmové stopy se však obvykle dělí do více menších souborů (max. 1 GB) z důvodu snížení nároků na elektroniku DVD přehrávačů.
Disketa Disketa (FDD – Floppy Disk Drive) představuje v současnosti nejstarší používané médium, které se od doby svého vzniku v roku 1967 změnilo asi nejméně. Skládá se z pružného
kotouče pokrytého magnetickou vrstvou, která uchovává zaznamenané údaje. Tento kotouč je umístěný v plastovém obalu, který byl u starších verzí disket (8“ a 5,25“) lehce ohýbatelný a obsahoval výřez, přes který přistupovala k povrchu diskety disketová mechanika. V současnosti používané 3,5“ diskety mají obal pevný a samotná záznamová plocha je na místě výřezu chráněná kovovým krytem – ta se po vložení do mechaniky odsune a zpřístupní
tak záznamovou plochu na čtení nebo zápis. Obr. Disketa
I když původně diskety představovaly jediné médium, na kterém mohl být uložen operační systém a které musely být v mechanice zasunuté po dobu celé jeho činnosti, vývojem pevných a kompaktních disků byly odsunuté do pozadí. Ještě nedávno se disketa používala na archivování a přenos menšího množství údajů, ale v současnosti je už jako taková jedním z největších přežitků. Práce s ní je velmi pomalá a disketa jako médium je velmi nespolehlivá
– někdy s ní stačí zavadit anebo prudčeji položit a uložené údaje jsou navždy ztraceny. Navzdory mnohým předpovědím o svém zániku si však svoje místo u běžného uživatele neustále drží. Princip ukládání údajů je stejný jako u pevných disků. Disketa se skládá z jediné oboustranné plotny, která je rozdělená na stopy a sektory. Komunikaci diskety s počítačem zabezpečuje disketová mechanika, která se k základní desce připojuje pomocí kabelu stejně jako pevný disk. O zápis se v ní stará zapisovací a o čtecí hlava. Důležitým rozdílem oproti technologii pevného disku je, že hlavy se dotýkají záznamového média a jakákoli manipulace s disketou při čtení nebo zápisu vede k poškození údajů. V důsledku přímého kontaktu je potom logicky omezená i životnost disket. Kapacita diskety představuje v současnosti 1,44 MB. Flash paměti
Masové rozšíření nejrůznějších digitálních zařízení (digitální fotoaparáty, MP3 přehrávače, mobilní telefony, diktafony) a snaha poskytnout jim co největší prostor na ukládání údajů, si vyžádaly médium, které bude dostatečně malé fyzicky a dostatečně velké kapacitně. Takovýmto zařízením je paměťová (flash) karta, která buď rozšiřuje pevně zabudovanou kapacitu zařízení, anebo představuje jediné místo, kam se získané údaje (fotografie, zvukový záznam) ukládají. Paměťové karty existují v mnohých tvarech a provedeních, liší se kapacitou, rychlostí práce a cenou. Flash paměť je druh paměti, ve které se s údaji manipuluje prostřednictvím elektrických impulzů, přičemž údaje zůstávají uchovány i po odpojení nabíjení. Jejich první nasazení představují ROM paměti, které sloužily jako součást BIOSu hardwarových zařízení a v případě potřeby bylo možné přepsat jejich obsah pomocí speciálního programu. V současnosti tyto paměti umožňují ukládání a čtení údajů buď přímo v zařízení, které je využívá, anebo v případě použití speciálního zařízení (čtečky paměťových karet) i prostřednictvím počítače. Může se s nimi pracovat podobně jako s disketami, ale jsou nesrovnatelně spolehlivější, rychlejší a schopné pojmout údaje od 16 MB do 4 GB i víc. Existují už i pevné disky, ve kterých je standardní elektromagnetický přístup nahrazen elektrickým a na ukládání údajů využívají flash moduly. Oproti elektromagnetickým diskům mají asi 20 násobně nižší spotřebu, jsou nehlučné a díky neexistenci mechanických součástek
i nízkoporuchové. Svoje uplatnění našli v zařízeních, které umisťujeme do prostředí s náročnými podmínkami (prašné prostředí).
Velmi rozšířenou kategorií paměťových karet jsou USB klíče (flash disky), jejichž obrovskou výhodou je, že na práci s údaji nevyžadují žádnu čtečku, stačí je zasunout do USB portu. Oproti ostatním zařízením nabízejí jednoduchou manipulaci, vysokou rychlost ukládání i čtení údajů, velmi dobrou skladovatelnost, přenositelnost a oproti ostatním médiím zejména spolehlivost. Klíči se začaly nazývat proto, neboť se dají nosit na řetízku (anebo ve svazku) a zároveň se do USB portu zasouvají jako klíč. Kapacita je analogická s paměťovými kartami.
Ostatní paměťová média
V současnosti se kromě vyjmenovaných paměťových médií zvykle využívat také další zařízení určené na evidování údajů. Jejich výskyt je však už jen sporadický, protože je vytlačují nové levnější technologie umožňující uchovávání údajů větší kapacity:
-zip média o velikosti 100-250 MB navenek vypadají jako hrubší diskety a i princip činnosti je jim velmi podobný – zápis i čtení se realizuje prostřednictvím čtecích (zapisovacích) hlav, které se při práci dotýkají magnetické vrstvy záznamového média. Zip-mechaniky se připojují k počítači jako interní zařízení anebo prostřednictvím USB či paralelního portu. -jaz je zajímavým řešením, které připomíná pevný disk s výměnnými plotnami – záznam se vykonává do magnetické vrstvy pomocí hlav oddělených od samotného média tenkou vzduchovou vrstvou. Kapacitně je schopný pojmout 1-2 GB údajů. Je vhodné využívat ho více na krátkodobé než na dlouhodobé archivování údajů. Majitelem i tvůrcem obou technologií je firma Iomega, jejichž označení tyto výrobky někdy nesou. Obr. Jaz
-LS-120 (a:drive, superdisk, vysokokapacitní disketa) je přímým konkurentem zip, dokáže uchovávat 120 MB anebo 240 MB. Používá optické navázání čtecích a zapisovacích hlav, čímž dosahuje vyšší přesnost a umožňuje zvýšit hustotu stop na magnetickém povrchu paměťového média. Tato mechanika dokáže pracovat i s 3,5“ disketou. -streamer představuje tradiční záznamovou jednotku, která na ukládání údajů využívá magnetickou pásku. Kazety s páskami jsou velmi rozdílné a existuje jich mnoho typů. Tím, že používají sekvenční přístup k údajům, je vyhledávání oproti ostatním médiím značně zpomalené, avšak v oblasti archivování velkého množství údajů se využívají velmi často. -magnetooptické disky představují kombinaci magnetického záznamu a energie laseru. Aby byla zajištěna popisovatelnost média, nevykonávají se na povrchu disku fyzické změny. Při zápisu se laser používá na zahřívání magnetické vrstvy a změnu jejich částic, které potom při čtení podle stavu vychylují čtecí paprsek. Kapacita médií se pohybuje od 128 MB do několika GB. Nejnovější technologie se snaží o uložení čím dále, tím většího množství údajů. Za nástupce DVD se často označují Blu-ray (z anglického blue ray – modrý paprsek – podle světla, které používá na čtení údajů)a HD DVD (High-Density Digital Versatile Disc – DVD s vysokou hustotou). Výroba HD DVD je o něco levnější, protože je možné využít výrobní linky DVD, Blu-ray zase předběhl konkurenta ve dřívější existenci finální specifikace a vytvoření kódovací technologie zabezpečující obsah média před nelegálním kopírováním.
Na první pohled se neliší ani mezi sebou ani od médií CD a DVD. Při stejné tlouštce (1,2 mm) je v případě HD DVD uložená záznamová vrstva přesně do středu, při Blu-ray je polykarbonát hrubý jen 1,1 mm díky čemu dokáže laserový paprsek zaostřit na podstatně menší plochu (bod). Tím získává Blu-ray oproti HD DVD vyšší kapacitu (až 25 GB při jednovrstvových, resp. 50 GB při dvojvrstvových médiích oproti 15 GB, resp. 30 GB u HD DVD). Ve vývoji jsou dokonce 4-6 vrstvové média, která by mohla posunout kapacitu jednoho disku až na 150 GB. Oba formáty slibují zpětnou kompatibilitu, takže jejich mechaniky dokážou číst i DVD a CD média.
Po zralé úvaze bychom mohli povědět: na co taková kapacita! když už jen na napsání 100 stran textu (což při 1800 znacích na stranu přestavuje 180 000 bytů a asi 180 kB) trvá velmi dlouho a nabízí obrovské množství informací. Jenže s jídlem roste chuť (čím více místa máme, tím více ho potřebujeme) a textové informace už dnes nejsou pro většinu uživatelů zajímavé. V případě, že chceme uložit obrázek, který zabere půl strany, musíme se řídit jinými kritériemi: počtem barev, kvalitou, typem (fotografie, ruční skica,...), přičemž jeden obrázek v době digitálních fotoaparátů znamená asi tolik jako kapka vody v moři. A stejně, když chceme uložit 10 sekund zvuku v nejvyšší kvalitě, může se stát, že objem údajů naroste do několika MB 90 minutový film v nízké kvalitě zabere celé CD, ve vysoké kvalitě jedno DVD a vpřípadě velmi vysoké kvality si asi bez Blu-ray či HD DVD neporadíme.
Cenová dostupnost
Když porovnáme ceny jednotlivých externích médií, jednoznačnými vítězi jsou DVD a CD, za které při obrovské kapacitě zaplatíme jen několik málo (desítek) korun. Pokud na tato média ukládáme důležité údaje, je žádoucí nepoužívat nekvalitní (obvykle jsou to ty levné) média, ale dát raději přednost dražším – značkovým. Na základě testů z více zdrojů je možno vyhlásit, že údaje na nejlevnějších médiích a médiích ze střední cenovou hladinou vydrží bez porušení maximálně tři-čtyři roky, přičemž výrobci dražších značek garantují až několik desítek let. Nejde přitom o manuální poškození uživatelem (škrábance apod.), ale zejména o trvanlivost a kvalitu odrazové a světlocitlivé vrstvy. Odrazová vrstva má tendenci po určitém čase odpadávat anebo odrážet čtecí paprsek nesprávně, světlocitlivá zase pod vlivem vnějších vlivů (zejména UV záření) měnit svoji strukturu.
médium kapacita disketa 1,44 MB RAM 256 – 2 048 MB pevný disk 40 GB – 1 TB CD 700 MB DVD 4,7 resp. 9,4 GB USB klíč 128 MB – 8 GB paměťová karta 16 MB – 8 GB Blu-ray 25, resp. 50 GB HD DVD 15, resp. 30 GB
Vstupné zařízení
Na to, abychom dokázali systému zadávat požadavky a v neposlední řadě i vkládat do něj údaje, potřebujeme nevyhnutelně vstupní zařízení.
Klávesnice Nejznámějším, nejstarším a nejpoužívanějším zařízením je klávesnice. Je to zařízení, které od svého vzniku přešlo několika, avšak ne zásadními úpravami. Nejčastěji obsahuje 101 až 104 standardních a několik speciálních kláves na ovládání aplikací funkcí (takovéto klávesnice se občas označují jako multimediální, protože přídavné klávesy je možno použít na ovládání hlasitosti anebo přepínání mezi skladbami CD, či scénami DVD). Největší plocha klávesnice slouží jako psací stroj. Standardní klávesnice mají tvar obdélníka, ale v současnosti se prodávají i ergonomické klávesnice, které jsou přizpůsobené tak, aby s nimi pracující uživatel vynakládal minimální námahu.
připojení k počítači se realizuje prostřednictvím portu PS2, USB anebo bezdrátově. Klávesnice se standardně skládá z:
- alfanumerické části sloužící na psaní standardní abecedy, - numerické klávesnice umístěné na pravé straně, která obsahuje číslice a základní matematické operace a jejichž cílem je ulehčit a zrychlit psaní číslic např. v případě matematických aplikací, -skupiny kláves určených na ovládání pohybu kurzoru a některých charakteristik prostředí, -funkčních kláves umístěných v horní řadě klávesnice. Ty zpravidla vyvolávají funkce v rámci aplikací (které se v jednotlivých aplikacích mohou lišit, i když některé funkční klávesy jsou už standardizované, např. F1 – pomoc, F10 – vstup do menu apod.)
1 – alfanumerická část 2 – tlačítka pro pohyb a manipulaci s obsahem 3 – numerická klávesnice 4 – funkční klávesy
kromě klasických klávesnic se s jejich zredukovanou podobou můžeme střetnout u přenosných počítačů (notebook, handheld), diářů a mobilních telefonů. V případě miniaturizovaných zařízení se často místo fyzické klávesnice používá dotyková obrazovka, na které jsou zobrazeny klávesy, a která reaguje na dotyk speciálního pera nebo jen prst uživatele. Další zajímavostí je virtuální klávesnice, kterou reprezentuje obraz promítaný např. na povrch stolu. Polohu prstů a rukou snímají miniaturní kamery a na základě získaného obrazu vyhodnocovací software dokáže určit, která klávesa byla právě „stlačena“. Tento typ klávesnice má potenciální využití v oblasti kapesních zařízení a mobilních telefonů.
Obr. Dotyková a virtuální klávesnice
Speciální kategorii klávesnic tvoří tzv. gelové klávesnice, které jsou prachotěsné a vodotěsné. Využívají se na prašných a vlhkých místech, v operačních sálech, sterilním prostředí, a verze s podsvětlením v tmavém prostředí. Tyto klávesnice je možno čistit čistícími prostředky, sterilizovat, dokonce překládat, rolovat anebo lepit na sklo či nábytek v libovolné poloze.
Myš Myš je mnohem jednodušším zařízením než klávesnice, ale díky funkcím operačních systémů s ní uživatel realizuje mnohem více operací než s klávesnicí. Myš odesílá počítači jednak informaci o tom, ve kterém směru a o jakou vzdálenost s ní uživatel pohnul a jednak informaci o tom, zda a které tlačítko bylo stlačené. Pohyb myši může být snímaný mechanicky (prostřednictvím kuličky umístěné na její spodní straně) anebo opticky (prostřednictvím optických senzorů, které snímají povrch, po kterém se myš pohybuje). Standardní myš obsahuje minimálně dvě tlačítka (v případě některých verzí pro Apple MacIntosh si vystačí s jedním). V současnosti jsou myši standardně doplněny scrolovacím kolečkem, které umožňuje např. rolování - plynulé posouvání obsahu v některých aplikacích (textu, internetového obsahu apod.). Vyspělejší myši dovolují používání scrolovacího kolečka ve čtyřech směrech, případně obsahují další tlačítka. V přenosných zařízeních je myš nahrazena trackballom (kulička, která umožňuje ovládat kurzor myši otáčením), trackpointom (kulička je nahrazena kolíkem a myš se pohybuje ve
směru jeho zatlačení) anebo touchpadom (plocha reagující na dotyk, která pohyb po povrchu přenáší na kurzor myši), případně podobně jako klávesnice jen dotykovou obrazovkou.
Speciálním zařízením oblíbeným zejména u hráčův počítačových her je joystick (džojstik). jde o vstupní zařízení ve tvaru řadící páky, se kterou je možno pohybovat v libovolném směru. Joystick přenáší do počítače jak směr pohybu, tak i jeho „sílu“ podle sklopení řadící páky. Příbuzným zařízením je gamepad rozšířený o klávesy, který je určený na obouručné ovládání počítačových her a může obsahovat kombinaci tlačítek, joysticků, trackballu, může být realizovaný v podobě volantu apod.
V současnosti jsou populární zařízení, které na připojení k počítači nepoužívají kabel, a připojují se prostřednictvím bezdrátové komunikace. S myší anebo klávesnicí zpravidla uživatel dostane i přijímač, který prostřednictvím kabelu připojí k počítači a umístí tak, aby měl klávesnici či myš „na dohled“. Zařízení mohou využívat infračervené kmitočty (přičemž šířka pásma je dostatečná na to, aby se zařízení navzájem nerušila) anebo rádiový signál (kde je třeba brát v úvahu, aby víc zařízení v místnosti nepracovalo na stejné frekvenci).
Mikrofon
V čase, kdy zpracování obrazu a videa na počítači ještě ani zdaleka nebylo standardem, byl jedním z mála cenově přijatelných vstupních zařízení mikrofon. Mikrofon pracuje tak, že
transformuje zvuk z okolí na elektrický signál, který přenáší do počítače prostřednictvím zvukové karty (viz dále).
Skener Na “vložení” údajů z papírové či tištěné předlohy do počítače se většinou používá skener (scanner). Je to zařízení pracující na podobném principu jako kopírovací stroj, přičemž výsledkem jeho činnosti není vytvoření kopie na papíře, ale transformace zesnímaných údajů do elektronické podoby, které obvykle i odešle do počítače.
S okleštěnou verzí skeneru se střetáváme i v běžném životě, když např. v klasickém obchodě prostřednictvím snímače čárového kódu dokáže systém identifikovat zboží a na základěčárového kódu zobrazit všechny údaje
o předávaném zboží. První skenery byly ruční – uživatel posouval ruku se zařízením po papíře a snímač přenášel údaje do počítače. Kvalita nasnímaného obrazu závisela od toho, jak rovnoměrně a přímo dokázal uživatel posouvat ruku se zařízením. O něco pokročilejším zařízením je skener průchodový, který po vložení dokumentu do podavače snímá údaje tak, že dokument jím přejde. Tato technologie se nejčastěji využívá při faxování, ve všeobecnosti není rozšířená, protože kvůli potřebě přechodu skenované předlohy není možno zpracovat knihy, časopisy apod. Další kategorii jsou bubnové skenery, které dokážou snímat předlohy velmi kvalitně, avšak cenově patří do vyšších kategorií. Skenovaný dokument je v tomto případě umístěný na bubnu, který se otáčí a natáčí předlohu snímačem po velmi malých krocích. Kvůli lepšímu kontaktu s bubnem je předloha pokrytá speciální kapalinou. Umožňuje snímání předloh velkých formátů ve vysoké kvalitě.
Osobitou kategorii tvoří 3D skenery, které využívají technologii schopnou pomocí laseru nasnímat trojrozměrný objekt. Umožňují z hotového modelu, anebo výrobku vytvořit virtuální počítačový model. Využívají je animátoři, dizajnéři, vývojáři počítačových her, architekti, ale svoje uplatnění našly také v medicíně, kde skener nasnímá několik stovek obrázků těla a software z nich poskládá jeho trojrozměrný barevný obraz.
Nejrozšířenější skupinou jsou plošné skenery, které snímají předlohu položenou na skleněnou desku. Pod touto deskou se nachází pohyblivý snímací mechanizmus disponující zdrojem světla, kterým osvětluje předlohu. Na základě jeho odrazu vytváří obraz, který odesílá do počítače prostřednictvím některého ze standardních rozhraní (paralelní, USB, Firewire anebo SCSI).
Podle použité technologie snímání se skenery rozdělují na CCD a CIS. V případě CCD (Charged Coupled Device) se skener skládá z lampy, soustavy zrcadel, zaostřovací čočky, CCD snímačů, A/D převodníku a modulu pro zpracování signálu. Na osvícení předlohy se využívá katodová lampa, systém odrazových zrcadel usměrňuje paprsek odražený od předlohy přes čočku na CCD senzory. Ty transformují intenzitu dopadajícího světla na elektrický signál, který A/D převodník mění na digitální. Senzory jsou však schopné zaznamenat jen intenzitu dopadajícího světla (a ne jeho barevnost), proto je potřebné rozložit světlo prostřednictvím barevných filtrů na základní složky RGB (červená, zelená a modrá) a každou z nich snímat samostatně. Technicky je snímání vyřešené umístěním snímačů ve třech řádcích, přičemž každý z nich snímá při tom jistém přechodu dokumentem jinou barvu. Oproti CIS skenerem mají CCD velkou výhodu v tom, že dokážou nasnímat i tu část dokumentu, která se přímo nedotýká podložky (prostředek knihy položené oběma stranami na podložce, případně libovolný předmět). Skenery CIS (Contact Image Sensor) jsou v porovnání se skenery CCD o něco rychlejší, jednodušší a mají menší rozměry i spotřebu. Problémem je o něco nižší citlivost (i když v současnosti je už rozdíl zanedbatelný) a neschopnost prostorového snímání. Na osvětlení předlohy využívají soustavu LED diod s červeným, modrým a zeleným světlem, které se odráží od předlohy a dopadá na CIS snímače. Při této technologii odpadá potřeba používání lampy a soustavy zrcadel. Díky nízké energetické náročnosti jsou tyto skenery schopné pracovat bez samostatného externího nabíjecího zdroje – stačí jim nabíjení poskytované portem USB připojeného počítače.
4 6 1 2 3 4 4 5 1 – skleněná deska skeneru 2 – skenovaný dokument 3 – lampa (zdroj světla) 4 – zrcadla 5 – čočka (zaostřovací systém) 6 – CCD snímače a A/D převodník
1 2 3 4 5 1 – skleněná deska skeneru 2 – skenovaný dokument 3 – soustava LED diód 4 – čočky (zaostřovací systém) 5 – CIS snímače a A/D převodník
Kromě snímání klasických předloh jsou skenery schopné snímat i obrazy na průsvitných fóliích (diapozitivy, negativy fotografií apod.). Na tuto činnost je však potřebné skener doplnit
o tzv. dianadstavec (TMA – Transparent Material Adapter), který zabezpečí správný odraz světla na průsvitném materiálu. Speciální kategorií jsou filmové skenery, které jsou schopny poměrně rychle a neporovnatelně kvalitněji než plošné skenery zpracovat celé kinofilmy. Jejich nevýhodou je, že jsou příliš úzce specializované a nedokážou skenovat jiné předlohy. Kvalita i výběr konkrétního skeneru je určený více charakteristikami:
-rozlišení je prvním parametrem uváděným výrobci. Jednotkou rozlišovací schopnosti je dpi (dots per inch – počet bodů na palec), která udává počet bodů, které je zařízení schopné zobrazit na délce 1 palce (2,54 cm). Čím je tato hodnota vyšší, tím je vstupní obraz kvalitnější. Rozlišení se u skenerů skládá ze dvou částí. Např. v případě rozlišení je 1200x2400 dpi udává první hodnota počet snímacích bodů v jednom řádku (na snímací hlavě), druhá vyplývá z konstrukce krokového motorku, který snímací hlavu posouvá pod předlohou tak, aby do jednoho palce vešlo 2400 kroků. Když se nad těmito hodnotami zamyslíme, velmi rychle dojdeme k závěru, že hodnoty nad 600 dpi jsou v běžných podmínkách zbytečné a prakticky nepoužitelné. Jestliže bychom chtěli zesnímat obraz s velikostí A4 při rozlišení jen 600 dpi a barevné hloubce (viz dále) 24-bitů (tj. na zakódování barvy pro jeden bod bychom potřebovali 3 byty) výsledný obraz by měl velikost:
8,2 x 11,6 (rozměry A4 přepočítané na palce) x 600 (dpi na šířce) x 600 (dpi na výšce) x 3 (pro barvu) = asi 100 MB
V praxi jsou používané a postačující následující hodnoty:
Typ dokumentu Postačující rozlišení běžný dokument (fotografie) 150 dpi text jako předloha, která bude transformovaná na další úpravy (OCR) 300 dpi fotografie do elektronického alba 300 dpi fotografie pro profesionální tisk 600 dpi
Vysoké rozlišení má svoje opodstatnění jen při snímání malých předloh (kinofilm, diapozitiv apod.), když z miniaturní plochy potřebujeme vytěžit co nejvyšší kvalitu anebo při zvětšování předloh – např. fotografií na kvalitní plakáty.
-kromě standardního rozlišení se někdy uvádí při parametrech skeneru i tzv. softwarové rozlišení resp. rozlišení dosažené interpolací. Interpolace je změna rozlišení (v tomto případě jeho zvýšení) prostřednictvím rozdělení jednoho naskenovaného bodu na více. Jejich barva se potom dopočítá matematicky na základě barevnosti sousedních bodů. Můžeme říct, že v zásadě jde jen o softwarovou úpravu, která nepřidává zeskenovanému obrazu žádné nové informace, jen přepočítává už existující (např. za účelem jeho vyhlazení). -barevná hloubka udává přesnost převodu barvy při digitalizaci a vlastně určuje počet barev, jenž je skener schopný přiřadit jedinému bodu. Čím je vyšší, tím víc barev se rozlišuje a o to přesnější je výsledek skenování. Standardem je v současnosti 48-bitová barevná hloubka, která představuje 248 (281 474 976 710 656) barev.
Namístě je otázka, zda je větší barevná hloubka opravdu zárukou vyšší kvality získaného obrazu. Typickým příkladem může být jednobarevná plocha originálu, na které se při vyšší barevné hloubce mohou po skenování velmi lehce vyskytnout rušivé body jiné barvy, které by při nižší hloubce zůstaly nepovšimnuté. Kromě toho mnoho programů v současnosti není schopno pracovat v 48 bitové hloubce a získaný obraz transformují do 32, resp. 24 bitové hloubky.
-kvalita optické soustavy (při skenerech CCD) je parametrem, který se v popise výrobku obvykle nenachází, ale na ní nejvíce závisí kvalita skenování. Spadá sem přesnost umístění zrcadel, kvalita čočky a z nich vyplývající barevná věrnost, ostrost, denzita (rozlišování světlých a tmavých odstínů barvy) apod. -mechanické vlastnosti skeneru jsou dány jeho rozměry (A4, A3), možnostmi připojení k počítači (USB, SCSI a pod.), schopností skenování průsvitných materiálů (dianadstavec) a rychlostí skenování. Výstupní zařízení
Zobrazování údajů
Standardní schopností dnešních počítačů je zobrazování údajů. Výjimku tvoří jen některé speciální kategorie, jejichž posláním není komunikovat s uživatelem, ale řídit, resp. sledovat jiné kvality (např. průmyslové počítače zabezpečující běh výrobní linky, opracování kovu vyráběných součástek apod.). Zpřístupnění údajů zraku uživatele obvykle zabezpečuje dvojice grafická karta – monitor anebo tiskárna – arch papíru (fólie). Standardem, na který jsme si už všichni zvykli, je sledování údajů na obrazovce monitoru.
Grafická karta
Grafická karta tvoří rozhraní mezi počítačem a monitorem. Stará se o odeslání informací z počítače do monitoru, kde se přetvářejí na obraz. Grafická karta se často označuje jako VGA (Video Graphics Adapter/Accelerator) anebo videokarta či videoadaptér. Skládá se z následujících částí:
-BIOS grafické karty, který se podobně jako BIOS základní desky stará o funkčnost grafické karty, vzájemnou komunikaci jejich komponentů a poskytuje svoje funkce jak ostatním připojeným hardwarovým zařízením, tak i operačnímu systému a jeho aplikacím. Je možno ho v případě realizace prostřednictvím přepisovatelné ROM paměti aktualizovat. -paměť grafické karty je v současnosti standardně její součástí, ale je možno se střetnout i s grafickými kartami, které vlastní paměť nemají a jsou nuceny využívat pro svoji činnost část operační paměti – často jde o starší anebo na základní desce integrované grafické karty. Tato videopaměť slouží na ukládání obrazu – čím je větší a rychlejší, tím vyšší výkon můžeme od celého systému očekávat. -grafický procesor (GPU – Graphics Processor Unit) je součástí čipsetu grafické karty a zabezpečuje transformaci údajů z videopaměti na digitální obraz. Kromě samotného „překlápění“ údajů má na starosti výpočty týkající se dvoj anebo trojrozměrného zobrazování a od jeho kvality se odvíjí rychlost zobrazování a možnost používání pokročilých funkcí. Odbřemeňuje centrální procesor od vykonávání grafických instrukcí, které má v sobě implementované a optimalizované, díky čemu dosahuje při zobrazování neporovnatelně vyšší výkon než centrální procesor. V současnosti jsou nejrozšířenější grafické procesory od firem Nvidia a ATI. -šířka sběrnice určuje rychlost, kterou bude komunikovat GPU s pamětí grafické karty. Má hodnoty 32, 64, 128, 256 bitů a nemá nic společné se šířkou sběrnice mimo grafické karty – tam je systém odkázaný na sběrnici základní desky .
Obr. Výstupy grafické karty v pořadí VGA, TV-out a DVI
-komunikační rozhraní je v současnosti reprezentované více zástupci. Pro CRT a některé LCD monitory (viz dále) je určený analogový konektor označovaný jako VGA, jehož součástí je D/A převodník transformující digitální údaje z grafické karty na analogový signál odeslaný monitoru. LCD monitory už často pracují s digitálním signálem, který není potřeba na přenos z grafické karty transformovat – používá se rozhraní DVI (Digital Visual Interface). Dobývání zábavného průmyslu počítači si u grafické karty vynutilo přidání dalšího rozhraní využitelného zejména při přenosu obrazu na televizní přijímač. Výstup může mít více podob. Pokud máte k dispozici plazmový anebo LCD televizor, postačuje komunikace prostřednictvím VGA anebo DVI, v opačném případě je potřeba použít konektor S-Video nebo SCART (přičemž jen ten je schopen současně přenášet obraz i zvuk). Stále častěji se zejména v komerční sféře můžeme setkat s připojením většího počtu monitorů k jednomu počítači. Takovéto připojení může být řešené prostřednictvím většího počtu grafických karet anebo jednoduše použitím grafické karty s dvěma výstupy. Použití dvou monitorů dává uživateli k dispozici větší pracovní plochu a podle průzkumů významně zvyšuje jeho výkon. -slot na připojení k základní desce. Standardně se grafická karta připojuje do slotu AGP anebo PCI-Express (historické verze do PCI, případně ještě starší do ISA), někdy může být integrovaná na základní desce (tehdy samostatný slot na připojení nepotřebuje). Způsob připojení prošel stejně jako u ostatních zařízení pestrým vývojem. Sběrnice PCI, na kterou se grafické karty začaly orientovat okamžitě po jejím uvedení, přestala se svým přenosovým limitem 133 MB/s množství údajů, které v ní proudily, velmi rychle postačovat. Tato rychlost byla navíc sdílená pro všechny zařízení připojené prostřednictvím PCI. Rozhraní AGP (Accelerated/Advanced Graphics Port) bylo poprvé uvedeno v roce 1997 společností Intel. Základní verze označovaná jako AGP 1x zdvojnásobila množství přenášených údajů na 266 MB/s a při ukončení vývoje AGP v roce 2003 dosahoval přenos při verzi AGP 8x až 2,1 GB/s. Sběrnice PCI-Express je založena na rychlém sériovém přenosu, který v současnosti pracuje na frekvenci 2,5 GHz. Údaje přenáší po drahách (lanes, kanálech), které dokážou přenášet při zmíněné frekvenci 250 MB/s v obou směrech. Výhodou je, že připojené zařízení dokáže využívat pro komunikaci větší počet drah a celkový přenos je jejich součtem.
1 2 1 3 4 5 1 2 1 3 4 5 1 – RAM 2 – grafický čip (procesor) 3 – digitálně analogový převodník 4 – výstup (v tomto případě VGA) 5 – ROM (BIOS VGA)
Grafická informace, kterou grafická karta zpracovává a stará se o její zobrazení, na monitoru standardně přechází: - od procesoru, který stanoví požadavky na její zobrazení,
-přes systémovou sběrnici a rozhraní s grafickou kartou, -do paměti grafické karty1, -z paměti grafické karty údaje čte zobrazovací čip, - a odešle je na monitor (v případě, že se používá monitor s analogovým vstupem, je potřeba navíc údaje transformovat do analogové podoby). Grafické karty oplývají mnohými vlastnostmi, přičemž některé jsou typické pro všechny druhy a typy, jiné jsou specifické, případně představují integraci dalšího zařízení do desky grafické karty. Základní charakteristiky, které určovaly možnosti zobrazování grafické karty už od jejího prvopočátku jsou:
-rozlišení, které je schopná grafická karta zabezpečit určuje počet svislých a vodorovných bodů, které vytvářejí obraz. Vyšší rozlišovací schopnost znamená větší množství bodů na obrazovce. Je možno se setkat s rozlišením 640x480, 800x600, 1024x768, 1280x1024, 1600x1200 atd. Poměr mezi šířkou a výškou zodpovídá standardnímu poměru rozměrů monitoru 4:3. V případě jiných (16:9) či nestandardních poměrů rozměrů zobrazovacího zařízení se obvykle přizpůsobí také rozlišení grafické karty. -barevná hloubka definuje počet barev, které je grafická karta schopna při daném rozlišení zobrazit. Původně se uváděl počet barev, které byla grafická karta schopna zobrazit (16, 256 barev), ale později bylo jednodušší uvést barevnou hloubku (tj. kolik bitů je potřeba na zakódování barvy jednoho bodu). 16-bitová hloubka (216 = 65 536) se začala označovat jako high-color, 24 a později 32-bitová jako true-color. Tato dvojice definuje tzv. grafické módy a standardy, kterými přešel celý vývoj grafických karet:
rok vydání adaptér textový režim znak grafický režim 1981 MDA 80x25 znaků monochromaticky 8x14 nepodporovaný 1981 CGA 80x25 (2 barvy) 40x25 (16 barev) 8x8 640x200 čb 320x200 (4 barvy z 16) 160x200 (16 barev) 1982 Hercules (HGC) 80x25znaků monochromaticky 8x14 720x348 (2 barvy)
1 Ve speciálních případech možné, aby procesor grafické karty četl údaje přímo z operační paměti bez potřeby jejich přesunu do paměti grafické karty.
1984 EGA 80x25 znaků 8x14 640x350 (16 barev ze 64) 1987 8514/A 1024x768 (256 barev) 1987 VGA 80x25 znaků (16 barev) 9x16 640x480 (16 barev) + další režimy 1989 SVGA 800x600 (16 barev) 1990 XGA 1024x768 (256 barev) 640x480 (65536 barev)
Po standardu XGA přišly mnohé další rozšíření a vylepšení, v zásadě však šlo jen o rozšiřování VGA resp. XGA.
Při popisu grafické karty se obvykle udává i frekvence jejího procesoru, velikost, typ, frekvence paměti a šířka vnitřní sběrnice.
- velmi důležitým parametrem, pokud nepoužíváme LCD monitor (viz dále) je i obnovovací frekvence, která hovoří o tom, kolikrát za sekundu je grafická karta schopná obnovit obraz na CRT monitoru. V případě, že je tento údaj nízký, obraz na monitoru bliká a únava se může projevovat nejen na očích, ale na celém organismu. Minimální hodnotou, která je v současnosti tolerovatelná je 85 Hz (tj. grafická karta obnoví obraz na monitoru 85 krát za sekundu). Toto nastavení se však na grafické kartě nemusí realizovat automaticky. Pokud máte pocit, že obraz monitoru příliš bliká, bude zřejmě potřebné manuální nastavení.
-velikost obrazovkové paměti se v minulosti používala jen na samotné zobrazování a od něj závisela schopnost rozlišení a barevné hloubky. Později se začala využívat na ukládání dalších údajů, díky čemu bylo možné zobrazování zkvalitnit (přidání různých efektů) a zrychlit. -možnosti akcelerace jsou u novějších typů grafických karet standardem, karta může podporovat 2D (dvojdimenzionální, rovinné) anebo 3D (trojdimenzionální, trojrozměrné, prostorové) zobrazování, přehrávání videa apod. 3D grafické karty (akcelerátory)
Nejvyšší požadavky na výkon grafických karet kladou zpravidla počítačové hry a všeobecné aplikace pracující s 3D údaji. Zejména díky nim bylo vyvinuto mnoho nových technik a technologií, které našly uplatnění v mnohých dalších oblastech. Vzhledem na neustálé zvyšování nároků na množství a rychlost zobrazování údajů přestal být centrální procesor v době masového nasazení počítačů do oblastí 2D a 3D zobrazování postačujícím, protože aplikace si vyžadovaly speciální (a hlavně rychlé) algoritmy orientované na grafické výpočty, které CPU nebyl schopný poskytnout.
Obr. Realistické prostředí dosažené díky výkonu grafické karty
Nejjednodušší grafické karty jen přenášejí část operační paměti na zobrazovací jednotku, složitější využívají na přípravu zobrazovaného obrazu vlastní paměť a vrcholem jsou grafické karty schopné na základě požadavků samostatně vytvořit v této paměti např. úsečky, kruhy, trojúhelníky, znaky apod. Tyto grafické karty označujeme jako grafické akcelerátory. Prvním řešením byla zařízení, která se v podobě samostatné karty (případě většího počtu karet) zasouvala do slotu základní desky a rychlými výpočty zabezpečovala zobrazovací výkon. Jejich cena v době vzniku mnohokrát přesahovala cenu celého počítače a nasazení se vyplatilo jen v profesionálních oblastech. Mezi nejznámější patřily:
-PGA z roku 1984 skládající se až z třech samostatných částí připojených kabelem, které zabezpečovaly zobrazení 640x480 při 256 barvách. Dvěčásti se zasouvaly do základní desky, jedna nebyla zapojená do počítače vůbec. -TARGA, TIGA a primárně pro počítačové hry určený akcelerátor VooDoo od firmy 3Dfx (byl pohlcený výrobcem grafických karet NVidia). Radikální změnu přinesla implementace grafického čipu (procesoru, GPU) přímo na desku grafické karty, kde převzal všechny funkce grafického akcelerátoru – byl vybavený instrukční sadou orientovanou na grafické výpočty, která je značně odlišná od sady CPU. Grafické karty s procesorem se díky této změně také někdy označují jako grafické akcelerátory. Grafické akcelerátory obvykle podporují na úrovni 2D následující operace: - ořezání obrazu obdélníkem, resp. získání obdélníkového výřezu z obrazu, -změna mírky (zvětšení/zmenšení bez potřeby zatěžování CPU), -vykreslování úseček, kruhů, elips a výsečí, -vykreslování otevřených a uzavřených n-uhelníků (označují se jako polygony), -vykreslování a posouvání textu. Zvláštní kategorii 2D zobrazování představuje práce s animacemi a videem, kde je kvůli udržení dojmu plynulosti potřebné zobrazování minimálně 24 snímků za sekundu, což představuje přenos obrovského množství údajů. Grafická karta musí být schopná tento obraz zvětšovat, zmenšovat (často i neproporcionálně mezi klasickým formátem 4:3 a širokoúhlým 16:9), případně zrcadlit a těžko si představit, že by údaje musely putovat mezi grafickou kartou, RAM a CPU a opačně. Často je potřebné aplikovat na obraz různé filtry (změna jasu, kontrastu barevnosti apod.), které jsou opět jak časově tak i výpočtově náročné. Základním a nejjednodušším objektem zobrazovaným v prostorovém modelování je trojúhelník, ze kterého je možné poskládat prakticky libovolný (prostorový) útvar. Trojúhelníky se pokrývají texturami – dvojrozměrné obrazy vytvářející povrch (např. textura balvanu, kmenu stromu, stěny, povrchu budovy apod.). Textury se musí odlišovat i podle toho, jak daleko se daný objekt nachází. Základní funkcí 3D modelování je potom zobrazovat jednotlivé trojúhelníky s texturami tak, aby bylo korektně vyřešené jejich vzájemné překrývání v prostoru a aby uživatel viděl jen ty, které jsou v popředí. K standardním funkcím 3D tedy patří:
-výpočet obrysů objektu popsaného např. prostřednictvím trojúhelníků, -vyplnění texturami, -určení viditelných ploch (části, které jsou překryté se vůbec nevykreslují, díky čemuž je možné ušetřený čas použít na jiné operace), -výpočet velikosti objektu na základě umístění v prostoru, -výpočty stínování a osvětlení, průhlednosti objektu a zamlžení prostoru, -vyhlazování obrysů objektu, tzv. antialiasing, které upravuje šikmé „zoubkované“ čáry (z důvodu schopnosti zobrazovacího zařízení osvětlit bod jen jako celek), tak aby se uživateli jevily jako hladké, např. přidáváním sivých bodů na potřebné pozice.
Téměř všechny algoritmy, které jsou implementované v grafických akcelerátorech je možné popsat funkcemi dvou rozhraní pro 3D grafiku – OpenGL a DirectX. Pokud je na grafické kartě implementovaný požadovaný postup, vykoná se, jestliže není, zvolí se pomalejší (softwarový) výpočet anebo se efekt vůbec neaplikuje.
Grafické akcelerátory se v současnosti stále více zrychlují a zdokonalují. Kromě samotných výpočtů obrazu jsou schopné vykonávat i další algoritmy a výpočty. Za vzpomenutí stojí výpočet fyzikální simulace, pohyby objektu, zjištění kolize pohybujících se těle apod.
Videokarta
Pod tímto názvem se v současnosti už standardně nechápe grafická karta, ale jde
o specializovanou kartu, která umožňuje zpracování videa (často se označuje jako VIVO – video in, video out). Obvykle umožňuje údaje přenést do počítače, kde se zpracují (sestříhání, přidání efektů apod.) a nakonec je z počítače přenést na původní zařízení. Tyto karty můžeme rozdělit do dvou skupin. Analogové umožňují komunikaci počítače s analogovými zařízeními používajícími VHS kazety (video, videokamera), přičemž v případě, že nejsou schopny zachytávat video plynule, jsou donuceny některé snímky vynechat. Digitální karty přijímají digitální údaje z digitálních zařízení – v tomto případě není důvod, aby docházelo ke ztrátě na kvalitěči obsahu. Vzhledem k množství údajů, které vstupuje do počítače, podporuje část videokaret hardverovou kompresi do některého ze standardních formátů. Televizní karta
Počítač je možno využít i na přijímání televizního signálu. Zařízení umožňující jeho přijímání se označuje jako televizní karta, resp. TV tuner. Jeho prostřednictvím můžeme sledovat televizní vysílání, případně na vstup přivádíme signál z analogového videopřehrávače. Pokud vlastníte TV-kartu, můžete ji použít jak na zachytávání, tak i na nahrávání televizního vysílání. Platí zde stejná pravidla jako při videokartách – pokud se snímaný obraz (a zvuk) nestíhá ukládat, budou některé snímky vynechané. TV karty je možné najít jak v interních provedeních (PCI, případně jak je integrovaná s grafickou kartou, tak i AGP), tak i jako samostatné externí zařízení (nejčastěji připojené přes USB). Často je jejich součástí i FM rádio a samozřejmé je dálkové ovládání.
Monitory
Na převod informací z počítače na zobrazovací zařízení (monitory) slouží grafická karta. V procesu zobrazování sehrává mnohem důležitější úlohu než monitor, z hlediska uživatele je však právě on tím nejdůležitějším článkem komunikace. Monitor slouží na zobrazování výstupních informací. Obvykle je součástí počítače jako takového, ale je možno se bez něho obejít (vydávání místenek, cestovních lístků, řízení komunikace jiných počítačů apod.). Základní jednotky, které se v současnosti používají na zobrazování jsou:
-CRT (Cathode Ray Tube) monitory pracují na stejném principu jako televizní obrazovka, přičemž jejich základem vzduchoprázdná vakuová trubice uzavřená ve skleněném obale. Jeden konec obsahuje elektronové dělo, ze kterého po zahřátí vychází paprsek elektronů. Ten se nasměruje na obrazovku umístěnou na opačném rozšířeném konci a zaostří (přechází tzv. maskou) na konkrétní bod. Vnitřní povrch obrazovky je pokrytý sloučeninou fosforu, která po ozáření elektrony rozsvítí zasažený bod, jenž je potom viditelný i ze strany uživatele. Paprsek přechází po obrazovce neustále zleva doprava a zhora dolů, protože bod zůstane rozsvícený jen krátkou dobu. Rychlost obnovování obrazu se označuje jako obnovovací frekvence. Pro barevné zobrazování se používají tři samostatná děla, anebo jeden emitor, který vypouští tři samostatné paprsky (takové obrazovky se označují jako TRINITRON). Paprsky se potom
po vhodném usměrnění střetnou na povrchu obrazovky, kde ze tří různých vrstev fosforové sloučeniny (pro červenou, zelenou a modrou barvu – RGB) poskládají barvu bodu. Poslední novinkou v oblasti CRT monitorů byla změna geometrie obrazovky – místi vypuklé se začaly vyrábět obrazovky ploché (flat), které poskytovaly menší zkreslení (např. čtverec byl skutečněčtvercem), menší odraz a věrnější obraz.
-LCD (Liquid Crystal Display) monitory se zpočátku využívaly na zobrazování údajů v kalkulačkách, přenosných počítačích, noteboocích, ale v současnosti se přepracovaly na úroveň monitorů ke stolním počítačům a velmi rychle vytlačují monitory CRT. LCD je tvořený tenkou vrstvou tekutých krystalů, které pod vlivem elektrického napětí mění svoji molekulární strukturu a díky tomu určují množství přecházejícího světla. Jsou umístěné mezi dvěma vrstvami polarizovaného skla, kde na jedné straně je zdroj světla (katodová lampa), na straně druhé vytvořený obraz. Na řízení krystalů se používá matice průhledných elektrod, která vytváří síť obrazovkových bodů. V minulosti se používala pasivní matice, kde byl bod určen dvojicí tranzistorů – jedním pro sloupec, druhým pro řádek – čili tranzistory byly rozmístěné jen na vnějším obvodu displeje. V současnosti se používá matice aktivní, která na určení každého bodu využívá vlastní tranzistor (resp. na vytvoření barvy trojice tranzistorů). LCD s aktivní maticí se často označují jako TFT (Thin Film Transistor) podle vrstvy poseté tranzistory. Pasivní displeje jsou jednodušší a levnější na výrobu, aktivní jsou kvalitnější a mají rychlejší odezvu (viz dále). -plazmové monitory se skládají stejně jako LCD z dvou skleněných ploten, mezi kterými je prostor pro obrazové buňky. Elektrody umístěné v těchto buňkách pomocí elektrického výboje uvedou plyn, kterým jsou naplněné do stavu plazmy a takto vzniklá ultrafialová energie rozsvítí fosforový bod v každé buňce na viditelné světlo. Využívají se jako domácí kina anebo velkoplošné obrazovky, dosahují vysoký kontrast a malou tloušťku. Obrovským handicapem oproti jiným typem monitorů je vysoká spotřeba a cena. Obr. Plazma, LCD a CRT
V minulosti se používaly i tzv. vektorové displeje, které obraz generovaly pomocí krátkých úseček anebo i složitějších geometrických útvarů. Využívaly se zejména na generování grafů a čárových schémat, přičemž vycházeli ze svých předchůdců– osciloskopů využívaných na měření různých veličin. V současnosti se však už běžně nepoužívají, protože neumožňují rychlé zobrazování složitějších útvarů.
Vlastnosti monitorů Zřejmě nejčastěji se monitory dělí podle velikosti úhlopříčky obrazovky, která se udává v palcích (”) (1 palec je asi 2,5 cm). Momentálně se nejčastěji používají 17-19” monitory, ale občas je možnost se setkat i s 15, 20 a 21-palcovými. 14” (stejně jako černobílý – monochromatický) monitor je dnes spíše výjimkou a najdete ho už jen u starších počítačů. Když porovnáme LCD s CRT monitory, tak úhlopříčce používané plochy 15“ LCD zodpovídá přibližně 17“ při CRT monitoru. Tyto zvláštní výpočty mají na svědomí výrobci CRT monitorů, kteří při parametrech uvádějí velikost obrazovky, která je ve skutečnosti o něco větší než velikost skutečné plochy používané na zobrazování (část obrazovky je překrytá rámem). Při LCD monitorech se uvádí skutečná velikost zobrazovací plochy.
Monitory i televizory vysílají na nás několik druhů škodlivých záření. Při sledování televize jsme vzdálení od obrazovky několik metrů, takže záření je minimální. Horší je to s monitory: Uživatel sedí od nich asi 50 cm a přijímá záření naplno. Výsledkem jsou bolesti očí, hlavy, všeobecná únava a nesoustředěnost. Tyto problémy přinutily výrobce snižovat vyzařování a v současnosti se oproti prvním monitorům uvádí tlumení až na 99 %. Zda a nakolik má váš monitor snížené vyzařování, můžete zjistit podle nápisů určujících splněnou normu (Low radiation, TCO ’92, TCO ’95 , TCO ’99 , TCO ’03 – od nejmenší po nejpřísnější). LCD obvykle splňují normu TCO ’99, resp. TCO ’03. Kromě vyzařování monitoru je důležitý parametr, který hovoří o jeho obnovovací frekvenci - kolikrát za sekundu se obnoví obraz na obrazovce. Jestliže je frekvence nízká, obraz bliká (a nás bolí hlava). Při CRT monitorech je vhodná frekvence minimálně 85 Hz (čím je vyšší, tím lépe), u LCD může mít i nižší hodnoty, protože tato technologie si nevyžaduje neustále překreslování obrazu – bod zůstává osvětlený do té doby, než dostane příkaz zhasnout anebo změnit barvu. Zde stačí frekvence 60-75 Hz. Při barevné změně na LCD trvá zhasnutí i přepnutí bodu do nové barvy určitý čas a může vzniknout zkreslení (resp. rozmazání). Čas, za který tato operace proběhne, se označuje jako rychlost odezvy a čím je vyšší, tím rozmazanější je obraz při rychlé změně obrazu (filmy, hry). Pro běžné aplikace není tento fakt rozhodující, ale na sledování filmů anebo pro hráčů by měl mít monitor tento parametr maximální na úrovni 12 ms. Vlastností propojenou s vlastnostmi grafických karet je rozlišení. Určuje se v bodech. LCD panely mají dopředu určené rozlišení a podle něj jsou zkonstruované – hovoříme o nativním (hardwarovém) rozlišení, při kterém je pro každý bod rozlišení určený jeden fyzický bod obrazovky. Pokud změníme rozlišení, monitor svoji strukturu samozřejmě nemění a je nucený interpelovat – poloha jednotlivých bodů bude přepočítaná tak, aby sedla na zkonstruované prvky, přičemž se může zhoršit např. ostrost obrazu.
Někdy může dojít k poruše zobrazování bodu – může zhasnout anebo změnit barvu. Oprava takého stavu je náročná a výrobci obvykle nejsou ochotní uznat výrobek, který má méně než 3-5 chybných bodů za nevyhovující
– dokonce se vám může stát, že takový výrobek dostanete přímo v prodejně jako nový, proto je třeba si při koupi obraz pořádně zkontrolovat. Se zobrazováním souvisí i pozorovací úhel, který má však svoje opodstatnění jen v případě LCD monitorů. Udává úhel, pod kterým je možné sledovat nezkreslený obraz. V případě většího úhlu se obraz zkresluje až ztrácí (zesvětlením anebo ztmavnutím). U některých levných monitorů se může stát, že pokud sedíte příliš blízko u monitoru (díky čemu je úhel pohledu na okraje obrazovky poměrně velký), tak daná barva má při okrajích úplně jiný odstín než ve středu obrazovky. Z ekonomického hlediska je důležitá i spotřeba, která je u LCD monitorů výrazně nižší (3575 W). Způsob připojení počítače ke grafické kartě může být analogový prostřednictvím vstupu VGA (častěji CRT) anebo digitální prostřednictvím DVI (častěji LCD). Pro LCD je výhodnější, když dostane obrazové údaje v digitální podobě – dostane jen informaci, na kterých souřadnicích má body aktivovat a na kterých ne – obraz se zobrazí absolutně přesně tak, jak je počítačem nadefinovaný.
monitor výhody nevýhody CRT zachovává věrnost barev, vysoká obnovovací frekvence, fyzicky odolný Záření a namáhání očí, velká tloušťka a hmotnost, geometrické nepřesnosti obrazu, energeticky náročný LCD výrazně menší vyzařování, menší únava očí, menší tloušťka, nižší energetická náročnost delší doba odezvy, možné nerovnoměrné podsvětlení, omezený pozorovací úhel
Budoucnost displejů v současnosti představuje technologie OLED (Organic Light Emitting Diode), prostřednictvím které by mělo být možno vytvářet tenkofilmové displeje podobné současným LCD, které budou vytvářet obraz červenými, zelenými a modrými LED diodami bez potřeby osvětlení z pozadí. Výhodou těchto displejů je velmi nízká spotřeba, dobrý kontrastní poměr, zobrazovaná barva a třeba i možnost jejich srolování či poskládání.
Dataprojektory
V momentě prezentace údajů pro větší počet uživatelů obrazovka jakéhokoli standardního monitoru přestává být postačující a na řadu přichází projekce. Nejčastěji se používá dataprojektor, který promítá obraz z počítače na projekční plátno (anebo jednoduše na stěnu). Zpočátku se s ním kvůli vysoké nákupní ceně bylo možné střetnout jen pži firemních prezentacích a školeních, ale v současnosti se dostal díky výraznému poklesu cen i do domácností, kde často tvoří součást domácího kina. Dataprojektor používá jako světelný zdroj projekční lampu, jejichž světlo se transformuje na obraz prostřednictvím optické soustavy, která používá dvě technologie: LCD a DLP. LCD (Liquid Crystal Display) technologie vychází z principu fungování LCD displejů. Je možno se setkat s jednočipovou, kde produkované světlo přechází jedním panelem anebo trojčipovou, kde se rozdělí na složky (červená, zelená, modrá) a přechází trojicí LCD panelů. Světelný tok obrazu získaného např. z počítače panel pohltí anebo propustí a prostřednictvím objektivu promítne. V případě trojčipové technologie se před promítnutím barvené složky nejprve sloučí (např. pomocí zrcadel). Základní rozlišení projektoru je opět stejné jako při LCD monitorech nativní, v případě jeho změny je potřebná interpolace.
červená zelená modrá 1 2 2 2 33 4 4 4 5 6 1 – světelný zdroj 2 – dichroické zrcadlo (propouští a odráží dané barvy) 3 – zrcadlo 4 – LCD panel 5 – slučovací aparát 6 – objektiv
Obr. Princip fungování trojčipového LCD projektoru
Jednočipová technologie se používá v nejlevnějších projektorech, protože jejich výroba je nejméně nákladná, avšak při koupi takého projektoru je třeba počítat s tím, že působením vysokých teplot LCD panel časem degraduje (řádově tisíce hodin provozu) a ztratí jak kvalitu obrazu, tak i věrnost barev. Trojčipová LCD technologie dosahuje vyšší kvalitu – obraz je ostřejší a barvy věrnější, ale po delším čase se ani zde není možno vyhnout fyzickým změnám zapříčiněným vysokou provozovací teplotou.
LCD technologie je postupně vytlačovaná technologií DLP (Digital Light Processing). Jejím základem je čip DMD (Digital Micromirror Device), který obsahuje množství miniaturních pohyblivých zrcadel, přičemž každé z nich reprezentuje jeden bod rozlišení. Světlo z projekční lampy dopadá na zrcadlo, jenž dokáže odrazit světelné paprsky více směry (na čočku, do oblasti pohlcení světla) a změnit svůj úhel natočení několiktisíckrát za sekundu. Barevnost zabezpečuje v případě jednočipových DLP projektorů rychle se otáčející kotouč rozdělený po obvodě na víc barevných částí, přičemž je umístěný tak, aby „zabarvil“ světlo ještě před dopadem na čip. V případě trojice DMD se výsledná barva poskládá klasickým způsobem z RGB složek.
1 2 3 4 4.1 5 4.2 4.3 2 1 – světelný zdroj 2 – optika 3 – barevný rotujúcí filtr 4 – základní deska DLP
4.1 – DMD čip 4.2 – procesor 4.3 – paměť 5 – objektiv Obr. Princip fungování jednočipového DLP projektoru
Výrobci postupně přecházeli od jednočipových přes trojčipové LCD projektory až po DLP. Výhodou projektorů DLP oproti LCD je, že kvalita projekce se časem nemění, nevýhodou je jednoznačně cena, kterou zvyšuje i fakt, že technologie je patentovaná společností Texas Instrument.
Technologií do určité míry kombinující LCD a DLP je LCOS (Liquid Crystal on Silicon), kde odraz světla zabezpečuje kombinace zrcadla a tekutých krystalů. Tato technologie se v současnosti aplikuje nejen v projektorech, ale i v oblasti monitorů a televizních přijímačů.
O tom, který typ je na jaký účel vhodnější možná napoví jednotlivé parametry dataprojektorů:
-kromě použité technologie a rozlišení je zřejmě první důležitou vlastností svítivost. Ta se udává v ANSI lumenech a čím vyšší hodnotu dosahuje, tím lepší projektor osvítí promítací plochu. Svítivost prvních projektorů se pohybovala na úrovni několika stovek, v současnosti špičkové modely nabízejí i 10 000 ANSI. Na sledování obrazu za denního světla je vhodnější projektor s vyšší svítivostí, na večerní filmovou projekci třeba zvolit nižší hodnoty, které méně zatěžují oči. - na kvalitu, ostrost a viditelnost obrazu při denním světle má velký vliv kontrastní poměr, který vyjadřuje poměr světla potřebného na zobrazení černé a bílé barvy produkované projektorem. Větší poměr kontrastu umožňuje projektoru ukázat jemné barevné detaily a eliminovat dopad vnějšího světla. Platí, že LCD projektory mají kontrast i svítivost několikanásobně nižší než DLP.
-dataprojektory potřebují na svoji činnost chlazení, které je zabezpečované ventilátorem, o kterém není možno v žádném případě hovořit jako o tichém společníkovi. Většina projektorů vydává hluk na úrovni okolo 30 dB, což je intenzita, která člověka probere ze spánku. Pokud tedy chcete projektor využívat jako součást domácího kina, je vhodné orientovat se na co nejnižší hodnoty. -životnost projekční lampy sice nepatří jednoznačně mezi technické parametry, při koupi projektoru se však oplatí prověřit si ji a stejně i její cenu, protože ta často představuje až třetinu či polovinu ceny projektoru. Životnost je možno prodloužit použitím šetřícího módu, který ztlumí sílu osvětlení. Součástí projektoru je počitadlo, které sleduje dobu používání lampy a po uplynutí doporučeného času upozorní uživatele na potřebu výměny. Pokud byste toto upozornění ignorovali, vystavujete se nebezpečí exploze lampy a v horším případě dokonce zničení projektoru. Tiskárny
Tiskárny patří mezi nejpoužívanější periferní zařízení. Nejčastěji zabezpečují výstup informací na papír (případně fólii). K počítači je můžeme připojit prostřednictvím paralelního portu, USB, počítačové sítě anebo infračerveným spojením. Nejčastěji je dělíme na jehličkové, inkoustové a laserové.
Jehličkové tiskárny
Jehličkové tiskárny patří v současnosti už více-méně do historie. Jediným důvodem, který by uživatele mohl donutit investovat prostředky do jehličkové tiskárny, je jen její schopnost protlačit obsah současně přes více listů a vytvořit na jedno tisknutí více kopií. Pracují na podobném principu jako psací stroj, který přes barvicí pásku protlačil na papír znaky. Jehličkové tiskárny neprotlačí celý znak najednou, ale protlačují do pásky jehličkami, které vytvoří znak tak, že ho prostřednictvím jednotlivých jehliček „poskládají“. Na počtu jehliček závisí kvalita tisku. Čím má tiskárna více jehliček, tím je tisk kvalitnější a rychlejší. Jehličky jsou uloženy v tiskové hlavě, která se pohybuje po šířce papíru doprava a doleva. V začátcích byla cena průměrných jehličkových tiskáren oproti ostatním nejnižší. Dnes však za stejnou (a nižší) cenu možno dostat také inkoustovou či laserovou tiskárnu. Ve prospěch jehliček hovoří už jen nejnižší provozní náklady. Nevýhodou je relativně nízká kvalita výstupu (často je vidět body, ze kterých se znak skládá), relativně nízká rychlost a hlučnost.
Obr. Inkoustová a jehličková tiskárna
Inkoustové tiskárny
Inkoustové tiskárny (inkjet, bubblejet, deskjet) pracují podobně jako jehličkové, ale nepoužívají už pásku ani fyzický kontakt s papírem. Znaky vytvářejí pomocí speciálního inkoustu, který stříkají na papír přes trysky (24-256) umístěný v tiskové hlavě, která je u některých typů součástí náplně a vyměňuje se spolu s ní. Inkoust se dodává v nádržkách, které se vkládají do tiskové hlavy putující zprava doleva a naopak stejně jako tomu bylo u jehličkových tiskáren. Většina inkoustových tiskáren pracuje v režimu CMYK (cyan - azurová, magenta - purpurová, yellow – žlutá, black -černá),
přičemž se z těchto barev míchají všechny ostatní odstíny. Z důvodu zvýšení kvality se zejména u tiskáren určených na tisk fotografií můžeme někdy setkat i s přidáním dalších barevných zásobníků. V prvních barevných tiskárnách se musely vyměňovat kazety s inkoustem na tisk černého textu a tisk barevného obsahu. Pokud se použila barevná náplň na tisk černé barvy, vytvářela se kombinací barevných inkoustů, co bylo velmi neekonomické. Dalším krokem bylo současné používání dvojice tiskových hlav pro černý a barevný tisk, přičemž v barevném zásobníku byly do jednoho celku spojené nádržky pro všechny tři barvy. Neekonomickost, spočívající v potřebě výměny celého zásobníku, jakmile došla jen jedna z trojice barev, vyřešila oddělení zásobníků pro každou z barev.
Ne každá inkoustová tiskárna pracuje na stejném principu, protože každý z výrobců má vlastní upravené technologie, prostřednictvím kterých se snaží získat před konkurencí náskok. Jako základní technologie se však využívají jen dvě: tepelná a piezoelektrická. Tepelný tisk je starší a jejím prvním krokem je zahřátí inkoustu v zásobníku asi na 200° C. To způsobí zvětšení objemu kapek a jejich vypudění přes trysky na papír. Po vystříknutí kapky se v trysce vytvoří podtlak, prostřednictvím kterého se zase nasaje další inkoust. Z důvodu vysokého zahřívání přichází k poměrně rychlému opotřebování tiskových hlav, proto jsou na tomto typu tiskáren tiskové hlavy vyměnitelné. Mohou být součástí kazety s inkoustem anebo se vyměňují samostatně. Piezoelektrický tisk je založen na tryskách, které ve svém vnitřku obsahují drobné piezoelektrické krystalky schopné měnit svůj tvar pod vlivem elektrického náboje. Pod vlivem změn se vytváří tlak, který vytláčí inkoust z trysky. Hlavním přínosem této technologie je nižší opotřebování trysek a tiskové hlavy a také nižší nároky kladené na kvalitu inkoustu (není potřeba, aby dosahoval při dané teplotě přesný objem, protože jde jen o jeho vypuzení na papír).
Kvalita tisku závisí v obou případech od počtu trysek, velikosti kapek a složení inkoustu. Určuje ji rozlišení, které se měří v dpi stejně jako při skenerech. Minimálním požadavkem by mělo být rozlišení 600 dpi (současné tiskárny bez problémů dosahují i hodnoty okolo 4800 dpi). Barva, kterou chceme vytisknout, se rozloží na složky odpovídající barvám v tiskárně a tiskárna nanese na papír tečky tak, aby se překrývaly a tak vytvářely výsledný odstín. Vyšší kvalitu se každá firma snaží dosáhnout vlastními patentovanými technologiemi a zmenšováním objemu kapek inkoustu (v současnosti až 2 pikolitry). Při dosahování kvality hraje významnou úlohu rozpíjení inkoustu na papírovém médiu. Na běžný kancelářský papír není možno klást vysoké nároky pro jeho velkou absorbci a rozpíjivost. Povrch speciálního papíru se upravuje materiály, které zabraňují protékání inkoustu dovnitř papíru a udržují kapičky jednolité. Mezi výhody inkoustové tiskárny patří:
-nákupní cena odrážející strategii výrobců předat zařízení přibližně na úrovni výrobní ceny a zisk dosahovat prostřednictvím prodeje náplní. Nejlevnější inkoustové tiskárny představují v současnosti dvoj-trojnásobek ceny značkových inkoustů, - schopnost barevného tisku a tisku fotografií jsou v současnosti jedním z nejčastějších důvodů, díky kterým se uživatelé rozhodují právě pro tento typ tiskárny. Pro tisk fotografií jsou ke standardním zařízením dodávány různé balíčky, které mají tisk zkvalitnit, funkce, které umožňují tisk přímo z digitálního fotoaparátu apod. Nevýhod je na první pohled o něco více: -cena inkoustu představuje u inkoustových tiskáren nejvyšší nápor na kapsu uživatele. Existují sice alternativy v podobě doplňujících zásobníků (když uživatel naplňuje ty dané
zásobníky vícekrát), anebo náplní vyráběných neznačkovými výrobci avšak takovýto přístup určitě kvalitu výstupu nezvýší a v případě neznačkových náplní je tiskárna vystavená riziku zanesení trysek,
- s cenou inkoustu přímo souvisí i cena vytištěné strany, přičemž určité úspory se může dosáhnout zapnutím tzv. ekonomického anebo konceptového režimu, ale i při jejich používání bude cena za stranu stále několikanásobně vyšší než v případě laserových tiskáren, -závislost kvality tisku na použitém papíru, -nízká odolnost tiskáren vůči prostředí je důsledkem používání inkoustu. Pokud se tiskárna delší dobu nepoužívá, může inkoust v tryskách zaschnout, což v lepším případě vede k potřeběčistění, v horším k nutnosti zakoupení nového zásobníku a v nejhorším k výměně tiskové hlavy (jejichž cena se v některých případech blížící k ceně celé tiskárny). Laserové tiskárny
Laserové tiskárny pracují na jiném principu než jehličkové a inkoustové, které se někdy označují také jako řádkové vzhledem na fakt, že údaje na papír tiskne po řádcích. Laserové tiskárny jsou tiskárny stránkové, protože netisknou stranu po mikrořádcích, ale nejprve ji celou umístí do paměti tiskárny a potom ji najednou přenesou na tiskový válec. Laserové tiskárny používají místi inkoustu uhlíkový prášek označovaný jako toner. Celý proces bychom mohli schematicky popsat následovně:
-nabití optického válce (OPC -Optical Photoconductor), který je nejdůležitější součástí tiskárny. V prvním kroku se nabije záporným nábojem. Stejně je nabitý i toner, -vytvoření obrazu na válci prostřednictvím laserového paprsku probíhá tak, že laserový paprsek osvětlí ta místa na válci, která mají být potlačena a neutralizuje je, -nanesení toneru na válec je zabezpečené otáčením válce, který na místa, kde byl náboj vybitý, přitáhne elektrostatickou silou prášek toneru (ostatní místa nabité stejným nábojem jako toner ho odpuzují), -přenos toneru na papír zabezpečí zase otáčení válce, které nanesený prášek dostane až k papíru, který byl při vstupu do tiskového procesu nabitý kladným nábojem. Kladný náboj na papíře přitáhne záporně nabité částečky toneru a v této chvíli je už strana hotová, -toner je však na něj umístěný jen zvolna – velmi lehce bychom ho dokázali z papíru sfouknout, proto v další fázi vstupuje papír do fixační jednotky, kde se na něj pod tlakem a při 200° C teploty toner fixuje, -nakonec následuje očistění válce. Výhodou laserové tiskárny je rychlost (často i více než 20 stran za minutu), vysoká kvalita a dlouhá životnost. V současnosti je cenově na úrovni středně kvalitních inkoustových tiskáren. Provozní náklady jsou obvykle podstatně nižší než u inkoustových tiskáren. Většinu nákladů tvoří toner, který se v některých druzích tiskáren vymění spolu s optickým válcem v jednom pouzdře, v jiných jsou toner a válec odděleny. Kvalita tisku není závislá na použitém médiu – fotografický a kancelářský papír dosahují minimálních rozdílů. Nevýhodou tohoto typu tisku je vysoká energetická náročnost během tisku (300 - 600 W), mírně nižší kvalita barevného tisku a neschopnost tisknout na nerovné povrchy (vizitky, diplomy, oznámení). Svůj podíl může sehrávat i narůstající cena.
Obr. Vysokozátěžová barevná laserová tiskárna
I u nás se postupně začínají upřednostňovat barevné laserové tiskárny. Stejně jako tiskárny inkoustové, využívají na zabezpečení barevnosti model CMYK, přičemž pro každý toner standardně používají samostatný zásobník. Podle jeho nanášení je můžeme rozdělit na vícepřechodové a jednopřechodové. Vícepřechodové (karuselové) modely jsou technologicky starší. Používají jeden optický válec a rotační mechanizmus s tonery, který zabezpečuje postupné nanášení barev na válec a přenos na papír (čtyřikrát přechází papír okolo optického válce). V závěru následuje stejně jako u monochromatické laserové tiskárny vytvrzení ve fixační jednotce. Proces nanášení toneru je realizovaný čtyřmi přechody, čím se tisk oproti monochromatické tiskárně minimálněčtyřnásobně zpomalí. Z toho důvodu jsou tyto tiskárny vhodné spíše pro příležitostný barevný tisk. Modernější (a dražší) tiskárny se označují jako jednopřechodové (in-line) a obsahují čtyři samostatné optické válce, na kterých se současně vytvářejí kresby pro jednotlivé barvy. Jsou vhodné na místech, kde je požadavek barevného tisku standardem a realizuje se často. Výhodou je rychlejší tisk a nižší náklady na provoz (zejména výměna válců).
Cena laserových tiskáren byla odjakživa výrazně vyšší než cena ostatních typů, protože používaly dražší a výkonnější elektroniku. Navíc mají tyto tiskárny v sobě implementovaný i vlastní jazyk (PostScript, PCL), který umožňuje přenést část úloh při tisku z počítače na tiskárnu. Jako protipól však existují i tiskárny označované jako GDI (Graphical Device Interface), které nemají v sobě vestavenou žádnou „inteligenci“ a všechny operace, které běžně vykonává tiskárna, jsou ponechané na počítač. Tyto tiskárny obvykle nejsou schopny komunikovat se staršími operačními systémy (DOS a pod.) mají vestavenou podporu pro Windows GDI. Při tisku na takovou tiskárnu se nemusí údaje odeslané na tiskárnu konvertovat do formátu, s kterými pracují běžné tiskárny (PostScript, PCL), ale tiskárna je schopna přímo vytisknout to, co vidíme na obrazovce.
Přidanou schopností některých tiskáren (laserových i inkoustových) je možnost připojení do počítačové sítě, kde jsou přímo k dispozici všem připojeným počítačům. Tuto možnost jim nabízí vestavěný tiskový server (print server). Pokud tiskárna tento vestavený server nemá, můžeme si ho dokoupit buď jako součást anebo jako nezávislé zařízení (v takovém případě se k tiskárně připojují pomocí USB anebo paralelního portu).
Podobně jako kopírky, mohou i tiskárny obsahovat duplexní jednotku, která dokáže zabezpečit oboustranný tisk. Duplexní jednotka neobsahuje další válec, který by zabezpečil
současný potisk obou stran papíru, ale po vytištění strany dokáže papír otočit a poslat ho opětovně do tiskového procesu.
Pokud se rozhodujete mezi koupí inkoustové a laserové tiskárny, je třeba se orientovat zejména na účel, na který bude tiskárna používaná. Většinou platí, že laserová tiskárna má vyšší pořizovací cenu a nižší provozní náklady vyplatí se tedy v případěčastého tištění černobílých (ale i barevných) dokumentů. Inkoustová tiskárna naopak má nízkou pořizovací cenu a často několikanásobně vyšší provozní náklady než laserová. Má smysl si ji obstarat v případě menších objemů tisku kancelářských materiálů a občasného tisku fotografií.
Ostatní typy tiskáren
LED – tiskárny jsou jakousi odnoží laserových tiskáren. Místo laserového paprsku se používá soustava LED diod, které stejně jako laserový paprsek osvětlují nabitý válec. Jejich výhodou oproti laserovým tiskárnám je o něco nižší cena při porovnatelné kvalitě výstupu.
Ploter je zařízení, které obraz na papír kreslí vektorově – pomocí čar (ne bodů, jako je to v případě klasických tiskáren). Má k dispozici několik per, které dokáže zdvihnout anebo přitlačit na papír a vytvořit s nimi čáru. Některé plotry umožňují pohybovat perem do čtyř stran, jiné pohyb nahoru a dolů nahrazují posouváním papíru.
Existují však i varianty, které pracují stejně jako inkoustové tiskárny, od kterých se potom liší jen schopností velkoformátového tisku (A2, A1, A0). Tu často využívají konstruktéři a dizajnéři. Speciální kategorií jsou řezací plotery, které místo pera používají nástroj na řezání. Na vyhotovení předloh pro výrobu desek plošných spojů se zase často používá fotoploter, kde se místo pera používá světelná stopa, která se promítá na světlocitlivý materiál.
Barevné voskové tiskárny se podobají inkoustovým tiskárnám Používají pevné inkousty – vosky, které se při nahřátí přemění na kapalinu a tiskárna s nimi pracuje stejně jako obyčejná inkoustová tiskárna. Výsledek je kvalitnější, neboť vosk nezasychá vypařováním, ale okamžitě chladem tuhne.
Termální (tepelná) tiskárna tlačí lokálním zahřátím papíru potáhnutého speciální látkou, která pod vlivem zahřátí změní barvu – zpravidla zčerná.
Při použití speciálního papíru je možné řízením tepelné energie vydané na jeden bod dosáhnout dvojbarevného tisku - při menší energii je bod barevný (modrý, zelený anebo červený), při dodání další energie bod zčerná. Výhodou termálních tiskáren je nízká cena, tichý provoz a díky minimálnímu počtu pohyblivých dílů vysoká spolehlivost a nízké nároky na údržbu. Nevýhodou je potřeba použití speciálního papíru z čeho vyplývají vyšší provozní náklady, nemožnost barevného tisku; a zejména omezená životnost tisku, která rychle degraduje vlivem zvýšené teploty a za přítomnosti různých chemikálií. Termální tiskárny se používají zejména v registračních pokladnách a ve faxových přístrojích.
V současnosti je možno se poměrněčasto setkat se spojením skeneru a tiskárny (laserové anebo inkoustové) do jednoho zařízení. Taková kombinace se označuje jako multifunkční zařízení a kromě tisku a skenování dokáže pracovat také jako kopírka bez potřeby zapnutí počítače. Někdy se zařízení navíc kombinuje i s faxem.
Parametry tiskáren Kromě typu tiskáren, které jsme viděli na předcházejících řádcích, je charakterizují následující parametry:
-rychlost tisku určuje počet stran za minutu, které je tiskárna schopna vyhotovit. Tento údaj však výrobci velmi často zkreslují a s nimi uváděné hodnoty jsou obvykle nejvyšší možné, které se nám při standardních dokumentech složitějšího obsahu dosáhnout nepodaří, -hlučnost je v současnosti, když jehličkové tiskárny patří minulosti, více-méně na akceptovatelné úrovni, -rozlišení určuje kvalitu výstupu, přičemž pro tisk textu postačuje 300 dpi, na fotografie je nutné používat alespoň 600 dpi. Tyto hodnoty dosahují prakticky všechny v současnosti prodávané tiskárny (kromě jehličkových), není třeba však jít při tisku běžných dokumentů do extrémů a třeba si uvědomit, že čím nižší rozlišení použijeme, tím rychleji bude dokument vytištěn, -režimy tisku souvisí jak s rozlišením, tak i s kvalitou výstupu. Standardní tiskárny dovolují nastavení ekonomického režimu (konceptu), při kterém šetří inkoust nebo toner na úkor kvality výstupu. Používání šetřících režimů dokáže prodloužit životnost náplněčasto až dvojnásobně, - s režimem úzce souvisí i provozní náklady, přičemž je třeba myslet na to, že počty stran, na které má vystačit jedna náplň, výrobce udává u 5% pokrytí černou barvou (texty) a u 15 % pokrytí pro barevný obsah, -schopnost tisku na speciální média třeba zvážit zejména tehdy, jestliže předpokládáme tisk na fólie anebo hrubší papíry (tehdy je vhodné, když má tiskárna další vstup a výstup umístěný tak, aby se médium v tiskárně co nejméně ohýbalo), -pokud bude tiskárna určena na masivní tisk dokumentů, je třeba zvážit její doporučené měsíční zatížení (uváděné výrobcem) a velikost zásobníku na papír. Zvuková karta
Zvuková karta patří mezi „nepovinné“ zařízení, i když v současnosti si už počítač bez něj nedokážeme ani představit. V době prvních (i druhých a třetích) počítačů typu PC byl jediným zdrojem zvuku systémový reproduktor (PC speaker), který dokázal vydávat zvuky najednou jen v jediné frekvenci (do 16 kHz). Bylo ji sice možno měnit, ale ani těm nejzkušenějším programátorům se nepodařilo přiblížit k reálným zvukům. Nové možnosti jim poskytla až samostatná zvuková karta, která se u nás rozšířila někdy v polovině 90. let 20. století. Prostřednictvím ní dokážeme zvuk zaznamenat i zprostředkovat. Jako samostatná karta se v současnosti vyskytuje jen zřídka, protože většina základních desek ji má integrovanou v podobě, která stačí mohutné většině běžných uživatelů.
Struktura zvukové karty
Zvukové karty mají několik analogových vstupů (mikrofonový vstup, linkový vstup určený na propojení s výstupem jiného zařízení, např. TV tuneru) a výstupů (dvojice výstupních reproduktorů), občas je přítomný i digitální výstup S/PDIF. Někdy bývá součástí zvukové karty i gameport určený na připojení joysticka.
Standardně se používá barevné rozlišení konektorů – mikrofonovému vstupu je přiřazena růžová barva, linkovému modrá, hlavnímu výstupu (reproduktory) zelená, druhému černá. Digitální výstup používá oranžovou barvu. Některé koncovky jsou z důvodu podpory používání vícekanálového zvuku multifunkční a prostřednictvím softwaru je možno určit, zda se budou chovat jako vstupní anebo výstupní.
Nejdůležitějším modulem zvukové karty jsou A/D a D/A převodníky, které se starají o převod analogového signálu na digitální a naopak. Tento modul se někdy označuje také jako kodek. Druhým samostatným modulem je syntetizátor MIDI (Musical Instrument Digital Interface), který umožňuje generovat zvukové charakteristiky hudebních nástrojů na základě soustavy pravidel označované jako General MIDI system. Proces, který tento obvod zabezpečuje, se někdy označuje také jako FM syntéza. FM syntéza se snaží ze základních hudebních tónů poskládat zvuk hudebního nástroje. Lepší zvukové karty pracují s Wavetable syntézou – v paměti zvukové karty jsou uložené reálné zvuky hudebních nástrojů díky čemu je potom i reprodukce omnoho reálnější. Na plošném spoji zvukové karty se nacházejí ještě vstupní a výstupní zesilovače a různě podpůrné obvody. Postupem času s růstem výpočtové kapacity a paměti počítačů, byly zvukové karty doplněny
o digitální signálový procesor (DSP), který jim umožňuje v reálném čase zpracovávat a upravovat digitální zvuková data (frekvenční filtry, efekty atd.). V současnosti mají téměř všechny zvukové karty stejné parametry. Údaje, které z nich dělají kvalitní anebo nekvalitní zařízení, obvykle prodejci neuvádějí a je nutné pátrat na stránkách výrobce:
-frekvenční rozsah představuje rozsah frekvencí, jenž je zvukový adaptér schopný zaznamenat a zreprodukovat. Platí, že čím je větší, tím lépe. Standardem jsou hodnoty od 30 Hz do 20 kHz. -celkové harmonické zkreslení udává přesnost reprodukce jednotlivých tónů. Udává se v procentech a platí, že čím je tato hodnota nižší, tím je reprodukce zvuku věrnější. Tento parametr představuje hlavní rozdíl mezi zvukovými kartami stejného typu a různé ceny. -odstup signálu od šumu představuje rozdíl mezi silou signálu a šumu. Udává se v decibelech a čím je hodnota vyšší, tím čistější zvuk by měla zvuková karta poskytovat.
Reprodukce
Zvukové karty by bez zařízení schopných zprostředkovat jejich výstup posluchači neměli opodstatnění. Na reprodukci získaného zvuku se používají reproduktory (případně sluchadla). Reproduktory je možno rozdělit na pasívní a aktivní. Pasivně používají signál vygenerovaný zvukovou kartou, který reprodukují bez zesilnění. Jejich výhodou je, že nepotřebují žádný zdroj napětí, nevýhodou slabý výkon. Většina reproduktorů je aktivní. Ty jsou nabíjené síťovým napětím, které slouží na zesílení vstupního signálu. Výsledný zvuk je zpravidla postačující.
Zvukové karty i reproduktory mají společný parametr, který u zvukových karet představuje informaci o podpoře počtu výstupních kanálů a u reproduktorů jejich fyzickou skladbu. První zvukové karty měly obvykle jeden anebo dva kanály a nemohly současně zaznamenávat a reprodukovat zvuk. Později se kromě možnosti současného příjmu a reprodukce zvýšil počet nezávislých kanálů, s kterými mohla zvuková karta pracovat. V současnosti dosahuje počet použitelných (ne nutně používaných) kanálů hodnotu minimálně 16. Pro více než dvojkanálový zvuk (tento se označuje jako stereo) se používá označení prostorový (3D) zvuk (surround sound). Kvalita jeho reprodukce závisí kromě jiného na rozmístění reproduktorů v prostoru. Vžilo se několik standardních označení (vybíráme základní):
-2.0 představuje stereo soustavu – tj. jeden pravý a jeden levý reproduktor. Podporují ho prakticky všechny (kromě nejstarších) zvukové karty. -5.1 přidávají k 2.0 po jednom pravém a levém kanále, navíc přední středový a basový kanál. Tento systém je standardem domácího kina. - 7.1 je podporovaný jen na poli výpočetní techniky (ne spotřebitelské elektroniky) a přidává zadní středové kanály. Obr. Surround 7.1 – umístění reproduktorů v prostoru
Ostatní vstupně-výstupní zařízení
Když byl před několika léty představen první digitální fotoaparát, pravděpodobně nikdo netušil, že dokáže tak rychle proniknout na trh a tak razantně vytlačit klasický film. Digitální fotoaparát nezaznamenává fotografie na film, ale ukládá je na paměťovou kartu
(vyměnitelnou a přenosnou). Snímaný obraz vidíme obvykle po dobu fotografování na displeji, umístěném na zadní straně přístroje. Po fotografování (není potřeba zaplnit celou paměť) potom stačí přenést údaje do počítače, případně ho připojit přímo k tiskárně a obrázky podle výběru vytisknout – ušetří se tím čas a peníze potřebné na vyvolání filmu a zhotovení nepožadovaných a nepodařených snímků. Kromě obyčejných fotografií dokáže digitální fotoaparát obvykle nahrávat i videosekvence anebo samostatný zvuk, díky čemuž jej můžeme také jako jednoduchou videokameru anebo diktafón.
Obraz je zaznamenávaný prostřednictvím CCD senzorů transformujících intenzitu dopadajícího světla na elektrický signál, který A/D převodník mění na digitální hodnoty (viz Skenery). U digitálního fotografování je první důležitou vlastností rozlišení fotoaparátu. Udává se v megapixelech a určuje počet bodů, které je fotoaparát schopen zachytit na jednom snímku. Navzdory tomu, že v současnosti tyto hodnoty nezadržitelně rostou, jsou pro fotografie prakticky až do velikosti A4 postačující 3 Mpix, které zachytí obraz do 3,2 miliónů bodů v rozlišení 2 048 x 1 536 bodů. Je třeba si také uvědomit, že čím více budou snímky megapixelové, tím pravděpodobněji zachytí různé šumy a zaberou více místa či už na paměťové kartě při fotografování anebo na pevném disku při přenosu do počítače. Neméně důležitým parametrem je optický zoom zabezpečující možnost přiblížení objektu pomocí objektivu. V případě, že dosahuje hodnoty nad 5, je vhodné, když fotoaparát obsahuje i stabilizátor obrazu. Velké přiblížení totiž klade vysoké nároky na stabilitu objektivu během fotografování a každý, stačí jen drobný pohyb fotografa, je znásobený velikostí zoomu, čímž se obraz může stát neostrým a rozmazaným. Na přitáhnutí zákazníka se jako důležitý parametr často udává i digitální zoom, který však hovoří jen o schopnosti zvětšení obrazu (např. už vytvořené fotografie na displeji fotoaparátu) a na kvalitu snímků nemá žádný vliv.
Vlastnost, od které kvalita snímků závisí pravděpodobně nejvíce, je podobně jako při skenerech optická soustava. U fotoaparátů, jejichž charakteristiky jsou na první pohled stejné, je zřejmě ona tím parametrem, který určuje rozdíl v ceně (i když to nemusí být vždy úplně pravda).
Dalším zařízením, pomocí kterého dokážeme do počítače přenést obraz, je digitální kamera. Pracuje podobně jako digitální fotoaparát, ale nabízí podstatně kvalitnější parametry na snímání pohybu a zvuku. Obraz může ukládat na paměťovou kartu, pásku anebo přímo na DVD. Kromě digitální kamery je možné dostat do počítače také obraz z běžné videokamery. Postačí k tomu videopřehrávač a zařízení na přijímání videosignálu, např. střihová (VIVO) anebo televizní karta.
Zajímavým doplňkem určeným původně pro grafiky jsou grafické tablety, které přenášejí pohyby pera do počítače. Kromě samotného kreslení, umožňuje tablet ovládání systému perem stejně jako bychom používali myš.
Zajímavým doplňkem určeným původně pro grafiky jsou grafické tablety, na které grafik (zvyklý pracovat ručně) kreslí speciálním perem jako na papír. Z tabletu se pohyby pera přenášejí do počítače a tímto způsobem se vytváří grafický obrázek. Složitější tablety dokážou snímat nejen pohyb – čáru, ale podle tlaku i její tloušťku a sílu. V současnosti existují tablety, které je možno umístit na stůl podobně jako podložku pod myš a kreslit na ně speciálním perem. Kromě samotného kreslení umožňuje ovládání systému perem stejně jako bychom používali myš.
Zajímavým řešením využívajícím myšlenku tabletů jsou dotykové obrazovky. Zpočátku byly k dispozici jen na kapesních počítačích (handheld), ale v současnosti není ničím výjimečným se setkat s notebooky, které mají místo klasické LCD obrazovky obrazovku dotykovou – označují se opět jako tablety. Další rozvinutí snímání dotyků představují elektronické tabule, které jsou schopny nahradit křídové, či fixové tabule. Jejich princip je založený na kombinaci promítaného obrazu prostřednictvím dataprojektoru (promítat je možno na tabuli zepředu i zezadu) a zaznamenávaní pohybu elektronických fixů prostřednictvím snímačů umístěných na okraji tabule. Pohyb se s přesností na milimetry přenáší bezdrátově do počítače, odkud se okamžitě promítá prostřednictvím dataprojektoru zase na tabuli. Výhodou je, že údaje je možno v počítači dále zpracovávat, exportovat, sdílet anebo jednoduše opět zobrazit.
Zařízení umožňující připojení k počítačové síti Síťová karta umožňuje připojení počítače do počítačové sítě. Obvykle je hlavním účelem zabezpečení komunikace mezi dvěma anebo větším počtem počítačů, přičemž nezáleží na tom, zda jsou v jedné místnosti anebo v jednom městě. Počítače mohou mezi sebou komunikovat, přenášet údaje anebo využívat např. tiskárny připojené k libovolnému počítači v síti. Často se počítače propojují také pro připojení se na Internet. Modem představuje vstupně-výstupní zařízení, které umožňuje komunikaci mezi dvěma počítači prostřednictvím telefonního vedení. Klasický (analogový) modem na jedné straně upravuje signál z počítače na přenos po telefonním vedení, na straně druhé ho dekóduje a upravuje do digitální podoby, díky čemu ho dokáže druhý počítač přijmout. Podle toho, kolik bitů za sekundu dokáže modem “přepustiť”, hovoříme o 14,4 kbps, 33,6 kbps anebo 56,6 kbps (kilobitů za sekundu). Pomocí modemu se obvykle připojujeme i na Internet.
Chlazení
Při své činnosti se počítačový systém zahřívá. Není se čemu divit, neboť změnit svůj stav několikmiliardkrát za sekundu, vyžaduje investici značné energie. Vnitřní změny, které přitom nastávají v jednotlivých komponentech, zákonitě musí produkovat teplo. Zřejmě nejvíc tepla se generuje na součástkách, které pracují na vysoké frekvenci – procesor (CPU), grafický procesor (GPU) a čipset základní desky. Někdy se přidávají i moduly operační paměti, ale jejich chlazení zatím není standardem. Na snížení teploty se používá chladič (cooler). Standardně se umisťuje tak, aby přicházel s chlazeným zařízením do co nejužšího kontaktu na co největší ploše – často se používá i speciální pasta, která zlepšuje odvod tepla z komponentu na chladič. Základním dělením chladičů může být dělení na pasivní a aktivní. Pasivní chladiče vykonávají svojí činnost na základě odvádění tepla z chlazeného komponentu prostřednictvím plochy – znamená to, že jsou vytvořeny tak, aby co největší plocha přicházela do styku s okolním vzduchem, který je v tomto případě chladící látkou. Skládají se z množství žeber a často jsou masivní. Jejich obrovskou výhodou je nehlučnost a bezporuchovost – nemají žádné pohyblivé části. Využívají se hlavně na čipech čipsetu
a méně náročných grafických kartách. Nejnovější typy používají technologii heatpipes založenou na použití trubiček naplněných kapalinou, která odvádí teplo do okolí vypařováním. Aktivní chladiče odvádějí teplo prostřednictvím cirkulace vzduchu (točící se ventilátor, jehož otáčky se v některých případech regulují podle teploty zařízení) anebo kapaliny (často obyčejná voda, která cirkuluje za pomoci čerpadla). V rámci možností je zachovaná filozofie co největší plochy na odvod tepla. Chladiče tohoto typu bývají v levnějších variantách poměrně hlučné a po určitém čase se hlučnost ještě více zvyšuje v důsledku opotřebování. Kromě procesorů a grafických karet se používají i na chlazení čipsetů, jsou součástí zdrojů napájení a někdy se přidávají do skříňky počítače na odvádění tepla z pevného disku anebo z celého systému.
Je potřebné si uvědomit, že čím více se teplota v systému sníží, tím větší životnost komponentů můžeme dosáhnout.
Typy počítačových systémů
Počítače můžeme kategorizovat různými způsoby. Pokusíme se je nyní rozdělit podle účelu, na který slouží: stolní počítače, přenosné počítače, vysokovýkonné a průmyslové počítače.
Stolní počítače Počítače, o kterých jsme dosud hovořili, patří do řady osobních počítačů (PC – Personal Computer). Jsou nejčastějšími modely u nás i v celé Evropě. Vzhledem k tomu, že jejich nejčastější použití je v kancelářích, resp. v domácnostech a zpravidla bývají umístěné blízko u stolu, označují se jako stolní počítače anebo desktopy (a to bez ohledu na to, zda má skříňka provedení desktop, tower anebo jiné). Na první pohled téměř totožně jako PC vypadá i Apple Macintosh (Mac). Počítače tohto typu jsou také určené primárně na desktopové použití a představují skupinu osobních počítačů vyráběných americkou společností Apple Computer. První Macintosh byl uvedený na trh v lednu 1984. Byl to první osobní počítač, který používal grafické rozhraní, čímž předběhl všechny své současníky o několik let – většina tehdejších operačních systémů pracovala jen s příkazovým řádkem.
Od roku 1984 do roku 1994 využíval procesor Motorola, potom přešel na RISC procesor PowerPC (vytvořený konsorciem Apple, IBM a Motorola). Od roku 2006 začala společnost přechod na architekturu Intel x86 údajně z důvodu výkonnostních problémů architektury PowerPC.
Jako terminály bývaly v minulosti označovány zařízení skládající se z obrazovky a klávesnice, které neměly vlastní diskový prostor a sloužily jen na připojení se k systému, který jim poskytoval jak údaje, tak i výpočtové prostředky. V současnosti může být terminálem i klasické PC, které se připojuje na jiný počítač prostřednictvím počítačové sítě a slouží např. jen na vkládání údajů – všechny důležité operace probíhají na cílovém počítači. Jako terminál si můžeme představit např. bankomat, letištní terminál, terminál v knihovně určený na prohledávání knižního fondu apod. Specifickou kategorií je hrací (herní) konzola určená primárně uživatelům orientovaným na hraní počítačových her. Jako zobrazovací zařízení může posloužit televizní přijímač i monitor. Současné konzoly umožňují kromě hraní her i sledování filmů, přehrávání CD/DVD anebo připojení na Internet. Některé konzoly mohou sloužit i jako plnohodnotný počítač.
Mezi nejznámější herní konzoly patří Microsoft XBox, Sony Playstation, Nintendo. Kromě konzol připojitelných k zobrazovací jednotce existují i kapesní (přenosné) s vlastním displejem.
Přenosné počítače Nejtypičtějším přenosným počítačem je notebook. Je to přenosný počítač s malými rozměry, nízkou hmotností a schopností pracovat díky akumulátorům několik hodin bez potřeby elektrického napájení. Použité součástky jsou oproti PC minimalizované a odolnější vůči otřesům, a proto jsou notebooky o něco dražší než stolní počítače. Někdy se tato kategorie počítačů označuje také jako laptop. Rozdíl mezi názvy je historický – laptop byl původně větší než notebook a byl určený „na kolena“, zatímco notebook velikostí připomínal knihu.
Klasický notebook se skládá ze sklopného LCD displeje, klávesnice se zredukovaným počtem kláves a myš je obvykle nahrazena touchpadem reagujícím na pohyb prstu, který se přenáší na kurzor myši. Díky tomu, že notebooky je možno jednoduše přenášet, jsou oblíbené zejména u uživatelů často měnících místo práce (kancelář, domov, služební cesta) a u těch, kteří vyžadují mít svoje údaje stále sebou (manažeři, programátoři apod.). Stále častěji se s nimi můžeme setkat i u studentů vysokých škol, kterým nahrazují klasické zápisníky, pera i papíry.
Kapesní počítače jsou počítači přenosnými v pravém slova smyslu. Patří zde různé diáře a programovatelné mikropočítače (PDA – Personal Digital Assistant – osobní digitální asistent, hand-held) pracující s vlastním systémem často už na úrovni systémů stolových počítačů. Primárně se využívaly jako příruční zdroje informací, ale v současnosti, navzdory nižšímu výkonu v porovnání s desktopy, prožívají období rozkvětu. Jejich funkce (textový editor, poznámkový blok, kalendář, adresář, plánovač úloh, hry, fotoaparát atd.) jsou často integrované i v dražších mobilních telefonech, případně funkce mobilních telefonů jsou integrované v nich. Velikost zařízení je přizpůsobená tak, aby je bylo možné uchopit do dlaně a přenášet v kapse. Ovládání je standardně realizované prostřednictvím dotykové obrazovky, výjimečně prostřednictvím miniaturizované klávesnice. PDA se používají na místech, kde je použití notebooku vzhledem na požadované funkce zbytečné (např. systémy, ve kterých postačí prohlížení údajů, případně občasné kliknutí či potvrzení splnění úlohy). Známe jejich nasazení v navigaci prostřednictvím GPS. Nejlevnější zařízení se cenově blíží k ceně levného stolního počítače.
Speciální kategorii kapesních počítačů představují „rozšířené kalkulačky“ určené na řešení úloh z přírodovědných a technických oblastí. Typickým představitelem je Casio ClassPad, který disponuje aplikacemi pro numerické a algebraické výpočty (např. práce se zlomky, maticemi apod.), pro sestrojování a analýzu geometrických objektů a kuželoseček, statistické výpočty, práci s grafy a tabulkami, zpracování postupností, numerické řešení rovnic atd.
Vysokovýkonné počítače
Tato kategorie je velmi diskutabilní, protože počítač, který sloužil před rokem jako vysokovýkonný, už v současnosti může být na úrovni průměrného stolního počítače a navzdory tomu stále zpracovává stejné úlohy. Do této kategorie spadají počítače spíše na základě určení než na základě svého výkonu či speciálních funkcí. Některé označení jsou daná historicky, jiná úlohou počítače v systému. Minipočítač je zařízení navenek se nelišící od klasického PC, avšak svým výkonem ho několikrát překoná. Využívá se zejména na místech, kde výkon standardního PC nestačí (náročné konstruktérské výpočty, řízení jiných počítačů, server v síti – viz dále, apod.). Minipočítače mohou obsahovat několik procesorů, čím se jejich výkon ještě více zvýší. Často poskytují svoje služby dalším počítačům. Pracovní stanice je obdobou minipočítače, ale obvykle je samostatná a má o něco nižší výkon. Dnes slouží jako pracovní stanice běžné PC, čím se vlastně rozdíl mezi systémy stírá. Server nemusí představovat speciální počítač, je to len funkce, kterou může dostat přidělenou jako minipočítač, tak i pracovní stanicí, notebook či standardní desktop. Z důvodu potřeby spolehlivosti a dosáhnutí stabilního výkonu se však jako servery nasazují speciální počítače zkonstruované tak, aby odolaly vysoké zátěži a nepřetržitému provozu. Jejich ceny jsou proto logicky několikanásobně vyšší než v případě ostatních typů počítačů.
Průmyslové počítače
Průmyslové počítače jsou určeny do prostředí charakterizovaného zhoršenými pracovními podmínkami. Jsou schopné snášet prašné prostředí, širší rozsah teplot, nárazy a vibrace, mají zvýšenou odolnost vůči elektromagnetickému záření. Komponenty jsou obvykle vyráběné speciálně pro tuto kategorii, provedení dokáže být prachuvzdorné i vodotěsné. Cyklus života průmyslových počítačů je podstatně delší než u běžných desktopů, ale navzdory tomu plně podporují jejich standardy. Konstrukce umožňuje jednoduchou údržbu a pohotovou výměnu prvků s nejnižší životností (např. HDD). Využívají se zejména v průmyslové výrobě na řízení výrobních procesů, ovládání jednoúčelových strojů a zařízení, v měřící technice na měření, regulaci a sběr údajů. Můžeme je použít i jako routry v počítačových sítích.
Popsané typy výpočtových systémů někdy nedokážou mezi sebou bezproblémově komunikovat, protože byly vytvořené různými technologiemi, různými výrobci a na úplně odlišné účely. Hovoříme, že jednotlivé typy nejsou kompatibilní. Kompatibilita (compatibility - slučitelnost) je vlastnost zařízení a programů, umožňující jejich použití bez změny i v jiných typech počítačů.
Software
Všechny prvky, o kterých jsme do této chvíle hovořili, představovaly součástky počítače – hardware. I když z nich dokážeme poskládat počítač, od vykonávání reálných úloh jsme ještě příliš daleko – systému nedokážeme nic přikázat, a tím pádem od něho nemůžeme ani nic očekávat. Bez vhodného programového vybavení je pro nás počítač jen směsí plastu a kovu. Na to, aby počítačový systém věděl co, kdy a jak má vykonávat, potřebuje mít k dispozici předpisy (příkazy), na základě kterých procesor řídí jeho chod. Tyto postupnosti označujeme jako programy, aplikace nebo nejčastěji software. Samotný software je však stejně nefunkční jako samotný hardware. Jedno bez druhého nemůže pracovat, proto o počítači hovoříme jako o spojení softwaru a hardwaru. Software s hardwarem dokážou zabezpečit chod systému, ale v dvojkombinaci ještě celkem nenaplňují definici. Smyslem práce počítačového systému je totiž zpracování údajů. Údaje představují vstup do systému, který je zpracuje a na základě své činnosti poskytne uživateli výsledky – opět údaje.
Obr. Počítač jako sjednocení hardware, software a údajů
Ne každý software vyžaduje pro svoji činnost údaje – softwarem je např. i program, který po spuštění pípne anebo vypíše „Ahoj“. Pokud však od něho chceme, aby našel studenty, kteří chyběli v zadaném týdnu, nevyhneme se už jeho „nakrmení“ údaji – potřebuje mít k dispozici údaje o docházce, které překontroluje a na základě nich objeví a vypíše absentéry. Jak tedy rozlišit údaje od softwaru? Trochu zjednodušeně můžeme říci, že software je předpis a údaj je vstup, který se na základě předpisu zpracovává. Textový editor je software a texty, které v něm napíšeme, představují údaje; grafický editor je software, zpracované fotografie představují údaje. V případě různých encyklopedií představuje software prostředí encyklopedie, údaje jsou zobrazované informace určené uživateli.
Pokud bychom chtěli být vulgární, mohli bychom za programy označit všechno to, čemu rozumí počítač a za údaje to, čemu rozumí uživatelé.
Hardware má svoji hmotnost a tvar, software a údaje jsou abstraktní – nedokážeme je nahmatat, nevíme jaký mají tvar, nedokážeme je detekovat ani čichem. Na to, aby mohl software či údaje existovat, musí být někde uložené. Když opomeneme různé fantastické a vizionářské úvahy, místem na ukládání softwaru i údajů jsou paměti (dočasná operační paměť, CD, DVD, HDD, FDD a případně flash-disky), kde jsou obě kategorie umístěny v souborech. Software vzniká programováním. Každý počítačový program obsahuje postupnost instrukci, kterou vykonává procesor. Podle místa nasazení a způsobu určení je možno software rozdělit na dvě základní kategorie:
-systémový software představuje programové vybavení počítače, které umožňuje a zabezpečuje spuštění dalších aplikací. Hlavním představitelem této kategorie jsou operační systémy, do kterých zahrnujeme i různé servisní programy umožňující a podporující jejich činnost,
-aplikační software (aplikace) tvoří velká skupina programů, která je určená na řešení konkrétního problému anebo skupiny problémů. Můžeme sem zahrnout textové editory, grafické editory, prezentační software, mailové klienty, prohlížeče webových stránek atd. Speciální kategorii softwaru, jehož je poměrně těžké jednoznačně zařadit, tvoří:
-síťový software, který umožňuje skupině počítačů navzájem komunikovat, -vývojový software (kompilátory, software určený na vytváření programů), který poskytuje programátorovi nástroje, potřebné na napsání programů, případně jeho přeložení do strojového kódu (anebo vykonání prostřednictvím interpretera). Vzhledem k tomu, že údaje i software můžeme velmi jednoduše rozmnožit a rozšířit bez jakéhokoli zásahu do originálu, představují ideální objekt krádeží (viz Počítačové pirátství).
Pro činnost počítačového systému je nevyhnutelný právě operační systém, budeme se nejdříve věnovat jemu; aplikační programy budou obsahem dalších kapitol.
Operační systém
Základním softwarem, který nám dovolí spouštět programy a manipulovat s uloženými údaji, je operační systém. Jeho existence začala na přelomu 50. a 60. let 20. století v druhé generaci počítačů, kde představoval sadu příkazů a instrukcí, které dokázaly komunikovat s paměťovými zařízeními a ukládat i číst z nich údaje nebo programy. Za půl století se hlavní úloha operačního systému velmi nezměnila – představuje technické a programové prostředky počítače, které zabezpečují komunikaci mezi hardwarem a uživatelem. Operační systém se stará o efektivní využití operační paměti a procesoru, o optimální komunikaci mezi všemi používanými technickými i programovými prostředky. Inicializuje se vždy, když se spustí počítač, a umožňuje uživateli realizovat obsluhu počítače prostřednictvím příkazů. Operační systém je složen ze tří základních částí:
-jádro operačního systému představuje výkonnou část systému, která je umístěná v paměti od spuštění do vypnutí počítače. Jádro podle potřeby a požadavků uživatele či aplikací spouští nebo přesouvá do operační paměti ostatní součásti operačního systému, -monitor operačního systému zabezpečuje komunikaci systému s uživatelem. Přijímá a analyzuje impulzy z klávesnice, zjišťuje význam systémových příkazů, vypisuje příslušné odezvy na výstupní zařízení, -ovládače obhospodařují komunikaci operačního systému s hardwarovými zařízeními. Každé hardwarové zařízení má svoji vlastní strukturu a využívá specifické vlastnosti, které při vývoji operačního systému ještě nemusely existovat. Ovladač je proto navržen tak, aby dokázal komunikovat s operačním systémem prostřednictvím všeobecnějších (abstraktních) příkazů. Např. příkaz operačního systému „zobraz výřez obrazovky“, ovladač transformuje do instrukcí grafické karty, pro kterou byl napsaný. Ta ho potom podle svých možností a schopností zrealizuje.
Vzhledem k tomu, že každý operační systém má svoje vlastní „abstraktní příkazy“, je potřeba, aby byl ovladač vytvořený nejen pro konkrétní hardware, ale i pro konkrétní operační systém. Ovladače jsou standardně k dispozici v samostatných souborech ve formě knihoven, díky čemu jsou k dispozici i aplikačním programům.
Všechny ostatní součásti systému můžeme chápat jako aplikační programy (textový editor, služebné programy pro diagnostiku, komunikaci v síti apod.)
Každý operační systém je navržen hierarchicky tak, aby transformace příkazu z aplikace k hardwarovému zařízení i naopak proběhla co nejplynuleji. Komunikace přitom prochází následujícími vrstvami:
-uživatel je v hierarchii umístěný na nejvyšší pozici, od něho vycházejí požadavky a pro něho jsou určeny i výsledky činnosti zařízení -aplikační programy jsou vrstvou, prostřednictvím které uživatel komunikuje s operačním systémem, -operační systém disponuje „abstraktními“ příkazy, které dává k dispozici aplikačním programům a do kterých překládá požadavky aplikace, -nad nejnižší fyzické vrstvě se nachází firmware (zjednodušeně ho můžeme označit také jako BIOS), který zabezpečuje základní služby zařízení. Tvoří rozhraní mezi hardwarem a vrstvami programového vybavení, vykonává příkazy formulované ovladačem zařízení, -hardware představuje nejnižší (fyzickou) vrstvu, která má na starosti samotné vykonávání příkazů. operační systém Rozhraní služeb Rozhraní služeb OS pro uživatele OS pro procesy správa procesoru,plánování,dispečer správa vnitřní paměti,virtualizace správa procesůspráva periferií (ovladače)jádro OS správa souborů,správa vnějších pamětí interpret řídícího jazyka, shell,API OS aplikační programy UŽIVATELÉ privilegovaný režim uživatelský režim strojový kód, procedury 300-500 instrukcí, přerušení registry holý počítač, waremikroprogramy interpret mikroinstrukcí hardelektronické obvody registry, hradla, sběrnice
Obr. Vrstvy komunikace uživatel – hardware
Úlohou operačního systému je zabezpečit následující funkce:
- v první řadě komunikaci s uživatelem zpřístupňováním vstupních (např. klávesnice, myši) a výstupních (např. monitor, tiskárna) zařízení, rozhodovat o přidělování kanálů (např. DMA pevného disku na uložení anebo načtení údajů) při žádostech uživatele a/nebo systému, -přidělování prostředků systému uživatelům nebo aplikacím. Toto může být realizováno na úrovni přidělení prostředku (procesor, paměť, kanál pro zápis nebo čtení údajů) anebo času na jeho používání. Aktuální stav procesoru pro právě zpracovaný proces se „odloží“, zpracuje se
nový proces nebo jeho část a procesor pokračuje po načítání odložených údajů v původním procesu od místa, kde byla jeho činnost přerušená.
-řízení přístupu k souborům se využívá v operačních systémech, které umožňují definovat pro daný soubor a konkrétního uživatele právo na čtení, změnu souboru nebo vykonání programu uloženého v souboru, případně mu přístup zakázat. -vykonávání programů – zavádění programů do operační paměti (spouštění) a spojování se s existujícími knihovnami poskytujícími další funkce, -vytváření programů na uživatelském rozhraní (editory kódu, kompilátory, ladící programy apod.) -diagnostiku, detekci chyb, chybové řízení a protokolování činností – operační systém vykonává autokontrolu systému, detekuje chyby a v případě, když se mu je nepodaří odstranit, chová se podle předepsané rutiny. Stejně tak je potřeba, aby chránil systém před ztrátou údajů např. při výpadku napětí. O výkonných operacích a chybách se vedou záznamy v protokolovacích souborech. -komunikace s jinými systémy (počítači) v síti při použití síťových operačních systémů. Dělení operačních systémů
Na operační systémy se můžeme pohlížet z více úhlů, na základě kterých je dokážeme dělit:
-jednouživatelské operační systémy jsou takové, ve kterých v jednom časovém okamžiku může počítači zadávat příkazy jediný uživatel. Jejich opakem jsou víceuživatelské operační systémy, které povolují současnou práci více uživatelům. Je samozřejmé, že uživatelé nesedí v jedné místnosti a nepřipojují se prostřednictvím klávesnic k danému počítači – víceuživatelský systém předpokládá počítačovou (případně terminálovou) síť, prostřednictvím které se do počítače přihlásí uživatelé na základě jména, hesla a systém jim přidělí výpočtové i paměťové prostředky, -jednoúlohové operační systémy umožňovaly mít v jednom časovém okamžiku spuštěný jen jeden program, víceúlohové umožňují současný běh většího počtu programů. Tato schopnost operačních systémů se označuje jako multitasking (multi=víc, task=úloha) a zabezpečuje se prostřednictvím přidělování prostředků i času procesoru běžícím úlohám. Skutečné paralelní zpracování je možné jen při víceprocesorových systémech, v případě jednoprocesorových (když opomineme techniky jako např. pipelining) nejsou úlohy zpracované najednou, ale dojem paralelního zpracování vyvolává rychlé přepínání mezi nimi zabezpečované operačním systémem, - systémy nepodporující práci v síti a operační systémy síťové, které dokážou komunikovat s počítači připojenými do počítačové sítě, - podle dalšího kritéria rozeznáváme operační systémy paměťově rezidentní (pro jednoduché mikropočítače, kde je celý systém pevně umístěný v ROM) anebo diskově orientované, jejichž součásti jsou umístěné na diskových médiích a podle potřeby nahrávané do operační paměti, Pro diskový operační systém je potřeba zabezpečit při startu počítače jeho zavedení do operační paměti. Na této operaci spolupracuje BIOS, který hledá operační systém na paměťových médiích v pořadí jaké má uvedené v paměti CMOS a diskové zařízení (HDD, FDD, CD a pod.), které má v zaváděcím sektoru (boot sektore) zapsané příkazy, které z něho zavedou operační systém. Správné nastavení se obvykle nerealizuje manuálně, ale zabezpečí ho automaticky instalační program operačního systému.
-první operační systémy byly orientované textově a všechny činnosti se vykonávaly prostřednictvím příkazů zadávaných do příkazového řádku. Současně s vývojem operačních systémů proto byla vyvíjena uživatelská prostředí označovaná jako nadstavby operačního systému, které zjednodušovaly jejich používání. Primární úlohou těchto aplikací bylo
poskytnout uživatelům nástroj na správu souborů a přehled o tom, co mají uložené na svých discích a disketách. Navíc umožňovaly zadávat příkazy bez toho, aby uživatel musel znát jejich přesný tvar - většinou výběrem z menu. Zpočátku byly tyto prostředí orientované na využívání funkčních kláves, ale později začali mít grafickou podobu a jako hlavní ovládací prostředek používali myš. Odtud byl už jen krůček k vytvoření a zavedení grafických operačních systémů, které se ovládaly intuitivně, s údaji se manipulovalo prostřednictvím myši. Jejich prostředí se označuje jako GUI (Graphical User Interface – grafické uživatelské prostředí).
Porovnání operačních systémů
V současnosti existuje několik základních operačních systémů. Mezi nejpoužívanější v našich končinách a u běžných uživatelů patří Windows a Linux. Není však na škodu disponovat také informacemi o ostatních.
Unix
V roce 1965 pracovali společnosti Bell Telephone Laboratories (divize AT&T) a General Electric na projektu, jehož cílem bylo vytvořit operační systém Multics. Po čase se společnost Bell Telephone Laboratories rozhodla od spolupráce odstoupit, protože systém se rozrostl na nepoužitelný kolos. V důsledku tohoto rozhodnutí ztratila šanci získat v krátké době vyhovující operační systém. Jako odezvu na tento čin se zaměstnanci K. Thompson a D. Ritchie rozhodli navrhnout vlastní operační systém, který by splňoval požadavky jejich zaměstnavatele. Ken Thompson návrh realizoval při vytváření vývojového prostředí na počítači PDP-7. Toto bolo původně vytvořené v assembleru a až v roce 1973 kompletně přepsané do jazyka C, čím se zabezpečila možnost kompilace prakticky na libovolné architektuře. Během vývoje se pro systém ustálil název Unix, který mu už zůstal až do současnosti. Koncem 70. let byla společnosti AT&T protimonopolním úřadem zakázaná činnost v oblasti počítačového průmyslu, a proto se rozhodla za velmi výhodných finančních podmínek provést licenci na operační systém Unix na vybrané univerzity. Od tohoto momentu vývoj pokračoval ve dvou hlavních větvích:
- komerční verze System III, System V pod vedením AT&T, Solaris, HP-UX, AIX, - akademické (volně šiřitelné) verze BSD Unix (FreeBSD, NetBSD, OpenBSD) vytvářené pod záštitou Kalifornské univerzity v Berkeley a OpenSolaris. Současný Unix je charakterizovaný jako víceuživatelský, víceúlohový a síťový operační systém vybudovaný na třech vrstvách:
-jádro systému (kernel) komunikuje s technickými prostředky počítače a poskytuje svoje služby jiným programům -interpret příkazů příkazového řádku (shell) vykonává příkazy vyššího programovacího jazyka určeného na komunikaci uživatele se systémem. Zabezpečuje realizaci služebních programů systému a poskytuje také množinu strukturovaných řídících konstrukcí, pomocí kterých je možné psát skripta, -služební programy představují kategorii aplikačních programů a v rámci Unixu se jejich počet se odhaduje na stovky. K dispozici jsou i grafické rozhraní, ze kterých jsou nejznámější GNOME a KDE. Grafické rozhraní pracující nad systémem Unix potřebuje pro svoji práci rozhraní X-Windows, které představuje jakéhosi manažera mezi grafickým rozhraním a grafickou kartou.
Výhody:
-stabilita, bezpečnost a spolehlivost systému představují optimální kombinaci pro nasazení Unixu na servery a místa, kde je nevyhnutelný bezpečný a bezporuchový provoz, -volně šiřitelný zdrojový kód při nekomerčních verzích, z čeho vyplývají nulové náklady na zakoupení, -možnost kompilace prakticky na libovolnou hardwarovou platformu a v případě dostatečných zkušeností i úprava systému podle vlastních požadavků a potřeb. Nevýhody:
- na správu systému jsou vhodné značné zkušenosti, což je v případě nasazení v organizacích bez zkušeného administrátora, potřeba dobře zaplatit externí firmě. Linux
Pod pojmem Linux je skryté množství verzí operačních systémů založených na platformě Unix, které mají společné jádro systému – Linux. Toto jádro (často se používá i na označení celých operačních systémů GNU/Linux) bylo napsané studentem Helsinské univerzity Linusom Torvaldsom. První distribuce (verze) byla zveřejněná v roce 1991 a krátce na to se už na jejím vývoji podíleli tisíce nadšenců.
GNU označuje svobodný (volně šiřitelný) unixový operační systém a představuje rekurzivní zkratku: (GNU's Not Unix – GNU není Unix). GNU/GLP (General Public License) je licence umožňující kopírování, změnu a distribuci softwaru, který ji podléhá avšak s podmínkou, že i modifikovaný software bude šířený pod GNU/GPL.
Mezi neznámější distribuce Linuxu patří Debian, Fedora Core, Knopix, Mandrake (Mandriva), Red Hat, SuSE a Ubuntu. Linux představuje operační systém se vším, co k němu patří – grafickým prostředím, aplikacemi pro práci s Internetem, kancelářskými balíky, hrami a multimediálními přehrávači. Představuje víceuživatelský, víceúlohový síťový operační systém. Výhody i nevýhody jsou stejné jako při systémech typu Unix, existují komerční i nekomerční řešení, přičemž se obvykle neplatí za samotný systém, ale za jeho instalaci, nastavení a následnou podporu uživatelů.
Mac OS Mac OS (Macintosh Operating System) je operační systém pro počítače Apple Macintosh, který kombinuje kvalitní grafické prostředí se stabilitou operačních systémů Unix. Mac OS byl prvním komerčním operačním systémem s grafickým uživatelským rozhraním a mnohé v něm implementované prvky byly později přebrané dalšími operačními systémy (např. Windows). Prvým verzím byl vyčítaný nedokonalý multitasking a chybovost při práci s tzv. nadstavbami (rozšířením), které zabezpečovaly např. podporu sítí anebo připojení dalších zařízení. V současnosti je aktuální verze Mac OS X, která obsahuje jádro založené na BSD distribuci Unixu a grafické rozhraní Aqua vytvořené společností Apple.
Výhody:
-přepracované grafické prostředí, stabilita. Nevýhody: - v minulosti omezení na platformu Apple Macintosh, v současnosti podporuje už i platformu Intelu. MS DOS MS DOS (Microsoft Disk Operating System) je diskovým operačním systémem určeným pro počítače IBM PC kompatibilní. Byl vyvinutý firmou Microsoft na základě objednávky firmy IBM, která potřebovala základní programové vybavení pro připravovaný model PC. Jde o textový, jednoprocesorový, jednouživatelský a jednoúlohový operační systém. Je tvořen pouze trojicí souborů msdos.sys (jadro), io.sys (odstraňuje chyby BIOSu a obsluhuje periferní zařízení) a command.com (interpret příkazů zadávaných do příkazového řádku).
MS DOS se vyšplhal od verze 1.0 až po verzi 6.22, když na jeho místo postupně přišel operační systém Microsoft Windows 95. Výhody:
-funkčnost a rychlost i na nevýkonných strojích, -jednoduchost a v době největší slávy obrovské rozšíření. Nevýhody:
-textové prostředí, - nemožnost provozování většího počtu programů současně, - neefektivní práce s operační pamětí nad 640 kB. Ostatní operační systémy CP/M – historický operační systém určený pro domácí počítače s procesorem Z80, který byl orientovaný diskově (přesněji disketově) a díky tomu se stal inspirací pro mnohé další operační systémy, zejména MS DOS. Palm OS – operační systém používaný v handheldech typu Palm. Symbian OS, Microsoft Windows Mobile Edition – operační systémy používané v některých typech mobilních telefonů. OS/2 - operační systém, který se začal vyvíjet ve spolupráci IBM a Microsoft v roce 1986 jako náhrada systému MS DOS. Microsoft ho však po úspěchu svého systému Windows přestal od roku 1990 podporovat, IBM vývoj a podporu ukončila v roce 1998.
Windows
Období, kdy osobní počítače ovládal MS DOS se svým příkazovým řádkem, skončilo na začátku 90-tých let. Nadstavby stárnoucího operačního systému DOS Shell a Norton Commander nahradil operační systém Microsoft Windows (první verze byla uvolněná v roce 1985). První skutečně rozšířenou a populární verzí byl Windows 3.0 (1990), který však nebyl plnokrevním operačním systémem, ale opět jen grafickou nádstavbou MS DOS, určenou pro komfortnější a univerzálnější ovládání počítače a aplikací. Navzdory tomu naznačil cestu, po které se v dalších letech ubíraly stále novější a novější verze tohoto operačního systému. Vzhledem k tomu, že právě operační systém Windows se v současnosti používá nejčastěji, budeme se mu věnovat podrobně a pokusíme se na něm prezentovat také další charakteristiky operačních systémů.
Prvním operačním systémem Windows v dnešní podobě byla verze 95. Vzhledově je téměř totožná se svými následovníky, instalace však zabrala podstatně méně místa a měla značně nižší nároky na hardware. Současně s ní se na veřejnost dostala i verze Windows NT 4.0, jejichž design byl sice velmi podobný, ale jádro bylo v paměti oddělené od spouštěných aplikací, díky čemu nedocházelo k tolika kolizím a haváriím systému jako u Windows 95. Důraz se kladl na bezpečnost údajů (souborový systém NTFS) a spolehlivost systému. Windows NT byl náročnější na hardware, ale při kvalitních sestavách podával podstatně lepší výkony než Windows 95. Následovníkem Windows 95 se stal Windows 98, který měl kromě vnitřních vylepšení zabudovanou značnou podporu Internetu. Spojením obou operačních systémů (NT a 98) vznikla verze 2000 a současně s ní se na trh dostala také verze Windows 98 – Milénium, které však komerční prostředí nepřijalo. Windows 2000 byl k dispozici ve třech verzích – dvě byly určeny pro práci na serverech (Windows 2000 Server a Windows 2000 Advanced Server), jedna pro pracovní stanice (Windows 2000 Professional).
Následovníkem verze pro pracovní stanice se stala verze Windows XP (ve verzi Professional a odlehčené Home), pro servery je určený Windows 2003 Server orientovaný na týmovou a síťovou spolupráci. Windows XP Home se později vyvinul do verze Media Center Edition, která je určena pro domácí multimediální počítače typu all-in-one sloužící jako systémy domácí zábavy (TV, DVD, rádio, CD, fotografie). V současnosti je aktuálním operačním systémem verze Windows Vista, která je ve verzích Ultimate, Home Premium, Home Basic, Business a Enterprise určena pro nasazení na pracovních stanicích.
Ovládání Windows spočívá v ovládání grafického uživatelského rozhraní (GUI – Graphical User Interface), které zabezpečuje intuitivní a lehce pochopitelnou komunikaci uživatelů a operačního systému. Operační systémy Windows je možné popsat z uživatelského hlediska následovnými charakteristikami, přičemž jako východisko jsme zvolili Windows XP:
-grafické prostředí (GUI) – v prvních operačních systémech od Microsoftu bylo potřeba znát k ovládání počítače několik desítek příkazů a pracovalo se obvykle v textovém režimu. Operační systém Windows tyto příkazy skryl za klikání myší, ukazování na ikony a výběr z položek menu, -intuitivní ovládání spočívá v manipulaci s myší, jejím ukazováním a klikáním na objekty systému. Každý program i soubor s údaji má svůj obrázek (ikonu), který obvykle na první pohled umožňuje určit jeho funkci (např. štětec s obrázky – kreslící program, pero s poznámkovým blokem - textový editor, kalkulačka – kalkulačka atd.). Ovládání je tím pádem jednoduché na paměť i zručnost. Pracovní plochu si může každý uživatel upravit „podle svého obrazu”. Může na ni umístit často používané programy, soubory, dokumenty a vše ostatní odsunout do pozadí a ponechat nezobrazené. Díky tomu je systém přehledný a nezkušený uživatel se nemusí zaobírat soubory, které pro něj nemají význam (anebo je nezná). S intuitivním ovládáním souvisí i možnost používat údaje z jednoho programu v jiném (např. vložit obrázek do textu), která se označuje jako OLE (Object Linking and Embedding). -standardizovaný stejný vzhled, ovládání a základní funkce všech programů. 99 % programů běžících pod Windows má stejný vzhled i některé položky menu (ukládání na disk, otvírání souborů, ukončení) a díky této vlastnosti není třeba se učit u nového programu vše od začátku, ale stačí všímat si jen věcí, které jsou nové a pro které se ho vyplatí používat. Z této filozofie se odvíjí i univerzální nastavování – v případě, že změníme např. barvy prostředí, projeví se změna ve všech programech; v případě, že připojíme k počítači novou tiskárnu a nastavíme ji jednou, není třeba dělat změny v každém dalším programu, ze kterého budeme tisknout. -podpora multitaskingu – Windows umožňuje současný běh více úloh a/anebo procesů. Pokud je k dispozici procesor s větším počtem jader anebo s podporou hyperthreadingu, dokáže je naplno využít. - v případě nedostatku operační paměti umožňuje systém využít diskový prostor jako virtuální paměť a právě nepoužívaný obsah operační paměti na něj na určitou dobu odložit. Tento proces označujeme jako swapování. -Windows je systém podporující práci většího počtu uživatelů. Správce systému dokáže pro další uživatele vytvořit samostatné účty, které mohou a nemusí být navzájem viditelné, umožní jim vytvořit vlastní prostředí (např. vlastní pracovní plochu, menu apod.). V případě potřeby dokáže omezit anebo zakázat přístup k systémovým souborům a zabezpečit tak systém vůči chybám nezkušeného uživatele, znemožnit anebo omezit instalaci nových
a spuštění existujících programů. Kolize a chyby systém obvykle řeší sám – ukončením práce s problematickým programem.
-bezpečnost je kritickým bodem všech doposud vytvořených operačních systémů (zejména od Microsoftu). Hlavním problémem, ke kterému může v případě přelomení ochrany dojít, je ovládnutí počítače „zvenka“ (např. přes Internet) jiným uživatelem. V kombinaci s občasným chybným kódem (jako např. přetečení zásobníkůči datových oblastí) a hlavně s obrovskou popularitou a enormním množstvím uživatelů, se systémy Windows stávají úspěšnými terči různých počítačových červů a virů. Microsoft prostřednictvím služby Windows Update umožňuje zabezpečit automatické stahování oprav (záplat), které obvykle řeší chyby a bezpečnostní nedostatky. Závěrem je možno říci, že nejnovější verze Windows představují víceuživatelský, víceúlohový a síťový operační systém (u nižších verzí tyto vlastnosti často pokulhávaly).
Souborový systém
Úlohou operačního systému je v první řadě zabezpečit uživateli dostatečně flexibilní prostředí pro práci s údaji. Doposud jsme o nich hovořili jen ve velmi všeobecné a abstraktní rovině. Je samozřejmě nesmysl, aby uživatel, který chce na disk uložit napsaný text, určoval část paměti, ze které se má text vybrat a sektor či stopu na disku, kam se má pro další zpracování uložit. Tuto úlohu zvládly už první operační systémy. Údaje v počítači (přesněji na pevném disku i když disketa, flash-disk, CD anebo DVD jsou analogií) musí být organizované na takové úrovni, aby uživatele co nejméně zatěžovaly a byly k dispozici vždy v té podobě, v jaké byly uloženy. Operační systém údaje ukládá do souborů. Soubor je množina údajů představující kompaktní celek. Údaje v souboru jsou obvykle smysluplné buď pro uživatele, anebo pro počítač. Můžeme si pod nimi představit např. list, fotografii anebo tuto knihu (také to byl jen soubor, který se skládal z textu a obrázků). Souborem je i textový editor, přehrávač videa či zvuku a s přimhouřením oka můžeme i operační systém považovat za soubor, který pro svoji činnost využívá podporu dalších souborů (knihoven, logovacích a odkládacích souborů atd.). Každý soubor má svoje jméno a na základě něho ho dokáže operační systém jednoznačně identifikovat a prostřednictvím tabulky souborového systému (FAT či NTFS) ve spleti stop a sektorů najít. V každém počítači se na pevném disku nachází značné množství souborů. Aby byl na disku přehled a pořádek, sdružují se soubory se stejnými charakteristikami (např. texty, obrázky) do celků – adresářů. Adresář (složka, folder)představuje prostor, ve kterém je několik souborů uložených pohromadě na základě společného znaku anebo jen podle libovůle uživatele. Adresář může obsahovat i další adresáře anebo může být prázdný. Rozdíl mezi adresáři a soubory je ten, že soubor obsahuje konkrétní údaje, adresář má za úkol zpřehlednit jejich organizaci. Komplex adresářů a souborů na paměťovém zařízení má logickou stromovou strukturu, ze které je na první pohled zřejmé co kam patří.
Obr. Hierarchická stromová struktura na pevném disku
Operace se soubory i adresáři jsou zabezpečované operačním systémem a zabezpečují vytvoření, odstranění, změnu názvu a změnu obsahu. Soubor, se kterým se právě pracuje, označujeme jako otevřený a v tomto stavu obvykle není přístupný na zpracování dalším uživatelům či programům. Název souboru může mít v operačních systémech Windows od verze 95 délku až 255 znaků. Každý slušnější operační systém nabízí i vyhledávání souborů na základě jména, typu, velikosti a ostatních vlastností (viz níže). V případě standardně podporovaných souborů dokáže operační systém prohledávat i jejich obsah a najít soubory, které v sobě obsahují zadaný text. Na to, abychom skutečně mohli pracovat se soubory a využívat adresáře, potřebujeme při prvním zapojení pevného disku do počítače vykonat jeho rozdělení na logické disky a ty potom naformátovat (viz Formátování). Přednastavený souborový systém pro Windows XP je NTFS, ale je možno použít i FAT (např. FAT32). Každý existující soubor anebo adresář reprezentuje v grafickém operačním systému malý obrázek nazývaný ikona. Má svoje vlastnosti, které se příležitostně prezentují v různých zobrazeních. Pokud chceme zobrazit komplexní informace o příslušném objektu, můžeme je získat prostřednictvím kontextového menu. V případě použití souborového systému NTFS máme při údajových souborech (programy a adresáře mají vlastnosti téměř identické) kromě názvu souboru k dispozici informace o jeho umístění, velikosti, časových údajích (datum a čas vytvoření, poslední úpravy a případného otevření), údaje o vlastníkovi a přístupových právech. Navíc můžeme každému souboru určit atributy, ze kterých potom vyplývá jeho chování vůči uživateli:
-jen na čtení (read-only) – soubor, který má nastavenou tuto vlastnost je možné si prohlížet, ale pokud se v něm vykonají úpravy, není možno změny uložit do původního souboru. Atribut mají nastavený obvykle soubory, pro které není vhodné, aby je běžný uživatel měnil. Soubory i adresáře, které jsou umístěné na médiích neumožňují ukládání standardním způsobem (CD, DVD), -skrytý (hidden) určuje, zda je adresář anebo soubor viditelný. Pokud má nastavený tento atribut, běžný uživatel s vypnutým zobrazováním skrytých souborů ho v systému neuvidí. Tím se chrání před modifikací a náhodným vymazáním zejména systémové údaje. V některých operačních systémech může být tato charakteristika doplněna i dalším atributem – systémový, -připravený k archivaci (archive) je vedlejší atribut využívaný některými aplikacemi při zálohování - identifikuje soubory, které se mají zálohovat anebo které byly zálohované. Jedna z definic souboru hovoří, že jeho název se skládá ze jména a koncovky, které jsou odděleny tečkou (např. muj text.txt, muj_list.doc, tabulka.xls apod.) – název hovoří o obsahu, koncovka o typu souboru (text, obrázek atd.). Systémy Windows takové zobrazování názvu potlačují a koncovku nahrazují ikonou, která se určuje podle programu, se kterým je soubor asociovaný (propojený). Na základě koncovky je souboru přiřazený program, který se při pokusu o jeho otevření spustí a umožní ho prohlížet anebo upravovat. Asociovaný program se obvykle také zobrazuje ve vlastnostech souboru.
Připojení koncovky a programu předpokládá registraci příslušné koncovky v systému a vykonávají ji obvykle instalační programy, pomocí kterých “vkládáme” programy do systému.
Koncovek, resp. částí názvu oddělených tečkami může být i víc. Pro asociování s programem slouží poslední, kterou často využívají počítačové viry a červy na svoje zamaskování. Např. soubor „obrázek.jpg.exe“ má při standardním nastavení systému Windows koncovku „exe“ skrytou a uživatel vidí z názvu jen „obrázek.jpg“. Koncovka „exe“ reprezentuje aplikaci, která se po otevření spustí a může vykonat škodlivý kód.
Objekty a nastavení
Pracovní plocha představuje výchozí prostředí pro práci se systémem. Obsahuje několik základních ikon a podle typu uživatele mnoho anebo žádné ikony souborů a adresářů. Pruh v dolní části, na kterém je umístěné tlačítko Start, se nazývá panel úloh (někdy hlavní panel).
1 – tlačítko Start 2 – panel úloh 3 – minimalizovaná okna aplikace na panelu úloh 4 – aplikace na panelu úloh se zobrazeným oknem 5 – samotná pracovní plocha s ikonami
Pracovní plocha soustřeďuje (měla by soustřeďovat) objekty, s kterými pracujeme nejčastěji. Její obsah si vytváří a přizpůsobuje uživatel na základě svých potřeb a smyslu pro pořádek. Vlastnosti objektů a jejich změnu můžeme v rámci celého systému realizovat prostřednictvím kontextového menu, které standardně jako poslední položku obsahuje Vlastnosti. Ikony na pracovní ploše obvykle reprezentují:
-údajové soubory, ve kterých jsou uloženy údaje. Nejčastěji jde o různé texty, obrázky anebo jednoduchá data, s kterými uživatel nejčastěji pracuje. -adresáře, které mohou obsahovat soubory s údaji anebo další adresáře. Pokud chce mít uživatel na ploše umístěno více údajů, pomohou mu je uklidit a vytvořit v nich určitou hierarchickou strukturu. -koš slouží k uchovávání odstraněných souborů. Pokud není nastavený jinak, soubor (anebo adresář) se při vymazání přemístí do Koše, ve kterém čeká na jeho vysypání. Takto vymazané soubory, samozřejmě, místo na disku při svém odstranění neuvolní, změní se jen jejich umístění. Pokud je budeme chtít později opět používat, můžeme je z Koše jednoduše vytáhnout – obnovit. V případě, že obsah Koše přesahuje nastavenou diskovou kapacitu (standardně 10%), natrvalo se z něho odstraní nejstarší soubory. Funkce pro vysypání Koše natrvalo odstraní celý jeho obsah a znepřístupní vymazané soubory různým slídilům. -Dokumenty představují speciální adresář, který nabízí svůj prostor automaticky při ukládání nových anebo otvíraní existujících souborů z nejrůznějších aplikací. Měl by soustřeďovat všechny dokumenty, se kterými uživatel pracuje. Pokud je v systému definováno více uživatelů, každý z nich má samostatný adresář a jeho obsah je standardně navzájem neviditelný. -Tento počítač představuje odrazový můstek, který zprostředkovává přístup k údajům, které nemáme uložené na pracovní ploše ani v adresáři s dokumenty. Standardně jde o záznam
pevných disků a vyměnitelných zařízení (disketa, CD, flash-disk), které nám po kliknutí nabízí svůj obsah a dovolí se v něm pohybovat a přehrabávat. V případě zobrazení informací
o počítači (přes Vlastnosti v kontextovém menu) získáváme údaje o verzi operačního systému, uživateli a hardwaru počítače. -programy se na pracovní ploše vyskytují poměrně zřídka, většinou jsou umístěné v adresáři Program Files v kořenovém adresáři pevného disku. Je však velmi nepohodlné a zdlouhavé absolvovat vždy kompletní cestu k programu a hledat v spletité struktuře menu či adresářů, proto Windows kromě pravých ikon, za kterými se skrývá konkrétní program anebo soubor (když ikonu vymažeme, vymaže se i soubor, který reprezentuje - běžné vymazání) umožňuje vytvářet i odkazy. Odkaz (zástupce) představuje jen jakéhosi ukazatele, který si říká: “Když jsem uživatel klikni, je třeba spustit ten a ten program, případně otevřít ten a ten soubor, či dokonce ten a ten disk.” Jakmile vymažeme odkaz, údajům se nic nestane – s jeho ikonou se ztratí jen odkaz (link) na objekt. Odkaz od pravé ikony můžeme odlišit dle malé šipky vlevo dole a můžeme ho vytvořit pro libovolný objekt (program, soubor s údaji, adresář, disk atd.). Z lehce pochopitelných bezpečnostních důvodů se na pracovní ploše častěji používají odkazy než samotné pravé ikony.
-Místa v síti představují bránu k místům, údajům a hardwarovým zařízením (např. tiskárny), které jsou umístěné v jiných počítačích připojených k aktuálnímu prostřednictvím počítačové sítě (viz dále). -Internet Explorer je program, který umožňuje využívat služby zejména celosvětové sítě Internet (setkáme se s ním později). -panel úloh představuje na pracovní ploše jedinou jistou a na první pohled neměnnou složku. Jeho hlavním prvkem je tlačítko Start, které zobrazuje hlavní menu systému Windows a dává k dispozici nastavení, programy, funkce a ostatní objekty operačního systému. Panel úloh obsahuje i tlačítka spuštěných programů, prostřednictvím kterých je se možno mezi programy přepínat (přenášet je do popředí). V pravé části jsou zobrazené hodiny, indikátor klávesnice, hlasitosti a případných dalších nastavení. Podle nastavení může zobrazovat často používané aplikace v panelu s nástroji (např. panel pro rychlé spuštění) umístěnými vedle tlačítka Start.
Samostatným objektem celého komplexu je i samotná pracovní plocha. Má svoje vlastnosti a nastavení, které může uživatel v případě potřeby i požadavků měnit – dokáže uspořádat anebo přidat nové ikony, zobrazit anebo skrýt některé objekty (vyjmenované výše), změnit pozadí, nastavit šetřič obrazovky anebo barvy systému. Všechny tyto parametry je možno si prohlížet anebo měnit prostřednictvím položky Vlastnosti v kontextovém menu pracovní plochy:
Motivy dovolují nastavit motiv pracovní plochy (a celého systému). Jde vlastně o nastavení vzhledu oken, ikon, fontů, barev, kurzoru myši atd.
Pracovní plocha dovoluje nastavit vlastnosti pozadí pracovní plochy a určit ikony, které se na ní budou zobrazovat. Šetřič obrazovky nastavuje vlastnosti pro šetření obrazovky. Šetřič obrazovky je program, který se v případě nečinnosti stará o změnu obsahu obrazovky, anebo (podle autorů Windows) skrývá informace na monitoru v době nečinnosti před nepovolanými očima. Funkce umožňuje nastavit i dobu nečinnosti, po kterou mají monitor nebo pevný disk přejít do šetřícího režimu.
Když s monitorem dlouho nepracujete, zůstávají na stejném místě vysvícené stejné tečky a obrazovka se tím unavuje - vybíjí. Nedávno se stalo, že kolega odešel z práce a zapomněl vypnout LCD monitor, pro který neměl nastaven žádný šetřič. Ráno se marně pokoušel o seriozní práci – neustále viděl na monitoru „vypálený“ obraz, který bez změny celou noc neúměrně zatěžoval jednotlivé body. Naštěstí sehnal software, který LCD krystaly dostatečně „rozcvičil“ a vrátil monitoru původní parametry.
Nastavení pracovní plochy umožňuje určit rozlišení (rozměry obrazovky), počet používaných barev a velikost písma celého systému.
Pracovní plocha stejně jako i některé další objekty operačního systému umožňuje změnit nastavení specifickým způsobem. Sdružujícím místem, na kterém jsou shromážděna všechna nastavení, které je možno v systému realizovat je v operačních systémech typu Windows Ovládací panel. Možnosti nastavení můžeme rozdělit do většího počtu kategorií, což autoři ve verzi XP také skutečně udělali:
-Vzhled a motivy umožňují měnit parametry obrazovky a pracovní plochy, nastavit vlastnosti adresářů a manipulovat (přidat/odstranit) v systému s fonty (podrobněji viz Textový procesor). -Možnosti data, času a jazykového nastavení představují položku, ve které nejvýznamnější je možnost definovat pro systém Místní a jazykové nastavení. Ty určují prostředí, způsob psaní čísel (desetinná tečka, čárka), menu, času, data a mají vliv na mnohé programy pracující pod Windows. Důležitou je i možnost přidávání jazyků, které nám poskytnou možnost přidat do systému další jazyk a k němu přiřadit příslušnou klávesnici. Díky tomu můžeme bez speciálních doplňků používat znaky typické pro ten který jazyk (azbuka, zavináč „@“ na anglické klávesnici a znaky s diakritikou na české klávesnici). Běžný uživatel disponuje minimálněčeskou a anglickou klávesnicí, mezi kterými se dokáže přepínat prostřednictvím indikátoru zobrazeného v pravé části panelu úloh.
-Tiskárny a jiný hardware dovoluje přidávat do systému tiskárny, měnit jejich nastavení a v případě potřeby je ze systému i odstranit. Ve snaze dosáhnout maximálního výkonu a využít všechny dostupné vlastnosti tiskárny existuje pro každý typ tiskárny úzce specializovaný ovladač, který zprostředkovává komunikaci mezi počítačem a tiskárnou. Na to, abychom dokázali s tiskárnou komunikovat bez chyb a zbytečných problémů, musíme ji při prvním použití na daném počítači nainstalovat („přidat do systému“). Mezi další zařízení, kterým můžeme na tomto místě nastavovat parametry patří: klávesnice, myš, hrací zařízení, modem a telefon, skenery a fotoaparáty. Nastavení zvukových zařízení má na starosti položka Zvuky, řeč a zvukové zařízení, která je v ovládacím panelu uvedená samostatně. Systém při každém spuštění zkontroluje, zda mu náhodou nepřibylo nové zařízení. Pokud nějaké najde, zobrazí informaci v pravém dolním rohu a pokusí se ho instalovat. Jakmile
instalace dopadne úspěšně, zařízení můžete začít používat, pokud ne, buď jste vyzvaný na zasunutí média s ovladači, anebo se zařízení deaktivuje.
Seznam všech instalovaných zařízení máme k dispozici v části Výkon a údržba. Tato skupina je však určena pokročilejším uživatelům, protože některé změny mohou mít vážný vliv na činnost počítače jako celku. Umožňuje manipulovat s instalovanými hardwarovými zařízeními (součástmi počítače), měnit jim ovladače a konfigurovat systémové služby operačního systému. Součástí této sekce je možnost naplánovat spuštění prakticky libovolné aplikace anebo činnosti prostřednictvím části Plánované úlohy. Můžeme ji využít např. na pravidelné spouštění antivirového programu, programu na zálohování údajů, anebo dokonce i na vypnutí počítače v plánovaném čase. Síťové a internetové připojení nastavují chování a kontrolu počítače při práci se sítí a Internetem (podrobněji viz dále). Uživatelská konta představují položku typickou pro síťové a víceuživatelské systémy. Jsou tu k dispozici prostředky na manipulaci s uživateli a jejich účty (konty). Podle zařazení mezi privilegované nebo hostující, potom může uživatel pracovat buď s celým počítačem, anebo jen se zpřístupněnými částmi (adresáři, hardwarovými zařízeními atd.). Do systému se uživatel dostává prostřednictvím přihlašovacího jména a hesla. Nejvýše postavenému uživateli (se všemi právy) říkáme správce, administrátor, superuživatel nebo supervisor. Ten může vytvářet konta novým uživatelům nebo rušit či měnit parametry existujícím. Skupina Zjednodušení ovládání obsahuje nastavení umožňující využívat systém i hendikepovaným uživatelům – dokáže změnit kontrast prostředí, zvětšit výřez obrazovky, upravit práci s klávesnicí anebo kurzorem myši.
Systém Windows je jen operační systém. Jako takový neobsahuje žádné profesionální programy, jen několik velmi jednoduchých aplikací. Jestliže chceme počítač (a tím i systém) naplno využívat, potřebujeme do něho vložit další aplikace. Zkopírování programu, jeho přenesení do jiného počítače a bezproblémové spuštění je sice v některých operačních systémech přirozenou záležitostí, Windows však k nim nepatří. Do tohoto operačního systému je nutné většinu programů instalovat. Instalaci realizuje potřebné nastavení programu podle nastavení operačního systému (případně nastaví operační systém podle požadavků instalovaného programu), zapíše je do speciálních souborů označovaných jako registry, upraví menu tlačítka Start a případně si vyžádá restart počítače. Celý tento proces se realizuje automaticky po vložení CD, případně spuštěním programu často nazývaného setup anebo install. Položka ovládacího panelu Přidání anebo odstranění programů má na starosti zprávu nainstalovaných programů a je součástí Windows. Dáva k dispozici jejich seznam a frekvenci používání, případně možnost jejich odinstalování (některé programy pro tento účel po své instalaci přidají samostanou položku do menu tlačítko Start). Funkce přidání programu prostřednictvím této položky je už spíše přežitkem než praktickým řešením.
Nejpoužívanější systémové nástroje
Defragmentace
Údaje jsou na disku uloženy v souborech, přičemž při jejich ukládání dochází k jevu označovanému jako fragmentace. Vzniká zejména v důsledku mazání souborů, které po sobě zanechávají volné klastry. Ty se systém snaží později využívat a zaplnit údaji nově vznikajících souborů. Protože nové soubory obvykle nemají stejnou velikost jako odstraněné a nezaplní uvolněné místo přesně, systém je nucen rozdělit je na více částí a uložit na různých místech paměťového média.
Obr. Fragmentovaný soubor
Fragmentace nepříznivě ovlivňuje jak rychlost zápisu a čtení údajů, tak i celkovou kapacitu, která při vyšším stupni fragmentace při stejném množství údajů klesá. Fragmentaci není možné zabránit, je však vhodné minimalizovat ji používáním aplikací vykonávajících defragmentaci, která spočívá v přesouvání jednotlivých částí souborů tak, aby byly uloženy v za sebou jdoucích klastrech. V systému Windows je k dispozici v podobě nástroje, který nejprve analyzuje obsah disku a až potom na základě výsledku nabídne možnost „uklizení“.
ScanDisk
ScanDisk je nástroj určený na kontrolu obsahu a povrchu disku. Jestliže vypneme počítač nekorektním způsobem (například vypínačem), může se stát, že některé soubory zůstanou neukončené (začalo se do nich ukládat, ale neobsahují značku konce souboru). Ty potom sice na disku existují, ale nemůžeme se k nim dostat, protože systém je nezobrazuje, případně jim přisoudí nesprávnou velikost. Z takových údajů dokáže ScanDisk vytvořit soubory obsahující část, která se stihla uložit, anebo neúplné údaje vymazat. V případě požadavku je schopný zkontrolovat i spolehlivost magnetické vrstvy. Přechází postupně po celém povrchu pevného disku anebo jiného paměťového zařízení, a když najde část, ze které není možno číst, pokusí se ji obnovit. Když to nevyjde, označí ji jako špatnou (bad), aby se předešlo ukládání údajů na poškozená místa. ScanDisk je možno spustit manuálně, nebo se spustí automaticky při startu počítače, pokud usoudí, že je to potřebné.
Zálohování
Operační systémy standardně disponují nástroji na zálohování. Jejich opodstatněnost dokáže posoudit až ten uživatel, který např. při hardwarové chybě přijde o jedinečné a nikde jinde uložené údaje. Windows disponuje nástrojem umožňujícím zálohování celých disků nebo jen vybraných adresářů či souborů. Ukládat můžeme vždy kompletní obsah anebo jen soubory, které se od posledního zálohování změnily. Možno je ukládat na disketu, disk, páskovou jednotku anebo jiný připojený počítač. Stejně tak je vhodné zabezpečit spuštění funkce zálohování pravidelně.
Windows Update
Windows Update je služba tvůrců (a prodejců) systému uživatelům. Umožňuje aktualizovat systém tak, aby se odstranily chyby, které v něm byly zjištěny během provozu. Většinu z nich běžný uživatel nemá šanci odhalit ani zpozorovat, mohou se však stát dírou, přes kterou do systému pronikne potenciální útočník anebo vir (podrobněji v kapitole Počítačové sítě). Pokud je počítač permanentně připojený k Internetu, doporučujeme z bezpečnostních důvodů tuto službu nastavit a aktivovat.