Masarykova univerzita v Brně
Fakulta informatiky

Technické vybavení

počítačů

BRNO 2001	 				             Jaroslav PELIKÁN

© Jaroslav PELIKÁN, Masarykova univerzita v Brně, 2001

Obsah
ÚvoD 	  1		
1. 	Základní pojmy 	  2
2. 	Historie počítačů 	  5
2.1. 	Von Neumannovo schéma 	  5
2.2. 	Generace počítačů 	  6
3. 	Architektura PC s periferiemi 	  9
4. 	Základní deska 	  11
5. 	Procesory 	  16
5.1. 	Rychlost 	  16
5.2. 	Efektivita mikrokódu 	  18
5.3. 	Počet instrukčních kanálů (pipelines) 	  18
5.4. 	Šířka slova 	  20
5.5. 	Šířka přenosu dat 	  20	
5.6. 	Interní cache paměť 	  20
5.7. 	Numerický koprocesor 	  21
5.8. 	Velikost adresovatelné paměti 	  21
6. 	Procesory Intel 	  22
6.1. 	Procesor Intel 8086 	  24
6.2. 	Procesor Intel 8088 	  24
6.3. 	Procesory Intel 80186 a 80188 	  25
6.4. 	Procesor Intel 80286 	  25
6.5. 	Procesor Intel 80386 	  27
6.6. 	Procesor Intel 80386SX 	  30
6.7. 	Procesor Intel 80486 	  30
6.8. 	Procesor Intel 80486SX	  31
6.9. 	Procesor Intel 80486DX2	  32
6.10. 	Procesor Intel Pentium	  32
6.11. 	Procesor Intel 80486DX4 	  34
6.12. 	Procesor Intel Pentium Pro 	  35
6.13. 	Procesor Intel Pentium MMX 	  37
6.14. 	Procesor Intel Pentium II 	  38
6.15. 	Procesor Intel Celeron 	  39
6.16. 	Procesor Intel Pentium II Xeon 	  39
6.17. 	Procesor Intel Pentium III 	  40
6.18. 	Procesor Intel Pentium III Xeon 	  41
6.19. 	Procesor Intel Pentium 4 	  41
7. 	Numerické koprocesory 	  42
8. 	Paměti 	  43
9. 	Vnitřní paměti 	  45
9.1. 	Paměti ROM 	  46
9.2. 	Paměti PROM 	  48
9.3. 	Paměti EPROM 	  49
9.4. 	Paměti EEPROM 	  49
9.5. 	Paměti Flash 	  50
9.6. 	Paměti RAM 	  50
9.6.1. 	Paměti SRAM 	  50
9.6.2. 	Paměti DRAM 	  52
9.7. 	Organizace pamětí v PC 	  56
9.8. 	Paměťové banky 	  59
9.9. 	Cache paměti 	  59
9.9.1. 	Plně asociativní cache paměti 	  61
9.9.2. 	N-cestně asociativní cache paměti 	  62
9.9.3. 	Přímo mapovaná cache paměť 	  62
9.9.4. 	Interní cache paměť procesoru 80486 	  63
10. 	Rozšiřující sběrnice 	  65
10.1. 	Sběrnice PC bus 	  66 
10.2. 	Sběrnice ISA 	  67
10.3. 	Sběrnice MCA 	  69
10.4. 	Sběrnice EISA 	  69
10.5. 	Sběrnice VL bus 	  70
10.6. 	Sběrnice PCI 	  71
11. 	Magnetický záznam dat	  74
11.1. 	Hystereze feromagnetických materiálů 	  74
11.2. 	Modulace dat při záznamu na magnetická média 	  77
11.2.1. 	FM modulace 	  77
11.2.2. 	MFM modulace 	  78
11.2.3. 	RLL modulace 	  78
12. 	Pružné disky a jejich mechaniky 	  79
12.1. 	Pružné disky 	  79 
12.2. 	Mechaniky pružných disků 	  80
13. 	Pevné disky 	  82
13.1. 	Geometrie pevných disků 	  84
13.2. 	Magnetorezistivní hlavy 	  86
13.2.1 	Anisotropní magnetorezistivní hlavy 	  87
13.2.2 	Giant magnetorezistivní hlavy 	  88
14. 	Rozhraní pevných disků 	  89
14.1. 	Rozhraní ST506 	  89
14.2. 	Rozhraní ESDI 	  90
14.3. 	Rozhraní IDE 	  90
14.4. 	Rozhraní EIDE 	  92
14.5. 	Rozhraní SCSI 	  94
15. 	Grafické karty 	  98
15.1. 	Grafická karta MDA 	  98
15.2. 	Grafická karta CGA 	  99
15.3. 	Grafická karta Hercules (HGC) 	  99
15.4. 	Grafická karta EGA 	  99
15.5. 	Grafická karta VGA 	  100
15.6. 	Grafická karta MCGA 	  100
15.7. 	Grafická karta 8514/A 	  100
15.8. 	Grafická karta SVGA 	  100
15.9. 	Port A.G.P. 	  104
16. 	I/O Karta 	  108
16.1. 	Sériový port 	  108
16.2. 	Paralelní port 	  110
17. 	Zvuková karta 	  112
17.1. 	Záznam analogového signálu 	  113
17.2. 	Záznam z MIDI zařízení 	  116
17.3. 	Syntéza zvuku 	  116
17.3.1. 	FM syntéza 	  117
17.3.2. 	Wave-Table syntéza 	  118
17.4. 	Zvukové karty a jednotky  CD-ROM 	  119
18. 	Síťová karta 	  120
18.1.	 Síťová architektura Ethernet 	  125
18.1.1.	Tenký Ethernet 	  126
18.1.2. 	Silný Ethernet 	  127
18.1.3. 	Síť Ethernet budovaná pomocí kroucené dvojlinky 	  128
19. 	Skříň počítače 	  130
19.1. 	Standard ATX 	  133
20.  	Zobrazovací jednotky 	  134
20.1. 	Monitor 	  134
20.1.1. 	Obrazovky Delta 	136  
20.1.2. 	Obrazovky Inline 	  136
20.1.3. 	Obrazovky Trinitron 	  136
20.1.4. 	Poruchy geometrie obrazu 	  137
20.2. 	Parametry monitorů 	  138
20.3. 	LCD  displeje 	  140
20.3.1. 	Pasivní LCD displeje 	  143
20.3.2. 	Aktivní LCD displeje 	  144
21. 	Klávesnice a myš 	  146
21.1. 	Klávesnice 	  146
21.1.1. 	Klávesnice PC/XT 	  146 
21.1.2. 	Klávesnice PC/AT 	  147
21.1.3. 	Klávesnice Win Natural 	  147
21.1.4. 	Bezkontaktní klávesnice 	  148
21.2. 	Myš 	  149
22. 	PCMCIA a USB 	  150
22.1. 	PCMCIA 	  150
22.2. 	USB 	  152
23. 	Externí paměťová média 	  157
23.1. 	Pásky s magnetickým záznamem 	  158
23.1.1. 	Kazety 3480, 3490E 	  158
23.1.2. 	Streamer 	  158
23.1.3.	Kazety 8 mm “Helical” (Exabyte) 	  159
23.1.4.	Kazety 4 mm DAT 	  160
23.2. 	Disky s magnetický záznamem 	  160
23.2.1.	SyQuest disk 	  160
23.2.2. 	Bernoulliho disk 	  161
23.2.3. 	Floptical disk 	  161
23.2.4. 	ZIP disky 	  162
23.2.5. 	Disky LS120 	  162
23.2.6. 	JAZZ disky 	  163
23.2.7. 	SyJet disky 	  163
23.3. 	Optické disky 	  163
23.3.1. 	Magnetooptické disky 	  164
23.3.2.	CD-ROM 	  165
23.3.3. 	CD-R 	  169
23.3.4. 	CD-RW 	  170
23.3.5. 	DVD 	  171
24. 	Tiskárny 	  173
24.1. 	Jehličkové tiskárny 	  174
24.2. 	Tepelné tiskárny 	  175
24.3. 	Inkoustové tiskárny 	  175
24.3.1. 	Inkoustové tiskárny DOD – thermal technology 	  175
24.3.2. 	Inkoustové tiskárny DOD – piezo-electric technology 	  177
24.3.3. 	Inkoustové tiskárny Continuous flow 	  177
24.4. 	Laserové tiskárny 	  178
24.5. 	LED tiskárny 	  179
24.6. 	Tiskárny s pevným inkoustem 	  179
24.7. 	Sublimační tiskárny 	  180
25. 	Scannery 	  182
26. 	Zdroje využívané zařízeními 	  185
26.1. 	IRQ Levels 	  186
26.2. 	DMA Channels 	  187
26.3. 	Adresy vstupu a výstupu 	  188
26.4. 	Adresy ROM a buffery RAM 	  188
26.5. 	Technologie Plug & Play (PnP) 	  189
27. 	Další zařízení 	  190
Příloha A: Pouzdra integrovaných obvodů 	  192
Literatura 	  195
Seznam obrázků
Obr. 2.1: 	von Neumannovo schéma počítače 	  5
Obr. 2.2: 	Značky tranzistorů v technologii TTL (NPN a PNP) 	  7
Obr. 2.3: 	Značka tranzistoru PMOS a NMOS 	  8
Obr. 2.4: 	Invertor v technologii CMOS 	  8

Obr. 3.1: 	Blokové schéma počítače PC s periferiemi 	  9

Obr. 4.1: 	Rozšiřující karta osazená ve slotu 	  11
Obr. 4.2: 	Blokové schéma základní desky 	  13
Obr. 4.3: 	Základní deska pro procesor Intel 80486 	  14
Obr. 4.4: 	Základní deska pro procesor Intel Pentium 	  14
Obr. 4.5: 	Základní deska pro procesor Intel Pentium Pro 	  15
Obr. 4.6: 	Základní deska pro procesor Intel Pentium II (ATX) 	  15

Obr. 5.1: 	Nastavovací propojka (jumper) a přepínač (DIP) 	  17

Obr. 6.1: 	Schéma adresace procesoru 8086 	  24
Obr. 6.2: 	Schéma adresace procesoru Intel 80286 v chráněném režimu 	  26
Obr. 6.3: 	Schéma adresace procesoru Intel 80386 v chráněném režimu 	  27
Obr. 6.4: 	Schéma stránkovacího mechanismu procesoru 80386 	  28
Obr. 6.5: 	Blokové schéma procesoru 80386 	  29
Obr. 6.6: 	Blokové schéma procesoru 80486 	  31
Obr. 6.7: 	Schéma funkce předvídání větvení procesoru Intel Pentium 	  33
Obr. 6.8: 	Blokové schéma procesoru Intel Pentium 	  34
Obr. 6.9: 	Znázornění architektury DIB 	  35
Obr. 6.10: 	Blokové schéma procesoru Intel Pentium Pro 	  37
Obr. 6.11: 	Rozdíl mezi Discrete cache a ATC 	  40

Obr. 9.1: 	Obecná struktura vnitřní paměti 	  45
Obr. 9.2: 	Realizace buňky paměti ROM pomocí polovodičové diody 	  46
Obr. 9.3: 	Realizace paměťové buňky ROM pomocí tranzistoru v technologii TTL 	  47
Obr. 9.4: 	Realizace paměťové buňky ROM pomocí tranzistoru v technologii MOS 	  47
Obr. 9.5: 	Paměťová buňka PROM 	  48
Obr. 9.6: 	Realizace paměťové buňky PROM pomocí multiemitorových tranzistorů 	  48
Obr. 9.7: 	Realizace paměti EEPROM 	  50
Obr. 9.8: 	Realizace buňky paměti SRAM (MOS) 	  51
Obr. 9.9: 	Buňka SRAM v technologii TTL 	  51
Obr. 9.10: 	Buňka paměti DRAM 	  52
Obr. 9.11: 	Matice paměťových buněk DRAM 	  53
Obr. 9.12: 	Časový diagram paměti DRAM 	  53
Obr. 9.13: 	Časový diagram paměti FPM DRAM 	  54
Obr. 9.14: 	Časový diagram paměti EDO DRAM 	  54
Obr. 9.15: 	Časový diagram paměti SDRAM 	  55
Obr. 9.16: 	Organizace 8  256 b 	  56
Obr. 9.17: 	Organizace 2  256 knibble 	  56  
Obr. 9.18: 	Organizace 9  256 b 	  56  
Obr. 9.19: 	Organizace 2  256 knibble + 1  256 kb 	  56  
Obr. 9.20: 	Zapojení 2  256 knibble + 1  256 kb 	  57
Obr. 9.21: 	Paměťový modul SIMM (30-pin) 	  57
Obr. 9.22: 	Paměťový modul SIMM (72-pin) 	  57
Obr. 9.23: 	Paměťové moduly SIMM 	  58
Obr. 9.24: 	Osazené moduly SIMM 	  58
Obr. 9.25: 	Pozice pro SIMM 	  58
Obr. 9.26: 	Paměťový modul SIPP 	  58
Obr. 9.27: 	Moduly DIMM 	  59
Obr. 9.28: 	Schéma zapojení interní a externí cache paměti 	  60
Obr. 9.29: 	Schéma plně asociativní cache paměti 	  61
Obr. 9.30: 	Schéma n-cestně asociativní cache paměti (pro n = 2) 	  62
Obr. 9.31: 	Schéma přímo mapované cahe paměti 	  63
Obr. 9.32: 	Schéma interní vyrovnávací cache paměti procesoru 80486 	  63

Obr. 10.1: 	Sloty sběrnice ISA a PC bus a karta pro sběrnici PC bus 	  66
Obr. 10.2: 	Sloty sběrnice ISA a PC bus a karta pro sběrnici ISA 	  67
Obr. 10.3: 	Karta pro sběrnici PC bus s lemem 	  68
Obr. 10.4: 	Blokové schéma základní desky se sběrnicí ISA 	  68
Obr. 10.5: 	Rozmístění vývodů sběrnice ISA a EISA 	  69
Obr. 10.6: 	Základní deska se sběrnicí VL bus 	  70
Obr. 10.7: 	Blokové schéma základní desky se sběrnicí VL bus 	  71
Obr. 10.8: 	Blokové schéma základní desky se sběrnicí PCI 	  72
Obr. 10.9: 	Základní deska se sběrnicí PCI (32bitovou) a VL bus 	  73

Obr. 11.1: 	Hysterézní smyčka 	  75
Obr. 11.2: 	Hysterézní smyčka materiálu magnetického média 	  76
Obr. 11.3: 	Princip magnetického záznamu 	  76

Obr. 12.1: 	Stopy a sektory na pružném disku 	  79
Obr. 12.2: 	Floppy disk 51/4” 	  80
Obr. 12.3: 	Floppy disk 31/2” 	  80
Obr. 12.4: 	Zapojení mechanik pružných disků 	  81

Obr. 13.1: 	Řez pevným diskem 	  82
Obr. 13.2: 	Pevný disk firmy WD 	  82
Obr. 13.3: 	Připojení pevného disku k desce rozhraní 	  82
Obr. 13.4: 	Velikost nečistot vzhledem k pevnému disku 	  83
Obr. 13.5: 	Vztah mezi stopami a cylindry pevného disku 	  84
Obr. 13.6: 	Znázornění zonálního zápisu  	  85
Obr. 13.7: 	1. fáze 	  85
Obr. 13.8: 	2. fáze 	  85
Obr. 13.9: 	Faktory prokládání; po řadě 1:2, 1:3, 1:6 	  86
Obr. 13.10: 	Disk v chodu 	  86
Obr. 13.11: 	Zaparkování hlav 	  86
Obr. 13.12: 	Magnetorezistivní hlava 	  87

Obr. 14.1: 	Zapojení disků na rozhraní ST506 	  89
Obr. 14.2: 	Propojovací kabely pro IDE 	  90
Obr. 14.3: 	Zapojení jednoho disku na rozhraní IDE 	  91
Obr. 14.4: 	Zapojení dvou disků na rozhraní IDE 	  91
Obr. 14.5: 	Jednotka IDE disku 	  91
Obr. 14.6: 	EIDE rozhraní s jedním a dvěma zařízeními 	  93
Obr. 14.7: 	EIDE rozhraní se dvěma a čtyřmi zařízeními 	  93
Obr. 14.8: 	Kabel pro Ultra DMA 33 a Ultra DMA 66 (100) 	  94
Obr. 14.9: 	Zapojení zařízení k rozhraní SCSI 	  95
Obr. 14.10: 	Zapojení SCSI v počítači 	  95

Obr. 15.1: 	Schéma grafické karty 	  101
Obr. 15.2: 	Schéma SVGA karty 	  102
Obr. 15.3: 	Karta SVGA 	  102
Obr. 15.4: 	Zapojení videokarty ke sběrnici PCI 	  105
Obr. 15.5: 	Zapojení videokarty na A.G.P. port 	  106
Obr. 15.6: 	Sloty pro A.G.P. port 	  107

Obr. 16.1: 	Přenos dat prostřednictvím sériového portu 	  109
Obr. 16.2: 	25 kolíkový konektor Canon 	  110
Obr. 16.3: 	Komunikace prostřednictvím paralelního portu 	  111

Obr. 17.1: 	Zvuková karta 	  112
Obr. 17.2: 	Zapojení periferií ke zvukové kartě 	  113
Obr. 17.3: 	Příklad analogového zvukového signálu 	  113
Obr. 17.4: 	Originální signál 	  114
Obr. 17.5: 	Vzorkování s frekvencí 10 Hz a rekonsturovaný signál z 10 vzorků 	  114
Obr. 17.6: 	Vzorkování s frekvencí 20 Hz a rekonsturovaný signál z 20 vzorků 	  114
Obr. 17.7: 	Vzorkování při kvantifikaci do 9 různých úrovní 	  115
Obr. 17.8: 	Vzorkování při kvantifikaci do 17 různých úrovní 	  115
Obr. 17.9: 	ADSR diagram 	  117
Obr. 17.10: 	Výsledný zvukový signál 	  118
Obr. 17.11: 	Audio kabel 	  119
Obr. 17.12: 	Reproduktory pro připojení ke zvukovým kartám 	  119

Obr. 18.1: 	Útlum na vedení a charakteristická impedance  	  121
Obr. 18.2: 	Koaxiální kabel 	  122
Obr. 18.3: 	Kroucená dvojlinka (STP) 	  123
Obr. 18.4: 	BNC konektor a T-konektor 	  124
Obr. 18.5: 	Konektor RJ-45 	  124
Obr. 18.6: 	Síťová karta 	  124
Obr. 18.7: 	Thin Ethernet 	  126
Obr. 18.8: 	Silný Ethernet 	  127
Obr. 18.9: 	Síť Ethernet budovaná pomocí kroucené dvojlinky 	  128

Obr. 19.1: 	Napájení základní desky (provedení AT) 	  130
Obr. 19.2: 	Napájecí konektory pro diskové mechaniky 	  130
Obr. 19.3: 	Napájení diskové mechaniky 	  130
Obr. 19.4: 	Aktivní chladič 	  131
Obr. 19.5: 	Zapojení napájecího zdroje 	  131
Obr. 19.6: 	Zadní panel napájecího zdroje 	  131
Obr. 19.7: 	Jednotlivé typy skříní 	  133  

Obr. 20.1: 	Barevná obrazovka 	  134
Obr. 20.2: 	Aditivní model skládání barev 	  134
Obr. 20.3: 	Řez barevnou obrazovkou 	  135
Obr. 20.4: 	Výřez masky obrazovky Delta 	  136
Obr. 20.5: 	Výřez masky obrazovky Inline 	  136
Obr. 20.6: 	Výřez masky obrazovky Trinitron 	  136
Obr. 20.7: 	Umístění výztužných drátů v masce Trinitron 	  136
Obr. 20.8: 	Poruchy geometrie obrazu 	  137
Obr. 20.9: 	Monitor firmy ADI 	  140
Obr. 20.10:	Multimediální monitor 	  140
Obr. 20.11: 	Řez barevným pasivním LCD displejem 	  141
Obr. 20.12: 	Průchod světla LCD displejem 	  142
Obr. 20.13: 	Uspořádání elektrod pasivní matice 	  143
Obr. 20.14: 	Uspořádání elektrod aktivní matice 	  144
Obr. 20.15: 	Schéma zapojení 2 pixelů aktivního LCD displeje 	  145
Obr. 20.16: 	Řez aktivním barevným LCD displejem 	  145

Obr. 21.1: 	Konektor DIN  	  146
Obr. 21.2: 	Klávesnice PC/XT 	  146
Obr. 21.3: 	Klávesnice PC/XT 	  147
Obr. 21.4: 	Klávesnice Win Natural 	  147
Obr. 21.5: 	Ergonomická klávesnice 	  148
Obr. 21.6: 	Hallův jev 	  148
Obr. 21.7: 	Počítačová myš 	  149

Obr. 22.1: 	PC Cards  typy 	  151
Obr. 22.2: 	PC Cards (síťová karta vlevo a SCSI rozhraní vpravo) 	  152
Obr. 22.3: 	Architektura USB sběrnice 	  153
Obr. 22.4: 	Konektory používané na USB sběrnici 	  154
Obr. 22.5: 	Kabel pro USB sběrnici 	  154

Obr. 22.6: 	Originální signál a signál zakódovaný pomocí NRZI with bit stuffing 	  155
Obr. 22.7: 	USB sběrnice verze 1.1 a 2.0 	  156

Obr. 23.1: 	Streamer 	  159
Obr. 23.2: 	Princip šikmého záznamu dat 	  159
Obr. 23.3: 	Obepnutí bubnu páskou 	  160
Obr. 23.4: 	SyQuest disk 	  161
Obr. 23.5: 	Interní a externí mechanika pro ZIP disk 	  162
Obr. 23.6: 	Disk LS120 	  162
Obr. 23.7: 	JAZZ disk 	  163
Obr. 23.8: 	SyJet disk 	  163
Obr. 23.9: 	Princip čtení záznamu z optického disku  	  164
Obr. 23.10: 	Zápis na magnetooptický disk 	  164
Obr. 23.11: 	Výroba CD-ROM (rodinný proces) 	  166
Obr. 23.12: 	Čtení záznamu z média CD-ROM 	  167
Obr. 23.13: 	Mechanika CD-ROM 	  168
Obr. 23.14: 	Řez médiem CD-R 	  169
Obr. 23.15: 	Řez médiem CD-RW 	  170
Obr. 23.16: 	Průběh intenzity laseru při zápisu na médium CD-RW 	  170
Obr. 23.17: 	Řez médii DVD 	  171
Obr. 23.18: 	Formáty DVD disků 	  172
Obr. 23.19: 	Srovnání záznamu na CD-ROM a DVD disku 	  172

Obr. 24.1: 	Subtraktivní model  	  173
Obr. 24.2: 	Jehličkové tiskárny firmy Panasonic 	  174
Obr. 24.3: 	Fáze tisku inkoustové tiskárny (thermal technology) 	  176
Obr. 24.4: 	Inkoustová tiskárna firmy HP 	  176
Obr. 24.5: 	Tryska inkoustové tiskárny (piezo-electric) 	  177
Obr. 24.6: 	Tryska tiskárny s technologii continuous flow 	  178
Obr. 24.7: 	Řez laserovou tiskárnou 	  178
Obr. 24.8: 	Princip tisku laserové tiskárny 	  179
Obr. 24.9: 	Tiskárna s pevným inkoustem 	  180
Obr. 24.10: 	Princip sublimační tiskárny 	  180
Obr. 24.11: 	Tisk sublimační tiskárny 	  181
Obr. 24.12: 	Sublimačních tiskárny 	  181

Obr. 25.1: 	Ruční scanner 	  182
Obr. 25.2: 	Stolní scannery 	  182

Obr. 26.1: 	Nastavovací propojka (jumper) a přepínače DIP 	  185
Obr. 26.2: 	Znázornění vyvolání přerušení IRQ 14 	  186
Obr. 26.3: 	Znázornění využití kanálu DMA 2 	  187
Obr. 26.4: 	Znázornění vyžití I/O adresy 	  188

Obr. 27.1: 	Faxmodemová karta 	  190
Obr. 27.2: 	Karta pro příjem rádiových a televizních signálů	  190
Obr. 27.3: 	Snímač čarového kódu 	  191

Úvod
	Výpočetní technika je jeden z nejmladších vědeckotechnických oborů. První počítačové systémy se objevují okolo roku 1940 a jsou provozovány pouze v labora-torních podmínkách. K široké veřejnosti se počítače dostávají až počátkem 80. let, kdy se objevují první 8bitové počítače. V této době rovněž firma IBM pracuje na vývoji počítačů označených jako IBM PC, jejichž nástupci se staly dnes nejrozšířenějším a nejpoužívanějším typem počítačů.

Celý obor výpočetní techniky se velmi rychle rozvíjí. Z nových, stále se rozšiřujících oblastí využívajících výpočetní techniku jako svou nedílnou součást, vyplývají požadavky na její nové funkce, vyšší rychlosti, větší objemy zpracovávaných informací, větší spolehlivost atd. Nové požadavky si vynucují nová koncepční řešení, jejichž popis je náplní této publikace.

	Tento učební text slouží jako studijní pomůcka pro účastníky kurzu Technické vybavení počítačů, který probíhá v rámci distančního vzdělávání na Fakultě informatiky Masarykovy univerzity v Brně. Jeho cílem je seznámit čtenáře s jednotlivými částmi z nichž jsou sestaveny dnešní moderní osobní počítače, jejich vlastnostmi a z toho vyplývajícím využitím.

Při zpracování tohoto učebního textu bylo předpokládáno, že čtenář má základní znalosti z fyziky, matematiky a elektroniky.

	Úvodní kapitola je věnována základním pojmům běžně používaným ve výpočetní technice, jejichž znalost je nezbytná pro pochopení dalšího textu. Následující kapitola se stručně zabývá historií výpočetní techniky a jejím vývojem. Ve třetí kapitole je nastíněna koncepce moderního počítače řady PC. Jsou zde uvedeny hlavni funkční celky včetně dnes běžně používaných periferních zařízení. Zbývající kapitoly podrobně pojednávají o jednotlivých částech počítače, jejich vlastnostech, vývoji, moderních trendech a principech, na kterých pracují. 

	Publikace obsahuje řadu obrázků, které doplňují psaný text a umožňují účastníkům kurzu snadnější pochopení studované problematiky.

V Brně 24. 1. 2001 

					                                RNDr. Jaroslav PELIKÁN, Dr.

1.	 Základní pojmy
Kapitola stručně vysvětluje základní pojmy, jejichž zvládnutí je nutné pro pochopení dalších informací v této publikaci. 

Počítač: stroj na zpracování informací 

Informace: pod pojmem informace chápeme:
1.	data, která se strojově zpracovávají 
2.	vše, co nám nebo něčemu podává (popř. předává) zprávu o věcech nebo událostech, které se staly nebo které nastanou 

Data: údaje, hodnoty, čísla, znaky, symboly, grafy, ... 

Program: algoritmus zapsaný v programovacím jazyce, který řeší nějaký konkrétní úkol. Na úrovni technického vybavení počítače se jedná o posloupnost instrukcí. 

Instrukce: předpis k provedení nějaké (většinou jednoduché) činnosti realizovatelný přímo technickým vybavením počítače (např. přičtení jedničky, uložení hodnoty do paměti apod.) 

Hardware (technické vybavení počítače): souhrnný název pro veškerá fyzická zařízení, kterými je počítač vybaven 

Software (programové vybavení počítače): souhrnný název pro veškeré programy, které mohou na počítači pracovat. Software je možné rozdělit do dvou skupin:
 
•	systémový software: operační systémy, pomocné programy pro správu systému (utility), překladače programovacích jazyků 
•	aplikační software: programy umožňující řešení specifických problémů uživatele: 

-	textové editory 
-	grafické editory 
-	tabulkové procesory 
-	databázové systémy 
-	CAD programy (Computer Aided Design) 
-	DTP programy (Desktop Publishing) 
-	počítačové hry 

Firmware: programové vybavení, které tvoří součást technického vybavení. Toto programové vybavení až na naprosté výjimky nemůže být uživatelem modifikováno. 

bit: 1 bit (binary digit – dvojková číslice): základní jednotka informace. Poskytuje množství informace potřebné k rozhodnutí mezi dvěma možnostmi. Jednotka bit se označuje b a může nabývat pouze dvou hodnot – 0, 1. 

Byte:  jednotka informace, která se označuje B a platí 1 B = 8 b 

Word: jednotka informace. Platí 1 W = 2 B = 16 b. Kromě této jednotky se také někdy užívá ještě 1 doubleword (DW), pro který platí 1 DW = 2 W = 4 B = 32 b. 

Paměť: zařízení, které slouží pro uchování informací (konkrétně binárně kódovaných dat). Množství informací, které je možné do paměti uložit, se nazývá kapacita paměti a udává se v bytech. Protože byte je poměrně malá jednotka, používá se často následujících předpon: 

Předpona 	Značka 	Zápis 	Mocnina (B) 	Převod (B) 	
kilo 	k, K	1 kB	210 B	1024 B     	
mega 	M	1 MB	220 B	1048576 B 	
giga 	G	1 GB	230 B	1073741824 B 	
tera 	T	1 TB	240 B	1099511627776 B 	

Paměť bývá rozdělena na buňky určité velikosti, z nichž každá je jednoznačně identifikována svým číslem. Toto číslo se nazývá adresa paměti a velikost takovéto buňky, která má svou vlastní adresu, se označuje jako nejmenší adresovatelná jednotka. Paměti je možné rozdělit do následujících základních skupin: 

•	Vnitřní (operační): paměť sloužící pro uchování momentálně zpraco-vávaných dat a programů. Realizovaná většinou pomocí polovodičových součástek. 
•	Vnější (periferní): paměť sloužící k dlouhodobějšímu uchování dat. Realizovaná většinou na principu magnetického (popř. optického) záznamu dat. Ve srovnání s operační pamětí bývá přístup k jejím datům pomalejší. 
•	RAM: paměť určená ke čtení i zápisu dat 
•	ROM: paměť určená pouze ke čtení dat 
•	Paměť s přímým přístupem: paměť, která dovoluje přistoupit okamžitě k místu s libovolnou adresou 
•	Paměť se sekvenčním přístupem: paměť, u které je nutné při přístupu k místu s adresou n nejdříve postupně přečíst všechna předcházející místa 
(0 až n – 1) 

Registr: velmi rychlé paměťové místo malé kapacity (jednotky bytů) umístěné většinou uvnitř procesoru počítače 

Řadič (controller): zařízení převádějící příkazy v symbolické formě (instrukce) na posloupnost signálů ovládajících připojené zařízení. Jedná se tedy o zařízení, které řídí činnost jiného zařízení. 

Sběrnice (bus): soustava vodičů, která umožňuje přenos signálů mezi jednotlivými částmi počítače. Pomocí těchto vodičů mezi sebou jednotlivé části počítače komunikují a přenášejí data.

Integrovaný obvod: elektronická součástka realizující určité množství obvodových prvků neoddělitelně spojených na povrchu nebo uvnitř určitého spojitého tělesa, aby se dosáhlo ucelené funkce elektronického obvodu 

Multitasking: současný provoz více úloh na jednom počítači, kdy jedna úloha probíhá na popředí a ostatní probíhají na pozadí. Dovoluje lepší využití CPU. V případě, že uživatel pracuje interaktivně s nějakým programem, který většinu času čeká na zadání jeho požadavků, je možné, aby procesor prováděl např. nějaký náročný matematický výpočet. Je-li na počítači s jedním procesorem provozováno více programů, je procesor přidělován postupně vždy na určitou dobu, tzv. časové kvantum (asi 0,1 s), všem provozovaným programům. Podle způsobu práce rozlišujeme dva druhy multitaskingu: 

•	kooperativní multitasking: procesor je operačním systémem přidělen jednomu programu, který jej má v držení tak dlouho, dokud jej sám nevrátí zpět operačnímu systému. Ten jej pak přidělí jinému programu. Nevýhodou je, že program nemusí procesor navrátit v dostatečně krátkém časovém úseku, což způsobí dojem, že ostatní programy nepracují. Ještě horší případ nastane ve chvíli, kdy program procesor nevrátí vůbec (např. zhavaruje). Tato situace vede ve většině případů k havárii celého systému. 
•	preemptivní multitasking: procesor je přidělen programu pouze na určitou dobu a po jejím uplynutí jej sám operační systém programu odebere a přidělí jinému programu. Z toho vyplývá, že nemohou nastat stavy uvedené u kooperativního multitaskingu. Nevýhodou tohoto řešení je vyšší náročnost na hardwarové vybavení počítače. 

Vstupní/výstupní zařízení (I/O devices – Input/Output): zařízení určená pro vstup i výstup dat. Např.: 

•	disky (pevné, pružné) 
•	páskové mechaniky 

BIOS (ROM BIOS) (Basic Input Output System): programové vybavení uložené v paměti ROM (EPROM, EEPROM, Flash) zajišťující nejzákladnější funkce (např. zavedení OS) 

2.	 Historie počítačů
2.1.	Von Neumannovo schéma

Obr. 2.1: von Neumannovo schéma počítače

Von Neumannovo schéma bylo navrženo roku 1945 americkým matematikem (narozeným v Maďarsku) Johnem von Neumannem jako první model samočinného počítače. Tento model s jistými výjimkami zůstal zachován dodnes. 

Podle tohoto schématu se počítač skládá z pěti hlavních modulů: 

•	Operační paměť: slouží k uchování zpracovávaného programu, zpracováva-ných dat a výsledků výpočtu 
•	ALU – Arithmetic-Logical Unit (aritmetickologická jednotka): jednotka pro-vádějící veškeré aritmetické výpočty a logické operace. Obsahuje sčítačky, násobičky (pro aritmetické výpočty) a komparátory (pro porovnávání) 
•	Řadič: řídící jednotka, která řídí činnost všech částí počítače. Toto řízení je prováděno pomocí řídících signálů, které jsou zasílány jednotlivým modulům. Reakce na řídící signály a stavy jednotlivých modulů jsou naopak zasílány zpět řadiči pomocí stavových hlášení. 
•	Vstupní zařízení: zařízení určená pro vstup programu a dat 
•	Výstupní zařízení: zařízení určená pro výstup výsledků, které program zpracoval 

 	Ve von Neumannově schématu je možné ještě vyznačit dva další moduly vzniklé spojením předcházejících modulů: 

•	Procesor: Řadič + ALU 
•	CPU – Central Processor Unit (centrální procesorová jednotka): Procesor + Operační paměť 

Poznámka: V soudobé literatuře výraz CPU bývá často chápán ve významu “procesor”.
Princip činnosti počítače podle von Neumannova schématu:

1.	Do operační paměti se pomocí vstupních zařízení přes ALU umístí program, který bude provádět výpočet. 
2.	Stejným způsobem se do operační paměti umístí data, která bude program zpracovávat. 
3.	Proběhne vlastní výpočet, jehož jednotlivé kroky provádí ALU. Tato jednotka je v průběhu výpočtu spolu s ostatními moduly řízena řadičem počítače. Mezi-výsledky výpočtu jsou ukládány do operační paměti. 
4.	Po skončení výpočtu jsou výsledky poslány přes ALU na výstupní zařízení. 

Základní odlišnosti dnešních počítačů od von Neumannova schématu:

•	Podle von Neumannova schématu počítač pracuje vždy nad jedním programem. Toto vede k velmi špatnému využití strojového času. Je tedy obvyklé, že počítač zpracovává paralelně více programů zároveň – tzv. multitasking. 
•	Počítač může disponovat i více než jedním procesorem. 
•	Počítač podle von Neumannova schématu pracoval pouze v tzv. diskrétním režimu (viz následující kapitola). 
•	Existují vstupní / výstupní zařízení (I/O devices), která umožňují jak vstup, tak výstup dat (programu). 
•	Program se do paměti nemusí zavést celý, ale je možné zavést pouze jeho část a ostatní části zavádět až v případě potřeby.

2.2.	Generace počítačů
Historie počítačů rozděluje jednotlivé počítače do tzv. generací, kde každá generace je charakteristická svou konfigurací, rychlostí počítače a základním stavebním prvkem. Generace počítačů: 

Gen. 	Rok 	Konfigurace 	Rychlost (operací/s) 	Součástky 	
0. 	1940	Velký počet skříní	Jednotky	Relé	
1. 	1950	Desítky skříní	100 - 1000	Elektronky	
2. 	1958	do 10 skříní	Tisíce	Tranzistory	
3. 	1964	do 5 skříní	Desetitisíce	Integrované obvody	
3.1/2 	1972	1 skříň	Statisíce	Integrované obvody (LSI)	
4. 	1981	1 skříň	desítky milionů	Integrované obvody (VLSI)	

1. generace: 

První generace počítačů přichází s objevem elektronky, jejímž vynálezcem byl Lee De Forest a která dovoluje odstranění pomalých a nespolehlivých mechanických relé. Tyto počítače jsou vybudovány prakticky podle von Neumannova schématu a je pro ně charakteristický diskrétní režim práce. Při tomto zpracování je do paměti počítače zaveden vždy jeden program a data, s kterými pracuje. Poté je spuštěn výpočet, v jehož průběhu již není možné s počítačem interaktivně komunikovat. Po skončení výpočtu musí operátor do počítače zavést další program a jeho data. Diskrétní režim práce se v budoucnu ukazuje jako nevhodný, protože velmi plýtvá strojovým časem. Důvodem tohoto jevu je “pomalý” operátor, který zavádí do počítače zpracovávané programy a data. V tomto okamžiku počítač nepracuje a čeká na operátora.V této době neexistují vyšší programovací jazyky, z čehož vyplývá vysoká náročnost při vytváření nových programů. Neexistují ani operační systémy. 

2. generace: 

Druhá generace počítačů nastupuje s tranzistorem, jehož objevitelem byl John Barden a který dovolil díky svým vlastnostem zmenšení rozměrů celého počítače, zvýšení jeho rychlosti a spolehlivosti a snížení energetických nároků počítače. Pro tuto generaci je charakteristický dávkový režim práce. Při dávkovém režimu práce je snaha nahradit pomalého operátora tím, že jednotlivé programy a data, která se budou zpracovávat, jsou umístěna do tzv. dávky a celá tato dávka je dána počítači na zpracování. Počítač po skončení jednoho programu okamžitě z dávky zavádí program další a pokračuje v práci. V této generaci počítačů také začínají vznikat operační systémy a první programovací jazyky, jako jsou COBOL a FORTRAN. 

3. generace: 

Počítače třetí a vyšších generací jsou vybudovány na integrovaných obvodech, které na svých čipech integrují velké množství tranzistorů. U této generace se začíná objevovat paralelní zpracování více programů, které má opět za úkol zvýšit využití strojového času počítače. Je totiž charakteristické, že jeden program při své práci buď intenzivně využívá CPU (provádí složitý výpočet), nebo např. spíše využívá V/V zařízení (zavádí data do operační paměti, popř. provádí tisk výstupních dat). Takové programy pak mohou pracovat na počítači společně, čímž se lépe využije kapacit počítače.

S postupným vývojem integrovaných obvodů se neustále zvyšuje stupeň integrace (počet integrovaných členů na čipu integrovaného obvodu). Podle počtu takto integrovaných součástek je možné rozlišit následující stupně integrace: 

Označení	Anglický název	Český název	Počet logických členů	
SSI	Small Scale Integration	Malá integrace	10	
MSI	Middle Scale Integration	Střední integrace	10 – 100	
LSI	Large Scale Integration	Vysoká integrace	1000 – 10000	
VLSI	Very Large Scale Integration	Velmi vysoká integrace	10000 a více	

Integrované obvody je možné vyrábět pomocí různých technologií, z nichž každá má svůj základní stavební prvek a díky němu poskytuje specifické vlastnosti: 

•	
Obr. 2.2: Značky tranzistorů v technologii TTL (NPN a PNP)

TTL (Transistor Transistor Logic): rychlá, ale drahá technologie. Jejím základním stavebním prvkem je bipolární tranzistor. Její nevýhodou je velká spotřeba elektrické energie a z toho vyplývající velké zahřívání se takovýchto obvodů. 
•	PMOS (Positive Metal Oxide Semiconductor): technologie používající unipo-lární tranzistor MOS s pozitivním vodivostním kanálem. Díky tomu, že MOS tranzistory jsou řízeny elektrickým polem a nikoliv elektrickým proudem jako u technologie TTL, redukuje nároky na spotřebu elektrické energie. Jedná se však o pomalou a dnes nepoužívanou technologii. 
•	
Obr. 2.3: Značka tranzistoru PMOS a NMOS

NMOS (Negative Metal Oxide Semiconductor): technologie, která využívá jako základní stavební prvek unipolární tranzistor MOS s negativním vodivostním kanálem. Tato technologie se používala zhruba do začátku 80. let. Jedná se o levnější a efektivnější technologii než TTL a rychlejší než PMOS. 

•	
Obr. 2.4: Invertor v technologii CMOS

CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor): technologie spojující v jednom návrhu prvky tranzistorů PMOS i NMOS. Tyto obvody mají malou spotřebu a tato technologie je používána pro výrobu velké části dnešních moderních integrovaných obvodů. 

Příkladem obvodu v technologii CMOS může být invertor, který je uveden na Obr. 2.4. Pracuje jako odporový dělič napětí. Pokud je na řídící elektrodu (Gate) tranzistoru NMOS přivedeno kladné napětí (reprezentuje logickou  hodnotu jedna), dojde k jeho sepnutí. Naopak tranzistor PMOS zůstane uzavřený. Na  výstupu je nyní logická nula, která je reprezentována nízkou úrovní napětí na tranzistoru NMOS. Je-li na vstupu logická nula, tranzistor NMOS je uzavřen (představuje velký odpor), PMOS je otevřen (představuje malý odpor) a na výstupu je hodnota logické jedničky, která reprezentována vysokou napěťovou úrovní na tranzistoru NMOS
•	BiCMOS (Bipolar Complementary Metal Oxide Semiconductor): nová techno-logie spojující na jednom čipu prvky bipolární technologie i technologie CMOS. Používána zejména firmou Intel k výrobě mikroprocesorů. 
3.	 Architektura PC s periferiemi
V minulé kapitole byla nastíněna koncepce prvního počítače založeného na von Neumannově schématu. Koncepce založená na tomto schématu byla v průběhu doby již mnohokrát modernizována. Tato kapitola podává pouze stručný přehled o tom, která zařízení jsou v dnešních počítačích nejčastěji používána a jakým způsobem jsou vzájemně propojena. Podrobný popis jednotlivých zařízení a jejich vlastností je pak náplní následujících kapitol.

Obr. 3.1: Blokové schéma počítače PC s periferiemi

Celková architektura počítače PC může být znázorněna následujícím blokovým schématem.

Z uvedeného schématu je patrné, že velmi rychlá zařízení (procesor, numerický koprocesor, cache paměť, operační paměť a další)  komunikují prostřednictvím tzv. systémové sběrnice (CPU bus). Tato sběrnice bývá ve srovnání s ostatními sběrnicemi v počítači nejrychlejší, to znamená, že umožňuje přenést největší objem dat za jednotku času. 

Z důvodů nutnosti rozšiřovat počítače PC o další zařízení jsou tyto počítače vždy vybaveny nějakým typem (popř. více typy) rozšiřující sběrnice. Na Obr. 3.1 jsou uvedeny dva typy rozšiřujících sběrnic (PCI bus a ISA bus). Obě tyto sběrnice poskytují speciální konektory (sloty), do kterých je možné zasunout další moduly ve formě tzv. karet. Protože sběrnice PCI je pomalejší než systémová sběrnice, není možné ji připojit k systémové sběrnici přímo, ale je nutné použít mezisběrnicového můstku (CPU –  PCI bridge), který provádí jejich vzájemné přizpůsobení.

Z podobného důvodu je i starší (pomalejší) sběrnice ISA k PCI sběrnici připojena pomocí PCI – ISA bridge.

U nejnovějších počítačů je možné sledovat i další modernizace, které nejsou (záměrně z důvodů přehlednosti) v tomto schématu zachyceny a které budou probrány v dalších kapitolách (jedná se například o port A.G.P, architekturu DIB, sběrnici USB a další).

4.	 Základní deska
Základní deska počítače (mainboard, motherboard) je deska plošného spoje tvořící základ celého počítače. Základní deska zpravidla obsahuje následující zařízení: 

•	Procesor (mikroprocesor): viz kapitola 5 a kapitola 6
•	Patici pro numerický koprocesor (popř. osazený koprocesor): viz kapitola 7
•	Obvody čipové sady: obvody s následujícími funkcemi: 
-	systémový řadič: obvod, který řídí společnou činnost jednotlivých obvodů základní desky a realizuje např. následující funkce: 
-	generuje hodinové signály 
-	vytváří adresy pro paměti RAM 
-	generuje řídící signály pro paměťový subsystém 
-	zabezpečuje RESET systému po připojení elektrického napájení nebo stisku tlačítka RESET 
-	řadič sběrnice: obvod, který:
-	zabezpečuje komunikaci mezi systémovou sběrnicí a rozšiřující sběrnicí
-	řídí činnost rozšiřující sběrnice
-	obsahuje rozhraní reproduktoru a rozhraní paměti EPROM 
-	buffer dat: obvod, který slouží k zachycování dat a jejich přepínání mezi jednotlivými datovými sběrnicemi osobního počítače 
-	další obvody realizující funkce poskytované základní deskou (např. řízení A.G.P. portu, rozhraní pevných disků, řadič pružných disků, vstupní / vý-stupní porty)
-	v rámci obvodů čipové sady mohou být rovněž integrovány i řadič operační paměti a řadič cache paměti
•	Operační paměť: viz kapitola 8 a kapitola 9 
•	Vyrovnávací cache paměť: viz kapitola 9
•	Rozšiřující sběrnice (bus): viz kapitola 10
•	Sloty umístěné na rozšiřující sběrnici pro připojení rozšiřujících karet 

Obr. 4.1: Rozšiřující karta osazená ve slotu

•	CMOS paměť: 
Paměť s malou kapacitou sloužící k uchování údajů o nastavení počítače a jeho hardwarové konfiguraci. Tato paměť je energeticky závislá, a proto je nutné ji zálohovat pomocí akumulátoru umístěného většinou na základní desce, aby nedošlo ke ztrátě údajů v ní uložených. V CMOS paměti bývají většinou uloženy: 
-	informace o typech a kapacitách jednotek pružných disků 
-	informace o typech, kapacitách a parametrech pevných disků 
-	typ používané video karty 
-	kapacita operační paměti 
-	nastavení parametrů cache pamětí 
-	pořadí jednotek pro zavádění operačního systému 
-	povolení / zakázání různých funkcí základní desky: 
-	využívání interní a externí cache paměti 
-	antivirová ochrana systémových oblastí disků 
-	prohození pořadí jednotek pružných disků 
-	stínování určitých částí paměti (zavádění programového vybavení z po-malejší ROM paměti do rychlejší paměti RAM) 
-	činnosti rozhraní pružných disků, pevných disků 
-	činnosti vstupních / výstupních portů 
-	nastavení rychlosti repetice klávesnice 
-	nastavení parametrů přenosu informací z pevných disků 
-	nastavení parametrů pro režim s úsporou elektrické energie 
-	nastavení přiřazení IRQ úrovní 
-	nastavení hesla k programu SETUP, popř. k celému počítači 
Tyto parametry se nastavují většinou pomocí programu zvaného SETUP. SETUP bývá uložen nejčastěji v permanentní paměti počítače, která bývá realizována jako EPROM (u starších počítačů) nebo jako Flash (u novějších počítačů). Špatné nastavení výše zmíněných parametrů může způsobit výrazné snížení výkonu celého počítače, až nefunkčnost některých jeho částí, popř. nefunkčnost celého počítače. 
Vzhledem k tomu, že tyto informace jsou pro počítač velmi důležité a jejich špatné hodnoty mohou být příčinou výše zmíněných problémů, není žádoucí, aby k nim měl přístup kdokoliv. Proto při přístupu do programu SETUP a tím i ke změnám parametrů v CMOS paměti je možné požadovat heslo. 
•	Akumulátor zálohující CMOS paměť
•	Hodiny reálného času:
Obvod, který má za úkol udržovat na počítači reálný čas. Reálný čas bývá na základních deskách realizován dvěma různými způsoby: 

-	odvozením z frekvence v síti (220 V, 50 Hz): tento způsob je méně přesný, protože frekvence 50 Hz není u nás v ČR přesně dodržována; bývá používán hlavně u levnějších základních desek. Hodiny reálného času potom vykazují poměrně velkou nepřesnost (i minuty za den). 
-	pomocí krystalu: na základní desce je umístěn krystal kmitající na určité frekvenci, ze které jsou odvozeny hodiny reálného času. Tento způsob vykazuje zhruba stejnou přesnost jako náramkové hodinky řízené krystalem. 

Vzhledem k tomu, že u novějších procesorů (80486 a vyšší) je již numerický koprocesor integrován přímo na čipu procesoru, není nutné, aby základní deska obsahovala patici pro jeho zapojení. Základní deska dále může obsahovat: 

•	Řadič pružných disků: viz kapitola 12 
•	Rozhraní pevných disků: viz kapitola 14 
•	Řadič USB sběrnice: viz kapitola 22.2
•	Grafickou (videokartu, videoadaptér): viz kapitola 15 
•	Vstupní / výstupní porty (I/O ports): viz kapitola 16
•	Zvukovou kartu: viz kapitola 17
•	
Obr. 4.2: Blokové schéma základní desky

Síťovou kartu: viz kapitola 18

Zařízení jako jsou procesor, numerický koprocesor, řadič cache paměti, paměti a obvody čipové sady jsou společně propojeny pomocí tzv. systémové sběrnice (CPU bus), která umožňuje jejich rychlou vzájemnou komunikaci. 

Obr. 4.3: Základní deska pro procesor Intel 80486

Obr. 4.4: Základní deska pro procesor Intel Pentium

Obr. 4.6: Základní deska pro procesor Intel Pentium II (ATX)

Obr. 4.5: Základní deska pro procesor Intel Pentium Pro

5.	 Procesory
Procesor je integrovaný obvod zajišťující funkce CPU . Tvoří “srdce” a “mozek” celého počítače. Jedná se o zařízení, které do značné míry ovlivňuje výkon celého počítače (čím rychlejší procesor, tím rychlejší počítač). Procesor bývá umístěn na základní desce počítače.  Jeho základními parametry jsou:

Parametr 	Popis 	Jednotka 	Rozsah 	
Rychlost 	Počet operací provedených za jednu sekundu	Hertz [Hz]	4,77 – 1500 MHz	
Efektivita mikrokódu	Efektivita, se kterou jsou napsány jednotlivé mikroprogramy provádějí-cí jednotlivé instrukce procesoru. Je to počet kroků potřebných pro prove-dení jedné instrukce (např.: vynáso-bení dvou čísel) 			
Numerický koprocesor	Přítomnost (nepřítomnost) speciální jednotky pro přímé provádění výpoč-tů v pohyblivé desetinné čárce. 			
Počet instrukčních kanálů	Udává maximální počet instrukcí proveditelných v jednom taktu proce-soru 	Číslo	1 – 4	
Šířka slova	Maximální počet bitů, které je možné zpracovat během jediné operace 	bit	16 – 32 b	
Šířka přenosu dat 	Maximální počet bitů, které je možné během jediné operace přenést z (do) čipu 	bit	8 – 64 b	
Interní cache paměť	Kapacita rychlé interní cache paměti integrované přímo na čipu procesoru 	Byte	0 – 2 MB	
Velikost adresovatelné paměti	Velikost paměti, kterou je procesor schopen adresovat (používat) 	Byte	1 MB – 64 GB	

5.1.	Rychlost
Procesor počítače je synchronní zařízení, které pracuje podle hodinových kmitů generovaných krystalem umístěným na základní desce. Během jednoho kmitu provede procesor jednu operaci. Pokud je procesor schopen pracovat s vyšší frekvencí těchto hodinových kmitů, provede za jednu sekundu více operací, tzn. bude vykazovat vyšší výkon oproti stejnému typu procesoru pracujícímu na nižší frekvenci.

Základní deska může být navržena tak, aby podporovala více různých frekvencí procesorů. V takovém případě se nastavení konkrétní frekvence provede pomocí nastavovacích propojek (jumperů), popř. přepínačů (DIP).

Obr. 5.1: Nastavovací propojka (jumper) a přepínač (DIP)

Poznámka: Pokud je na základní desce nastavena vyšší frekvence, než pro kterou je procesor určen, je možné, že bude bezchybně pracovat i s touto vyšší frekvencí a bude tak poskytovat vyšší výkon. Každý procesor je totiž vyráběn s jistou rezervou, tak aby na své frekvenci pracoval naprosto bezpečně. Při vyšší frekvenci je procesor také více tepelně zatížen, takže je nutné dbát i na jeho odpovídající chlazení. 

V dřívější době rychlost procesoru určovala většinu vlastností celého počítače. Základní deska byla navržena tak, aby pracovala se stejnou frekvencí jako procesor. Se vzrůstem rychlosti procesoru vzrostla i rychlost základní desky. Postavit základní desku, která by pracovala s vysokou frekvencí odpovídající frekvencím dnešních procesorů (600  a více MHz), je technicky velmi náročné. 

Jako alternativu pro zrychlování CPU je možné použít tzv. zdvojovače frekvence (clock doubler). Původní zdvojovač frekvence byl speciální obvod 80486, který se osadil do patice pro procesor na základní desce 25 MHz. Byla to základní deska pracující s frekvencí 25 MHz navržená pro procesor 80486DX. Tento speciální obvod 80486 byl navržen tak, aby z hlediska základní desky (na systémové sběrnici) pracoval s frekvencí 25 MHz, ale interně pracoval s rychlostí dvojnásobnou – 50 MHz. Jakákoliv interní činnost, např. matematický výpočet nebo přesun dat z jedné interní oblasti do druhé, se prováděla s frekvencí 50 MHz. Vnější operace, např. přenos dat z paměti nebo uložení dat do paměti, se uskutečňovaly pomaleji – s frekvencí 25 MHz. Tento procesor později dostal označení 80486DX2 / 50. Kromě tohoto procesoru existují i jiné typy s podobným chováním, např. 80486DX2 / 66, který interně pracuje s frekvencí 66 MHz a je možné jej použít v základní desce pracující s taktem 33 MHz. 

V roce 1994 byla na trh uvedena další varianta procesoru 80486, který byl tzv. ztrojovačem frekvence (clock tripler). Tyto čipy byly prodávány ve verzi 75 MHz a 100 MHz, pracovaly na základních deskách s frekvencemi 25 MHz a 33 MHz. Do těchto procesorů bylo také integrováno dvojnásobné množství interní cache paměti (16 kB), které přineslo ještě o něco větší zvýšení výkonu. Čipy byly nakonec označeny 80486DX4 / 75 (100). 
Kromě výše uvedených odlišností ve frekvenci procesoru a základní desky existují také některé modely procesoru Pentium, jejichž interní frekvence je zvýšena o 50%. Původní modely Pentium byly nabízeny s frekvencemi 60 a 66 MHz. Pozdější typy tohoto procesoru byly označovány jako P54C a měly frekvenci 90 a 100 MHz. Tyto procesory používaly základní desky s frekvencí 60 a 66 MHz.

	Dnešní moderní procesory (Intel Pentium II a vyšší) pracují s frekvencemi vysoko nad 100 MHz (do 1,5 GHz). Pro svou činnost využívají základních desek, jejichž systémová sběrnice je taktována na 66 MHz, 100 MHz, popř. 133 MHz.

5.2.	Efektivita mikrokódu
Jiným způsobem, jak zvýšit výkon procesoru kromě zvyšování jeho frekvence, je navrhnout čip tak, aby lépe využíval každý hodinový cyklus. Jednotlivé instrukce procesoru jsou naprogramovány pomocí malých mikroprogramů (tzv. mikrokódu). Výkonnost mikrokódu udává, kolik hodinových taktů trvá, než procesor provede určitou činnost.

Například procesor 8088 je schopen provádět dělení celých čísel (dělení bez desetinných míst). K vydělení dvou čísel potřebuje až 70 hodinových taktů. Procesor 80188 díky efektivnějšímu mikrokódu, pomocí něhož je dělení prováděno, potřebuje ke stejné operaci pouze 25 cyklů. Při porovnání těchto dvou procesorů tedy vychází procesor 80188 jako rychlejší. 

Podobně se liší i procesory 80386 a 80486. Jednoduchá instrukce, která přesouvá data mezi registry, potřebuje ke svému provedení na procesoru 80486 dva takty. Díky efektivněji navrženému mikrokódu procesoru 80486 se tato instrukce na tomto procesoru provede během jediného taktu. 

5.3.	Počet instrukčních kanálů (pipelines)
Předchozí kapitola podávala úvahu ohledně počtu taktů potřebných k provedení jedné instrukce. Ve skutečnosti je možné provést téměř každou instrukci během jediného taktu. Způsob, kterým se tato jednotaktová operace provádí, se nazývá zřetězené zpracování instrukcí (pipelining). Tento způsob vychází ze skutečnosti, že zpracování každé instrukce procesorem lze rozdělit do pěti základních fází: 

•	PF (Prefetch): výběr instrukce: další zpracovávaná instrukce se bere buď z paměti RAM, nebo z vyrovnávací cache paměti 
•	D1 (Decode1): dekódování instrukce: určí se délka a typ instrukce 
•	D2 (Decode2): výpočet adresy: určí se adresa operandů, se kterými instrukce pracuje 
•	EX (Execution): provedení intstrukce: vlastní provedení instrukce 
•	WB (Write Back): zápis výsledků: zapíší se výsledky zpracované instrukce 

Každou z těchto fází může provádět samostatně pracující jednotka a v okamžiku, kdy je tato jednotka se svou prací hotova, předá svůj výsledek jednotce provádějící následující fázi zpracování a pokračuje ve své práci nad další instrukcí.
Klasické zpracování instrukcí (charakteristické pro první typy procesorů): 

	T1	T2	T3	T4	T5	T6	T7	T8	T9	T10	
PF	I1					I2					
D1		I1					I2				
D2			I1					I2			
EX				I1					I2		
WB					I1					I2	

Pipeline zpracování instrukcí (charakteristické pro procesory 80486):

	T1	T2	T3	T4	T5	T6	T7	T8	T9	T10	
PF	I1	I2	I3	I4	I5	I6	I7	I8	I9	I10	
D1		I1	I2	I3	I4	I5	I6	I7	I8	I9	
D2			I1	I2	I3	I4	I5	I6	I7	I8	
EX				I1	I2	I3	I4	I5	I6	I7	
WB					I1	I2	I3	I4	I5	I6	

Jednotlivé sloupce značí takt procesoru (T1 až T10) a v řádcích jsou vždy uvedeny instrukce (I1 , I2, …) v patřičné fázi zpracování. Při klasickém zpracování se tak zpracuje v prvních pěti taktech kompletně první instrukce. V dalších pěti taktech se pak kompletně zpracuje druhá instrukce. Při zřetězeném zpracování je v prvních pěti taktech opět zcela zpracována první instrukce, ale další instrukce jsou již rozpracovány, takže v každém dalším taktu je pak zpracována vždy jedna další instrukce. V optimálním případě tedy po deseti taktech je úplně zpracováno šest instrukcí.

Při zřetězeném zpracování však vyvstává problém v okamžiku, kdy některá z instrukcí způsobí skok. V tomto okamžiku je nutné provést tzv. pipeline flush, tj. vyprázdnění fronty. Předzpracované instrukce totiž vůbec nebudou prováděny, protože chod programu bude pokračovat na místě, kam byl uskutečněn skok. Od tohoto místa se tedy začne opět plnit fronta instrukcí. 

Procesor, který má právě jednu frontu pro takové zřetězené zpracování intsrukcí, se nazývá skalární procesor.

Zřetězené zpracování instrukcí je možné provádět i ve více než jedné frontě. Procesor, který má více než jednu frontu pro zřetězené zpracování, se nazývá superskalární procesor. Díky této technice je možné, aby procesor během jednoho taktu zpracoval více než jednu instrukci.

Superskalární zpracování (dvě fronty – procesor Intel Pentium)
	
	T1	T2	T3	T4	T5	T6	T7	T8	T9	T10	
PF	I1, I2	I3, I4	I5, I6	I7, I8	I9, I10	I11, I12	I13, I14	I15, I16	I17, I18	I19, I20	
D1		I1, I2	I3, I4	I5, I6	I7, I8	I9, I10	I11, I12	I13, I14	I15, I16	I17, I18	
D2			I1, I2	I3, I4	I5, I6	I7, I8	I9, I10	I11, I12	I13, I14	I15, I16	
EX				I1, I2	I3, I4	I5, I6	I7, I8	I9, I10	I11, I12	I13, I14	
WB					I1, I2	I3, I4	I5, I6	I7, I8	I9, I10	I11, I12	
Během prvních pěti taktů jsou provedeny dvě instrukce a při každém dalším taktu se opět dokončí další dvě instrukce. 

5.4.	Šířka slova
Jiným způsobem, jak zvýšit výkon procesoru, je možnost zvětšit jeho šířku slova. Tento parametr procesoru určuje, jaké největší číslo dokáže procesor zpracovat během jediné operace. Šířka slova se udává v počtech bitů a je jí určeno, kolikabitový daný procesor je. Procesor, který má šířku slova 8 bitů, tedy dokáže v jediné instrukci manipulovat s číslem uloženým maximálně na 8 bitech (tj. číslem z intervalu 0 – 255). Analogicky je tomu u procesorů, jejichž šířka slova je 16 či 32 bitů. Větší čísla musí být rozdělena na menší a musí být zpracována po částech. Výhodou procesoru s větší šířkou slova je, že může v jedné operaci zpracovat větší číslo. Z toho vyplývá i větší rychlost takového procesoru oproti procesoru, který musí toto číslo nejdříve rozdělit a potom v několika instrukcích po částech zpracovat. 

5.5.	Šířka přenosu dat
Bez ohledu na to, jaké je maximální číslo zpracovatelné jednou instrukcí, musí být data přesouvána do (z) procesoru. Šířka přenosu dat určuje, jaké maximální číslo může být během jedné operace přeneseno do (z) procesoru. Udává se podobně jako šířka slova v bitech a je dána velikostí datové sběrnice procesoru, která slouží právě pro přenosy dat do (z) čipu. Je-li šířka datové sběrnice větší, je i šířka přenosu větší a tím je možné za kratší dobu přenést větší množství dat.

Například procesory 8086 a 8088 se liší pouze v šířce datové sběrnice (8088 má 8bitovou datovou sběrnici a 8086 má 16bitovou datovou sběrnici). Šířka slova je u obou procesorů stejná (16 bitů). Program tedy pro zpracování 16bitového čísla použije stejné instrukce. Toto číslo však musí být do procesoru přeneseno z operační paměti. Zatímco procesor 8086 je přenese najednou, procesor 8088 je bude přenášet na dvakrát a zabere mu to dvojnásobek času. Z tohoto je zřejmé, že i když oba procesory budou pracovat na stejné frekvenci, bude procesor 8086 vykazovat díky rychlejšímu přenášení dat vyšší výkon. Podobná situace je i mezi procesory 80386 a 80386SX.

5.6.	Interní cache paměť
S postupným zvyšováním výkonu procesoru tím, že je zvyšována jeho frekvence, se objevuje problém vysokých přístupových dob operačních pamětí. Pokud se zvýší frekvence procesoru, je nutné, aby operační paměti byly schopny rychleji reagovat na požadavky o přístupy k datům. Operační paměť bývá realizována jako dynamická paměť (DRAM), která je poměrně jednoduchá a levná oproti statické paměti SRAM. Dynamická paměť však má poměrně dlouhou přístupovou dobu a nemá tedy potřebnou rychlost k tomu, aby stačila odbavovat požadavky rychlého procesoru.

Pokud by počítač s rychlým procesorem byl vybaven pouze dynamickými paměťmi, bylo by nezbytné, aby procesor vždy čekal určitou dobu, než paměť bude schopna poskytnout požadovaná data. Tím by ovšem byl výkon procesoru silně degradován. Teoreticky by bylo možné počítač vybavit statickými paměťmi, které mají podstatně nižší přístupovou dobu, ale vzhledem k jejich vysoké ceně je toto řešení nereálné.

V konkrétním případě se dnes volí kompromis, kdy operační paměť je realizována pomocí DRAM. Mezi procesor a operační paměť se pak vkládá tzv. externí (L2, sekundární) vyrovnávací paměť označovaná jako cache paměť. Cache paměť má podstatně menší kapacitu než operační paměť (32 – 2048 kB) a je realizována pomocí rychlých statických pamětí. 

Toto řešení bylo samo o sobě dostačující pouze u procesoru 80386. U procesorů vyšších se přistoupilo ještě k integraci tzv. interní (L1, primární) cache paměti přímo na čip procesoru. Kapacita této paměti bývá poměrně malá (8 – 32 kB). 

5.7.	Numerický koprocesor
U prvních počítačů řady PC byla na základní desku integrována patice pro obvod numerického (matematického) koprocesoru (podrobněji o numerických koprocesorech pojednává kapitola 7. Numerické koprocesory). Toto řešení se používalo prakticky u všech PC s procesory 80386 a nižšími a u PC s procesorem 80486SX. U vyšších procesorů se z důvodů vyššího výkonu přistoupilo k integraci těchto koprocesorů přímo na čip vlastního procesoru. Tyto procesory mají tedy numerický koprocesor integrován přímo v sobě a není již nutné (ani možné) do počítače osazovat další speciální obvod určený speciálně pro matematické výpočty. 

5.8.	Velikost adresovatelné paměti
Při práci počítače je nezbytné, aby procesor přistupoval k operační paměti a načítal z ní data (popř. data do této paměti ukládal). Pokud procesor potřebuje přistoupit k paměti, musí být zadána adresa paměťové buňky, se kterou bude pracovat. V programu bývá tato adresa zadána jako tzv. logická (virtuální) adresa. Tato virtuální adresa se potom určitým mechanismem (závislým na typu procesoru) postupně převádí na tzv. fyzickou adresu, která je již adresou ukazující na konkrétní paměťovou buňku v operační paměti. Mechanismy převodu logické adresy na fyzickou jsou uvedeny podrobně v kapitolách pojednávajících o konkrétních typech procesorů. (Viz kapitola Procesory Intel).

Každý procesor má k dispozici pouze určitý počet bitů, na kterých může být fyzická adresa vytvořena. Tímto počtem bitů a tím i maximálním číslem, jež pomocí nich můžeme vytvořit, je omezena maximální paměť, kterou může procesor využívat. Počet bitů určených k vytváření fyzické adresy také úzce souvisí s adresovou sběrnicí procesoru. Adresová sběrnice je využívána procesorem při přístupech k operační paměti a je na ni posílána adresa paměťového místa (buňky), s níž bude procesor pracovat (číst z ní data, zapisovat do ní data). 

6.	 Procesory Intel
Osmdesátá léta tohoto století zaznamenala zřejmě nejvýraznější pokrok v dosavadním vývoji výpočetní techniky. Velkým dílem k tomu přispěl i vznik a rozvoj procesorů firmy Intel a osobních počítačů firmy IBM. 

První procesor vznikl v roce 1969 v americké firmě Intel (Integrated Electronics), která tehdy vyvíjela obvody pro elektronické kalkulátory japonské firmy Busicom. Protože šlo o to, aby návrh byl cenově efektivní, zvítězila myšlenka sestrojit univerzální procesor, kterým by se redukovala složitost japonského návrhu. Tehdy vznikl 4bitový jednočipový procesor, který později dostal označení 4004. 

V roce 1974 firma Intel představila již 8bitový procesor s označením 8080, který se stal základem prvních osmibitových mikropočítačů (jeho ekvivalent byl použit v našem počítači IQ 151). Jako inovovaný typ tohoto procesoru byl nakonec na trh uveden procesor Intel 8085, který však nezaznamenal větší komerční úspěch. 

Firma Intel začíná dále pracovat na poli modernějších 16bitových procesorů a v roce 1977 dokončuje vývoj svého prvního 16bitového procesoru Intel 8086. Tento procesor je plně kompatibilní s svým předchůdcem 8080. Bylo tedy možné používat velké množství programů původně určených pro mikropočítače osazené procesorem 8080 i na počítačích s novým procesorem 8086. Krátce po vyrobení procesoru 8086 přichází firma Intel na trh s procesorem označeným 8088, který je z pohledu uživatele plně slučitelný s 8086, ale vykazuje menší výkon. Procesor 8088 využila firma IBM (International Business Machines) pro svůj nový mikropočítač pojmenovaný IBM PC (Personal Computer), který byl na trh uveden v roce 1981. IBM PC má 128 kB (256 kB) operační paměti, černobílý monitor a dvě mechaniky pružných disků. O dva roky později je tento typ počítače rozšířen o pevný disk a jeho operační paměť je zvýšena na 640 kB. Takto vzniklý nový počítač je prodáván pod označením IBM PC/XT (Extended Technology). 

Dalšími následníky procesorů 8086 a 8088 byly 80186 a 80188. Tyto procesory byly plně kompatibilní se svými předchůdci. Měly několik drobných vylepšení své architektury, díky kterým vykazovaly o něco vyšší výkon. Procesory 80186 a 80188 nezaznamenaly však žádného většího rozšíření. 

V roce 1982 začíná firma Intel vyrábět nový procesor Intel 80286. Procesor 80286 je plně kompatibilní s předešlými procesory. Mezi jeho hlavní přínosy patří podpora pro paralelní zpracovaní více programů. V roce 1984 se začínají prodávat první počítače vybudované na tomto procesoru. Tyto počítače nesou označení IBM PC/AT (Advanced Technology). Tyto typy počítačů jsou již standardně vybavovány pevným diskem a minimální kapacitou paměti 1 MB. 

Jako další procesor firmy Intel je vyroben v roce 1985 32bitový procesor s označením Intel 80386. Jedná se opět o procesor plně kompatibilní s předcházejícími procesory, poskytuje vyšší výkon a větší programátorské možnosti. 

Zmodernizováním tohoto procesoru a integrací jednotky pro výpočty v pohyblivé desetinné čárce přímo na čip procesoru vzniká nový typ procesoru označený jako Intel 80486. Tento procesor je dále následován výkonnějším procesorem Intel Pentium, který jako první procesor firmy Intel dovoluje díky své superskalární architektuře dokončit během jednoho taktu až dvě instrukce. Tato vlastnost spolu s dalšími modernizacemi umožňuje, aby procesor Intel Pentium dosahoval při stejné frekvenci vyššího výkonu než předcházející procesor Intel 80486. 

Řada procesorů Intel nadále pokračovala dalším superskalárním procesorem s označením Intel Pentium Pro. Tento procesor umožňoval během jednoho taktu dokončit až tři instrukce a disponoval dalšími pokročilými technikami pro zpracovávání instrukcí, které mu zaručovaly, že při provádění optimalizovaných programů bude jeho výkon znatelně vyšší než u procesoru Intel Pentium. Intel Pentium Pro byl však navržen zejména pro moderní 32bitové programové vybavení a bohužel při provádění starších programů nedokázal využívat plně svých možností a jeho výkon mohl být (v kritických případech) při stejné frekvenci nižší než u procesoru Intel Pentium. 

Dalším pokrokem v architektuře procesorů firmy Intel bylo zavedení technologie MMX, která rozšiřuje zejména instrukční sadu procesorů o instrukce pro zpracování dat souvisejících s multimédii (zpracování zvuku, videosekvencí, obrázků atd.). Tato technologie byla zpočátku zpětně implementována do procesoru Intel Pentium, který ve své nové verzi dostal označení Intel Pentium MMX. Později začíná Intel vyrábět procesor Intel Pentium II, který vychází z architektury procesoru Intel Pentium Pro, navíc však obsahuje i technologii MMX a byly u něj odstraněny problémy (zejména při zpracování starších aplikací), kterými byl zatížen procesor Intel Pentium Pro. K procesoru Intel Pentium II je vyráběna i výkonnější verze Intel Petium II Xeon, která je určena zejména pro výkonné počítačové servery. 

Vzhledem k poměrně vysoké ceně, za kterou byl původně procesor Intel Pentium II prodáván, přistupuje firma Intel k výrobě procesoru Intel Celeron. Tento procesor poskytuje stejné techniky jako Intel Pentium II, avšak disponuje menší kapacitou externí cache paměti, což dovoluje jeho nižší cenu. 

Po uvedení procesoru Intel Celeron na trh pokračuje firma Intel ve svém vývoji procesorů procesorem Intel Pentium III, který přináší další pokroky, umožňující  vyšší výkon. Jedná se opět o superskalární procesor, který má tři fronty pro zřetězené zpracování instrukcí (podobně jako Intel Pentium II) a jehož instrukční sada je obohacena o další instrukce, které slouží především jako podpora pro multimédia a pro práci s Internetem. Tento procesor se opět vyrábí i ve verzi Intel Perntium III Xeon, která dovoluje vyšší výkon a je určena pro počítačové servery. 

Dosud posledním procesorem firmy Intel, který byl oficiálně uveden na trh, je procesor Intel Pentium 4, který přináší další modernizace oproti Intel Pentium III a z nich vyplývající vyšší výkon.

V současnosti probíhají práce na vývoji dalšího procesoru, který zatím nese pouze pracovní název Intel Ithanium. Jedná se o procesor, který by měl být, jako první procesor firmy Intel, plně 64bitový. 

Poznámka: Řada procesorů Intel 8086 až Intel Pentium 4 bývá také označována souhrným názvem jako řada 80x86.
6.1.	Procesor Intel 8086

Obr. 6.1: Schéma adresace procesoru 8086

	Procesor Intel 8086 byl uveden na trh v letech 1979 – 1980. Jedná se o plně 16bitový procesor. Je vybaven 16bitovou vnitřní architekturou, která mu umožňuje během jediné instrukce zpracovat maximálně 16bitové číslo (tj. číslo v rozmezí 0 až 
216 – 1 neboli 0 až 65535). Kromě toho Intel 8086 disponuje 16bitovou datovou sběrnicí, která dovoluje přenášet data do (z) čipu po 16 bitech. Dále je vybaven 20bitovou adresovou sběrnicí, pomocí níž dokáže adresovat paměťový prostor o kapacitě max. 1 MB (odpovídá 220 B = 1048576 B). Tato adresa je tvořena ze dvou šestnáctibitových složek označovaných segment a offset, které se sečtou posunuty o 4 bity. Tím je vytvořena výsledná 20bitová adresa. 

Velikost jednoho segmentu, v jehož rámci je možné se pohybovat pouze pomocí změny hodnoty offsetu, je 64 kB. Adresa se zapisuje ve tvaru segment:offset. Např. 4000:B000 značí adresu 4B000 (hexadecimálně), tj. 307200 (dekadicky). 

Intel 8086 byl vyráběn v pouzdře DIP  (DIL) se 40 vývody a na svém čipu integruje asi 29000 tranzistorů. Procesor Intel 8086 byl osazován hlavně v počítačích označených IBM PC a IBM PC / XT. 

6.2.	Procesor Intel 8088
Procesor Intel 8088 byl velmi podobný procesoru Intel 8086. Byl osazován ve stejných typech počítačů jako procesor Intel 8086. Nejednalo se o plně 16bitový procesor, ale o procesor, který měl 16bitové jádro a pouze 8bitovou datovou sběrnici. Tato 8bitová sběrnice snižovala výkon procesoru, ale dovolovala jednodušší návrh a jednodušší základní desku, která mohla vzniknout pouze menšími úpravami základní desky pro procesor Intel 8080. Díky těmto vlastnostem pak počítač s procesorem 8088 vyšel levněji než počítač s procesorem Intel 8086. Pro vytváření adresy používá stejného modelu jako procesor Intel 8086. 

	Z hlediska uživatele a programátora se jedná o plně kompatibilní procesor s procesorem Intel 8086, který při stejné frekvenci poskytuje asi o 15% nižší výkon. 

Starší typy tohoto procesoru byly označovány 8088-1 a mohly pracovat s frekvencí do 5 MHz. Naopak novější verze tohoto procesoru nesly označení 8088-2 a byly určeny pro práci s frekvencí až 8 MHz. 

6.3.	Procesory Intel 80186 a 80188
Tyto procesory byly velmi podobné procesorům 8086 a 8088. Neměly příliš mnoho nových možností. Používaly stejné modely pro tvorbu adresy a byly vybaveny stejně širokými sběrnicemi (80186 plně 16bitový a 80188 vnitřně 16bitový s 8bitovou datovou sběrnicí). 

Hlavním rozdílem od předešlých procesorů byl výkonnější mikrokód, který dovoloval vyšší výkon. Tyto procesory byly dodávány v pouzdře PGA. 

Vzhledem k tomu, že tyto procesory neposkytovaly žádné výrazné zlepšení, nezaznamenaly větší komerční úspěch a nedošlo k jejich většímu rozšíření. 

6.4.	Procesor Intel 80286
Procesor 80286 byl uveden na trh v roce 1981. Představoval velký skok vpřed v technologii procesorů řady 80x86. Vyráběl se v zapouzdření PGA a později v levnějším pouzdru PLCC. Procesor 80286 poskytuje daleko větší výkon než procesor 8086 (8088) a na svém čipu integruje zhruba 130000 tranzistorů. Jedná se o plně 16bitový procesor, který dovoluje práci ve dvou různých režimech: 

•	reálný režim (real mode, režim reálné adresy): V reálném režimu je procesor 80286 plně kompatibilní se svými předchůdci. Procesor v tomto režimu pracuje naprosto stejně jako procesor 8086 (8088). Používá 20 bitů pro tvorbu adresy, která je vytvářena podle stejného modelu jako je tomu u procesoru 8086. V tomto režimu mohou na procesoru 80286 pracovat programy napsané pro předcházející procesory. 
•	chráněný režim (protected mode, režim virtuální adresy): Nový režim, neslučitelný s 8086. Tento režim podporuje multiprogramování (paralelní zpracování více programů). Je tedy nezbytné, aby procesor v tomto režimu poskytoval ochrany mezi jednotlivými spuštěnými programy a různé úrovně oprávnění přístupu k prostředkům počítače. Procesor v tomto režimu také používá jiný model pro vytváření adresy. Adresa je vytvářena ze dvou 16bitových složek nazývaných selektor a offset za pomoci tzv. tabulek deskriptorů. Výsledná adresa je potom 24bitová, což umožňuje procesoru adresovat maximálně 224 B = 16 MB operační paměti. 

Obr. 6.2: Schéma adresace procesoru Intel 80286 v chráněném režimu

První část logické adresy zvaná selektor je rozdělena na tři části: 

•	nejnižší dva bity jsou nazývány RPL (Requested Privilege Level) a určují požadovanou úroveň oprávnění k segmenetu paměti. Z toho vyplývá podpora 4 různých úrovní oprávnění. 
•	bit 2 je označován jako TI (Table Index) a určuje, zda při tvorbě adresy bude použita lokální tabulka deskriptorů (LDT – Local Descriptor Table) nebo globální tabulka deskriptorů (GDT – Global Descriptor Table). 
•	nejvyšších třináct bitů potom slouží jako index do příslušné tabulky deskriptorů. Jedna položka tabulky deskriptorů má 64 bitů, ze kterých je vybráno 24 bitů sloužících jako tzv. bázová adresa. K této bázové adrese se potom přičte 16bitový offset (přičtení je provedeno přímo bez jakéhokoliv posunutí). Výsledkem je 24bitová fyzická adresa, pomocí které je možno adresovat maximálně 16 MB operační paměti. 

Jedna položka tabulky deskriptorů obsahuje: 

•	bázovou adresu segmentu (24 bitů), tj. adresu, na které segment začíná 
•	přístupová práva k segmentu (8 bitů), ze kterých je možné určit typ segmentu: 
-	kódový segment 
-	datový segment 
-	speciální systémový segment 
•	limit segmentu (16 bitů), který určuje maximální velikost segmentu 
•	zbývající bity deskriptoru jsou nastaveny vždy na nulu (kvůli kompatibilitě s procesorem 80386) 

Velkou nevýhodou tohoto procesoru je stále 16bitový offset, který nedovoluje větší segmenet než 64 kB. Počítače osazené tímto procesorem nesly označení PC/AT. 

6.5.	Procesor Intel 80386
Procesor 80386 je prvním plně 32bitovým procesorem firmy Intel, který používá 32bitovou adresovou sběrnici. Na trh byl uveden v roce 1986 pod oficiálním názvem 80386DX. Tento procesor byl dodáván nejprve v pouzdře PGA a později v levnějším zapouzdření PQFP. V obou případech na svém čipu nesl asi 275000 tranzistorů. Zahrnuje v sobě velké bohatství programovacích možností včetně možnosti provádět programy systému MS-DOS v režimu souběžného zpracování úloh s pomocí programového vybavení, jako je např. OS/2 nebo Windows. Procesor 80386 může pracovat ve třech režimech: 

•	reálný režim (real mode): velmi podobný reálnému režimu předchozích procesorů. Používá stejný adresovací mechanismus a má stejnou maximální velikost operační paměti (1 MB) i stejnou maximální velikost segmentu (64 kB). V tomto režimu mohou opět pracovat programy určené pro předešlé procesory (8086/8088). 
•	chráněný režim (protected mode): Režim, který je velmi podobný chráněnému režimu procesoru 80286. Šířka adresové sběrnice v tomto režimu je 32 bitů, což dovoluje adresovat operační paměť o maximální kapacitě 4 GB. 

Obr. 6.3: Schéma adresace procesoru Intel 80386 v chráněném režimu

 	Tento režim opět používá pro tvorbu adresy dvou složek (selektor, offset). Selektor je opět rozdělen do tří částí, které mají stejný význam jako u procesoru 80286. Na rozdíl od procesoru 80286 je však bázová adresa, která se vybírá z tabulky deskriptorů, nikoliv 24bitová, ale 32bitová. Druhým rozdílem je velikost offsetu, jehož velikost je u procesoru 80286 32 bitů. Díky těmto zvětšením na 32 bitů je možné, aby procesor 80386 adresoval až 4 GB (232 B) operační paměti a aby velikost jednoho segmentu byla také 4 GB. 

Jedna položka tabulky deskriptorů obsahuje: 

•	bázovou adresu (32 bitů): adresa začátku segmentu 
•	limit segmentu (20 bitů): maximální velikost segmentu, která je brána buď v bytech (max. 1 MB), nebo v násobcích 4 kB (max. 4 GB) 
•	přístupová práva k segmentu (8 bitů): podobně jako u procesoru 80286 
•	další informace (4 B): např. výše zmíněná interpretace limitu segmentu. 

Dalším rozdílem od procesoru 80286 je, že adresa určená tímto schématem nemusí být ještě fyzickou adresou ukazující přímo do operační paměti, ale je možné, aby byla dále transformována mechanismem zvaným stránkování. 

Obr. 6.4: Schéma stránkovacího mechanismu procesoru 80386

32bitová lineární adresa je rozdělena na tři části: 

•	Adresář: tvořen nejvyššími 10 bity, slouží jako index tabulky zvané adresář, odkud je vybrána 20bitová báze tabulky stránek 
•	Tabulka: tvořena nižšími 10 bity, slouží jako index do tabulky stránek. Z této tabulky se vyzvedne 20 bitová báze stránky, která tvoří 20 nejvyšších bitů fyzické adresy. 
•	Offset: tvořen nejnižšími 12 bity. Offset je potom sečten s o 12 bitů posunutou (vynásobenou 4096) bází stránky tak, že tvoří nejnižších 12 bitů fyzické adresy. 

Mechanismus stránkování nese problém dvou přístupů do tabulek, které jsou uloženy v operační paměti a přístup k nim může procesor zdržovat. Za účelem zrychlení tohoto mechanismu má procesor 80386 zabudovánu rychlou vyrovnávací cache paměť zvanou TLB (Translation Lookaside Buffer), ve které jsou uchovány posledně používané lineární adresy a k nim odpovídající adresy fyzické. 

Třetím režimem, který procesor 80386 poskytuje, je tzv. virtuální režim. V tomto režimu procesor 80386 pracuje podobně jako procesor 8086 (8088), ale je plně podřízen režimu chráněnému. Je možné takto virtualizovat 1 MB operační paměti, který mohl adresovat procesor 8086, a uložit jej kamkoliv do 4 GB operační paměti. 

Celý procesor 80386 se skládá z následujících základních částí: 

Obr. 6.5: Blokové schéma procesoru 80386

Procesor 80386 se skládá z šesti základních jednotek: 

•	BIU (Bus Interface Unit – jednotka styku se sběrnicí): Tato jednotka je branou mikroprocesoru k okolnímu světu. Všechny ostatní jednotky procesoru využívají tuto jednotku pro přenos dat mezi procesorem a okolím. Protože BIU pracuje výhradně s fyzickými adresami, je nutné, aby adresa, která je poskytována k provedení operace, byla nejprve převedena na fyzickou adresu. 
•	IPU (Instruction Prefetch Unit – jednotka předvýběru instrukcí): Tato jadnotka se stará o naplňování šestnáctibytové fronty předvybraných instrukcí pro IDU. IPU nepřetržitě požaduje po vyzvednutí instrukce z fronty IDU, aby BIU doplnila frontu z následující adresy. Instrukce jsou do fronty zapisovány po 4 bytech. V případě provedení instrukce, která způsobí skok, provede IPU vyprázdnění celé fronty a další plnění se provádí od nové adresy. 
•	IDU (Instruction Decode Unit – jednotka pro dekódování instrukcí): Jednotka, která má podobnou funkci jako IPU. Vyzvedne z fronty naplněné IPU první byte instrukce a podle něj zjistí délku celé instrukce (může být dlouhá až 16 B). Pak vyzvedne z fronty celou instrukci (popř. požádá BIU o doplnění chybějící části) a převede ji na vnitřní formát. Takto dekódovanou instrukci umístí do své fronty dekódovaných instrukcí, která je schopna pojmout až 3 dekódované instrukce. Zde je instrukce uložena pro potřebu EU. 
•	EU (Execution Unit – prováděcí jednotka): Jednotka, která provádí vlastní výpočty. Jejím jádrem je ALU (Arithmetic-Logical Unit), která obsahuje obvody potřebné k aritmetickým a logickým operacím a k provádění instrukcí. Obsahuje také sadu registrů procesoru. Posledním úkolem EU je informovat BIU, že výsledek je potřeba zapsat do operační paměti nebo na periferní zařízení. 
•	SU (Segmentation Unit – jednotka segmentace): Tato jednotka má význam především v chráněném a virtuálním režimu, kdy provádí převod virtuální (logické) adresy na adresu lineární. 
•	PU (Paging Unit – stránkovací jednotka): Jednotka, která se uplatňuje pouze v chráněném a virtuálním režimu, a to jenom při zapnutém režimu stránkování. Potom PU provádí převod lineární adresy dané SU na adresu fyzickou. Ke své činnosti využívá rychlou vyrovnávací paměť TLB.

6.6.	Procesor Intel 80386SX
V případě procesoru 80386SX byl podobně jako u procesoru 8088 udělán jistý krok zpět. Procesor 80386SX není plně 32bitový, ale má pouze 32bitovou vnitřní architekturu. Jeho datová sběrnice je pouze 16bitová. Tento ústupek dovoluje jednodušší návrh procesoru a jeho snazší začlenění do již existujících základních desek pro procesory 80286. Na procesoru 80386 tak může pracovat 32bitové programové vybavení, ale vykazuje výkon zhruba procesoru 80286 při stejné frekvenci. Hlavním důvodem zavedení tohoto procesoru byla vysoká cena počítače s procesorem 80386. Procesor 80386SX byl vyráběn v pouzdrech PLCC a PQFP. 

6.7.	Procesor Intel 80486
Procesor 80486 je v roce 1989 uveden na trh pod oficiálním názvem 80486DX. Jedná se v podstatě o vylepšený čip 80386. Je kombinací vyladěného procesoru 80386 a dvou čipů, které urychlují systém 80386: 

•	interní cache paměti
•	numerického koprocesoru 80387 

Jedná se opět o plně 32bitový procesor, který pracuje ve stejných třech režimech jako procesor 80386 a používá stejný adresovací mechanismus. Procesor 80486 je tedy schopen také adresovat maximálně 4 GB paměti a logická adresa může být transformována až dvěma mechanismy – segmentováním a stránkováním. 

Jeho mikrokód je rozsáhlejší a rychlejší. Procesor 80486 je ekvivalentem asi 1,25 milionu tranzistorů, takže čip 80486 25 MHz někdy provede za jednu sekundu dvojnásobek instrukcí ve srovnání s čipy 80386, 80385 (řadič externí cache paměti) a 80387 při stejné frekvenci. Na svém čipu kromě výše zmíněných komponent obsahuje ještě rychlou vyrovnávací cache paměť o kapacitě 8 kB. Je dodáván výhradně v pouzdře PGA se 168 vývody. 

Procesor 80486 provádí zřetězené zpracování instrukcí (pipelining). Toto zpracování je uskutečňováno v jedné frontě (pipeline). Jedná se tedy o skalární procesor. 

	Jednotlivé základní funkční jednotky procesoru Intel 80486 jsou opět patrné z následujícího blokového schématu:

Obr. 6.6: Blokové schéma procesoru 80486

Procesor 80486 obsahuje všechny jednotky jako procesor 80386 se stejnou funkcí. Kromě těchto jednotek obsahuje ještě navíc: 

•	numerický koprocesor: jednotka provádějící aritmetické výpočty 
•	8 kB interní cache paměti: slouží k vyrovnání rychlosti mezi procesorem a externí cache pamětí 

6.8.	Procesor Intel 80486SX
Procesor Intel 80486SX uvedený trh krátce po procesoru 80486 je spíše marketingovým tahem firmy Intel než novým procesorem. Na tomto čipu Intel vyřadil z činnosti numerický koprocesor 80387. Procesor 80486SX je tedy opět plně 32bitovým procesorem s 8 kB interní cache paměti a vlastnostmi procesoru 80486, ale při náročných výpočtech, obzvláště v pohyblivé desetinné čárce, je jeho výkon nižší. 

K tomuto procesoru je prodáván numerický koprocesor označovaný 80487SX, který je v podstatě plně funkční čip 80486 (tj. CPU s koprocesorem a vším ostatním). Poté, co je Intel 80487SX zasunut do patice, prakticky umrtví čip 80486SX a sám převezeme jeho činnost; nahradí procesor a numerický koprocesor, jako by se jednalo o systém s procesorem Intel 80486. Vývody procesoru Intel 80487SX jsou však uspořádány jinak, než je tomu u procesoru 80486, takže není možno tento koprocesor použít místo procesoru Intel 80486. 
6.9.	Procesor Intel 80486DX2
Procesor 80486DX2 patří mezi procesory, které pracují se dvěma různými frekvencemi . Tento procesor má opět všechny vlastnosti procesoru 80486. Čip navenek pracuje s frekvencí x MHz, ale uvnitř pracuje s frekvencí dvojnásobnou. Například procesor 80486DX2 66 MHz pracuje vnitřně s frekvencí 66 MHz, ale navenek, tzn. na systémové sběrnici, je jeho frekvence poloviční, tj. 33 MHz. 

Díky tomuto řešení je možné, aby všechny operace, které probíhají uvnitř procesoru (např.: numerický výpočet nebo přesun dat z jedné části procesoru do druhé), proběhly s dvojnásobnou rychlostí. Externí operace, jako jsou např. přesuny dat do (z) operační paměti, probíhají rychlostí stejnou jako u procesoru 80486. Výhoda tohoto řešení spočívá v tom, že je možné použít základní desku určenou pro dřívější procesory pracující s frekvencí 33 MHz a do ní umístit tento nový procesor. Výkon procesoru 80486DX2 odpovídá asi 2/3 rychlosti, jakou by měl procesor 80486DX se stejnou frekvencí. 

Je možné říci, že výše popsaný způsob konstrukce procesoru, který pracuje s různými frekvencemi (vnitřní frekvencí, která bývá vyšší, a naopak nižší frekvencí na systémové sběrnici), je charakteristický i pro většinu procesorů, které byly vyráběny v pozdější době, a také pro procesory vyráběné dnes.

6.10.	  Procesor Intel Pentium
Procesor Intel Pentium vyrobený v roce 1993 má integrovány všechny vlastnosti procesoru 80486. Je dodáván v pouzdře PGA s 273 vývody a na svém čipu o rozměrech 12,8 x 12,8 mm integruje asi 3,1 milionu tranzistorů. Vzhledem k velmi vysokému počtu integrovaných součástek docházelo u Pentia k poměrně velkému zahřívání se. Z tohoto důvodu bylo u pozdějších verzí sníženo napájecí napětí z původních 5 V nejprve na 3,3 V a později na 2,8 V.

Procesor Pentium je vnitřně 32bitový procesor, který má 64bitovou datovou sběrnici dovolující procesoru přenášet data do (z) čipu po 64 bitech. Pro procesor Pentium byly také zkonstruovány další podpůrné obvody: 

•	řadič vyrovnávací paměti 82496 cache contoller 
•	vlastní vyrovnávací paměť 82491 cache SRAM

Pentium je také prvním superskalárním procesorem firmy Intel. Jedná se o procesor, který má více než jednu frontu pro zřetězené zpracování instrukcí. Konkrétně Pentium má dvě takovéto fronty označované jako U, V. Tato vlastnost umožňuje procesoru tzv. superskalární zpracování instrukcí. Toto superskalární zpracování dovoluje během jednoho taktu dokončit až dvě instrukce zároveň, díky čemuž procesor Pentium dosahuje při stejné frekvenci vyššího výkonu než procesory 80486. Při superskalárním zpracování není však obecně možné zpracovávat všechny instrukce v obou frontách. Aby se tak mohlo dít, musí být splněny jisté předpoklady: 

•	následující instrukce nesmí být závislá na instrukci předcházející (následující instrukce nesmí potřebovat výsledek instrukce předcházející) 
•	obě instrukce musí být jednoduché, tj. nejsou prováděny mikroprogramově, ale hardwarově

U tohoto způsobu zpracování instrukcí se objevuje stále problém v případě, že prováděná instrukce způsobí skok. V ten moment je opět nutné provést pipeline flush a pokračovat ve zpracování na místě, kam byl skok proveden. Aby k těmto situacím docházelo co možná nejméně, má procesor Intel Pentium zabudováno tzv. dynamické předvídání skoků (dynamic branch prediction), pomocí kterého se podle dosavadního chování programu snaží odhadnout, zda při dalším průchodu skoková instrukce skok způsobí nebo ne. K této činnosti Pentium používá paměť označovanou jako BTB (Branch Target Buffer), v níž jsou uchovány poslední instrukce, které způsobily skok, spolu s dvoubitovou informací, jež určuje dosavadní chování těchto instrukcí. Podle hodnot těchto bitů je také dána předpověď, zda instrukce skok způsobí či ne. 

Obr. 6.7: Schéma funkce předvídání větvení procesoru Intel Pentium

Instrukce, která způsobila skok, je uložena do BTB spolu se dvěma bity, jejichž hodnoty jsou rovny 1. Tyto hodnoty při příštím průchodu přes tuto instrukci signalizují předpověď, že skok bude. Pokud skok skutečně byl, hodnoty bitů zůstanou nezmodifikovány. Pokud byla předpověď mylná a skok nebyl, jsou bity nastaveny na hodnotu 10, která opět signalizuje, že skok bude. Podle toho, zda skok skutečně následuje nebo ne, jsou pak příslušným způsobem bity modifikovány (viz Obr. 6.7) a jejich hodnota signalizuje předpověď skoku. 

Procesor Pentium má podobně jako procesor Intel 80486 na svém čipu integrovánu jednotku pro numerické výpočty (numerický koprocesor). Dále je vybaven 16 kB interní cache paměti, která je rozdělena na dvě části: 

•	8 kB pro instrukce 
•	8 kB pro data

Procesor Intel Pentium také přináší nový stránkovací režim, který dovoluje, aby kromě stránek o velikosti 4 kB (jako u procesoru Intel 80386) byly používány také stánky o velikosti 4 MB.

Oproti procesoru 80486 má ještě výkonnější mikrokód, díky kterému dochází ke zkrácení doby provádění instrukcí, a vestavěnou podporu pro multiprocesorové počítače se dvěma procesory Intel Pentium.

Procesor Intel Pentium obsahuje: 

Obr. 6.8: Blokové schéma procesoru Intel Pentium

•	BIU: jednotka se stejnou funkcí jako u procesoru 80386 
•	IPU: jednotka se stejnou funkcí jako u procesoru 80386 
•	EU U: výkonná jednotka U spolu s EU V sdílí blok registrů procesoru 
•	EU V: výkonná jednotka V 
•	BTB: paměť sloužící k realizaci dynamického předvídaní větvení 
•	FPU: jednotka pro aritmetické výpočty, která ke své činnosti využívá bloku registrů 
•	8 kB cache pro instrukce: slouží k vyrovnání rychlosti mezi pomalejší externí cache pamětí a rychlejším procesorem 
•	8 kB cache pro data: slouží k vyrovnání rychlosti mezi pomalejší externí cache pamětí a rychlejším procesorem 

6.11.	  Procesor Intel 80486DX4
Procesor, který přichází na trh po procesoru Pentium jako levnější procesor, avšak výkonnější než 80486DX2. Tento procesor je velmi podobný procesoru 80486DX2. Jeho nejvýraznějším rozdílem je trojnásobná vnitřní frekvence a 16 kB interní cache paměti. 

Procesor 80486DX4 100 MHz resp. 75 MHz pracuje vnitřně s frekvencí 100 MHz resp. 75 MHz, avšak externě (na systémové sběrnici) s frekvencí 33 MHz resp. 25 MHz. Dalším rozdílem je snížené napájecí napětí na 3,3 V. 

6.12.	  Procesor Intel Pentium Pro
Koncem roku 1995 uvádí firma Intel na trh další generaci procesorů řady 80x86. Tento procesor dostává označení Intel Pentium Pro. Novinkou jeho architektury je integrace externí cache paměti o kapacitě 256 kB (512 kB) přímo do pouzdra procesoru. Tato cache paměť není součástí čipu procesoru, ale je tvořena samostatným čipem umístěným v jednom pouzdru s čipem procesoru. Čip procesoru Intel Pentium pro je ekvivalentem asi 5,5 mil. tranzistorů a čip jeho externí cache paměti obsahuje cca 15 mil. tranzistorů.

Integrace externí cache paměti do jednoho pouzdra s procesorem souvisí rovněž s architekturou označovanou jako DIB (Dual Independent Bus), která byla poprvé firmou Intel použita právě u tohoto procesoru. DIB přináší podstatnou změnu v zapojení a komunikaci procesoru s externí cache pamětí. V případě použití DIB externí cache paměť není zapojena na systémovou sběrnici (jak tomu bylo doposud), ale je propojena s procesorem pomocí speciální sběrnice. Činnost této sběrnice je naprosto nezávislá na systémové sběrnici a dovoluje, aby data mezi externí cache pamětí a procesorem byla přenášena vyšší rychlostí. Nezanedbatelnou výhodou je rovněž i skutečnost, že přemístěním komunikace mezi externí cache pamětí a procesorem na samostatnou sběrnici se sníží zatížení systémové sběrnice a ostatní zařízení, která jsou k systémové sběrnici připojena, tak mohou při své komunikaci dosahovat větší efektivity.

Obr. 6.9: Znázornění architektury DIB

Dalším přínosem procesoru Intel Pentium Pro je použití technologie Dynamic Execution. Jedná o společný název pro využití tří pokročilých technik pro zrpacování instrukcí:

•	multiple branch prediction: zdokonalené předvídání větvení, které dovoluje s větší pravděpodobností správně odhadnout, zda instrukce provádějící podmíněný skok tento skok skutečně způsobí či nikoliv. Tohoto je docíleno pomocí výrazným způsobem zdokonaleného algoritmu pro předvídání větvení ve spolupráci s BTB, který dosahuje více než devadesátiprocentní úspěšnosti.
•	dataflow analysis: analýza dat, která dovoluje odstranit některé datové závislosti mezi jednotlivými instrukcemi a umožňuje tak, aby větší počet instrukcí mohl být prováděn paralelně v některé ze tří front pro zřetězené zpracování instrukcí
•	speculative execution (spekulativní provádění): dovoluje např. v případě zjištění, že požadovaná data nejsou ještě přítomna v cache paměti, nečekat až budou načtena z pomalejší operační paměti, ale začít provádět další instrukce do té doby, než budou informace přístupné. Takto může Intel Pentium Pro odložit provádění až čtyř instrukcí. Podobně procesor postupuje i v případě datové závislosti instrukcí, kdy provádí instrukce mimo pořadí, dokud nedojde k výpočtu požadovaného operandu. Speculative execution dovoluje provádět instrukce mimo pořadí i v případě, že takováto (mimo pořadí prováděná) instrukce se nachází za předvídaným větvením, čímž se liší od techniky označované jako out-of-order execution (vykonání instrukce mimo pořadí). 
Out-of-order execution, která je rovněž v procesoru Pentium Pro implemen-tována, dovoluje provádět instrukce mimo pořadí pouze tehdy, pokud se nenacházejí za předvídaným větvením. Tím totiž neriskuje možnost, že by byla v případě chybného předpokladu při předvídání větvení provedena instrukce, která být provedena neměla. Speculative execution v takovém případě (provedení nechtěné instrukce) musí být schopno dále zavést mechanismy, které provedou anulování chybně provedené instrukce.

Zatímco Pentium obsahuje dvojici pětistupňově zřetězených celočíselných jednotek a devítistupňově zřetězenou jednotku pro výpočty v pohyblivé desetinné čárce (spojenou s jednou z celočíselných jednotek), procesor Pentium Pro obsahuje již tři celočíselné jednotky, které jsou čtrnáctistupňově zřetězeny, a jednu (také čtrnácti-stupňově zřetězenou) jednotku pro pohyblivé řádové čárky spojenou s jednou celočíselnou prováděcí jednotkou. Během jediného taktu tak mohou být dokončeny až 3 instrukce a je-li procesor plně vytížen, může být v jednom okamžiku rozpracováno až 42 (3 14) instrukcí. 

Procesor Intel Pentium Pro obsahuje podobně jako Pentium jednotku BIU, 8 kB cache paměti pro data a pro instrukce, BTB a jednotku FPU. Kromě toho obsahuje 3 výkonné jednotky (ALU1, ALU2 a ALU3) a přerovnávací buffer, který spolu s vyčkávacím stanovištěm slouží k realizaci spekulativního provádění. V rámci jednoho pouzdra je u Pentia Pro také umístěna externí cache paměť o kapacitě 256 kB nebo 512 kB společně s řadičem externí cache paměti.

Jednotlivé funkční jednotky procesoru Intel Pentium Pro jsou zachyceny na následujícím schématu.

Obr. 6.10: Blokové schéma procesoru Intel Pentium Pro

Tyto jednotky již nezpracovávají přímo instrukce instrukčního souboru 80x86, ale pracují se svým vlastním souborem instrukcí označovaných jako mikrooperace (micro-ops). Jednotlivé instrukce souboru instrukcí 80x86 jsou tak překládány do jedné nebo několika mikrooperací, které jsou předávány ke zpracování jednotlivým prováděcím jednotkám. Při provádění mikrooperací se využívá techniky zvané přejmenování registrů (register renaming). Procesor Pentium Pro obsahuje 40 záložních 32bitových registrů, které mohou být přejmenovány na libovolný z 8 univerzálních registrů. 

Další pokrokem u procesoru Intel Pentium Pro je osazení procesoru 36bitovou fyzickou adresovou sběrnicí. Tuto šířku sběrnice je možné využít pomocí dvou nových stránkovacích režimů, které jsou schopny převádět 32bitovou lineární adresu (vytvořenou pomocí stejného principu jako u procesoru Intel 80386) na 36bitovou fyzickou adresu a využívat tak 64 GB operační paměti. Velikost stránky v těchto režmech je 4 kB nebo 2 MB.

Procesor Intel Pentium Pro má také podporu pro multiprocesorové počítače, která dovoluje osazení až čtyř těchto procesorů do jednoho počítače. 

6.13.	  Procesor Intel Pentium MMX
Počátkem roku 1997 uvádí firma Intel na trh další zdokonalenou verzi procesoru Intel Pentium, která dostává označení Intel Pentium MMX. Tento procesor se od původního Pentia liší především doplněním instrukčního souboru o skupinu instrukcí multimediálního rozšíření. Tyto instrukce jsou určeny především na podporu multimediálního rozšíření systémů s procesory řady 80x86, mohou však být použity pro libovolné jiné aplikace.

Instrukce MMX využívají osmi 64bitových MMX registrů. Ve skutečnosti se nejedná o nové registry, ale o registry, které jsou v případě procesoru Intel Pentium MMX tvořeny nižšími bity registrů numerické jednotky. Kromě tohoto MMX zahrnuje ještě 57 nových instrukcí a 4 nové datové typy. 
	
Technologie MMX využívá techniky SIMD (Single Instruction Multiple Data), která dovoluje zpracovat mnoho informací během jediné instrukce. Možnosti MMX technologie využívají především aplikace pro práci s: 

•	2D / 3D grafikou 
•	zvukem 
•	rozpoznáváním řeči 
•	videem 
•	kompresí dat 

Procesor Intel Pentium MMX byl vyráběn s vnitřními frekvencemi 166 MHz až 233 MHz a pro účely mobilních počítačů až do frekvence 300 MHz. Systémová sběrnice těchto procesorů pracuje s taktem 66 MHz. Další změnou oproti původnímu procesoru Intel Pentium je i zvětšení kapacity interní cache paměti, která činí 32 kB (16 kB pro instrukce a 16 kB pro data), a vylepšení zřetězeného zpracování instrukcí. Díky těmto vlastnostem dosahuje Intel Pentium MMX většího výkonu (oproti Intel Pentiu) i v okamžiku, kdy není využíváno technologie MMX.

Procesory s touto technologií jsou plně kompatibilní se všemi předchůdci řady Intel 80x86.

6.14.	  Procesor Intel Pentium II
Architektura procesoru Intel Pentium II vychází z architektury procesoru Intel Pentium Pro. Jedná se opět o superskalární procesor, který má tři fronty pro zřetězené zpracování instrukcí. Podobně jako Pentium Pro má externí cache paměť o kapacitě 512 kB integrovánu v jednom pouzdře s čipem procesoru a využívá DIB. Interní cache paměť má kapacitu 32 kB a je rozdělena opět do dvou částí:

•	16 kB pro instrukce 
•	16 kB pro data

Při zpracování instrukcí využívá stejných technik jako Pentium Pro (tzn. technologii Dynamic Execution a register renaming). Procesor Intel Pentium II byl vyráběn s frekvencemi 233 MHz – 450 MHz, přičemž jeho systémová sběrnice pracuje s frekvencí:

•	66 MHz u procesorů do frekvence 333 MHz
•	100 MHz u procesorů s frekvencí 350 MHz a více

Procesor Intel Pentium II má 36bitovou fyzickou adresovou sběrnici (lineární adresa je stále 32 bitů), která mu dovoluje adresovat až 64 GB operační pamětí. Platí však, že pokrytí cache pamětí je pouze (v závislosti na verzi procesoru) do 512 MB, popř. do 4 GB operační paměti. Operační paměť nad tuto hranici může být použita, ale data a instrukce v ní uložené nejsou zachycovány pomocí cache paměti.

Jako zdokonalení oproti procesoru Intel Pentium Pro je tento procesor obohacen o technologii MMX a je dodáván v novém typu pouzdra (S.E.C.C. popř. S.E.C.C.2). Toto nové zapouzdření má lepší vlastnosti při odvádění tepla z čipu a dovoluje tak práci procesoru při vyšších frekvencích. Takto vyráběný procesor se na základní desku osazuje do speciálního konektoru, který je označován jako SC242 (Slot 1).

Podobně jako Pentium Pro i procesor Intel Pentium II podporuje zapojování do víceprocesorových stanic, avšak podpora je pouze pro dva procesory v jednom počítači.

6.15.	  Procesor Intel Celeron
Procesor Intel Celeron je vyráběn jako následník procesoru Intel Pentium II, od nějž se liší pouze v kapacitě externí cache paměti. Je vyráběn v následujících verzích:

•	s taktem 266 MHz a 300 MHz: 0 kB externí cache paměti
•	s taktem 300A MHz až 1,10 GHz: 128 kB externí cache paměti

Disponuje stejnou kapacitou interní cache paměti jako Intel Pentium II (32 kB), rovněž obsahuje MMX technologii, využívá DIB (verze 300A a vyšší) a stejné techniky pro zpracování instrukcí.

Frekvence systémové sběrnice je:

•	66 MHz: u procesorů s taktem do 766 MHz (včetně)
•	100 MHz: u procesorů taktem nad 766 MHz

Intel Celeron je vyráběn v následujících pouzdrech:

•	S.E.P.P. (433, 400, 366, 333 a 300A, 300,  266 MHz):  pro SC242 (Slot 1)
•	PPGA (300A – 533 MHz a vyšší): pro Socket 370 (patice typu PGA)
•	FC-PGA (533A MHz – 1,10 GHz): pro Socket 370

6.16.	  Procesor Intel Pentium II Xeon
Výkonnější verze procesoru Intel Pentium II určená zejména pro počítače, které mají sloužit jako servery v počítačových sítích a na jejichž výkon jsou kladeny vysoké požadavky.

Procesor Intel Pentium II Xeon se od procesoru Intel Pentium II liší zejména v následujících rysech:

•	vyráběn pouze s frekvencemi 400 a 450 MHz (takt systémové sběrnice je v obou případech 100 MHz)
•	kapacita externí cache paměti:
-	450 MHz: 2 MB, 1MB, popř. 512 kB
-	400 MHz: 1 MB, popř. 512 kB
•	externí cache paměť pracuje se stejnou frekvencí jako procesor
•	fyzický adresový prostor 64 GB je celý pokrytý cache pamětí
•	podporuje rozšíření až na 8 procesorů v jednom počítači
•	vyráběn v pouzdře S.E.C.C., které je určeno pro konektor SC330 (Slot 2) a tudíž potřebuje speciální základní desku. Není možné jej osadit do základní desky pro Intel Pentium II.

6.17.	  Procesor Intel Pentium III
Procesor, který vychází z architektury procesoru Intel Pentium II. Je vyráběn (v době vydání tohoto materiálu) s frekvencemi v rozsahu 450 MHz až 1,20 GHz. Pokud frekvence jednoznačně neurčuje procesor (je vyráběno více verzí procesoru Intel Pentium III se stejnou frekvencí), přidává se k označení ještě symbol:

•	B: označuje procesor, jehož systémová sběrnice pracuje s frekvencí 
133 MHz
•	E: procesor vybavený externí cache pamětí typu  ATC (Advanced Transfer Cache). Tento typ externí cache paměti je integrován na stejném čipu jako procesor, pracuje na stejné frekvenci a komunikuje s procesorem pomocí 256bitové sběrnice

Používají se tedy např. označení Intel Pentium III 600, Intel Pentium III 600B, Intel Pentium III 600E a Intel Pentium III 600EB, která bezpečně rozlišují jednotlivé typy procesorů. Avšak označení Intel Pentium III 733 odpovídá teoretickému označení Intel Pentium III 733EB, protože tento procesor má systémovou sběrnici pracující při frekvenci 133 MHz i ATC cache paměť. Označení Intel Pentium III 733EB se ale oficiálně nepoužívá, neboť procesor Intel Pentium III s frekvencí 733 MHz se v jiné konfiguraci nevyrábí.

Kapacita externí cache paměti je:

•	256 kB: v případě ATC
•	512 kB: v případě opačném (původní typ externí cache paměti je nyní zpětně označován jako Discrete cache). Tento typ cache paměti pracuje s poloviční frekvencí oproti čipu procesoru.

Obr. 6.11: Rozdíl mezi Discrete cache a ATC

Kapacita interní cache paměti je 32 kB (rozdělena do dvou částí – 16 kB pro instrukce a 16 kB pro data).
Procesor Intel Pentium III využívá při zpracování instrukcí stejných technik jako procesor Intel Pentium II, využívá rovněž MMX technologii, DIB a má stejné adresovací možnosti (maximálně 64 GB operační paměti, přičemž pokrytí cache pamětí je pouze pro první 4 GB).

Navíc oproti Intel Pentiu II obsahuje další rozšíření instrukční sady, které je označované jako IST (Internet Streaming Technology). Toto nové rozšíření zahrnuje 70 nových instrukcí pro podporu:

•	zpracování obrazu
•	práci s 3D grafikou
•	zpracování videa a audia
•	rozpoznávání řeči
 
Dále obsahuje sériové číslo, které je identifikovatelné prostřednictvím počítačové sítě. Jedná se o krok, který vychází vstříc požadavkům na zabezpečení některých operací prováděných prostřednictvím počítačů a počítačových sítí (např. bankovní transakce apod.). 

Procesor Intel Pentium III podporuje podobně jako Intel Pentium II rozšíření na maximálně dva procesory v jednom počítači. Je dodáván v pouzdrech:

•	S.E.C.C. a S.E.C.C. 2 (242 kontaktů): pro SC242 (Slot 1)
•	FC-PGA – Socket 370

6.18.	  Procesor Intel Pentium III Xeon
Procesor Intel Pentium III Xeon je výkonnější varianta procesoru Intel Pentium III určená zejména pro počítačové servery. Od svého předchůdce se liší zejména v:

•	vyráběn s frekvencemi 500 MHz až 1 GHz
•	kapacita externí cache paměti je 256 kB, 512 kB, 1 MB, popř. 2 MB
•	externí cache paměť pracuje se stejnou frekvencí jako čip procesoru
•	adresový prostor 64 GB je celý pokrytý cache pamětí
•	podporuje rozšíření až na osm procesorů v jednom počítači
•	vyráběn v pouzdře S.E.C.C. pro konektor SC330 (Slot  2), což vyžaduje jinou základní desku, než je deska pro procesor Intel Pentium III

6.19.	  Procesor Intel Pentium 4
Dosud poslední prodávaný procesor firmy Intel. Vyráběn (v době zpracování tohoto materiálu) s frekvencemi 1,40 GHz a 2,00 GHz. Jeho systémová sběrnice může pracovat při frekvenci až 400 MHz. Přináší další rozšíření instrukční sady označované jako SIMD Extensions 2 a nové zpracování instrukcí nazývané Advanced Dynamic Execution, které se vyznačuje dokonalejším předvídáním větvení a větší hloubkou instrukcí, které mohou být vykonány mimo pořadí.

Podobně jako předchozí procesor vyžívá 256 kB ATC cahe paměti.
7.	 Numerické koprocesory
Numerický (matematický) koprocesor, označovaný též jako FPU (Floating Point Unit), je integrovaný obvod vyvinutý speciálně pro numerické výpočty. Z toho vyplývá, že se jedná o obvod určený hlavně pro aplikace provádějící často číselné operace v pohyblivé desetinné čárce. Klasické programy tohoto typu jsou např.: 

•	tabulkové kalkulátory 
•	programy CAD/CAM 
•	programy pro finanční analýzu 
•	programy pro technické aplikace 

Některé programy (např. AutoCAD) dokonce přítomnost numerického koprocesoru přímo vyžadují a bez jeho přítomnosti není možné s takovýmto programem pracovat. Platí, že numerický koprocesor je v určitých operacích, jako jsou například výpočty hodnot některých funkcí (sinus, kosinus, logaritmus), až 20 krát rychlejší než procesor.
 
Koprocesory byly postupně vyráběny k jednotlivým procesorům s označením stejným jako bylo označení procesoru s výjimkou poslední číslice, která je u numerického koprocesoru 7 (viz následující tabulka). 

Procesor 	Odpovídající numerický koprocesor 	Typ 
pouzdra 	Maximální rychlost 
(MHz) 	
8086 / 8088	8087	DIP	10	
80186 / 80187	80187	DIP	10	
80286 	80287	DIP	12	
80386	80387	PGA	33	
80486	80387SX	PLCC	33	
80486SX	80487SX	PGA	33	

U starších základních desek pro procesor 80386 je možné vidět i patici určenou pro osazení koprocesoru 80287, protože v době, kdy byl procesor 80386 vyroben, neexistoval ještě specializovaný numerický koprocesor 80387. Ten byl vyroben až později. 

Procesory jako jsou 80486, Pentium, Pentium Pro, Pentium II, Celeron,  Pentium III a Pentium 4 v tabulce uvedeny nejsou, protože mají numerický koprocesor integrován přímo na svém čipu, a tudíž žádný specializovaný samostatný obvod, který by sloužil jako koprocesor, se k těmto procesorům nevyrábí. 

Poznámka: Existují také programové emulátory numerických koprocesorů, které po svém spuštění vytvářejí dojem, že v počítači je skutečně numerický koprocesor osazen. Tento emulátor však může sloužit jen pro amatérské použití, protože poskytuje pouze stejné funkce jako numerický koprocesor. Jeho výpočty nejsou rychlejší, ale naopak podstatně pomalejší (musí je provádět sám procesor). 

8.	 Paměti
Paměť počítače je zařízení, které slouží k ukládání programů a dat, s nimiž počítač pracuje. Paměti lze rozdělit do tří základních skupin: 

•	registry: paměťová místa na čipu procesoru, která jsou používaná pro krátkodobé uchování právě zpracovávaných informací 
•	vnitřní (interní, operační): paměti osazené většinou na základní desce. Bývají realizovány pomocí polovodičových součástek. Jsou do nich zaváděny právě spouštěné programy (nebo alespoň jejich části) a data, se kterými pracují. 
•	vnější (externí): paměti realizované většinou za pomoci zařízení používajících výměnná média v podobě disků či magnetofonových pásek. Záznam do externích pamětí se provádí většinou na magnetickém nebo optickém principu. Slouží pro dlouhodobé uchování informací a zálohování dat. 

U jednotlivých výše uvedených typů pamětí je možné rozlišovat následující základní parametry:
 
•	kapacita: množství informací, které je možné do paměti uložit 
•	přístupová doba: doba, kterou je nutné čekat od zadání požadavku, než paměť zpřístupní požadovanou informaci 
•	přenosová rychlost: množství dat, které lze z paměti přečíst (do ní zapsat) za jednotku času 
•	statičnost / dynamičnost: 
-	statické paměti: uchovávají informaci po celou dobu, kdy je paměť připojena ke zdroji elektrického napětí 
-	dynamické paměti: zapsanou informaci mají tendenci ztrácet i v době, kdy jsou připojeny k napájení. Informace v takových pamětech je tedy nutné  neustále periodicky oživovat, aby nedošlo k jejich ztrátě. 
•	destruktivnost při čtení: 
-	destruktivní při čtení: přečtení informace z paměti vede ke ztrátě této informace. Přečtená informace musí být následně po přečtení opět do paměti zapsána. 
-	nedestruktivní při čtení: přečtení informace žádným negativním způsobem tuto informaci neovlivní 
•	energetická závislost: 
-	energeticky závislé: paměti, které uložené informace po odpojení od zdroje napájení ztrácejí 
-	energeticky nezávislé: paměti, které uchovávají informace i po dobu, kdy nejsou připojeny ke zdroji elektrického napájení 
•	přístup: 
-	sekvenční: před zpřístupněním informace z paměti je nutné přečíst všechny předcházející informace 
-	přímý: je možné zpřístupnit přímo požadovanou informaci 
•	spolehlivost: střední doba mezi dvěma poruchami paměti 
•	cena za bit: cena, kterou je nutno zaplatit za jeden bit paměti 

Následující tabulka ukazuje parametry tří výše popsaných pamětí. 

	registry 	vnitřní paměti	vnější paměti 	
kapacita 	velmi malá (jednotky bytů)	vyšší 
(řád. 100 kB – 100MB)	vysoká 
(řádově 10 MB – 10 GB)	
přístupová doba 	velmi nízká 
(velmi rychlá paměťová místa)	vyšší 
(řádově 10 ns)	vysoká 
(řádově 10 ms – 10 min)	
přenosová rychlost 	vzhledem k malé kapacitě se většinou neuvažuje	vysoká 
(řád. 1 – 10 MB/s)	nižší než 
u vnitřních pamětí 
(řád.10 MB/min – 1 MB/s)	
statičnost / dynamičnost 	statické	statické i dynamické	statické	
destruktivnost při čtení 	nedestruktivní	destruktivní 
i nedestruktivní	nedestruktivní	
energetická závislost 	závislé	závislé	nezávislé	
přístup 	přímý	přímý	přímý i sekvenční	
spolehlivost 	velmi spolehlivé	spolehlivé	méně spolehlivé	
cena za bit 	vzhledem k nízké kapacitě vysoká	nižší než u registrů a vyš-ší než u vnějších pamětí	vzhledem k vysoké kapacitě nízká	

9.	 Vnitřní paměti

Obr. 9.1: Obecná struktura vnitřní paměti

Interní paměti jsou zapojeny jako matice paměťových buněk. Každá buňka má kapacitu jeden bit. Takováto buňka tedy může uchovávat pouze hodnotu logická jedna nebo logická 0. V případě vnitřních pamětí s menší kapacitou je možné jejich strukturu znázornit následujícím schématem.

Při přístupu do paměti (čtení nebo zápis) je vždy udána adresa paměťového místa, se kterým se bude pracovat. Tato adresa je přivedena na vstup dekodéru. Dekodér pak podle zadané adresy vybere jeden z adresových vodičů a nastaví na něm hodnotu logická 1. Podle toho, jak jsou zapojeny jednotlivé paměťové buňky na příslušném řádku, který byl vybrán dekodérem, projde resp. neprojde hodnota logické jedničky na datové vodiče. Informace je dále na koncích datových vodičů zesílena zesilovačem. V případě, že hodnota logická jedna projde přes paměťovou buňku, obdržíme na výstupu hodnotu bitu 1. V opačném případě je na výstupu hodnota bitu 0. 

Zcela analogický je postup i při zápisu hodnoty do paměti. Opět je nejdříve nutné uvést adresu paměťového místa, do kterého se bude zapisovat. Dekodér vybere adresový vodič příslušný zadané adrese a nastaví na něj hodnotu logická 1. Dále se nastaví hodnoty bitů b1 až b4 na hodnoty, které se budou do paměti ukládat. Tyto hodnoty jsou potom uloženy do paměťových buněk na řádku odpovídajícím vybranému adresovému vodiči. 

Vnitřní paměti je možné rozdělit do následujících základních skupin: 

•	ROM 
•	PROM 
•	EPROM 
•	EEPROM 
•	Flash 
•	RAM 
-	DRAM (FPM DRAM, EDO DRAM, BEDO DRAM, SDRAM, …)
-	SRAM 

9.1.	Paměti ROM 
Paměti ROM (Read Only Memory) jsou určeny pouze pro čtení informací. Informace jsou do těchto pamětí pevně zapsány při jejich výrobě a potom již není možné žádným způsobem jejich obsah změnit. Jedná se tedy o statickou, energeticky nezávislou paměť určenou pouze ke čtení. Při výrobě tohoto typu paměti se používá nejčastěji některé z následujících realizací paměťových buněk. 

Obr. 9.2: Realizace buňky paměti ROM pomocí polovodičové diody

Paměťová buňka paměti ROM může být realizována jako dvojice nespojených vodičů a vodičů propojených přes polovodičovou diodu. 

V prvním případě nemůže žádným způsobem hodnota logická jedna přejít z adresového vodiče na vodič datový. Jedná se tedy o buňku, ve které je permanentně uložena hodnota 0. V případě druhém hodnota logická 1 přejde z adresového vodiče přes polovodičovou diodu na vodič datový. Toto zapojení představuje tedy paměťovou buňku s hodnotou 1. Dioda je zapojena tak, aby hodnota logická 1 mohla přejít z adresového vodiče na datový, ale nikoliv v opačném směru, což by vedlo k jejímu šíření po velké části paměti.

Jednotlivé buňky paměti ROM je také možné realizovat pomocí tranzistorů, a to jak v technologii TTL, tak v technologiích MOS. Její realizace v technologii TTL je uvedena na následujícím obrázku. 

Obr. 9.3: Realizace paměťové buňky ROM pomocí tranzistoru v technologii TTL

V tomto případě je na datový vodič neustále přiváděna hodnota logická 1. Pokud dojde k vybrání adresového vodiče a tím k umístění hodnoty logická jedna na tento vodič, tak v případě, že je tranzistor T spojen s tímto adresovým vodičem, dojde k jeho otevření a tím k propojení datového vodiče se zemí. Na takto propojeném datové vodiči se potom objeví hodnota logická 0 a tato buňka představuje uložení hodnoty bitu 0. U buněk, jejichž tranzistor není spojen s adresovým vodičem, nemůže nikdy dojít k otevření tohoto tranzistoru a tím ani ke spojení datového vodiče se zemí. V této buňce je tedy neustále uložena hodnota 1. 

Zcela analogicky pracuje i buňka paměti ROM zapojená pomocí tranzistorů v některé z technologií MOS.

Obr. 9.4: Realizace paměťové buňky ROM pomocí tranzistoru v technologii MOS

Tranzistory připojené k napájecímu vodiči plní pouze úlohu rezistorů podobně jako u buňky v předešlém případě. Samotná buňka pracuje na stejném principu, který byl popsán u buňky v technologii TTL.

9.2.	Paměti PROM 
Paměť PROM (Programable Read Only Memory) neobsahuje po vyrobení žádnou pevnou informaci a je až na uživateli, aby provedl příslušný zápis informace. Tento zápis je možné provést pouze jednou a poté již paměť slouží stejně jako paměť ROM. Paměti PROM představují statické a energeticky nezávislé paměti. 

Obr. 9.5: Paměťová buňka PROM

Buňku paměti je možné realizovat podobně jako u paměti ROM. Při výrobě je vyrobena matice obsahující spojené adresové vodiče s datovými vodiči přes polovodičovou diodu a tavnou pojistku z niklu a chromu (NiCr). Takto vyrobená paměť obsahuje na začátku samé hodnoty 1. 

Zápis informace se provádí vyšší hodnotou elektrického proudu (cca 10 mA), která způsobí přepálení tavné pojistky a tím i definitivně zápis hodnoty 0 do příslušné paměťové buňky. 

Paměti typu PROM se také realizují pomocí bipolárních multiemitorových tran-zistorů, jak je uvedeno na Obr. 9.6.

Obr. 9.6: Realizace paměťové buňky PROM pomocí multiemitorových tranzistorů

Takto realizovaná paměť PROM obsahuje pro každý adresový vodič jeden multiemitorový tranzistor. Každý z těchto tranzistorů obsahuje tolik emitorů, kolik je datových vodičů. Při čtení z paměti je opět na příslušný adresový vodič přivedena hodnota logická 1, která způsobí, že tranzistor se otevře a ve směru kolektor emitor začne procházet elektrický proud. Jestliže je tavná pojistka průchozí, procházející proud otevře tranzistor, který je zapojen jako invertor, a na výstupu je přečtena hodnota 0. Jestliže tavná pojistka byla při zápisu přepálena, tzn. je neprůchozí, nedojde k otevření tranzistoru a na výstupu je přečtena hodnota 1. 

Paměť PROM pracující na tomto principu má po svém vyrobení ve všech buňkách zapsánu hodnotu 0 a při jejím programování se do některých buněk přepálením tavné pojistky zapíše hodnota 1.

9.3.	Paměti EPROM
Paměť EPROM (Eraseable Programable Read Only Memory) je statická energeticky nezávislá paměť, do které může uživatel provést zápis. Zapsané informace je možné vymazat působením ultrafialového záření. Tyto paměti jsou realizovány pomocí speciálních unipolárních tranzistorů, které jsou schopny na svém přechodu udržet elektrický náboj po dobu až několika let. Tento náboj lze vymazat právě působením UV záření. Paměti EPROM jsou charakteristické malým okénkem v pouzdře integrovaného obvodu obsahujícího tuto paměť. Pod okénkem je umístěn vlastní paměťový čip a to je místo, na které směřuje při vymazávání zdroj UV záření. Při práci bývá tento otvor většinou přelepen ochranným štítkem, aby nedocházelo ke ztrátám informace vlivem UV záření v ovzduší.

Zapojení jedné buňky paměti EPROM je podobné jako u paměti EEPROM (viz následující kapitola).

9.4.	Paměti EEPROM 
Tento typ paměti má podobné chování jako paměti EPROM, tj. jedná se o statickou, energeticky nezávislou paměť, kterou je možné naprogramovat a později z ní informace vymazat. Výhodou oproti EPROM pamětem je, že vymazání se provádí elektricky a nikoliv pomocí UV záření, čímž odpadá nepohodlná manipulace s pamětí při jejím mazání. 

Při výrobě pamětí EEPROM (Electrically EPROM) se používá speciálních tranzistorů vyrobených technologií MNOS (Metal Nitrid Oxide Semiconductor). Jedná se o tranzistory, na jejichž řídící elektrodě je nanesena vrstva nitridu křemíku (Si3N4) a pod ní je umístěna tenká vrstva oxidu křemičitého (SiO2). Vlastní buňka paměti EEPROM pak pracuje na principu tunelování (vkládání) elektrického náboje na přechod těchto dvou vrstev. 

Při zápisu dat se přivede na příslušný adresový vodič záporné napětí –U a datový vodič buněk, do nichž se má zaznamenat hodnota 1, se uzemní. Tranzistor se otevře a vznikne v něm náboj, který vytvoří velké prahové napětí. Při čtení se přivede na adresový vodič záporný impuls. Tranzistor s malým prahovým napětím se otevře a vede elektrický proud do datového vodiče, zatímco tranzistor s velkým prahovým napětím zůstane uzavřen.

Obr. 9.7: Realizace paměti EEPROM

Vymazání paměti se provádí kladným napětím +U, které se přivede na adresové vodiče. Tunelovaný náboj se tím zmenší a prahové napětí poklesne, čímž je paměť vymazána.

9.5.	Paměti Flash
Flash paměti jsou obdobou pamětí EEPROM. Jedná se o paměti, které je možné naprogramovat a které jsou statické a energeticky nezávislé. Vymazání se provádí elektrickou cestou, jejich přeprogramování je možné provést přímo v počítači. Paměť typu Flash tedy není nutné před vymazáním (naprogramováním) z počítače vyjmout a umístit ji do speciálního programovacího zřízení. 

9.6.	Paměti RAM
Paměti RAM (Random Access Memory) jsou určeny pro zápis i pro čtení dat. Jedná se o paměti, které jsou energeticky závislé. Podle toho, zda jsou dynamické nebo statické, jsou dále rozdělovány na: 

•	DRAM – Dynamické RAM 
•	SRAM – Statické RAM 

9.6.1.	Paměti SRAM 

Paměti SRAM (Static Random Access Memory) uchovávají informaci v sobě uloženou po celou dobu, kdy jsou připojeny ke zdroji elektrického napájení. Paměťová buňka SRAM je realizována jako bistabilní klopný obvod, tj. obvod, který se může nacházet vždy v jednom ze dvou stavů, které určují, zda v paměti je uložena 1 nebo 0.

U SRAM pamětí se používá dvou datových vodičů. Vodič Data je určený k zápisu do paměti. Vodič označený jako Data se používá ke čtení. Hodnota na tomto vodiči je vždy opačná než hodnota uložená v paměti, takže na konci je nutno ji ještě negovat. Při zápisu se na adresový vodič umístí hodnota logická 1. Tranzistory T1 a T2 se otevřou. Na vodič Data se přivede zapisovaná hodnota (např. 1). Tranzistor T1 je otevřen, takže jednička na vodiči Data otevře tranzistor T4 a tímto dojde k uzavření tranzistoru T3. Tento stav obvodu představuje uložení hodnoty 0 do paměti. Zcela analogicky tato buňka pracuje i při zápisu hodnoty 1. Rozdíl je pouze v tom, že tranzistor T4 zůstane uzavřen a to způsobí otevření tranzistoru T3. 

Obr. 9.8: Realizace buňky paměti SRAM (MOS)

Při čtení je opět na adresový vodič přivedena hodnota logická 1, což opět způsobí otevření tranzistorů T1 a T2. Jestliže byla v paměti zapsána hodnota 1, je tranzistor T4 otevřen (tj. na jeho výstupu je hodnota 0). Tuto hodnotu obdržíme na vodiči Data. Opět zcela analogicky v případě uložené hodnoty 0, kdy tranzistor T4 je uzavřen (tj. na jeho výstupu je hodnota 1). 

Poznámka: Tranzistory T5 a T6 plní pouze funkcí rezistorů.

Obr. 9.9: Buňka SRAM v technologii TTL

Paměti SRAM je možné uskutečnit i v technologii TTL. Buňka takovéto paměti pracuje na podobném principu jako buňka v technologii MOS.
Paměti SRAM jsou výhodné zejména pro svou nízkou přístupovou dobu (15 – 20 ns). Jejich nevýhodou je naopak vyšší složitost a z toho plynoucí vyšší výrobní náklady. V současné době jsou paměti SRAM používány především pro realizaci pamětí typu cache, jejichž kapacita je ve srovnání s operační pamětí několikanásobně nižší. 

9.6.2.	Paměti DRAM 

V paměti DRAM  (Dynamic Random Access Memory) je informace uložena pomocí elektrického náboje na kondenzátoru. Tento náboj má však tendenci se vybíjet i v době, kdy je paměť připojena ke zdroji elektrického napájení. Aby nedošlo k tomuto vybití a tím i ke ztrátě uložené informace, je nutné periodicky provádět tzv. refersh, tj. oživování paměťové buňky. Tuto funkci plní některý z obvodů čipové sady.

Obr. 9.10: Buňka paměti DRAM

Při zápisu se na adresový vodič přivede hodnota logická 1. Tím se tranzistor T otevře. Na datovém vodiči je umístěna zapisovaná hodnota (např. 1). Tato hodnota projde přes otevřený tranzistor a nabije kondenzátor. V případě zápisu nuly dojde pouze k případnému vybití kondenzátoru (pokud byla dříve v paměti uložena hodnota 1). 

Při čtení je na adresový vodič přivedena hodnota logická 1, která způsobí otevření tranzistoru T. Jestliže byl kondenzátor nabitý, zapsaná hodnota přejde na datový vodič. Tímto čtením však dojde k vybití kondenzátoru a zničení uložené informace. Jedná se tedy o buňku, která je destruktivní při čtení a přečtenou hodnotu je nutné opět do paměti zapsat.

Buňka paměti DRAM je velmi jednoduchá a dovoluje vysokou integraci a nízké výrobní náklady. Díky těmto vlastnostem je používána k výrobě operačních pamětí. Její nevýhodou je však vyšší přístupová doba (50 – 70 ns) způsobená nutností provádět refresh a časem potřebným k nabití a vybití kondenzátoru. 

	Vzhledem k tomu, že kapacita operačních pamětí je poměrně vysoká, používá se při výrobě obvodů DRAM odlišného schématu, než které je naznačeno na Obr. 9.1. Odlišnost spočívá v tom, že adresa není dekódována pouze pomocí jednoho dekodéru, ale řadič operační paměti adresu rozdělí na dvě části, z nichž každá je přivedena na vstup samostatnému dekodéru (jeden dekodér vybere řádek a druhý sloupec). Tento způsob dovoluje budovat paměťové matice s větší kapacitou, neboť v matici není vybírán pouze řádek paměti, který reprezentuje nejmenší adresovatelnou jednotku paměti, ale navíc je možné vybírat i sloupec paměti. Obvody operačních pamětí pak bývají realizovány jako matice, např. 1024  1024 buněk (kapacita 1 Mb).

Obr. 9.11: Matice paměťových buněk DRAM

Z důvodu nutnosti, aby paměťové obvody neměly příliš vysoký počet vývodů, je nezbytné, aby adresa řádku i sloupce byla předávána po stejné sběrnici. Aby bylo možné rozlišit, zda-li na adresové sběrnici paměťového obvodu je přítomna adresa řádku nebo adresa sloupce, zavádějí se dva pomocné signály (oba jsou aktivní v nulové úrovni):

•	RAS (Row Access Strobe): signál, který potvrzuje platnost adresy řádku při přístupu k paměti DRAM 
•	CAS (Column Access Strobe): signál, který potvrzuje platnost adresy sloupce při přístupu k paměti DRAM

Čtení z paměti DRAM pracuje tak, že na adresových vodičích paměťového obvodu se nejprve nastaví adresa řádku. Tato skutečnost se potvrdí přechodem signálu RAS do aktivní úrovně (logická 0). Následně se na adresovou sběrnici umístí adresa sloupce a potvrdí se signálem CAS. Poté je již plně určeno paměťové místo, ze kterého má proběhnout čtení, a za krátký okamžik jsou na datové sběrnici přístupná požadovaná data. Tento cyklus se opakuje při každém přístupu k paměti DRAM a trvá zpravidla 5 taktů procesoru. Paměti DRAM tedy pracují s časováním 5-5-5-5, což znamená, že pro zpřístupnění prvních dat je zapotřebí 5 taktů procesoru a pro zpřístupnění dat následujících je potřeba rovněž pět taktů procesoru. 

Obr. 9.12: Časový diagram paměti DRAM

Poznámka: Symboly t1 až t7 v obrázcích Obr. 9.12 až Obr. 9.14 značí časové okam-žiky a nikoliv takty systémové sběrnice.

Obr. 9.13: Časový diagram paměti FPM DRAM

Paměti DRAM byly postupně modernizovány. První z těchto modernizací vychází z úvahy, že pokud čteme data z paměti, která se nacházejí na stejném řádku paměťové matice, není nutné pokaždé na adresovou sběrnici umisťovat adresu řádku, ale stačí pouze měnit adresu sloupce. Paměti využívající této metody jsou označovány jako paměti FPM DRAM (Fast Page Mode DRAM). Čtení dat, která se nacházejí na stejném řádku paměťové matice, probíhá potom u paměti FPM DRAM podle následu-jícího diagramu.

	Paměti FPM DRAM takto dovolují pracovat s časováním 5-3-3-3 (pro zpřístu-pnění prvních dat je potřeba 5 taktů procesoru, pro zpřístupnění dat bezprostředně následujících na stejném řádku už pouze 3 takty procesoru).

	Další zrychlení operačních pamětí přináší příchod pamětí EDO DRAM (Extended Data Output DRAM), které vycházejí z modelu pamětí FPM DRAM. U EDO DRAM zůstávají data na datové sběrnici platná i po přechodu signálu CAS do neaktivní úrovně a stávají se neplatnými až v okamžiku, kdy signál CAS přejde zpět do aktivní úrovně. Tyto paměti umožňují práci s časováním 5-2-2-2 a jejich čtení pracuje podle následujícho časového diagramu.

Obr. 9.14: Časový diagram paměti EDO DRAM

	Následující modernizací byly paměti BEDO DRAM (Burst EDO DRAM), které vycházely z modelu svého předchůdce a dovolovaly úplně vynechávat adresy sloupců Col2 a Col3. Čtení z následujícího sloupce bylo vyžádáno pouze přechodem signálu CAS do neaktivní úrovně a poté zpět do úrovně aktivní. Tento způsob přístupu k datům dovoloval práci s časováním 5-1-1-1. Paměti BEDO DRAM však nikdy nebyly podporovány výrobci čipových sad a z tohoto důvodu se prakticky nerozšířily.

	V současné době jsou nejrozšířenějším a tudíž nejpoužívanějším typem paměti SDRAM (Synchronous DRAM). Tyto paměti již opouštějí dřívější asynchronní model práce, ale naopak jsou pevně synchronizovány s každou nástupnou hranou hodinového signálu (CLK) na systémové sběrnici procesoru. 

Obr. 9.15: Časový diagram paměti SDRAM

	
Poznámka: Symboly t1 až t7 v obrázku Obr. 9.15 vyjadřují takt procesoru.

Další modernizací je rozdělení paměti SDRAM do dvou části (Bank), což umožňuje rychlejší přístup k různým částem paměti. Obr. 9.15 ukazuje, jak probíhá čtení z paměti SDRAM. Nejprve se na adresovou sběrnici paměťového obvodu umístí adresa řádku a banku, což je doprovázeno signálem RAS v aktivní úrovni a signálem CAS v neaktivní úrovni (WE – Write Enable v  neaktivní úrovni vyjadřuje, že se jedná o čtení a nikoliv o zápis). Pak následují dva prázdné takty, po nichž se na adresovou sběrnici umístí adresa sloupce a opět adresa banku (vyjádřeno signálem CAS v aktivní úrovni a signálem RAS v neaktivní úrovni). V následujícím taktu jsou již požadovaná data přístupná na datové sběrnici. Pokud nadále probíhají prázdné takty, jsou v každém tomto taktu na datové sběrnici přístupná data bezprostředně následující. Z Obr. 9.15 je patrné, že paměť SDRAM pracuje s časováním 5-1-1-1.

Protože SDRAM pracuje synchronně s frekvencí systémové sběrnice, je nezbytné, aby svou rychlostí této sběrnici odpovídala. V současné době se vyrábějí paměti SDRAM se třemi frekvencemi:

•	PC66: pro systémovou sběrnici s taktem 66 MHz
•	PC100: pro systémovou sběrnici s taktem 100 MHz
•	PC133: pro systémovou sběrnici s taktem 133 MHz

U pamětí SDRAM je možné setkat se i s jejich rychlejší verzí DDR SDRAM (Double Data Rate SDRAM), která při stejné frekvenci dosahuje dvojnásobného výkonu. Tohoto je dosaženo tím, že veškeré operace jsou synchronizovány s náběžnou i sestupnou hranou hodinového signálu (CLK).

9.7.	Organizace pamětí v PC
První počítače PC používaly operační paměť osazenou pomocí jednotlivých integrovaných obvodů, z nichž každý měl šířku přenosu 1 bit nebo čtveřici bitů (tzv. nibble – nibble oriented memory). Vzhledem k tomu, že tyto počítače byly nejčastěji postaveny na bázi procesoru 8088, který měl 8bitovou datovou sběrnici, bylo nutné, aby byl vždy osazen zároveň patřičný počet paměťových obvodů. Paměťové obvody byly dodávány v pouzdrech DIP, osazovaly se přímo do odpovídajících patic na základní desce a měly kapacitu 256 kb (popřípadě 256 knibbles). V závislosti na typu základní desky se používaly dva způsoby realizace: 

•	
Obr. 9.16: Organizace 8  256 b

Obr. 9.17: Organizace 2  256 knibble

bezparitní: 

•	
Obr. 9.18: Organizace 9  256 b

Obr. 9.19: Organizace 2  256 knibble +  
                   1  256 kb

paritní

Toto zapojení používá v obou případech navíc jeden paměťový obvod s šířkou přenosu 1 bit, do kterého se ukládá pro každých osm bitů jeden bit paritní. Pří zápisu do paměti je pomocí generátoru parity vygenerován paritní bit. Paritní bit je generován tak, že ukládaná 8bitová informace se doplní buď na sudý počet jedniček (sudá parita), nebo na lichý počet jedniček (lichá parita). Tento jeden bit je uložen do posledního paměťového obvodu. Při čtení z paměti se pak přečte všech devět bitů a provede se kontrola, zda uložená informace odpovídá uloženému paritnímu bitu. Pokud kontrola nedopadne správně, je zřejmé, že došlo k poškození informace uložené v paměti a práce 
Obr. 9.20: Zapojení 2  256 knibble + 1  256 kb

počítače je zastavena. 

Tento způsob organizace operační paměti se používal hlavně u počítačů řady PC a PC/XT. Je možné se s ním setkat i u prvních počítačů řady PC/AT osazené procesorem 80286. 

Se vzrůstající kapacitou operační paměti přichází další způsob její organizace, který dovoluje její snadnější rozšiřování a také větší kapacitu. Paměti jsou integrovány na miniaturních deskách plošného spoje označovaných jako SIMM (Single Inline Memory Module), které jsou potom jako celek osazovány do odpovídajících konektorů na základní desce (popř. jiných zařízení využívajících ke své činnosti paměť). Tyto moduly jsou vyráběny ve dvou variantách: 

•	
Obr. 9.21: Paměťový modul SIMM (30-pin)

30-pin SIMM: používaný u většiny počítačů s procesory 80286, 80836SX, 80386 a některých 80486. Mají 30 vývodů a šířku přenosu dat 8 bitů (bezparitní SIMM) nebo 9 bitů (paritní SIMM). Jsou vyráběny s kapacitami 256 kB, 1 MB a 4 MB. 

•	
Obr. 9.22: Paměťový modul SIMM (72-pin)

72-pin SIMM (PS/2 SIMM): používaný u počítačů s procesory 80486 a vyššími. PS/2 SIMMy mají 72 vývodů, šířku přenosu dat 32 bitů (bezparitní SIMM) nebo 36 bitů (paritní SIMM – pro každý byte jeden paritní bit). Jsou vyráběny s kapacitami 4 MB, 8 MB, 16 MB, 32 MB. 

Obr. 9.24: Osazené moduly SIMM

Obr. 9.25: Pozice pro SIMM

Obr. 9.23: Paměťové moduly SIMM

Obr. 9.26: Paměťový modul SIPP

Kromě modulů SIMM se ještě u některých dřívějších počítačů s procesory 80286 a 80386 používaly moduly SIPP (Single Inline Pin Package). Jedná se o moduly velmi podobné modulům 30-pin SIMM. Moduly SIPP mají stejný počet stejně rozmístěných vývodů. Jediný rozdíl je ve tvaru vývodů, které jsou tvořeny malými špičkami (piny). 

Dnes nejpoužívanějším typem paměťových modulů jsou paměťové moduly typu DIMM (Dual Inline Memory Module). Jedná se podobně jako v případě modulů SIMM o malou desku plošného spoje s osazenými paměťovými obvody. Moduly DIMM mají 168 vývodů a šířku přenosu 64 bitů. Vyrábějí se s kapacitami 16 MB, 32 MB a 64 MB. Tyto paměťové moduly se používají u počítačů s procesory Intel Pentium a vyššími.

Obr. 9.27: Moduly DIMM

9.8.	Paměťové banky
Pokud jsou paměti do počítače přidávány (odebírány), je nutné, aby se tak dělo pouze v rámci paměťových banků (memory banks). Paměťový bank je tedy nejmenší jednotka paměti, která může být do počítače přidána, popř. z počítače odebrána.
 
U počítačů s procesory 8088 je tento bank tvořen 8 (poř. 9) paměťovými čipy nebo dvojicí nibble oriented čipů (popř. s jedním jednobitovým čipem pro paritní bit). 
U počítačů používajících moduly SIMM (SIPP) a DIMM je velikost jednoho banku závislá na šířce datové sběrnice procesoru. Je nutné, aby šířka přenosu dat modulů v jednom banku byla stejná jako šířka datové sběrnice procesoru. 

Procesor	Šířka datové sběrnice	Velikost banku pro 30-pin SIMM	Velikost banku pro 72-pin SIMM	Velikost banku pro DIMM	
80286	16 bitů	2 moduly	nepoužívá se	nepoužívá se	
80386SX	16 bitů	2 moduly	nepoužívá se	nepoužívá se	
80386	32 bitů	4 moduly	nepoužívá se	nepoužívá se	
80486	32 bitů	4 moduly	1 modul	nepoužívá se	
Pentium	64 bitů	nepoužívá se	2 moduly	1 modul	
Pentium Pro	64 bitů	nepoužívá se	2 moduly	1 modul	
Pentium II, III, 4	64 bitů	nepoužívá se	2 moduly	1 modul	

9.9.	Cache paměti
Cache paměť je rychlá vyrovnávací paměť mezi rychlým zařízením (např. procesor) a pomalejším zařízením (např. operační paměť). V dnešních počítačích se běžně používají dva druhy cache pamětí: 

•	externí (sekundární, L2) cache: 
Externí cache paměť je paměť, která je umístěna mezi pomalejší operační pamětí a rychlým procesorem. Tato paměť je vyrobena jako rychlá paměť SRAM a slouží jako vyrovnávací paměť u počítačů s výkonným procesorem, které by byly bez ní operační pamětí velmi zpomalovány. První externí cache paměti se objevují u počítačů s procesorem 80386. Jejich kapacita je 32 kB popř. 64 kB. S výkonnějšími procesory se postupně zvyšuje i kapacita externích cache pamětí na 128 kB, 256 kB, 512 kB a více. Externí cache paměť je osazena na základní desce počítače (výjimku tvoří procesory Intel Pentium Pro, Pentium II, III a 4, které mají externí cache paměť integrovánu v pouzdře procesoru). Její činnost je řízena řadičem cache paměti (součást čipové sady).
•	interní (primární, L1) cache: 

Obr. 9.28: Schéma zapojení interní a externí cache paměti

Interní cache paměť je paměť, která slouží k vyrovnání rychlosti velmi výkonných procesorů a pomalejších pamětí. Tento typ cache paměti je integrován přímo na čipu procesoru a je také realizován pomocí paměti SRAM. Interní cache paměť se objevuje poprvé u procesoru 80486 s kapacitou 8 kB. Takovýto procesor musí mít v sobě integrován také řadič interní cache paměti pro řízení její činnosti. 

Poznámka: u procesorů Intel Pentium III je v případě ATC cache paměti i externí cache paměť integrována na čip procesoru.

Práce cache paměti vychází ze skutečnosti, že program má tendenci se při své práci určitou dobu zdržovat na určitém místě paměti, a to jak při zpracování instrukcí, tak při načítání (zapisování) dat z (do) paměti. Je-li požadována nějaká informace z paměti, je nejdříve hledána v cache paměti (interní, pokud existuje, a následně v externí). Pokud požadovaná informace není přítomna v žádné z cache pamětí, je zavedena přímo z operační paměti. Kromě momentálně požadované informace se však do cache paměti zavede celý blok paměti, takže je velká pravděpodobnost, že následně požadované informace již budou v cache paměti přítomny. Pokud dojde k zaplnění cache paměti a je potřeba zavést další blok, je nutné, aby některý z bloků cache paměť opustil. Nejčastěji se k tomuto používá LRU (Least Recently Used) algoritmu, tj. algoritmu, který vyřadí nejdéle nepoužívaný blok. 

Cache paměti narozdíl od ostatních vnitřních pamětí neuchovávají souvislý adresový prostor. Není tedy možné, konstruovat je podle schémat z Obr. 9.1. Cache paměti bývají organizovány jako tzv. asociativní paměti. Asociativní paměti jsou tvořeny tabulkou (tabulkami), která obsahuje vždy sloupec, v němž jsou umístěny tzv. tagy (klíče), podle kterých se v asociativní paměti vyhledává. Dále jsou v tabulce umístěna data, která paměť uchovává, a popř. další informace nutné k zajištění správné funkce paměti. Např.: 

•	informace o platnosti (neplatnosti) uložených dat 
•	informace pro realizaci LRU algoritmu 
•	informace protokolu MESI (Modified Exclusive Shared Invalid), který zajišťuje synchronizaci dat v cache pamětech v případě, že cache pamětí je v počítači více (u interních cache pamětí v okamžiku, kdy počítač obsahuje více procesorů). 

Při přístupu do cache paměti je nutné zadat adresu, z níž data požadujeme. Tato adresa je buď celá, nebo její část považovaná za tag, který se porovnává s tagy v cache paměti.
 
9.9.1.	Plně asociativní cache paměti

Obr. 9.29: Schéma plně asociativní cache paměti

U plně asociativní cache paměti je celá adresa, ze které se budou číst data (popř. na kterou se budou data zapisovat), brána jako tag. Tento tag je přiveden na vstup komparátorů (zařízení realizující porovnání dvou hodnot) společně s tagem v daném řádku tabulky. Pokud některý z tagů v tabulce je shodný se zadaným tagem na vstupu, ohlásí odpovídající komparátor shodu a znamená to, že požadovaná informace je v cahe paměti přítomna a je možné ji použít. Pokud všechny komparátory signalizují neshodu, je to známka toho, že požadovaná informace v cache paměti není a je nutné ji zavést odjinud (externí cache paměť, operační paměť).

Tento způsob cache paměti má své nevýhody: 

•	je nutné velké množství komparátorů 
•	vzhledem k tomu, že se musí v každém řádku tabulky uchovávat celý tag, musí mít cache paměť velkou kapacitu, do které se tyto tagy ukládají a kterou není možné využít k uchovávání dat 

Z těchto důvodů se plně asociativní paměti prakticky nepoužívají.
9.9.2.	N-cestně asociativní cache paměti

N-cestně asociativní paměti pracují tak, že zadaná adresa se rozdělí na dvě části (nemusí mít stejný počet bitů): 
•	tag 
•	adresa třídy 

Obr. 9.30: Schéma n-cestně asociativní cache paměti (pro n = 2)

Adresa třídy je přivedena na n dekodérů (zařízení, které na základě vstupní hodnoty vybere jeden ze svých výstupů, na nějž umístí hodnotu log. 1, a na ostatní výstupy umístí hodnotu log. 0), které v každé tabulce vyberou jeden řádek. Z těchto řádků se potom vezmou příslušné tagy a komparátorem se porovnají se zadaným tagem. Podobně jako u plně asociativních cache pamětí pokud jeden z komparátorů signalizuje shodu, je informace v cache paměti přítomna. V opačném případě je nezbytné informaci hledat jinde.

N-cestně asociativní paměti částečně eliminují nevýhody plně asociativních cache pamětí a v současnosti jsou nejpoužívanějším typem cache pamětí.

9.9.3.	Přímo mapovaná cache paměť

Přímo mapovaná cache paměť je speciální případ n-cestně asociativní cache paměti pro n = 1. Zadaná adresa je opět rozdělena na tag a adresu třídy. Adresa třídy je přivedena na vstup dekodéru, který podle ní vybere jeden řádek v tabulce. Tag na tomto řádku je následně porovnán se zadaným tagem, čímž se rozhodne o přítomnosti resp. nepřítomnosti informace v cache paměti.

Obr. 9.31: Schéma přímo mapované cahe paměti

Přímo mapovaná cache paměť ve srovnání s n-cestně asociativní cache pamětí vykazuje nižší výkon, a proto její použití není dnes příliš časté. 

9.9.4.	Interní cache paměť procesoru 80486

Obr. 9.32: Schéma interní vyrovnávací cache paměti procesoru 80486

Konkrétním příkladem cache paměti může být například interní cache paměť procesoru 80486, která je realizována jako 4-cestně asociativní cache paměť. 
Adresa je rozdělena na tři části: 

•	Tag – horních 21 bitů 
•	Adresa třídy – 7 bitů  128 řádků tabulky 
•	Slabika – dolní 4 bity 

Adresa třídy je přivedena na dekodér, který vybere jeden řádek. Zadaný tag je dále komparátorem porovnán proti 4 tagům ve vybraném řádku. Pokud jeden z komparátorů ohlásí shodu, provede se výběr dat v datové části paměti. Datová část obsahuje v každém sloupci 16 B, ze kterých je pomocí dolních 4 bitů zadané adresy vybrán jeden požadovaný byte. 

Každý řádek cache paměti ještě obsahuje jeden bit, který říká, zda informace v daném sloupci jsou platné, a 3 bity pro realizaci pseudo-LRU algoritmu. Pomocí tří bitů nelze vždy určit nejdéle nepoužívaný blok cache paměti. Tento algoritmus je však jednoduchý a rychlý a díky tomu poskytuje dostatečný výkon. 

Poznámky:

•	Podle způsobu práce při zapisování dat lze cache paměti ještě rozdělit do dvou skupin: 
-	write-through: cache paměti, u kterých v případě zápisu procesoru do cache paměti dochází okamžitě i k zápisu do operační paměti. Procesor tak obsluhuje jen zápis a o další osud dat se stará cache paměť. 
-	write-back: cache paměti, u nichž jsou data zapisována do operační paměti až ve chvíli, kdy je to třeba, a nikoliv okamžitě při jejich změně. K zápisu dat do operační paměti tedy dochází např. v okamžiku, kdy je cache paměť zcela zaplněna a je třeba do ní umístit nová data. Tento způsob práce cache paměti vykazuje oproti předešlému způsobu vyšší výkon. 
•	Kromě externích a interních cache pamětí je možné se setkat i se specializovanými cache paměťmi umístěnými mezi operační paměť a některé pomalejší zařízení (pevný disk apod.). 

10.	 Rozšiřující sběrnice
Pod pojmem sběrnice obecně rozumíme soustavu vodičů, která umožňuje přenos signálů mezi jednotlivými částmi počítače. Pomocí těchto vodičů mezi sebou jednotlivé části počítače komunikují a přenášejí data. 

Zařízení jako jsou procesor, koprocesor, cache paměť, operační paměť, řadič cache paměti a operační paměti a některá další zařízení jsou propojena tzv. systémovou sběrnicí (CPU bus).
 
Osobní počítače musí být navrženy tak, aby bylo možné jejich snadné rozšiřování o další zařízení (zvukové karty, síťové karty, řadiče disků apod.). Takovéto rozšiřování je velmi často uskutečňováno pomocí tzv. rozšiřující sběrnice počítače (častěji označované pouze jako sběrnice), na kterou se jednotlivá zařízení zapojují. Tato rozšiřující sběrnice a zapojovaná zařízení musí tedy splňovat určitá pravidla. Takže ve výpočetní technice je pojem sběrnice také chápán jako standard, dohoda o tom, jak vyrobit zařízení (rozšiřující karty), která mohou pracovat ve standardním počítači. 

Podle způsobu práce a zapojení rozlišujeme několik základních typů sběrnic: 

•	synchronní sběrnice: sběrnice pracující synchronně s procesorem počítače. Platnost údajů na sběrnici jednoznačně určuje hodinový signál. Tímto způsobem dnes pracuje převážná většina všech sběrnic. 
•	pseudosynchronní sběrnice: dovoluje zpozdit přenos údajů o určitý počet hodinových period 
•	multimaster sběrnice: dovoluje tzv. busmastering, jedná se o sběrnici, která může být řízena několika zařízeními, nejen procesorem. U tohoto typu sběrnice je možné, aby některé ze zařízení, které je ke sběrnici připojené (např. řadič pevného disku), na určitou dobu převzalo její řízení. Po dobu, kdy takto řídí celou sběrnici, může toto zařízení rychleji a efektivněji provést své operace (např. přenos velkého objemu dat z pevného disku) a potom opět řízení vrátit procesoru.
•	lokální sběrnice: spočívá ve vytvoření technické podpory toho, že se náročné operace s daty realizují rychlou systémovou sběrnicí. Tato systémová sběrnice se prodlouží a umožní se tak přístup na ni i ze zásuvných modulů dalších zařízení. O rozvoj lokálních sběrnic se nejvýrazněji zasloužili výrobci videokaret, pro něž byly dosavadní sběrnice pomalé. Nevýhodou lokálních sběrnic je o něco vyšší cena samotné základní desky s lokální sběrnicí a také zařízení pro ni určených. 

Mezi základní parametery každé sběrnice patří:

Parametr 	Význam 	Jednotka 	
Šířka přenosu 	Počet bitů, které lze zároveň po sběrnici přenést	bit	
Frekvence 	Maximální frekvence, se kterou může 
sběrnice pracovat	Hz	
Rychlost (propustnost) 	Počet bytů přenesených za jednotku času	B/s	

10.1.	  Sběrnice PC bus 
Sběrnice PC bus byla navržena a vyrobena firmou IBM pro první počítače IBM PC a IBM PC/XT založené na procesoru 8088. Tento procesor byl vnitřně 16bitový a měl 8bitovou datovou sběrnici. PC bus byla navržena tak, aby využívala jeho možností. Tato sběrnice poskytuje 62 linek, z nichž 8 slouží pro přenos dat. To znamená, že má šířku přenosu dat 8 bitů. Na PC busu jsou potom paralelně zapojeny jednotlivé konektory, tzv. sloty, do kterých se zapojují jednotlivé přídavné karty. Protože šířka přenosu je 8 bitů, jsou tyto sloty také označovány jako osmibitové sloty. Podobně i rozšiřující karty pro PC bus jsou označovány jako osmibitové karty. Pro přenos adresy je na sběrnici PC bus vymezeno 20 vodičů, což odpovídá 20bitové adresové sběrnici procesoru 8088 (8086). Sběrnice PC bus dále obsahuje vodiče pro: 

•	určení, zda přenášená adresa je adresou paměti nebo nějakého jiného vstupního/výstupního zařízení
•	určení, zda data na sběrnici byla přečtena nebo mají být zapsána 
•	napájení (+ 5 V, – 5 V, + 12V) a elektrickou zem 
•	řídící signály (Reset, hodinové signály, signály pro refresh paměti) 
•	přerušení (IRQ) určené pro přídavné desky, které potřebují někdy pro svou správnou činnost vyžádat okamžité obsloužení procesorem. Těchto linek je na sběrnici PC bus 6 a jsou označeny jako IRQ2 – IRQ7 (IRQ – Interrupt Request). 
Poznámka: Existují i IRQ0 a IRQ1, ale ty nejsou dostupné ze sběrnice.
•	přímý přístup do paměti (DMA) určený pro přídavné desky, jež potřebují rychle přenášet data do (z) operační paměti. K těmto účelům jsou na sběrnici PC bus vymezeny tzv. DMA kanály (DMA – Direct Memory Access), které jsou 3 a mají označení DMA1 – DMA3.
Poznámka: existuje i DMA0, který však podobně jako IRQ0 a IRQ1 není na PC busu dostupný 

Vzhledem k tomu, že sloty sběrnice PC bus jsou zapojeny paralelně, jsou naprosto ekvivalentní a je jedno, do kterého slotu se daná deska zapojí. Maximální rychlost sběrnice PC bus je 8 MHz (plně dostačovalo procesoru 8088).

Obr. 10.1: Sloty sběrnice ISA a PC bus a karta pro sběrnici PC bus

10.2.	  Sběrnice ISA 
S postupujícím vývojem počítačů bylo zřejmé, že sběrnice PC bus již svými možnostmi nedostačuje a může degradovat výkon celého počítače. S příchodem procesoru 80286 se tedy objevuje nový typ sběrnice označovaný jako ISA (Industry Standard Architecture), popř. AT bus. Tento typ rozšiřující sběrnice je vyroben s 16bitovou datovou sběrnicí a 24bitovou adresovou sběrnicí. 

Sběrnice ISA je podobně jako PC bus navržena tak, aby plně odpovídala možnostem procesoru 80286. ISA dodržuje plnou zpětnou kompatibilitu s předešlou sběrnicí PC bus. To znamená, že uživatel může používat přídavných karet určených pro PC bus i v počítači se sběrnicí ISA. Kompatibility je dosaženo tak, že stará 62 vodičová sběrnice se rozšířila o dalších 36 vodičů a odpovídající slot se rozšířil o další konektor umístěný v jedné řadě hned za starším 8bitovým slotem pro PC bus. Takto vznikl nový 16bitový slot, který je umístěn na sběrnici ISA. Sběrnice ISA má: 

•	šířku přenosu 16 bitů, tj. během jedné operace je možné po sběrnici přenášet nejvýše 16bitovou informaci 
•	pro přenos adresy vymezeno 24 vodičů odpovídajících 24bitové adresové sběrnici procesoru 80286
•	další 4 DMA kanály (DMA4 – DMA7) 
•	dalších 5 vodičů pro úrovně přerušení IRQ (IRQ10 – IRQ12, IRQ14 a IRQ15). Zbývající úrovně IRQ nepotřebují svou linku na sběrnici, protože jsou zapojeny následovně: 
-	IRQ8 je spojeno přímo s se systémovými hodinami / kalendářem 
-	IRQ9 je propojeno s IRQ2 
-	IRQ13 je určeno pro numerický koprocesor

Obr. 10.2: Sloty sběrnice ISA a PC bus a karta pro sběrnici ISA

Protože 16bitové sloty jsou vlastně rozšířením 8bitových slotů sběrnice PC bus, pracují 8 bitové karty i v 16 bitových slotech. Je tedy možné, aby počítač měl na základní desce osazené pouze 16bitové sloty pro sběrnici ISA. Většina počítačů s procesory (80286 a 80386) však má na základní desce i sloty 8bitové. Důvodem není elektronická nekompatibilita, ale nekompatibilita mechanická. Některé 8bitové karty jsou konstruovány s tzv. lemem, díky kterému není možné je do 16bitových slotů zasunout. Sběrnice ISA pracuje podobně jako PC bus s frekvencí 8 MHz synchronně s procesorem. Protože sběrnice ISA i PC bus jsou velmi náchylné na šum, není možné dále zvyšovat jejich frekvenci. 

Obr. 10.3: Karta pro sběrnici PC bus s lemem

Sběrnice ISA byla používána u většiny počítačů s procesorem 80286, 80486 a u starších počítačů s procesorem 80486. Vzhledem k velkému množství přídavných karet, které jsou vyrobeny pro tuto sběrnici, je ISA používána společně s jiným typem sběrnice i v dnešních nejmodernějších počítačích. Protože procesory 80286 a vyšší byly a jsou vyráběny s frekvencemi vyššími než 8 MHz, je nutné provádět vzájemné přizpůsobování rychlosti. Toto přizpůsobování má na starosti generátor čekacích taktů (wait-states generator), který bývá součástí některého z obvodů čipové sady.

Obr. 10.4: Blokové schéma základní desky se sběrnicí ISA

10.3.	  Sběrnice MCA
Sběrnice MCA (MicroChannel Architecture) je novým typem sběrnice, který byl vyvinutý pro novou řadu počítačů firmy IBM s označením IBM PS/2. Hlavním cílem IBM bylo zrychlit přenos dat uvnitř počítače a snížit hladinu šumu na sběrnici.
 
Obrovskou nevýhodou a patrně i důvodem, proč se sběrnice MCA nerozšířila, je její nekompatibilita s ISA a to, že počítače PS/2 neměly osazenu pro zpětnou kompatibilitu i sběrnici ISA. Sběrnice MCA dovoluje běh s frekvencí 10 MHz a dovoluje přenášet data po 16 i 32 bitech. Jedná se tedy o rychlejší sběrnici s šířkou přenosu 32 bitů. Kromě toho má MCA i tzv. proudový režim, ve kterém dokáže současně přenášet 64 bitů. Šířka adresové části je v závislosti na procesoru počítače 24 bitů (pro 80286) nebo 32 bitů (pro 80386). 

Další výhodou MCA oproti ISA je možnost softwarové konfigurace přídavných desek, takže při rekonfiguraci některé z nich stačí pouze spustit konfigurační program a není nutné otevírat počítač. Tato technika se u desek pro sběrnici ISA začala využívat až později. Sběrnice MCA dovoluje i tzv. busmastering, tj. sdílené řízení sběrnice. 

Konektor (slot) sběrnice MCA má v 16bitové verzi 2  58 kontaktů a může být prodloužen o tzv. video rozšíření s dalšími 2  10 kontakty. Slot 32 bitové verze je ještě rozšířen o 2  31 kontaktů. 

10.4.	  Sběrnice EISA
Sběrnice EISA (Extended Industry Standard Architecture) byla vyrobena 9 firmami (AST Research, Compaq, Epson, NEC, Olivetti, Tandy, Wyse a Zenith) jako odpověď na sběrnici MCA. Záměrem bylo poskytnout sběrnici s vyšším výkonem, ale takovou, která by byla kompatibilní se sběrnicí ISA. EISA byla uvedena na trh v roce 1989 a její základní vlastnosti jsou: 

•	šířka toku dat je 32 bitů 
•	šířka adresy je 32 bitů 
•	dovoluje programové nastavování přídavných desek 
•	pracuje s frekvencí 8 MHz (z důvodů kompatibility s ISA) 
•	
Obr. 10.5: Rozmístění vývodů sběrnice ISA a EISA

dovoluje busmastering
Slot sběrnice EISA má stejnou velikost jako slot ISA a obsahuje stejné vývody (62 + 36). Kromě těchto vývodů má ještě 59 nových vývodů umístěných mezi starými vývody sběrnice ISA. Tyto nové vývody zůstanou v případě zasunutí karty pro ISA sběrnici nezapojeny, čímž se dosahuje zpětné kompatibility EISA s ISA.

Sběrnice EISA byla používána zejména u počítačů s procesory 80386 a 80486, na které byla kladena větší zátěž (např. síťové servery). Vzhledem k příchodu modernějších typů sběrnic se dnes již nepoužívá.

10.5.	  Sběrnice VL bus 
Sběrnice VL bus (VESA Local Bus) byla navržena v roce 1992 konsorciem VESA (Video Electronic Standards Association) a jedná se o klasickou lokální sběrnici. Šířka přenosu dat i adresy je 32 bitů. VL bus podporuje maximálně 3 přídavné sloty. Čím vyšší je počet karet zasunutých na sběrnici VL bus, tím nižší je maximální frekvence, se kterou může sběrnice pracovat. Teoretická mez VL busu je 50 MHz. Prakticky je možné, aby pracovala s frekvencí 33 MHz při třech osazených přídavných kartách. 

Nejvyšší výkon má sběrnice VL bus v tzv. burst (souvislém) režimu, kdy se vyššího výkonu dosahuje redukcí přenášených položek (např. adres). Adresa se v burst režimu vysílá pouze v prvním ze 4 bezprostředně následujících sběrnicových cyklů a v následujících třech se přenášejí jen data. Burst režim lze tedy použít pouze tehdy, když se čte (zapisuje) do bezprostředně za sebou následujících paměťových míst. 

Obr. 10.6: Základní deska se sběrnicí VL bus

Mezi nevýhody VL busu (oproti PCI) patří silná procesorová závislost způsobená přímým zapojením slotů VL busu na systémovou sběrnici. Tato závislost nedovoluje prakticky použít VL bus v jiném počítači, než je počítač s procesorem Intel nebo kompatibilním. Další nevýhodu je její práce s úrovněmi logiky TTL (5 V), zatímco nové procesory pracují s napětím 3,3 V a nižším. Sběrnice VL bus je vyráběna na základní desce vždy spolu se sběrnicí ISA, protože při své práci využívá některých jejích signálů. Touto skutečností je zajištěna její kompatibilita s ISA, ale i její neoddělitelnost od sběrnice ISA. 

Obr. 10.7: Blokové schéma základní desky se sběrnicí VL bus

Konektor VL busu se nachází v jedné řadě za 16bitovým konektorem ISA a má 2  58 vývodů. Sběrnice VL bus byla používána zejména u počítačů s procesorem 80486 a prvních počítačů s procesorem Pentium.

10.6.	  Sběrnice PCI
Sběrnice PCI (Peripheral Component Interconnect) je zatím posledním typem rozšiřující sběrnice pro počítače PC. Jedná se o rychlou sběrnici vyrobenou firmou Intel pro počítače s procesory Intel Pentium. 

PCI již není klasickou lokální sběrnicí jako VL bus, ale je k systémové sběrnici připojena přes tzv. mezisběrnicový můstek. Toto řešení s sebou nese následující výhody: 

•	možnost použití sběrnice PCI i v jiných počítačích než jsou PC (např. MacIntsoh, DEC) 
•	můstek dovoluje provádět přizpůsobování napěťových úrovní 

Sběrnice PCI má standardně šířku přenosu dat 32 bitů. Existuje však i verze PCI, která je 64bitová. Tato rozšířená verze se používá zejména pro řadiče diskových polí.
Maximální frekvence, se kterou může tato sběrnice standardně pracovat, je 33 MHz, čímž je zajištěna propustnost sběrnice 132 MB/s (32 bitů) nebo 264 MB/s (64 bitů). Kromě sběrnice PCI, která pracuje s rychlostí 33 MHz, je vyráběna i rychlejší verze, která umožňuje pracovat při frekvenci 66 MHz.

Dále podobně jako VL bus i PCI umožňuje burst režim, ale na rozdíl od VL busu není shora omezen počtem 4 taktů. Sběrnice PCI je nezávislá na sběrnici ISA, tzn. že nevyužívá žádných jejích signálů jako VL bus. Pro dodržení zpětné kompatibility jsou počítače se sběrnicí PCI osazovány i sběrnicí ISA popř. EISA a jejími 16bitovými (ISA) nebo 32bitovými (EISA) sloty. 

Podobně jako MCA a EISA a narozdíl od VL busu podporuje PCI busmastering, což umožňuje vyšší výkon počítače, protože přenosy řízené CPU vyžadují spoustu času. PCI dále podporuje standard Plug & Play vyvinutý výrobci hardwaru v roce 1992, ten dovoluje velmi snadnou konfiguraci desek pro PCI, popř. jejich automatickou konfiguraci bez zásahu uživatele. Sběrnice PCI je používána u novějších počítačů s procesorem 80486 a u počítačů s procesory Pentium a vyššími. 

Obr. 10.8: Blokové schéma základní desky se sběrnicí PCI

Obr. 10.9: Základní deska se sběrnicí PCI (32bitovou) a VL bus

	Vzhledem k tomu, že sběrnice PCI není závislá na signálech žádné jiné rozšiřující sběrnice, jsou její sloty umístěny samostatně a nikoliv jako rozšíření slotu některé z předcházejících sběrnic.

Poznámka: V případě 64bitové sběrnice PCI je 32bitový slot rozšířen ještě o další konektor.

11.	 Magnetický záznam dat
Magnetický záznam dat je prováděn působením magnetického pole na magneticky vodivý materiál. K vyjádření jakosti magnetického pole se používají dvě veličiny:

•	intenzita magnetického pole H [A/m] (jednotkou je ampér na metr)
•	magnetická indukce B [T] (jednotkou je tesla)

Magnetická indukce vzniká působením intenzity magnetického pole a mezi těmito veličinami platí následující vztah:

B = .H

kde veličina  se nazývá permeabilita, udává se v jednotkách henry na metr (H/m)  a platí pro ni vztah:

 = 0.r

kde 0 je permeabilita vakua a jedná se konstantu, která je dána volbou jednotek SI:

0 = 4 .10-7 = 1,2566 . 10-6 H/m

a r je relativní (poměrná) permeabilita daného prostředí (materiálu). Relativní permeabilita určuje, kolikrát je dané prostředí magneticky vodivější než vakuum a je bezrozměrná. Z toho vyplývá, že pro vakuum je 0 = 1 a pro vzduch je přibližně rovno jedné. Podle chování látek v magnetickém poli, čili podle velikosti poměrné permeability se látky dělí do tří skupin:

•	diamagnetické: r < 1, mezi tyto patří např. měď, zinek, zlato, stříbro a jiné
•	paramagnetické: r > 1, přesněji řečeno, relativní permeabilita těchto látek je pouze nepatrně větší než jedna. Mezi paramagnetické látky patří např. platina a hliník
•	feromagnetické: r >> 1, látky, jejichž relativní permeabilita je mnohonásobně větší než jedna. Jsou to látky, které z hlediska magnetického záznamu mají největší význam. Představiteli těchto látek jsou např. železo, nikl, kobalt, ferity.

Poznámka: Relativní permeabilta feromagnetických látek není konstantní a její velikost závisí na intenzitě magnetického pole v dané látce. 

11.1.	  Hystereze feromagnetických materiálů
Vyjdeme ze stavu, kdy feromagnetický materiál nemá žádnou magnetickou orientaci, tj. ze stavu H = 0 A/m a B = 0 T. Tento materiál vložíme do cívky, do jejíhož vinutí zavedeme elektrický proud. Hodnotu proudu postupně zvyšujeme, čímž vzrůstá intenzita magnetického pole vytvářeného cívkou. Tím rovněž vzrůstá ve feromag-netickém materiálu magnetická indukce (podle vztahu B = .H).

Obr. 11.1: Hysterézní smyčka

Při změně  H od nuly do + Hm, kde Hm odpovídá bodu nasycení A, stoupá magne-tická indukce B nelineárně (podle tzv. křivky prvotní magnetizace, viz Obr. 11.1).

Zmenšujeme-li nyní proud ve vinutí a tím i intenzitu H vnějšího pole, zmenšuje se i magnetická indukce B, ovšem nikoliv zpět po křivce prvotní magnetizace. Při H = 0 magnetická indukce neklesne na nulu, ale pouze na hodnotu Br, kterou označujeme jako zbytkový (remanentní) magnetismus (neboli remanence). 

Abychom remanentní magnetickou indukci materiálu zrušili, musíme zavést do cívky proud opačného směru, tj. musíme materiál magnetovat (demagnetovat) polem opačného směru. Tím začne intenzita H nabývat záporných hodnot a hodnota magnetické indukce se postupně zmenšuje až na hodnotu nula. Intenzita magnetického pole (Hk, resp. – Hk), která je třeba, aby se zrušila remanentní indukce, se nazývá koercitivní síla (koercitivní intenzita). 

Vzrůstá-li intenzita pole v záporném smyslu za hodnotu – Hk, změní indukce B znaménko a vzrůstá do záporných hodnot (tj. směr indukce B v materiálu je nyní opačný proti dřívějšku) a při H = – Hm dosáhne bodu B přibližně souměrného s bodem A. Zmenšujeme-li nyní proud, klesá magnetická indukce do bodu – Br, který opět určuje reamanentní indukci. Obrátíme-li pak směr proudu a zvětšujem-li intenzitu magne-tického pole až do bodu Hk, bude hodnota B = 0. Při dalším zvětšování intenzity magnetického pole bude magnetická indukce narůstat a při hodnotě H = Hm se vrátí do bodu A. Tímto dostáváme uzavřenou křivku, kterou nazýváme hysterézní smyčka.

	Různé feromagnetické materiály mají různý tvar hysterézní smyčky, a tím i plochu touto smyčkou ohraničenou. Čím větší je plocha hysterézní smyčky (nastává při vyšších hodnotách koercitivní síly a remanence), tím je materiál považován za magneticky tvrdší (vhodný pro permanentní magnety) a naopak při menší ploše je materiál označován jako magneticky měkčí. 

Obr. 11.2: Hysterézní smyčka materiálu magnetického média

Materiály vhodné k výrobě médií pro magnetický záznam vyžadují, aby jejich hysterézní smyčka měla téměř pravoúhlý průběh.

Záznam na magnetické medium (pružný disk, pevný disk, magnetofonová páska) je prováděn záznamovou hlavou. Tato může rovněž sloužit i jako hlava čtecí.  Skládá se z: 

•	elektrického obvodu – cívky
•	magnetického obvodu – feromagnetické jádro

Feromagnetické jádro obsahuje štěrbinu (o šířce cca 1 mikron), která umožňuje uzavírání indukčních čar přes magnetické médium, které se nachází v těsné blízkosti hlavy. V médiu takto vzniká magnetická indukce, která se poté, kdy přestaneme na materiál působit magnetickým polem, ustálí na hodnotě remanence a v médiu tak vznikají tzv. elementární magnety (viz Obr. 11.3).

Obr. 11.3: Princip magnetického záznamu

Čtení je prováděno čtecí hlavou (konstruována stejně jako záznamová hlava), která se pohybuje nad médiem obsahujícím elementární magnety. Jejich magnetický  tok se uzavírá přes feromagnetické jádro hlavy a v cívce vzniká indukované napětí, pomocí něhož se rozlišují jednotlivé zaznamenané bity.

Poznámka: Mezi magnetickou indukcí a magnetickým tokem platí vztah:
 kde  značí magnetický tok (jednotkou je Wb) a S plochu (v m2).

11.2.	  Modulace dat při záznamu na magnetická média
Data se na magnetická média ukládají pomocí změn magnetického toku. Tato změna může nastat z kladného toku na záporný nebo naopak ze záporného na kladný. Každá takováto změna se při čtení projeví jako impuls. K reprezentaci dat na magnetickém médiu se tedy používá přítomnosti nebo nepřítomnosti impulsu (mezera). 

Například posloupnost bitů 10101110 by byla zakódována jako PNPNPPPN, kde P značí impuls a N značí mezeru. 

Bylo by tedy teoreticky možné data zaznamenávat na médium tak, že bit 1 by byl zaznamenán jako impuls a bit 0 jako mezera. Tato představa je ovšem pouze teoretická a v praxi by nikdy nepracovala. V okamžiku, kdy by následovala delší posloupnost nul, která by byla zaznamenána jako dlouhá posloupnost mezer bez jakýchkoliv impulsů, by došlo ke ztrátě synchronizace řadiče pevného disku a nebylo by možné přesně určit, kolik mezer (nul) bylo přečteno. Impulsy totiž pomáhají vzájemně synchronizovat čtená data a řadič disku. 

Z předchozího vyplývá, že data musí být na disk zaznamenávána tak, aby nikdy nedošlo k dlouhé posloupnosti mezer. V rozporu s tímto je ovšem tvrzení, které říká, že na magnetické médium se vejde větší počet mezer a impulsů, je-li počet impulsů menší. Je tedy nutné zvolit vhodný kompromis, aby při čtení dat nedošlo ke ztrátě synchronizace a zároveň, aby vlivem přehnaně velkého počtu impulsů nedocházelo k plýtvání médiem a tím k jeho menší kapacitě. 

11.2.1.	 FM modulace

V případě použití modulace FM (Frequency Modulation) se jednotlivé bity zakódují následovně: 

Bit 	Zakódování 	
0 	PN	
1 	PP	

Příklad: bitový vzorek 101101101 se zakóduje jako PPPNPPPPPNPPPPPNPP. 

To znamená, že jednička je kódována jako dva impulsy a nula jako impuls následovaný mezerou. Při tomto kódování je bezpečně zaručeno, že nikdy nenastane příliš dlouhá posloupnost mezer. Bohužel je zde příliš vysoký počet impulsů, který způsobuje, že na médium je možné zaznamenat menší počet informací. Tento způsob kódování je dnes již poměrně zastaralý a nepoužívá se. 

11.2.2.	 MFM modulace

U MFM (Modified Frequency Modulation) se objevuje snaha zmenšit počet impulsů, takže bity jsou kódovány podle těchto pravidel. 

Bit	Zakódování	
0	PN jestliže je v řetězci 00
NN jestliže je v řetězci 10	
1	NP	

Příklad: mějme vzorek 101100, který bude pro porovnání zakódován pomocí modulace MFM i FM. 

Vzorek	MFM	Počet impulsů	FM	Počet impulsů	
101100	NPNNNPNPNNPN	4	PPPNPPPPPNPN	9	

Je zřejmé, že při MFM modulaci dojde k úspoře média, protože celkový počet impulsů je menší než u FM modulace a také celkový počet po sobě následujících mezer nikdy nebude příliš vysoký, protože po sobě mohou následovat nejvýše 3 mezery. Díky těmto vlastnostem je MFM modulace asi o 20% úspornější než FM modulace. 

MFM modulace se používala u prvních pevných disků a dodnes se používá při záznamu na pružné disky. 

11.2.3.	 RLL modulace 

Modulace 2,7 RLL používá pro kódování následující schéma, pomocí něhož kóduje dvojice až čtveřice bitů: 

Vzorek 	RLL 	Počet impulsů 	MFM 	Počet impulsů 	
00 	PNNN	1	PNPN	2	
01 	NPNN	1	PNNP	2	
100 	NNPNNN	1	NPNNPN	2	
101 	PNNPNN	2	NPNNNP	2	
1100 	NNNNPNNN	1	NPNPNNPN	3	
1101 	NNPNNPNN	2	NPNPNNNP	3	
111 	NNNPNN	1	NPNPNP	3	

Jednotlivé vzorky a jejich zakódování jsou voleny tak, aby mezi dvěma impulsy byly minimálně dvě a maximálně 7 mezer. Toto kódování je asi o 50% úspornější než MFM kódování a bylo používáno u starších pevných disků. 

Moderní pevné disky používají většinou nějakou modifikaci 2,7 RLL kódování, označovanou např. ARLL, ERLL apod., která poskytuje ještě větší úsporu a tím umožňuje záznam většího objemu dat na médium.

12.	 Pružné disky a jejich mechaniky
12.1.	  Pružné disky 
Pružné disky (floppy disky, diskety) patří mezi přenosná média pro uchování dat. Pružný disk je tvořen plastovým kotoučem, na jehož povrchu je vrstva oxidu železa. Celý kotouč je potom uzavřen v obdélníkovém pouzdře, vystlaném hebkým materiálem, které jej chrání před nečistotou a mechanickým poškozením a ve kterém se kotouč při práci otáčí. V tomto obalu je vyříznutý tzv. čtecí otvor, kterým přistupuje čtecí a zapisovací hlava k médiu.

Záznam dat na médium je prováděn magneticky. Jednotlivá data jsou zapisována do soustředných kružnic, tzv. stop (track), na obě strany diskety. Každá stopa je rozdělena ještě na tzv. sektory (sector), jež tvoří nejmenší úsek média, na který je možné zapisovat. To znamená, že při zápisu na pružný disk jsou data zapisována po sektorech a poslední sektor již nemusí být plně zaplněn. Nová data mohou být zapisována opět od začátku dalšího sektoru. Z toho vyplývá, že ne všechny sektory jsou v případě plně nahrané diskety zcela zaplněny. Vlastní zápis na pružný disk bývá prováděn s kódováním MFM, zatím se neobjevily (a asi ani neobjeví) pružné disky s kódováním RLL popř. jiným. 

Obr. 12.1: Stopy a sektory na pružném disku

Základními parametry disket jsou jejich velikost, hustota záznamu dat a z toho vyplývající kapacita: 

Velikost	Hustota	Stopy	Sektory	Strany	Kapacita sektoru	Kapacita diskety	
51/4”	DD	0-39	1-9	0-1	512 B	360 kB	
51/4”	HD	0-79	1-15	0-1	512 B	1,2 MB	
31/2”	DD	0-79	1-9	0-1	512 B	720 kB	
31/2”	HD	0-79	1-18	0-1	512 B	1,44 MB	

Poznámka: Údaje označující hustotu značí:

•	DD (Double Density): disketa s dvojitou hustotou záznamu
•	HD (High Density): disketa s vysokou hustotou záznamu

Pro vyjádření hustoty záznamu se také někdy používá jednotka tpi (tracks per inch), která udává počet stop na jeden palec. Diskety:

•	51/4” HD mají hustotu záznamu 96 tpi 
•	31/2” HD mají hustotu záznamu 135 tpi 

Obr. 12.2: Floppy disk 51/4”

Obr. 12.3: Floppy disk 31/2”

Poznámka: Diskety 31/2” obsahují speciální otvor (viz Obr. 12.3), který umožňuje čtecí (zapisovací) mechanice rozlišit, pro jakou hustotu záznamu je disketa určena. Pružné disky s formátem 51/4” nic podobného neobsahují, což způsobuje, že za správnou specifikaci hustoty záznamu je zodpovědný (v okamžiku formátování diskety) uživatel.

12.2.	  Mechaniky pružných disků
Mechaniky pružných disků (FDD – Floppy Disk Drive) jsou zařízení pro čtení a zapisování na pružné disky. Je možné je rozdělit podobně jako  pružné disky podle velikosti (51/4”, 31/2”) a podle hustoty záznamu (DD, HD). 

První počítače PC/XT měly většinou osazeny dvě mechaniky pružných disků 51/4” DD. Jedna se používala pro zavedení operačního systému a druhá pro spouštění aplikačních programů a čtení (ukládání) dat. Později se začaly objevovat první pevné disky. Počítače PC/AT byly zpočátku vybaveny jednou mechanikou 51/4” HD a pevným diskem. Později se začaly více prosazovat mechaniky 31/2”, takže počítače byly osazovány jednou mechanikou 51/4” HD a jednou mechanikou 31/2” HD. Dnes se u počítačů PC používají zejména 31/2” HD mechaniky. Kromě mechanik pro pružné disky se u dnešních počítačů také velmi často používají i mechaniky pro jiné typy disků (ZIP, LS120, JAZZ apod.), které poskytují vyšší rychlost a větší kapacitu.

Mechaniky pružných disků jsou připojeny k řadiči pružných disků (FDD controller), který řídí jejich činnost. Řadič pružných disků bývá umístěn buď společně s řadičem pevných disků a popř. I/O kartou na samostatné desce, která je potom zapojena do některého ze slotů rozšiřující sběrnice, nebo nověji bývá integrován přímo na základní desce počítače. Standardní řadič podporuje připojení max. 2 mechanik pružných disků. Připojení disketových mechanik k řadiči je provedeno pomocí plochého kabelu se 34 vodiči. Tento kabel může mít až 5 konektorů: 

•	1 pro připojení k řadiči 
•	2 pro připojení mechaniky 51/4”:
-	1 pro případ zapojení jako první mechaniky (v MS-DOSu A:) 
-	1 pro případ zapojení jako druhé mechaniky (v MS-DOSu B:) 
•	2 pro připojení mechaniky 31/2” (analogicky jako u mecahnik 51/4”):
-	1 pro případ zapojení jako první mechaniky (v MS-DOSu A:) 
-	1 pro případ zapojení jako druhé mechaniky (v MS-DOSu B:)  

Propojení řadiče s druhou disketovou mechanikou je provedeno přímo (1:1), tj. kontakt 1 je na řadiči spojen s kontaktem 1 mechaniky, kontakt 2 s kontaktem 2 atd. Propojení první mechaniky již není (1:1), ale propojující kabel je překřížen. Podle tohoto překřížení je tedy rozlišeno, která mechanika je první a která je druhá. 

Obr. 12.4: Zapojení mechanik pružných disků

Vlastní čtení z (popř. zápis na) pružného disku v mechanice probíhá v násle-dujících  třech krocích:

1.	vystavení čtecích (zapisovacích) hlav na požadovanou stopu pomocí krokového motorku
2.	pootočení na příslušný sektor 
3.	zápis (čtení) sektoru 

13.	 Pevné disky
Pevné disky (hard disky, Winchester disky, HDD – Hard Disk Drive) jsou média pro uchování dat s vysokou kapacitou záznamu (řádově stovky MB až desítky GB). V současnosti jsou pevné disky standardní součástí každého PC. Jedná se o pevně uzavřenou nepřenosnou jednotku. Uvnitř této jednotky se nachází několik nad sebou umístěných rotujících kotoučů (disků). Tyto disky se otáčejí po celou dobu, kdy je pevný disk připojen ke zdroji elektrického napájení nezávisle na tom, zda se z něj čte (na něj zapisuje). Rychlost otáčení bývá 3600 až 7200 otáček za minutu. Díky tomuto otáčení se v okolí disků vytváří tenká vzduchová vrstva, na níž se pohybují čtecí/zapisovací hlavy. Vzdálenost hlav od disku je asi 0,3 až 0,6 mikronu

Obr. 13.1: Řez pevným diskem

Obr. 13.2: Pevný disk firmy WD

Podsystém pevného disku se skládá z: 

•	diskových jednotek 
•	desky rozhraní pevných disků
•	příslušných kabelů propojujících diskové jednotky s deskou rozhraní 

Obr. 13.3: Připojení pevného disku k desce rozhraní

Základní parametry pevných disků jsou uvedeny v následující tabulce: 
Parametr 	Vysvětlení 	Rozsah 	
Velikost 	Průměr disků použitých ke konstrukci pevného disku 	2”; 31/2”, 51/4”	
Počet cylindrů 	Počet stop (cylindrů) na každém disku. 	stovky – tisíce	
Počet hlav 	Odpovídá počtu povrchů, na které se provádí zá-znam 	2 – 256	
Počet sektorů 	Počet sektorů na každé stopě 	8 – 64	
Mechanismus vystavení hlav 	Mechanismus, pomocí kterého se vystavují čtecí (zapisovací) hlavy na patřičný cylindr. U starších typů pevných disků bývá realizován pomocí kro-kového motorku a u novějších disků pomocí elek-tromagnetu. 	Krokový motorek, elektromagnet	
Přístupová doba 	Doba, která je nutná k vystavení čtecích / zapiso-vacích hlav na požadovaný cylindr 	8 – 65 ms	
Přenosová rychlost 	Počet bytů, které je možné z disku přenést za jed- nu sekundu 	700 – 5000 kB/s	
Typ rozhraní 	Určuje, jaký typ desky rozhraní musí být v počí-tači osazen, aby bylo možné tento pevný disk při-pojit 	ST506, ESDI, IDE, EIDE, SCSI	
Podpora S.M.A.R.T.	Podpora pro technologii S.M.A.R.T, která umož-ňuje uživatele informovat o běžně nepozorovatel-ných problémech při práci pevného disku. Uživa-tel je tímto upozorňován, že by měl provést zálo-hu dat (výměnu pevného disku) ještě dříve, než dojde k havárii disku a tím i ztrátě dat.	Ano / Ne	
Typ hlav	Typ čtecích (zapisovacích) hlav, které jsou použi-ty při konstrukci pevného disku	TFI, AMR, GMR	
Metoda kódování dat 	Způsob, kterým jsou data při zápisu na disk kódo-vána 	MFM, RLL ARLL, ERLL	
ZBR	Metoda, která dovoluje zapisovat na stopy, jež jsou vzdálenější od středu pevného disku (jsou větší), vyšší počet sektorů 	Ano / Ne	

Vzhledem k velmi vysoké hustotě záznamu je skutečně nutné, aby jednotka pevného disku byla pevně uzavřena, protože i velmi malá nečistota způsobí její zničení. 

Obr. 13.4: Velikost nečistot vzhledem k pevnému disku

13.1.	  Geometrie pevných disků
Všechny jednotlivé disky (kotouče), ze kterých se celý pevný disk skládá, jsou podobně jako u pružného disku rozděleny do soustředných kružnic nazývaných stopy (tracks) a každá z těchto stop je rozdělena do sektorů (sectors). Množina všech stop na všech discích se stejným číslem se u pevných disků označuje jako válec (cylinder).

Obr. 13.5: Vztah mezi stopami a cylindry pevného disku

Geometrie disku udává hodnoty následujících parametrů: 

•	Hlavy disku (heads): počet čtecích (zapisovacích) hlav pevného disku. Tento počet je shodný s počtem aktivních ploch, na které se provádí záznam. Většinou každý jednotlivý disk má dvě aktivní plochy a k nim příslušné čtecí (zapisovací) hlavy. 
•	Stopy disku (tracks): počet stop na každé aktivní ploše disku. Stopy disku bývají číslovány od nuly, přičemž číslo nula je číslo vnější stopy disku. 
•	Cylindry disku (cylinders): počet cylindrů pevného disku. Tento počet je shodný s počtem stop. Číslování cylindrů je shodné s číslováním stop. Z tohoto důvodu bývá u pevného disku většinou udáván pouze počet cylindrů.
•	Přistávací zóna (landing zone): číslo stopy (cylindru), která slouží jako přistávací zóna pro čtecí/zapisovací hlavy
•	Sektory (sectors): počet sektorů, na které je rozdělena každá stopa. U většiny starších pevných disků je podobně jako u pružných disků počet sektorů na všech stopách stejný. Tento způsob do jisté míry plýtvá médiem, protože vnější stopy jsou delší a tudíž by se na ně mohlo umístit více sektorů. 
V případě novějších pevných disků se používá tzv. zonální zápis označovaný jako ZBR (Zone Bit Recording). Jedná se metodu zápisu na pevný disk, která dovoluje umístit na vnější stopy pevného disku větší počet sektorů než na stopy vnitřní. Celý disk je rozdělen do několika zón, z nichž každá má rozdílný počet sektorů na jednu stopu. ZBR tedy lépe využívá záznamové médium, ale způsobuje podstatně složitější přístup k datům. Sektory bývají číslovány od jedničky. 

Obr. 13.6: Znázornění zonálního zápisu 

Zápis (čtení) na (z) pevný disk probíhá podobně jako u pružného disku na magnetickou vrstvu ve třech krocích: 

1.	vystavení zapisovacích (čtecích) hlav na příslušný cylindr pomocí krokového motorku (dříve) nebo elektromagnetu (dnes) 
2.	pootočení disků na patřičný sektor 
3.	zápis (načtení) dat 

Data jsou na pevný disk ukládána tak, že nejdříve je zaplněn celý 1. cylindr, potom 2. cylindr a tak dále až po poslední cylindr. Tento způsob dovoluje, aby se čtecí (zapisovací) hlavy podílely na čtení (zápisu) paralelně. Ukládání dat po jednotlivých discích by bylo podstatně pomalejší, protože v daném okamžiku by vždy mohla pracovat právě jedna hlava. Na následujících dvou obrázcích jsou znázorněny první dvě fáze zápisu (čtení) na (z) pevný disk: 

Obr. 13.7: 1. fáze	

Obr. 13.8: 2. fáze

Protože rychlost otáčení pevného disku je poměrně vysoká, může se stát, že poté, co je přečten (zapsán) jeden sektor a data jsou předána dále, dojde k pootočení disků, takže čtecí (zapisovací) hlavy se nenacházejí nad následujícím sektorem, ale až nad některým z dalších sektorů. Nyní by tedy bylo nutné čekat další otáčku, než čtecí (zapisovací) hlavy budou nad požadovaným sektorem, a pak by se situace znovu opakovala. Protože tento způsob by velmi zpomaloval práci pevného disku, zavádí se tzv. faktor prokládání pevného disku. Jedná se o techniku, při které nejsou data zapisována (a posléze čtena) do za sebou následujících sektorů, ale jsou během jedné otáčky disku zapisována vždy do každého n-tého sektoru (faktor prokládání 1:n). Číslo n je voleno tak, aby po přečtení a zpracování dat z jednoho sektoru byla čtecí (zapisovací) hlava nad dalším požadovaným sektorem.

Obr. 13.9: Faktory prokládání; po řadě 1:1, 1:3, 1:6

Při vypnutí počítače (a tím i pevného disku) se pevný disk přestává otáčet. Tím přestává existovat tenká vrstva, na které se pohybují čtecí (zapisovací) hlavy, a vzniká riziko jejich pádu na disky. Tento pád by totiž mohl jednotlivé disky poškodit. Proto v okamžiku, kdy má pevný disk ukončit svou činnost, je nezbytné, aby čtecí (zapisovací) hlavy byly přemístěny do zóny, která je speciálně uzpůsobena k jejich přistání. U starších pevných disků bylo nutné vždy před vypnutím počítače provést pomocí nějakého programu tzv. zaparkování diskových hlav, tj. jejich přemístění na patřičné místo. Nové pevné disky již využívají tzv. autopark, který je založen na tom, že po vypnutí pevného disku se pevný disk ještě chvíli setrvačností otáčí a tím vyrobí dostatek energie nutné pro přemístění hlav do parkovací zóny. Pro tuto parkovací zónu bývá většinou vyčleněna nejvnitřnější stopa disku, protože je na ní nejnižší rychlost.

Obr. 13.10: Disk v chodu

Obr. 13.11: Zaparkování hlav

13.2.	  Magnetorezistivní hlavy
U dřívějších pevných disků byly záznam a čtení prováděny na principu popsaném v kapitole 11. Pevné disky používaly pouze tzv. TFI hlavy, které byly složeny z cívky a feromagnetického jádra. Tyto hlavy však při čtení vykazují poměrně nízkou citlivost, což omezuje zvyšování hustoty záznamu na médiu. Maximální hustota záznamu, kterou je možné pomocí TFI hlavy číst, se pohybuje pod hranicí 1 Gb/in2 (gigabit na palec čtverečný).

Pokud má být na pevný disk zaznamenáno větší množství dat a tím se má docílit větší kapacity diku, je nezbytné, aby data byla zaznamenávána s vyšší hustotou. Vyšší hustota záznamu vyžaduje zmenšení rozměrů elementárního magnetu a tím vede k nutnosti snížení intenzity magnetického pole vytvářeného zapisovací hlavou. V opačném případě by totiž při záznamu docházelo vlivem magnetického pole vysoké intenzity k destrukci okolních informací. Protože magnetický tok elementárních magnetů je nyní poměrně malý, je nutné zvýšit citlivost čtecí hlavy. 
Z výše uvedeného důvodu se při konstrukci moderních pevných disků používají tzv. magnetorezistivní hlavy, které se skládají ze dvou částí:

•	TFI hlava: slouží pouze pro zápis dat
•	magentorezistivní senzor: slouží ke čtení dat

Magnetorezistivní senzor je vyroben ze slitin, které pokud jsou vystaveny působení magnetického pole, mění svůj elektrický odpor, což umožňuje rozpoznat, jak jsou na disku uloženy jednotlivé elementární magnety a tím i dříve zapsaná data. Velkou výhodou tohoto řešení je, že magnetorezistivní senzor vykazuje při čtení mnohem větší citlivost než dříve používaná TFI hlava.

Obr. 13.12: Magnetorezistivní hlava

Podle typu magnetorezistivního senzoru je možné tento typ hlav dále rozdělit do dvou skupin:

•	(A)MR (AMR) hlavy: (anisotropní) magnetorezistivní hlavy:
•	GMR hlavy: giant magnetorezistivní hlavy

13.2.1.	 Anisotropní magnetorezistivní hlavy

Typickým materiálem pro anisotropní magnetorezistivní hlavy je slitina niklu a železa. V této slitině se vodivé elektrony pohybují s menší volností (dochází k častějším kolizím s atomy), když jejich pohyb je rovnoběžný s magnetickou orientací materiálu. (tzv. magnetorezistivní efekt). Jestliže se elektrony v materiálu pohybují s menší volností, potom je elektrický odpor tohoto materiálu větší.

Anisotropní magnetorezistivní senzor se skládá obvykle ze 3 vrstev, z nichž nejpodstatnější je tzv. citlivá vrstva (sensing layer). Citlivá vrstva senzoru je vyrobena z magnetorezistivního materiálu. Jestliže není přítomno magnetické pole, magnetická orientace této vrstvy je rovnoběžná s diskem a tokem elektronů, což způsobuje, že odpor citlivé vrstvy je větší. Naopak působením magnetického pole (elementárního magnetu) dochází k otočení magnetické orientace, což způsobuje nižší elektrický odpor.
Poznámka: Použití anisotropních magnetorezistivních hlav dovoluje zvýšení hustoty záznamu na cca 3 Gb/in2.

13.2.2.	 Giant magnetorezistivní hlavy

Giant magnetorezistivní senzor využívá giant magnetorezistivního jevu, který byl objeven v roce 1988; je vyroben ze čtyřech vrstev (tzv. filmů):

•	citlivá vrstva (sensing layer – slitina niklu a železa)
•	vodivý oddělovač (conducting spacer – měď)
•	pevná vrstva (pinned layer – kobalt)
•	výměnná vrstva (exchange layer – antiferomagnetický materiál)

První tři vrstvy jsou velmi tenké, takže dovolují, aby se vodivé elektrony pohybovaly z citlivé vrstvy přes vodivý oddělovač do pevné vrstvy a nazpět. Magnetická orientace pevné vrstvy je držena přilehlou výměnnou vrstvou, zatímco magnetická orientace citlivé vrstvy se mění podle působení magnetického pole elementárního magnetu. Změna  magnetické orientace citlivé vrstvy způsobuje změnu elektrického odporu celého magnetorezistivního senzoru (vyjma výměnné vrstvy).

Giant magnetorezistivní senzory využívají kvantové povahy elektronů, které mají dva směry spinu. Vodivé elektrony, jejichž směr spinu je shodný s magnetickou orientací materiálu, se pohybují volně a způsobují tak malý odpor celého senzoru. Naopak u vodivých elektronů, jejichž spin je opačný vzhledem k magnetické orientaci  materiálu, dochází k častějším kolizím s atomy vrstev, ze kterých je senzor vyroben, což způsobuje jeho větší elektrický odpor.

Poznámka: Použití giant magnetorezistivních hlav dovoluje zvýšení hustoty záznamu na více než 10 Gb/in2.

14.	 Rozhraní pevných disků
Rozhraní pevných disků jsou zařízení, která zprostředkovávají komunikaci mezi pevným diskem a ostatními částmi počítače. Rozhraní pevného disku určuje způsob komunikace a tím typ disku, který je možné k němu připojit. 

14.1.	  Rozhraní ST506
Rozhraní ST506 bylo vyrobeno firmou Shutgart Technologies s původním označením ST506/412 a jedná se o první ve větší míře používané rozhraní pevných disků pro počítače PC. Pevné disky pracující s tímto rozhraním posílají kompletně modulovaný signál včetně synchronizačních impulsů, které je nutné potom oddělit od datových bitů. Toto rozhraní bylo určeno pro 5 mil. impulsů za sekundu. To při kódování MFM znamená rychlost 5 Mb/s a u 2,7 RLL 7,5 Mb/s.
 
Toto rozhraní dokázalo pracovat s disky, které měly maximálně 16 hlav, a bylo možné k němu připojit maximálně dva disky. Rozhraní ST506 nebylo konstruováno pro připojování jiných zařízení než pevné disky (tzn., že zařízení jako jsou páskové mechaniky, jednotky CD-ROM a podobně nebylo možné k tomuto rozhraní připojovat). Jednalo se o rozhraní, které bylo poměrně náchylné na rušení a vyžadovalo tedy co možná nejkratší a kvalitní kabeláž. ST506 bylo s disky spojeno dvěma kabely: 

•	20 žilový kabel pro přenos dat (pro každý disk zvláštní kabel) 
•	34 žilový kabel pro přenos řídících informací (společný pro oba disky) 

Obr. 14.1: Zapojení disků na rozhraní ST506

Další nevýhodou tohoto rozhraní je jeho poměrně komplikovaná komunikace s diskem. Rozhraní totiž neumí přikázat disku, aby vystavil hlavy na nějaký konkrétní cylindr. Je možné vysílat pouze příkazy pro přesunutí hlav na následující popř. předcházející cylindr. U rozhraní ST506 také není možné programově zjistit informace o geometrii připojených pevných disků. 

Informace o tom, který z disků je první (a zavádí se z něj OS) a který disk je zapojen jako druhý, byla na rozhraní ST506 nastavena pomocí propojek. Rozhraní ST506 bylo nejčastěji používáno pro disky s kódováním MFM a odtud pochází také jeho nesprávný název –  rozhraní MFM. 

14.2.	  Rozhraní ESDI
Rozhraní ESDI (Enhanced Small Device Interface) vzniká začátkem 80. let jako snaha o standardní rozhraní pro připojovaní periferií, které by nahradilo rozhraní ST506. Jedná se o výrazně zlepšené rozhraní ST506, u kterého jsou data přenášena sériově a řídící informace paralelně. Mezi hlavní zlepšení oproti svému předchůdci patří: 

•	podpora disků, které mohou mít až 256 hlav 
•	dovoluje podstatně vyšší přenosovou rychlost dat (až 24 Mb/s) 
•	disková jednotka může zasílat informace o své konfiguraci a je možné programově zjistit informace o geometrii pevného disku 
•	dekódování informací je prováděno přímo na desce pevného disku, což snižuje náchylnost na rušení a dovoluje použití delších propojovacích kabelů 
•	teoreticky dovoluje připojit i jiná zařízení, než jsou pevné disky. Tato zařízení se však nikdy ve větší míře nevyráběla. 

Rozhraní ESDI zachovává stejnou kabeláž jako rozhraní ST506 a dovoluje také připojit maximálně dvě zařízení. 

14.3.	  Rozhraní IDE
Rozhraní IDE (Integrated Device Electronics) nazývané též nesprávně AT bus bylo navrženo v roce 1986 firmami Western Digital a Compaq jako následník rozhraní ST506. Cílem bylo navrhnout levné rozhraní, které by poskytovalo vyšší výkon než předcházející dvě rozhraní. Jedním z limitujících faktorů jak u rozhraní ST506, tak u rozhraní ESDI byl propojující kabel. Čím je delší kabel, tím nižší je maximální přenosová rychlost a tím vyšší je hladina šumu. Tato úvaha vedla k závěru, že hlavní řídící jednotka disku byla umístěna přímo na pevný disk (tím se zkrátil kabel na minimum) a vlastní rozhraní už slouží pouze jako prostředník mezi diskem a sběrnicí. Díky tomuto řešení se podstatně snížila hladina šumu a je možné umístit na jednu stopu vyšší počet  sektorů (26 až 35). Teoretická hranice přenosové rychlosti je 8 MB/s a prakticky se pohybuje asi v rozmezí od 700 kB/s do 1400 kB/s. Zapojení diskových jednotek IDE se provádí pomocí jednoho 40 žilového kabelu.

Obr. 14.2: Propojovací kabely pro IDE

Rozhraní IDE podobně jako ESDI dovoluje programově zjistit informace o geometrii připojených disků a je možné k němu připojit maximálně dva pevné disky. Protože každý z disků má svou řídící jednotku umístěnu přímo u sebe, je nutné v případě zapojení dvou disků tyto disky nastavit pomocí propojek (jumperů) tak, aby jeden z nich byl jako master (hlavní) a druhý jako slave (podřízený). Operační systém se pak bude zavádět z disku označeného jako master. Doporučuje se, aby jako master byl nastaven novější disk, protože je možné předpokládat, že jeho elektronika bude lepší než elektronika staršího disku. V případě zapojení jednoho disku je nutné tento disk nastavit jako single (jediný). Toto nastavení bývá někdy shodné jako nastavení pro master. Připojování jiných zařízení než jsou pevné disky není oficiálně podporováno.

Obr. 14.3: Zapojení jednoho disku na rozhraní IDE

Obr. 14.5: Jednotka IDE disku

Obr. 14.4: Zapojení dvou disků na rozhraní IDE

Vzhledem k jednoduchosti rozhraní IDE bývá velmi často toto rozhraní integrováno na jedné desce společně s I/O porty, popř. bývá integrováno přímo na základní desce. 

Při komunikaci s pevným diskem používá rozhraní IDE následující počty bitů pro adresaci jednotlivých části pevného disku: 

•	4 bity pro adresaci povrchu disku (maximálně 16 povrchů) 
•	10 bitů pro adresaci cylindru (maximálně 1024 cylindrů) 
•	6 bitů pro adresaci sektoru (maximálně 64 sektorů) 

Z výše uvedených parametrů a ze skutečnosti, že kapacita jednoho sektoru pevného disku je 512 B, vyplývá, že maximální kapacita pevného disku, se kterým je možné pracovat, je omezena na 512 MB (0,5 GB).

14.4.	  Rozhraní EIDE
Rozhraní EIDE (Enhanced Integrated Device Electronics) je stejně jako jeho předchůdce navrženo firmou Western Digital. Vychází ze standardu IDE, zachovává kompatibilitu zdola a odstraňuje mnohé nedostatky rozhraní IDE: 

•	dovoluje zapojení až čtyř zařízení 
•	dovoluje zapojení i jiných zařízení než jsou pevné disky (např. páskové mechaniky, jednotky CD-ROM atd.) 
•	při práci s diskem používá adresovací metodu LBA (Linear (Logical) Block Address), která eliminuje omezení kapacity disku na 512 MB. Při adresaci LBA je rezervováno: 
-	4 bity pro adresaci povrchu (maximálně 16 povrchů) 
-	16 bitů pro adresaci cylindru (maximálně 65536 cylindrů) 
-	8 bitů pro adresaci sektoru (maximálně 256 sektorů) 
Při kapacitě 512 B na jeden sektor pak dostáváme maximální velikost disku 128 GB. Tato kapacita však může být omezena možnostmi BIOSu (např. na 2 GB, 8 GB  apod.)
•	poskytuje vyšší přenosovou rychlost a může komunikovat buď prostřednictvím režimu PIO (Processor (Programmed) Input Output), nebo prostřednictvím DMA (Direct Memory Access) režimu. 
-	PIO: režim, při kterém je přenos dat řízen procesorem. Tento režim se postupně vyvíjel a poskytoval stále větší rychlost: 
-	PIO 0: maximální přenosová rychlost je 2 – 3 MB/s 
-	PIO 1: maximální přenosová rychlost je 5,22 MB/s 
-	PIO 2: maximální přenosová rychlost je 8,33 MB/s 
-	PIO 3: pro VL bus a PCI maximální přenosová rychlost je 11,1 MB/s 
-	PIO 4: maximální přenosová rychlost je 16,6 MB/s 
-	PIO 5: maximální přenosová rychlost je 20 MB/s 
-	DMA: režim, ve kterém se pro přenos dat nevyužívá procesor: 
-	DMA 0: maximální přenosová rychlost je 2,08 MB/s 
-	DMA 1: maximální přenosová rychlost je 4,17 MB/s 
-	DMA 2: maximální přenosová rychlost je 8,33 MB/s 
-	DMA Multiword 0: maximální přenosová rychlost je 4,17 MB/s 
-	DMA Multiword 1: maximální přenosová rychlost je 13,3 MB/s 
-	DMA Mulitword 2: maximální přenosová rychlost je 16,6 – 22 MB/s 

Jednotlivá zařízení, která jsou  připojená k rozhraní EIDE, mohou být zapojena na dva kanály:
 
•	primární (primary IDE channel) 
•	sekundární (secondary IDE channel) 

Obr. 14.6: EIDE rozhraní s jedním a dvěma zařízeními

Na každý kanál je možné připojit maximálně dvě zařízení pomocí 40 žilového kabelu, který je shodný s kabelem IDE. Na obou kanálech je potom u jednotlivých zařízení nutné nastavit správným způsobem propojky do pozic master/slave/single. Nastavování se provádí podle stejných pravidel jako u IDE rozhraní. Operační systém se standardně zavádí ze zařízení master (single) na primárním kanálu. Při zapojování zařízení se nedoporučuje na jednom kanále kombinovat rychlé zařízení (např. pevný disk) s pomalejším zařízením (např. CD-ROM), protože pak dochází ke zpomalování celého kanálu a tím i pevného disku. 

Obr. 14.7: EIDE rozhraní se dvěma a čtyřmi zařízeními

	S neustále se zvyšujícími nároky na výkon počítačů a tím i na výkon jejich diskového subsystému byly pro rozhraní EIDE vyvinuty další přenosové protokoly, které dovolují zvýšit přenosovou rychlost mezi pevným diskem a operační pamětí. Jedná se o protokoly:

•	Ultra ATA 33 (Ultra DMA 33): maximální přenosová rychlost 33 MB/s 
•	Ultra ATA 66 (Ultra DMA 66): maximální přenosová rychlost 66 MB/s
•	Ultra ATA 100 (Ultra DMA 100): maximální přenosová rychlost 100 MB/s

Výše uvedené přenosové rychlosti je nezbytné chápat spíše jako teoretické meze daného přenosového protokolu a nikoliv jako skutečnou přenosovou rychlost pevného disku. Přenosové rychlosti dnešních moderních pevných disků dosahují maximálně (špičková přenosová rychlost) hodnot okolo 5 MB/s.

Pevné disky pracující s protokolem Ultra ATA 33 se zapojují podle výše uvedených pravidel a pomocí stejných typů propojovacích kabelů (ploché kabely se 40 vodiči). Avšak disky, které odpovídají standardům Ultra ATA 66 a Ultra ATA 100 je nezbytné připojovat k jejich rozhraní pomocí speciálních 80 žilových plochých kabelů. Tato skutečnost je vynucena vyšší přenosovou rychlostí a tím i větší náchylností k chybám, které mohou být zapříčiněny okolním elektromagnetickým rušením a přeslechy mezi jednotlivými vodiči. Konektory těchto disků jsou opět 40 vývodové a jejich zapojení je shodné se zapojením dřívějších disků pro rozhraní EIDE. Zbývajících 40 vodičů v 80 žilovém kabelu není vyvedeno na konektor, ale jsou  rozmístěny mezi původními 40 vodiči, kde slouží pouze jako stínění a tím zamezují rušení a přeslechům.

Obr. 14.8: Kabel pro Ultra DMA 33 a Ultra DMA 66 (100)

14.5.	  Rozhraní SCSI
Rozhraní SCSI (Small Computer Systems Interface) bylo vyvíjeno zhruba ve stejné době jako rozhraní ESDI. Cílem SCSI bylo vytvořit standardní rozhraní poskytující sběrnici pro připojení dalších zařízení (interních i exetrních). 

SCSI podle své první specifikace SCSI-1, která byla uveřejněna v roce 1986, definuje 50 vodičovou sběrnici, prostřednictvím které je možné připojovat k počítači rozličná zařízení (např. pevné disky, jednotky CD-ROM, páskové mechaniky, scannery, tiskárny, plottery a mnohé další). Standard SCSI-1 dovoluje připojit ke své sběrnici (jejíž délka může být až 25 metrů) až 8 různých zařízení, z nichž jedno musí být vlastní karta s SCSI rozhraním. Toto rozhraní potom ovládá styk SCSI sběrnice s rozšiřující sběrnicí počítače. SCSI rozhraní může existovat ve formě: 

•	zásuvného modulu –  karty 
•	externě připojitelného modulu přes paralelní port (pomalejší)

Interně montované karty mají zpravidla dva konektory (jeden konektor pro připojení interních zařízení a jeden konektor, který je vyveden na zadním panelu počítače a slouží pro připojení zařízení externích). Interní zařízení jsou vybavena jedním konektorem, pomocí kterého je možné tato zařízení připojit k plochému kabelu tvořícímu interní část SCSI sběrnice. Externí zařízení mají dva konektory: 

•	vstupní: směrem od řadiče 
•	výstupní: směrem k dalšímu zařízení 

Sběrnice definovaná v SCSI-1 je 8bitová a dovoluje v asynchronním režimu práci s maximální frekvencí okolo 2 – 3 MHz. V synchronním režimu je maximální frekvence 5 MHz, což umožňuje maximální (teoretickou) přenosovou rychlost 5 MB/s.

Obr. 14.10: Zapojení SCSI v počítači

Obr. 14.9: Zapojení zařízení k rozhraní SCSI

Každé zařízení, které je k SCSI sběrnici připojeno, musí mít nastavené své identifikační číslo, které musí být odlišné od identifikačních čísel všech ostatních zařízení. Toto identifikační číslo je označováno jako ID, nastavuje se většinou pomocí propojek (jumperů) a je v rozmezí hodnot 0 – 7. ID 7 bývá většinou nastaveno na SCSI rozhraní a ID 0 bývá zařízení, ze kterého se zavádí operační systém (obojí však bývá možné změnit).
Celá SCSI sběrnice musí být na posledních (krajních) zařízeních ukončena tzv. terminátory (zakončovací odpory), které ji impedančně přizpůsobují a zabraňují tak odrazům signálů od konce vedení. V opačném případě by se signály odrážely od konce vedení, tím by docházelo k vzájemnému skládání signálů a vzniku stojatých vln, což by mělo za následek nefunkčnost celé SCSI sběrnice. Tyto terminátory mohou být součástí zařízení,  pak se pomocí nastavovacích propojek určí, zda-li má být terminátor použit či nikoliv, nebo lze použít externí terminátory (moduly, které se zapojí do odpovídajícího konektoru na SCSI zařízení). Terminátory lze rozdělit do dvou skupin:

•	pasivní: pracují jako odporový dělič napětí a jsou používány pouze pro starší (pomalejší) verze SCSI s frekvencí pod 5 MHz
•	aktivní: obsahují napěťový regulátor (2,85 V), který udržuje stabilní napětí pro zakončovací odpory. Aktivní terminátory jsou určeny pro novější verze SCSI (SCSI-2 a výše ) pracující s vyššími frekvencemi.

V roce 1990 byla provedena první modernizace původního návrhu SCSI-1 a byl vytvořen standard označený jako SCSI-2. Tento standard zahrnuje rysy:

•	Fast SCSI: pracuje oproti SCSI-1 s dvojnásobnou frekvencí (10 MHz). Šířka přenosu je stále 8 bitů jako u SCSI-1. Zachován zůstává i počet vodičů na SCSI sběrnici (tj. 50 vodičů)
•	Wide SCSI: rozšiřuje šířku přenosu dat na 16 bitů. Počet maximálně připojitelných zařízení je u Wide SCSI rozšířen na 16 (ID 0 – 15, přičemž opět platí, že jedno z připojených zařízení musí být vlastní SCSI rozhraní). Společně s tímto rozšířením se zvětšuje  i počet vodičů SCSI sběrnice na 68. Naopak u Wide SCSI zůstává zachována maximální frekvence na původní na hodnotě 5 MHz. 
Tato verze SCSI nebyla samostatně prakticky nikdy vyráběna. Wide SCSI bylo téměř vždy kombinováno dohromady i s verzí Fast SCSI.

Poznámka: Verze SCSI, které pracují s 8bitovou sběrnicí, bývají rovněž označovány jako SCSI Narrow.

Zvýšení komunikační rychlosti na SCSI sběrnici si ovšem vynutilo i zkrácení celkové délky sběrnice. Doporučuje se, aby SCSI sběrnice nyní nepřesahovala svou délkou hranici 3 m.

V rámci standardu SCSI-2 byly rovněž vytvořeny dva rozličné principy přenosu dat po SCSI sběrnici. Podle toho, jak jsou data přenášena, je možné rozlišit:

•	Single-ended SCSI: každý bit je posílán po jenom vodiči a jeho hodnota je určena napěťovou úrovní signálu (kompatibilní s logikou TTL)
•	Differential SCSI: každý bit je posílán po dvou vodičích; a to tak, že po jednom vodiči je posílána hodnota tohoto bitu a po druhém vodiči je posílána jeho negace. Zařízení, které tento signál přijímá pak zjistí rozdíl (diferenci) mezi hodnotami přijatými na obou vodičích a podle jeho hodnoty určí, zda-li byla posílána hodnota 1 či hodnota 0.
Výhodou diferenciálního přenosu je, že vzniká větší rozdíl v napěťových úrovních mezi hodnotou 0 a 1 a sběrnice je tak méně náchylná k chybám vzniklým okolním rušením, přeslechy mezi vodiči, útlumem na vodiči apod. Díky tomu je možné opět docílit prodloužení SCSI sběrnice na více než 3 m.

Poznámka: Single-ended SCSI a differential SCSI nejsou vzájemně kompatibilní.

	SCSI-2 přináší ještě další pokrokové rysy, které jsou vhodné zejména v okam-žiku, kdy SCSI pracuje s větším zatížením (např. v počítačovém serveru). Tyto rysy umožňují efektivnější odbavení rychle po sobě následujících požadavků.

	Dosud posledním standardem v oblasti SCSI je SCSI-3. Z tohoto standardu vycházejí rozhraní označovaná jako Ultra SCSI. Ultra SCSI existují ve verzi Narrow (8bitová sběrnice s možností připojit maximálně 8 zařízení) a Wide (16bitová sběrnice s možností připojit maximálně 16 zařízení). Společně s Ultra SCSI přichází i další princip přenosu dat označovaný jako LVD (Low Voltage Differential), který pracuje obdobně jako výše popsaný princip differential, ovšem s tím rozdílem, že pro přenos jednotlivých signálů jsou používány nižší napěťové úrovně.

Poznámky: 

•	Místo označení differential se také používá názvu HVD (High Voltage Differential), který vyjadřuje, že pro přenos signálu je použito vyšších napěťových úrovní (IEEE-485).
•	LVD SCSI není  obecně kompatibilní se single-ended SCSI a ani s HVD SCSI. Existují však zařízení označovaná jako multi-mode, která mohou pracovat v režimu single-ended i LVD. 

Ultra SCSI bylo v průběhu času dále modernizováno, takže je možné se setkat  s označeními jako jsou Ultra 2 SCSI, popř. Ultra 3 SCSI. Hlavním přínosem pozdějších verzí je zejména zvyšování maximální přenosové rychlosti (viz následující tabulka).

	Frekvence [MHz]	Šířka přenosu [bit]	Max. přenosová rychlost [MB/s]	Max. počet zařízení	
SCSI-1	5	8	5	8	
Fast SCSI	10	8	10	8	
Wide SCSI	5	16	10	16	
Fast Wide SCSI	10	16	20	16	
Ultra SCSI (Fast 20)	20	8	20	8	
Ultra Wide SCSI	20	16	40	16	
Ultra 2 SCSI	40	8	40	8	
Ultra 2 Wide	40	16	80	16	
Ultra 3 SCSI	80	8	80	8	
Ultra 3 Wide	80	16	160	16	

Poznámky:

•	Maximální počet zařízení je chápán vždy dohromady s SCSI rozhraním
•	SCSI není pevně vázáno na počítače řady PC, ale je možné se s ním setkat i u jiných počítačů (např.: Apple MacIntosh, Sun, Sillicon Graphics atd.). 

15.	 Grafické karty
Počítače řady PC používají podobně jako většina počítačů k zobrazení informace vakuovou obrazovku, která je součástí monitoru. Jako alternativa k běžnému monitoru může být použit např. LCD displej nebo jiné zobrazovací zařízení. Grafické karty (videokarty, grafické adaptéry) jsou zařízení, která zabezpečují výstup dat z počítače na obrazovku monitoru (LCD display a další).
 
Grafická karta má vliv na to, jaký software může uživatel na počítači provozovat a jak rychle se data na obrazovku přenášejí. Většina grafických karet dovoluje práci ve dvou základních režimech: 

•	textový režim: režim, který umožňuje zobrazovat pouze předem definované znaky, jako jsou písmena (A, a, B, b, C, c, ...), číslice (1, 2, 3, ...), speciální znaky (&, ^, %, ...) a pseudografické znaky (symboly pro vykreslování tabulek). Tyto znaky jsou přesně definované pomocí matic bodů a je možné je zobrazovat pouze jako celek. 
•	grafický režim: režim, ve kterém jsou informace zobrazovány po jednotlivých obrazových bodech tzv. pixelech (Picture Element). Tento režim již nepoužívá předem definované znaky, ale může z jednotlivých pixelů vykreslit prakticky “libovolnou” (závisí na možnostech konkrétní karty) informaci. 

Základní parametry každé grafické karty jsou:

Parametr 	Vysvětlení 	
Rozlišení 
v textovém režimu 	Počet znaků, které je možné v textovém režimu zobrazit na jednom řádku, a počet řádků, které je možné umístit na obrazovku 	
Matice znaku 	Počet bodů (ve vodorovném a ve svislém směru), ze kterých se může skládat jeden znak v textovém režimu 	
Rozlišení 
v grafickém režimu 	Počet pixelů, které je možné v horizontálním a ve vertikálním směru zobrazit 	
Počet barev (barevná hloubka) 	Počet barev, které je možné zároveň zobrazit. Udává se větši-nou pouze pro grafický režim. 	
Rychlost 	Počet pixelů, které videokarta dokáže vykreslit za jednotku času. Udává se pouze v grafickém režimu. 	

Grafické karty, které jsou schopny zobrazit maximálně dvě barvy, jsou označovány jako monochromatické (černobílé). 

15.1.	  Grafická karta MDA
Videokarta MDA (Monochrome Display Adapter) byla první videokartou, která byla dodávána k počítačům řady PC. Byla vyrobena firmou IBM v roce 1981. Tato videokarta pracovala pouze v textovém režimu (mohla zobrazovat jen znaky zadané ASCII kódem). 

V textovém režimu mohla zobrazovat 80 znaků na řádek a 25 řádků na obrazovce. Jeden znak byl definován v matici o rozměrech 9  14 bodů. Tyto vlastnosti poskytovaly velmi dobře čitelný text. Bohužel zobrazování grafiky u karty MDA nebylo možné. Druhou podstatnou nevýhodou tohoto adaptéru byla schopnost práce pouze v monochromatickém (černobílém) režimu. 

15.2.	  Grafická karta CGA
Grafický adaptér CGA (Color Graphics Adapter) vzniká jako nástupce karty MDA opět ve firmě IBM. Karta CGA již dokáže pracovat v textovém i grafickém režimu a dovoluje práci v monochromatickém i barevném režimu. 

Nevýhodou této karty oproti kartě MDA jsou její parametry v textovém režimu. Je možné zobrazit 80  25 nebo 40  25 znaků v 16 nebo 2 barvách, ale matice jednoho znaku se skládá z 8  8 bodů, což značí horší čitelnost znaků. V grafickém režimu dovoluje zobrazit maximálně: 

•	640  200 bodů černobíle 
•	320  200 bodů ve 4 barvách ze 16 

15.3.	  Grafická karta Hercules (HGC)
Hercules (HGC – Hercules Graphics Card) vznikl z adaptéru MDA přidáním možnosti práce i v grafickém režimu. V textovém režimu má Hercules stejné parametry jako karta MDA, to znamená, že dokáže zobrazit 80  25 znaků a jeden znak je tvořen 9  14 body. 

V grafickém režimu je možné dosáhnout rozlišení 720  348 bodů ve 2 barvách. Toto rozlišení je však nevýhodné, protože jeho poměr počet bodů v horizontálním směru ku počtu bodů ve vertikálním směru je přibližně 2:1, zatímco poměr rozměrů obrazovky monitoru je 4:3.
 
Grafická karta Hercules podobně jako MDA pracuje v monochromatickém režimu. Později vznikla i barevná verze, která ale nezaznamenala většího rozšíření. Hercules byl používán hlavně u počítačů řady PC / XT. 

15.4.	  Grafická karta EGA
Videokarta EGA (Enhanced Graphics Adapter) byla vyrobena v roce 1984 a jednalo se o první všestranně využitelnou kartu firmy IBM. V textovém režimu zobrazovala podobně jako předešlé karty 80  25 znaků a jeden znak byl vytvořen v matici 8  14 bodů. Tyto parametry zaručovaly poměrně dobrou čitelnost textu. Kromě toho karta EGA pracovala i v grafickém režimu, kde umožňovala maximální rozlišení 640  350 bodů v 16 barvách z 64 možných.
 
Tato karta umožňovala ve své době poměrně solidní využití jak při práci s textem, tak i v grafických aplikacích. Pro profesionální práci s grafikou však nedosta-čovala. 

Jako výkonnější alternativa ke kartě EGA vznikl později grafický adaptér označovaný jako PGA (Professional Graphics Adapter). Tento adaptér se však nikdy ve větší míře neujal. 

15.5.	  Grafická karta VGA
Grafický adaptér VGA (Video Graphics Array) firmy IBM byl vyroben v roce 1987 původně pro řadu počítačů IBM PS/2. Jedná se o kartu, která je schopna v textovém režimu zobrazovat 80  25 znaků a jeden znak je definován v matici 9  14 bodů. Znaky v textovém režimu mohou být zobrazovány v 16 barvách. 

V grafickém režimu dokáže tato videokarta zobrazit maximálně 640  480 bodů v 16 barvách. Tento typ videokarty vyžaduje oproti předchozím kartám nový typ monitoru, který není řízen digitálním sledem signálů, ale spojitě (analogově) měnící se hodnotou signálu každé ze základních barev (Red – Červená, Green – Zelená, Blue – Modrá). 

15.6.	  Grafická karta MCGA
Grafická karta MCGA (Multi Color Graphics Array) je verze karty VGA pro IBM PS/2 model 25 a 30, má stejné možnosti v textovém režimu jako VGA a dovoluje v grafickém režimu zobrazit: 

•	640  480 bodů ve 2 barvách 
•	320  200 bodů v 256 barvách 

15.7.	  Grafická karta 8514/A
Grafická karta 8514/A označovaná také jako Very High Resolution Graphics Adapter (grafický adaptér s velmi vysokou rozlišovací schopností) byla vyrobena opět firmou IBM a dovolovala rozlišení až 1024  768 bodů v 256 barvách. 

K této kartě vznikla později jako její nástupce videokarta s označením XGA (Extended Graphics Adapter), která byla rychlejší a kompatibilnější s předchozími počítači, ale nezaznamenala většího rozšíření. 

15.8.	  Grafická karta SVGA
Videokarta SVGA (Super Video Graphics Array) je dnes nejpoužívanější typ grafické karty. Skládá se z následujících částí: 

•	procesor: řídí činnost celé videokarty, ovládá rozlišení grafické karty, barevnou hloubku a všechny elementy spojené s vykreslováním s vykreslováním pixelů na obrazovku
•	paměť – videopaměť (frame buffer): uchovává informace, ze kterých procesor grafické karty vytváří digitální obraz
•	RAMDAC (RAM Digital  to Analog Convertor): převodník, který přebírá digi-tální obraz vytvářený procesorem grafické karty a na jeho základě vytváří analogový signál pro monitor
•	ROM BIOS: základní programové vybavení (firmware) nezbytné pro činnost videokarty
•	
Obr. 15.1: Schéma grafické karty

Feature Connector: konektor, který dovoluje propojit grafickou kartu s dalším zařízením, např. grafickým koprocesorem, televizní kartou apod.

Při práci zapisuje procesor počítače obrazová data do videopaměti. Takto zapsaná data jsou potom čtena procesorem videokarty, který na jejich základě vytváří digitální obraz. Digitální obraz je posílán na vstup DAC (Digital to Analog Convertor) převodníku, který z něj vytváří analogový obraz nutný pro moderní monitory, řízené spojitě (analogově) měnící se hodnotou signálů tří základních barev (Red – červená, Green – zelená, Blue – modrá) 

Výkon videokarty je největší měrou ovlivňován jejím procesorem. U modernějších typů videokaret je tento procesor schopen realizovat (buď sám nebo za pomoci nějakého dalšího obvodu) některé často používané grafické operace. Takováto videokarta bývá nazývána také jako grafický akcelerátor a umožňuje podstatně vyšší výkon, protože není nutné, aby každý pixel, který se má zobrazit na obrazovce, byl vypočítán procesorem počítače. Procesor počítače tak pouze vydá příkaz kartě, co má vykreslit (linku, kružnici, obdélník), a vlastní výpočet jednotlivých zobrazovaných pixelů provede k tomuto účelu specializovaný procesor videokarty. 

Efektivní využití možností grafického akcelerátoru je podmíněno použitím správného programového ovladače, jež je schopen vyžít všech možností, kterými procesor videokarty disponuje. V opačném případě bude neustále veškeré (nebo většinu) výpočty provádět procesor počítače a výkon grafické karty nebude využit.

V případě použití grafického akcelerátoru již není možné vystačit s dříve popsaným modelem komunikace mezi procesorem a grafickou kartou, ale je nezbytné, aby procesor počítače nejen ukládal data do videopaměti, ale zasílal i příkazy procesoru videokarty.

Obr. 15.2: Schéma SVGA karty

Obr. 15.3: Karta SVGA

Kromě jednoduchých operací je možné, aby procesor videokarty prováděl i složitější operace používané při práci s 3D grafikou (např. zakrývání neviditelných hran, stínování apod.) nebo operace spojené s přehráváním videosekvencí. Videokarty tohoto typu se pak nazývají 3D akcelerátory a multimediální akcelerátory. 

Procesor videokarty je propojen s videopamětí pomocí sběrnice, jejíž šířka bývá 32b, 64b, popř. 128b. Paměť na videokartě může být následujících druhů: 

•	DRAM (Dynamic RAM) popř. EDO DRAM, FPM DRAM nebo SDRAM: paměť, do které může v daném okamžiku buď procesor počítače zapisovat, nebo z ní může procesor karty číst. Tato paměť je levnější, ale poskytuje nižší výkon. 
•	VRAM (Video RAM): paměť mající možnost dvou vstupů a výstupů. Tato paměť, která bývá také označována jako dvoubranová (dvouportová), dovoluje, aby v jednom okamžiku do ní procesor počítače zapisoval a zároveň procesor videokarty z ní četl. Tento druh pamětí je dražší, ale poskytuje vyšší výkon. 
•	SGRAM (Synchronous Graphic RAM): podobně jako paměť DRAM, ale navíc má podporu blokových operací, tj. má rychlejší operace, jako jsou například přesun bloku dat z jedné části paměti do druhé, naplnění části paměti stejnou hodnotou apod. 
•	WRAM (Window RAM): dvoubranová paměť podobně jako VRAM s podporou blokových operací 

V závislosti na kapacitě této videopaměti a procesoru, který tato karta používá, je možné zobrazovat následující režimy: 

Kapacita video paměti	Maximální rozlišení	Počet barev	
256 kB	                     640  480	16	
	                     800  600	16	
512 kB	                   1024  768	16	
	                     800  600	256	
1 MB	                   1600  1200	16	
	                   1280  1024	16	
	                   1024  768	256	
	                     800  600	65536	
	                     640  480	16,7 mil.	
2 MB	                   1600  1200	256	
	                   1280  1024	256	
	                   1024  768	65536	
	                     800  600	16,7 mil.	
3 MB	                   1600  1200	256	
	                   1280  1024	65536	
	                   1024  768	16,7 mil.	
4 MB	                   1600  1200	65536	
	                   1280  1024	16,7 mil.	
6 MB	                   1600  1200	16,7 mil	

Výše uvedenou tabulku je možné poměrně snadno odvodit za použití následu-jícího vzorce:

Kapacita videopaměti = H . V. P

kde: 
-	H značí počet pixelů v horizontálním směru 
-	V značí počet pixelů ve vertikálním směru
-	P značí počet bytů nutných pro zobrazení jednoho pixelu

Poslední parametr P je dán barevnou hloubkou, se kterou režim pracuje, a to podle následující tabulky:

Barevná hloubka	Mocnina dvojky	Počet bitů	Počet bytů	
16 barev	24	4	0,5	
256 barev	28	8	1	
65536 barev	216	16	2	
16,7 mil. barev	224	24	3	

Poznámka: režimy pracující s barevnou hloubkou 65536 bývají označovány jako reži-my High Color a režimy pracující s 16,7 mil. barev jsou nazývány též jako režimy True Color.

	Jak je patrné z předešlé tabulky, jsou pro zobrazení jednoho pixelu v True Color  zapotřebí standardně tři byty. Tyto tři byty jsou kódovány jako klasický RGB model. To znamená, každý ze třech bytů určuje hodnotu jedné ze základních barev (RGB). K těmto třem bytům se někdy přidává ještě byte čtvrtý, který vyjadřuje hodnotu tzv.  kanálu.  kanál již neurčuje žádnou ze základních barev, ale udává míru transpa-rentnosti (průsvitnosti) dané barvy. Tohoto se využívá zejména při výpočtech třírozměrných scén, kde se jednotlivé objekty mohou překrývat, přičemž jejich povrch je částečně průsvitný. 

Moderní karty se dnes vyrábějí velmi často s kapacitami videopaměti, které výrazně přesahují hodnoty v tabulce (např. 16 MB, 32 MB a více). Této větší kapacity se vyžívá podobně jako  kanálu při zobrazování 3D scén a k realizaci některých 3D algoritmů, které vyžadují dodatečnou paměť (např. Z-buffer pro skrývání neviditelných hran objektů). Dalším důvodem ke zvyšování kapacity paměti může být i použití tzv. double bufferingu, kdy videopaměť je rozdělena do dvou částí. Jedna část vždy obsahuje informace, které se právě zobrazují (např. spočítaný snímek pohyblivé 3D scény), a ve druhé části může probíhat výpočet následujícího snímku. Poté, co je další snímek spočítán, dojde k rychlému přepnutí těchto oblastí, tj. z druhé oblasti se infor-mace zobrazují a v první nyní probíhá výpočet. 

Protože v dnešní době se využívají zejména operační systémy pracující s grafickým rozhraním (GUI – Graphical User Interface) je nezbytné, aby výkon karty nezaostával za výkonem procesoru počítače. V opačném případě může být videokarta příčinou velmi silné degradace výkonu celého počítače. 

Poznámky: 
•	k videokartě je možné připojit i další pomocné karty, které zvyšují výkon v grafických operacích. Typickým příkladem těchto zařízení jsou karty budované na bázi čipu 3Dfx, které jsou určeny zejména pro rychlé zobrazování dynamických 3D scén v počítačových hrách.
•	Super VGA vyrábí v dnešní době mnoho výrobců (Diamond, Matrox, ATI a další). Při této výrobě však došlo ke ztrátě vzájemné kompatibility v režimech s vyšším rozlišením. Posledním naprosto standardním režimem, který je na všech SVGA kartách kompatibilní, je režim VGA 640  480 v 16 barvách. Režimy s vyšším rozlišením již bývají nekompatibilní a vyžadují speciální programové ovladače určené pro práci s tímto typem videokarty. 

15.9.	  Port A. G. P.
Port A.G.P. (Accelerated Graphics Port) je nové rozhraní, navržené firmou Intel, pro počítače řady PC, které podstatným způsobem zvyšuje výkon aplikací pracujících s 3D grafikou a s videosekvencemi. Toto rozhraní poskytuje nový mechanismus pro připojování moderních grafických karet. Jedná o speciální port, který je určen pouze pro videokarty a který poskytuje vyšší přenosovou rychlost než dosavadní rozšiřující sběrnice. 

A.G.P. vychází ze specifikace rozšiřující sběrnice PCI, pracuje s frekvencí 66 MHz a pro přenos dat používá 32bitovou sběrnici. Podle přenosové rychlosti se A.G.P. port dělí na:

•	A.G.P. 1x: s maximální přenosovou rychlostí 266 MB/s
•	A.G.P. 2x: poskytuje maximální rychlost přenosu 533 MB/s 
•	A.G.P. 4x: jeho maximální přenosová rychlost je 1066 MB/s
U verze A.G.P. 1x jsou veškeré přenosy dat synchronizovány s náběžnou hranou hodinové signálu (výše uvedených 66 MHz). Vyšších rychlostí u A.G.P 2x je dosaženo přidáním dalších řídících signálů a prováděním přenosů s náběžnou i sestupnou hranou hodinového signálu. Tímto je možné během jednoho hodinového cyklu přenést dvojnásobné množství dat, aniž by bylo nutné zvyšovat frekvenci. Verze A.G.P. 4x přidává další dva řídící signály, s jejichž pomocí je možné opět bez zvýšení frekvence zdvojnásobit přenosovou rychlost.

Další velkou výhodu A.G.P. portu je i možnost, že grafická karta může pracovat s daty uloženými přímo v operační paměti a není tudíž nutné, aby všechna tato data byla nejdříve přenášena do paměti videokarty. Tato možnost je velmi výhodná zejména při zobrazování realisticky vypadajících scén. U těchto scén bývá většinou nutné na povrchy některých zobrazených objektů (z důvodů jejich realistické vizáže) nanést tzv. textury. Textura je bitová mapa (obrázek), která svým vzhledem vytváří dojem, že objekt má určité vlastnosti (např. je vyroben ze dřeva, z kovu apod.). Tyto textury zabírají v paměti mnohdy poměrně velikou kapacitu a jejich přenášení do paměti videokarty může být velmi zdlouhavé.

Obr. 15.4: Zapojení videokarty ke sběrnici PCI

Následující obrázek ukazuje donedávna používané zapojení videokarty pomocí sběrnice PCI.
	
Před tím, než mohou být libovolná data zobrazena, je nezbytné, aby byla načtena (např. z pevného disku, který je připojen k rozhraní zapojenému na PCI sběrnici) do operační paměti. Data načítaná z pevného disku jsou přenášena přes PCI sběrnici do operační paměti, odkud jsou načítána procesorem počítače, který provede jejich zpracování a výsledky opět uloží do operační paměti. Takto zpracovaná data jsou pak zasílána do videopaměti grafické karty, kam se dostávají opět přes PCI sběrnici. Na závěr jsou data čtena procesorem grafické karty z videopaměti a zobrazována na obrazovce monitoru.
Problémem je, že data musí být dvakrát přenášena přes PCI sběrnici, která má oproti A.G.P. portu nižší přenosovou rychlost a bývá mnohdy zatížena i jinými zařízeními (např. rozhraní pevných disků, síťová karta a další).

Obr. 15.5: Zapojení videokarty na A.G.P. port

Z výše uvedeného důvodu bylo přistoupeno k použití A.G.P. portu, který pracuje podle následujícího modelu:

	Data, která jsou umístěna v operační paměti a jsou přenášena do videopaměti, nemusí být posílána přes PCI sběrnici, u které se tímto podstatným způsobem sníží zatížení, ale jsou zasílána přímo přes A.G.P. port, který má vyšší přenosovou rychlost a není zatěžován žádným jiným zařízením. 

	Rovněž platí, že ne všechna data musí být přenesena do videopaměti, ale je možné, aby si je videokarta zpřístupňovala přímo z paměti operační. Problémem však je, že operační paměť je stránkována a videokarta potřebuje ke své efektivní práci, aby se z jejího pohledu operační paměť jevila jako souvislá a nikoliv rozdělená na stránky. Tento problém je řešen na úrovni čipové sady, která, pokud podporuje A.G.P., musí v sobě integrovat obvod GART (Graphics Address Remaping Table). GART pracuje podobně jako stránkovací jednotka procesoru a provádí přemapování adres tak, aby videokarta mohla pracovat s pamětí, která se jeví jako souvislý blok. Kapacita operační paměti, která je pro vidoekartu souvislá, se označuje jako A.G.P. aperture.

	 A.G.P. port byl původně určen pro videokarty, které pracují s napájecím napětím 3,3V. Je možné se rovněž setkat i s A.G.P. portem, jehož napájecí napětí je 1,5 V, popř. s univerzálním A.G.P. portem, který dokáže rozlišit, zda videokarta požaduje napájecí napětí 3,3 V nebo 1,5 V a tuto hodnotu videokartě poskytnout. Tyto A.G.P. porty lze jednoduše rozlišit podle umístění klíčové pozice v jejich slotu.

Obr. 15.6: Sloty pro A.G.P. port

	Obdobným způsobem je umístěna i klíčová pozice na videokartě s napájecím napětím 3,3 V, resp. 1,5 V.

	Další modernizací A.G.P. portu je zavedení nového standardu nazvaného A.G.P. Pro, který je určen zejména pro výkonné grafické stanice. Standard A.G.P. Pro je s A.G.P. zpětně kompatibilní (kartu A.G.P. lze použít ve slotu A.G.P. Pro, naopak nikoliv). Slot pro A.G.P. Pro využívá A.G.P. slotu a je po obou stranách rozšířen o další kontaktní segmenty. V rámci A.G.P. Pro existují dva standardy, které se liší maximálním příkonem, který může karta odebírat:

•	A.G.P. Pro50: maximálně 50 W
•	A.G.P. Pro 110: maximálně 110 W

Poznámka: Maximální příkon pro A.G.P. kartu je 25 W.

16.	 I/O karta
IO karta (Input/Output) je deska obsahující tzv. porty pro připojení periferních zařízení. Port je místo spojení procesorové jednotky s komunikačním kanálem a slouží k připojení dalších periferních zařízení. Standardní I/O karta obsahuje: 

•	2 sériové porty: slouží  k připojení např.:
-	počítačové myši: zřejmě nejčastější využití sériového portu
-	druhého počítače: tímto způsobem je možné propojit dva počítače, aniž by bylo nutné používat modem či počítačovou síť. Propojení dvou počítačů prostřednictvím sériového portu má však jen velmi omezené možnosti.
-	modemu: pomocí modemu je možné počítač následně připojit k telefonní síti a takto pomocí telefonní linky spojit dva počítače
-	tiskárny: týká se zejména starších jehličkových tiskáren. Pro modernější tiskárny se již sériový port nepoužívá.
-	dalších zařízení (např. měřící přístroje, elektronické diáře atd.)
•	1 paralelní port: používán k připojování např.:
-	tiskárny: zřejmě nejčastější využití paralelního portu
-	diskových pamětí (určených pro připojení pomocí paralelního portu): např. pevné disky, ZIP disky a další
-	scanneru: zařízení pro snímání tištěných předloh (viz kapitola 25)
-	druhého počítače: podobně jako v případě sériového portu je možné i paralelní port využít pro propojení dvou počítačů. Toto spojení je sice rychlejší než spojení přes sériový port, nicméně jeho možnosti jsou stále značně omezené.
•	1 game port: port určený pro připojení křížového ovladače pro počítačové hry  (tzv. joystick)

Vzhledem k jednoduchosti I/O karty je možné se dosti často setkat s kombinovanými kartami obsahujícími I/O kartu společně s řadičem pružných disků a rozhraním IDE (EIDE). Nové základní desky určené pro procesory Pentium a vyšší mají již I/O kartu integrovánu přímo jako svou součást. 

V případě potřeby je možné, aby v jednom počítači byla osazena více než jedna I/O karta a počítač tak měl více portů. Při jejich osazování je však nutné dbát na jejich správné nastavení, aby nedošlo ke konfliktu prostředků (IRQ, I/O adresy – viz kapi-tola 26), které tyto karty využívají, a tím i k jejich špatné funkci. 

16.1.	  Sériový port
Sériové porty bývají z počítače většinou vyvedeny pomocí 9 kolíkové a 25 ko-líkové zástrčky Canon nebo u novějších počítačů častěji pomocí dvou 9 kolíkových zástrček Canon.

Data se prostřednictvím sériového portu přenášejí po jednom vodiči. Z toho vyplývá, že  v jeden okamžik se přenáší vždy pouze jeden bit. Podobně jako u všech přenosů informací je i u sériového portu nutné zabezpečit, aby při přenosu dat nedošlo ke ztrátě synchronizace mezi vysílačem a přijímačem.

Obr. 16.1: Přenos dat prostřednictvím sériového portu

Data se tedy přenášejí v následujícím formátu

V klidovém stavu je vždy na komunikační lince hodnota 1. Každá komunikace začíná tzv. start bitem, jehož hodnota je vždy nula. Po odeslání start bitu následuje přenos jednotlivých datových bitů. Nejčastěji se posílá 8 bezprostředně po sobě následujících datových bitů. Za posledním datovým bitem se ještě může (ale nemusí) přenášet bit paritní, který provádí zabezpečení paritou.

Zabezpečení paritou pracuje tak, že na straně vysílače se k datovým bitům dopočítá ještě bit paritní. Tento paritní bit je dopočítán tak, aby celkový počet jedniček (v datových bitech společně s paritním bitem) byl sudý, resp. lichý. Podle toho se pak rozlišuje sudá parita, resp. lichá parita. Na straně přijímače se pak provede kontrola, zda-li paritní bit odpovídá datovým bitům, a podle toho jsou přijatá data považována za správná popř. chybná.

Příklad: Jsou dány bity 11001001. Tento vzorek je možné zabezpečit:
sudou paritou: 110010010      	(poslední 0 značí paritní bit)
	lichou paritou: 110010011      	(poslední 1 značí paritní bit)

Poznámka: Zabezpečení paritou bezpečně rozpozná chybu, dojde-li ke změně lichého počtu bitů. Jestliže dojde ke změně sudého počtu bitů, není možné tuto chybu pomocí parity detekovat.

Na závěr je vždy přenesen tzv. stop bit, jehož hodnota je vždy jedna a jehož délka může být 1 (popř. 1,5 nebo 2) délky bitového intervalu. Tím se vlastně linka dostává opět do klidového stavu a může být přenášen další datový blok, který bude opět začínat start bitem.

Počet datových bitů nesmí být nikdy příliš vysoký, aby nedošlo ke ztrátě synchronizace mezi vysílající a přijímající stranou. 

Z výše uvedeného vyplývá, že před započetím přenosu dat pomocí sériového portu se musí vysílající a přijímající strana dohodnout na parametrech komunikace. Konkrétně musí být přesně stanoveno:

•	Rychlost: počet bitů vysílaných za jednu sekundu, standardní hodnoty jsou např. 110, 300, 1200, 2400, 4800, 9600, 19200, 38400, 57600
•	Počet datových bitů: 4, 5, 6, 7, 8
•	Parita: sudá, lichá, popř. žádná
•	Délka stop bitu: 1; 1,5; 2

16.2.	  Paralelní port
Paralelní port měl původně sloužit jako alternativa k pomalejšímu sériovému portu pro připojování tehdejších výkonných jehličkových tiskáren. Z počítače je vyveden prostřednictvím 25 kolíkové zásuvky typu Canon. 

Obr. 16.2: 25 kolíkový konektor Canon

Paralelní port používá 17 signálových vodičů. Z toho jsou:

•	4 ovládací (control): přenášejí signály z počítače do tiskárny (periferie):
-	Strobe: indikuje platnost dat na datových vodičích
-	AutoFeed: dává instrukci tiskárně, aby automaticky vkládala znak LF (Line Feed) za každý znak CR (Carriage Return)
-	SelectIn: indikuje, že tiskárna byla zvolena
-	Init: používá se pro RESET (inicializaci) tiskárny
•	5 stavových (status): přenáší signály z tiskárny (periferie) do počítače:
-	Ack (Acknowledge): indikuje přijetí znaku (konec jeho tisku)
-	Busy: indikuje, že tiskárna je zaneprázdněna a že nemůže přijímat data
-	PE (Paper Empty): indikuje, že tiskárna nemá papír
-	Select: indikuje, že tiskárna je připravena k činnosti (on-line)
-	Error: indikuje vznik chyby
•	8 datových (data): přenášejí data z počítače do tiskárny

Kromě signálových vodičů je ještě paralelní port doplněn dalšími 8 zemnícími vodiči. Z výše uvedeného je zřejmé, že paralelní port byl původně určen pro přenos dat pouze v jednom směru (z počítače do tiskárny). Komunikace mezi počítačem tiskárnou pak probíhala podle následujícího schématu:

Nejdříve jsou na datové vodiče umístěna data (8 bitů), která mají být přenesena do tiskány. Následně je potvrzena jejich platnost signálem Strobe (aktivní v nulové úrovni). Tiskárna na tuto situaci reaguje nastavením hodnoty logická jedna na vodiči Busy (tiskárna indikuje, že je momentálně zaneprázdněna). 

Přenos je ukončen nastavením Busy opět na hodnotu logická nula a krátkým impulsem na vodiči Ack, kterým se potvrdí přijetí znaku.

Obr. 16.3: Přenos dat prostřednictvím paralelního portu

Tento režim paralelního portu bývá označován také jako Centronics (Compatibility mode, SPP – Standard Parallel Port). Přenosová rychlost paralelního portu v tomto režimu je cca 150 kB/s.

V pozdější době se začaly objevovat požadavky, aby prostřednictvím paralelního portu bylo možné připojovat i jiná periferní zařízení než jsou tiskárny (např. HDD, CD-ROM, scanner atd.). Tato zařízení však vyžadují přenos dat i opačným směrem.

Požadovaný opačný směr přenosu dat (z periferie do počítače) je možné reali-zovat následujícími způsoby:

•	přidáním reverzního režimu:
-	Nibble mode: tento režim využívá pro přenos dat z periferie do počítače čtyř z pěti stavových signálů paralelního portu. Jeden byte se takto přenáší po čtveřicích bitů (nibble). Výhodou tohoto režimu je, že byl realizovatelný prakticky na všech standardních paralelních portech. Nibble mode dovoluje přenos dat s rychlostí zhruba 50 kB/s.
-	Byte Mode (Enhanced Bi-directional Port): pro přenos dat z periferie do počítače využívá datových vodičů. Jedná se o režim, který je rychlejší, ale ve své době byl realizovatelný asi jen 25 % paralelních portů, které dovolovaly využít datové vodiče i pro opačný přenos dat.
•	použitím obousměrných portů:
-	EPP (Enhanced Parallel Port): režim navržený firmami Intel, Xircom a Zenith. V tomto režimu probíhají všechny datové přenosy během jednoho ISA cyklu, to znamená, že připojené zařízení tak může pracovat na podobné úrovni jako zařízení připojené k ISA sběrnici. Režim EPP dosahuje přenosových rychlostí (500 KB/s – 2 MB/s) a je určen zejména k připojování zařízení jako jsou HDD, CD-ROM, ZIP disky atd.
-	ECP (Extended Capability Port): režim navržen firmami Hewlett-Packard a Microsoft, který je určen hlavně pro připojování scannerů a výkonných (laserových) tiskáren. Dosahuje přenosových rychlostí okolo 1 MB/s.

17.	 Zvuková karta

Obr. 17.1: Zvuková karta

Počítač řady PC je ve své standardní konfiguraci vybaven malým reproduktorem označovaným jako PC speaker. Tento reproduktor je součástí skříně počítače a je připojen přímo na základní desku počítače. Jeho zvukové schopnosti jsou však velmi omezené a slouží většinou pouze k vydávání jednoduchých zvuků, jako jsou např. varovné pípnutí při vzniku chyby apod., popř. k přehrání nějakých jednoduchých zvukových záznamů pro vysloveně amatérské účely. Pokud je požadován kvalitnější zvukový výstup z počítače, je nezbytné tento počítač vybavit zvukovou kartou.

Zvuková karta (sound card) je zařízení, které slouží k počítačovému zpracování zvuku (tzn. zejména k záznamu zvuku a jeho zpětné reprodukci). V závislosti na své kvalitě (a tím i ceně) zajišťuje kvalitní zvukový výstup z počítače vhodný i pro profesionální účely. Ke zvukové kartě lze dále připojit následující zařízení: 

•	sluchátka 
•	reproduktory 
•	zesilovač 
•	mikrofon 
•	externí zdroje (rádio, magnetofon, ...); je-li karta vybavena rozhraním MIDI (Musical Instrument Digital Interface), je možné k ní připojit i elektronické hudební nástroje vybavené také tímto rozhraním (např. elektronické varhany, syntetizátory apod.) 

Jednotlivá zařízení se připojují ke zvukové kartě do odpovídajících konektorů, tak jak je popsáno na Obr. 17.2.

Poznámka: Vstupy Line-In, Mic-In a výstupy Line-Out a Speaker-Out jsou zapojovány pomocí konektoru typu Jack 3,5 mm.

Obr. 17.2: Zapojení periferií ke zvukové kartě

Při záznamu zvuku pomocí zvukové karty je nezbytné rozlišit dva základní případy,  které jsou popsány v následujících kapitolách.

17.1.	  Záznam analogového signálu

Obr. 17.3: Příklad analogového zvukového signálu

 Typickými zdroji poskytujícími analogový signál  jsou např. mikrofon, rádio, magnetofon, audio CD apod. Takovýto signál se skládá z vln (kmitů) o nestejném tlaku, který je vytvářen ve vzduchu hlasivkami, hudebními nástroji nebo přírodními silami.

Protože počítač jako digitální zařízení není schopen uchovávat analogový signál, je nutné tento analogový signál převést na signál digitální. Tento proces převodu bývá na zvukové kartě prováděn pomocí převodníku ADC (Analog to Digital Convertor). Převod se uskutečňuje metodou zvanou vzorkování (sampling), která pracuje tak, že v každém časovém (pevně stanoveném) intervalu je zjištěn a zaznamenán aktuální stav signálu (tzv. vzorek – sample). Je zřejmé, že čím kratší je tento interval, tím vyšší je vzorkovací frekvence, tím více vzorků bude pořízeno a tím bude výsledný záznam kvalitnější. 
	Následující obrázky znázorňují, jak bude ovlivněna kvalita záznamu vzorkovací frekvencí. Předpokládejme analogový signál od délce 1 sekundy, který bude vzorkován s frekvencemi 10 Hz a 20 Hz.

Obr. 17.4: Originální signál

Obr. 17.5: Vzorkování s frekvencí 10 Hz a rekonstruovaný signál z 10 vzorků

Obr. 17.6: Vzorkování s frekvencí 20 Hz a rekonstruovaný signál z 20 vzorků

Hodnota vzorku je obecně reálné číslo, které má nekonečný desetinný rozvoj. Takové reálné číslo však není možné (s nekonečnou přesností) v počítači uchovat. Je tedy nezbytné, aby každý odebraný vzorek byl kvantifikován. To znamená, že je  nutné stanovit počet bitů pro uchování jednoho vzorku a tím i stanovit počet úrovní (tzv. hloubku vzorkování), které jsme schopni rozlišit. Takto stanovený počet navzájem rozlišitelných úrovní mezi jednotlivými vzorky je dalším parametrem, který výrazně ovlivňuje kvalitu zaznamenaného signálu.

	Předpokládejme stejný analogový signál jako je znázorněn na Obr. 17. 4., u kte-rého provádíme vzorkování, přičemž vzorky kvantifikujeme do 9 resp. 17 úrovní.

Obr. 17.7: Vzorkování při kvantifikaci do 9 různých úrovní

Obr. 17.8: Vzorkování při kvantifikaci do 17 různých úrovní

Výše uvedené příklady jsou pouze ilustrativní a pro konkrétní záznam zvukového signálu se používají mnohonásobně větší hodnoty jak vzorkovací frekvence, tak i hloubky vzorkování.

Při záznamu analogového signálu se běžně rozlišují následující úrovně kvality: 

Kvalita	Vzorkovací frekvence	Počet bitů na vzorek	Počet vzorků	Délka digit. záznamu (B/s)	
Telephone Quality	11025 Hz	8	1 – Mono	         11 kB/s	
Radio Quality	22050 Hz	8	1 – Mono	         22 kB/s	
CD Quality	44100 Hz	16	2 – Stereo	       172 kB/s	

Při záznamu tímto způsobem se využívá Shannonovy vzorkovací věty, která říká: Signál spojitý v čase je plně určen posloupností vzorků odebíraných ve stejných intervalech, je-li jejich frekvence větší než dvojnásobek nejvyšší frekvence v signálu. Uvážíme-li, že lidské ucho vnímá zvuky od frekvencí 16 Hz – 20 Hz až do frekvencí 16 kHz – 20 kHz, je zřejmé, že frekvence 44,1 kHz použitá pro CD kvalitu je dostačující. Z výše uvedené věty také vyplývá, že pokud dojde ke snížení vzorkovací frekvence, budou ve výsledném záznamu chybět vyšší frekvence, což se při přehrání projeví jako ztráta výšek. 

	Pro uložení takto zaznamenaného signálu do souboru se používá nejrůznějších standardních formátů, jako jsou např. *.wav, *.voc, *.aiff, *.au a další

Protože záznam tímto způsobem vede při vyšší kvalitě záznamu ke vzniku velmi dlouhých souborů (viz předcházející tabulka), existují algoritmy dovolující provést ztrátové komprese (např. ADPCM, MP3 apod.), které podstatným způsobem (pro lidské ucho) kvalitu výsledného záznamu neovlivní. Tyto komprese je nutné provádět buď po provedení záznamu, nebo kvalitnější zvukové karty vybavené speciálními procesory umožňují jejich provedení v reálném čase přímo při záznamu.

17.2.	  Záznam z MIDI zařízení
Pokud je zvuková karta vybavena rozhraním MIDI (Musical Instrument Digital Interface), je možné tohoto rozhraní využít pro připojení dalšího zařízení, které rovněž splňuje standard MIDI. Typickým příkladem MIDI zařízení mohou být např. elektronické varhany (syntetizátory). 

MIDI zařízení se k počítači (zvukové kartě) připojuje pomocí 15 vývodového konektoru Canon, kterého je zpravidla možné využít i k připojení křížového ovladače pro počítačové hry (joystick). Na straně MIDI zařízení je připojení provedeno pomocí dvou 5 kolíkových konektorů DIN a to tak, že konektor MIDI-In na kabelu je zapojen do zásuvky MIDI-Out na MIDI zařízení a konektor MIDI-In (na kabelu) je zapojen na MIDI zařízení do zásuvky MIDI-Out (viz Obr. 17.2).

Záznam z MIDI zařízení pracuje na zcela odlišném principu než záznam popsaný v předcházející kapitole. MIDI zařízení neposílá analogový signál, ale signál digitální. V takovém případě se již tedy neprovádí vzorkování, ale zaznamenávají se přímo jednotlivé byty zasílané tímto MIDI zařízením. Tyto byty obsahují informace, jako jsou: 

•	nástroj, který danou pasáž hraje (piano, housle, varhany, ...) 
•	informace o stisku klávesy –  jaká klávesa (jaký tón) byla stisknuta
•	dynamika úhozu (stisku) klávesy
•	informace o uvolnění klávesy – jaká klávesa byla uvolněna
•	další 

Protože tímto způsobem nejsou zasílány vzorky jednotlivých tónů, je výsledný soubor obsahující tento záznam poměrně krátký. Skutečnost, že jsou zasílány přesné informace o jednotlivých tónech, dovoluje, aby přijímaná data z MIDI zařízení byla zaznamenávána přímo do notové osnovy a zde na úrovni not mohou být dále modifikována a zpracovávána. 

Pro uložení dat pořízených prostřednictvím MIDI rozhraní se standardně používají formáty *.mid, *.rmi a další.

Poznámka: Tohoto způsobu záznamu není možné v žádném případě využít pro zaznamenání např. signálu  z rádia, nosiče audio CD, magnetofonu atd.

17.3.	  Syntéza zvuku
Kromě záznamu zvukových dat je nezbytné, aby zvuková karta byla schopna rovněž vytvořit (syntetizovat) zvuk (tón) o zadaných parametrech (výška, délka, nástroj atd.). Tato nutnost vyplývá mimo jiné už z údajů v předešlé kapitole, neboť prostřednictvím MIDI rozhraní jsme obdrželi popis, jaké tóny (s jakými parametry) byly zahrány a nyní vzniká požadavek jejich zpětné reprodukce. Jiným důvodem pro syntézu zvuku může být i vlastní notový zápis, který právě uživatel požaduje přehrát.

Při vytváření zvuků pomocí zvukových karet je nutné vyjít ze skutečnosti, že u každého hudebního nástroje mají jeho zvuky podobu cyklu, který se skládá ze čtyř částí: 

•	Nástup (Attack) 
•	Pokles (Decay) 
•	Trvání (Sustain) 
•	Doznívání (Release) 

Obr. 17.9: ADSR diagram 

Konkrétní hodnoty jednotlivých fází cyklu jsou charakteristické pro každý hudební nástroj a je potřeba, aby zvuková karta tyto hodnoty co možná nejpřesněji dodržovala. V opačném případě by zvuky ztrácely na věrnosti. Hodnoty nástup, pokles, trvání, doznívání, pak dohromady vytvářejí tzv. ADSR diagram.

Pro vlastní vytváření zvuků se používá dvou rozličných mechanismů:

•	FM syntéza
•	Wave-Table syntéza

17.3.1.	 FM syntéza

Realizovaná tzv. FM syntetizátorem (obvod OPL 2, OPL 3 nebo OPL 4, jehož autorem je původně firma Yamaha). Tato metoda vychází z faktu, že každé vlnění lze sestavit složením vybrané série sinusových kmitů o patřičné frekvenci a amplitudě. 

Obr. 17.10: Výsledný zvukový signál je dán vztahem 

FM syntéza tedy vychází z popisu příslušného hudebního nástroje na základě Fourierova rozvoje, s jehož pomocí se potom zvuk těchto nástrojů emuluje jako superpozice několika sinusových signálů. Takto získaný signál se může ještě dále upravit různými efekty. Jedná se o levnější realizaci, která se svými výsledky zvukům reálných nástrojů pouze blíží a nikdy jich nemůže dosáhnout, neboť pro přesnou syntézu reálného nástroje by bylo zapotřebí provést superpozici nekonečně mnoha sinusových signálů. Zvukové karty, které používají pouze tento způsob pro vytváření zvuků, jsou vhodné jen pro amatérské použití (ozvučení her apod.). 

Poznámka: Fourierovým rozvojem (Fourierovou řadou) nazýváme vyjádření funkce f(x) trigonometrickou řadou tvaru:
	Tato řada má periodu T =  2/, kde číslo  se nazývá úhlová frekvence.

	Pro koeficienty ak a bk platí:

17.3.2.	 Wave-Table syntéza

Wave-Table syntéza se používá u kvalitnějších zvukových karet. Tato metoda používá přímo navzorkovaný signál skutečného nástroje uložený ve své vlastní paměti ROM nebo RAM. Je rovněž možné, aby vzorky jednotlivých nástrojů byly uloženy v operační paměti počítače.

Protože není možné, aby v paměti byly uchovány vzorky všech výšek tónů od všech nástrojů, je v paměti uložena vždy od každého nástroje pouze sada jeho tónů. Tóny jiných výšek, než ty, které jsou uloženy v paměti, se potom vytvářejí pomocí nejbližšího uloženého vzorku tím, že je tento vzorek přehrán s nižší resp. vyšší rychlostí. Tímto je možné docílit toho, že přehrávaný tón zní jako tón nižší resp. vyšší.

Poznámka: Na tomto principu jsou vytvářeny i tóny elektronických varhan.
17.4.	  Zvukové karty a jednotky  CD-ROM
Zvukové karty bývaly obzvláště dříve vybavovány ještě IDE rozhraním, které sloužilo k připojení CD-ROM disku nebo speciálním rozhraním pro první CD-ROM mechaniky (Panasonic, Sony). Dnes toto řešení nemá velké opodstatnění, protože počítače jsou standardně vybaveny EIDE rozhraním, které dovoluje pohodlnější a rychlejší zapojení mechaniky CD-ROM. 

V případě, že v počítači je osazena CD-ROM mechanika a zároveň i zvuková karta, je velmi vhodné, aby obě tato zařízení byla propojena pomocí tzv. audio kabelu. 	
Díky tomuto propojení je pak možné na CD-ROM přehrávat zvukové CD a poslouchat 
Obr. 17.11: Audio kabel

je z reproduktorů připojených ke zvukové kartě (viz Obr. 17.12).

Obr. 17.12: Reproduktory pro připojení ke zvukovým kartám

18.	 Síťová karta
Síťová karta je zařízení, které umožňuje připojení počítače do počítačové sítě. 
Mezi základní parametry každé síťové karty patří: 

Parametr 	Vysvětlení 	Rozsah 	
Typ sítě 	Typ sítě (síťová architektura), pro který je daná karta určena 	Ethernet, Fast Ethernet, ARCnet, Token Ring, ATM, FDDI	
Rychlost 	Množství dat, které je karta do sítě schopna vyslat (ze sítě přijmout) za jednotku času 	řádově 100 kb/s – 1 Gb/s	
Typ média 	Typ síťového média (kabelu), které je možné k síťové kartě připojit. 	Tenký koaxiální kabel, silný koaxiální kabel, kroucená dvojlinka	

Počítačová síť vzniká propojením dvou a více počítačů prostřednictvím jejich síťových karet (za počítačovou síť není považováno např. propojení dvou počítačů pomocí sériového nebo paralelního portu). K fyzickému propojení jednotlivých počítačů se používají tzv. přenosová média, která dovolují přenášet data, popř. jiné informace. Mezi nejběžnější přenosová média patří:

•	elektrické vodiče (obvykle měděné):
-	koaxiální kabel (silný, tenký)
-	kroucená dvojlinka
•	optická vlákna 
•	vzduch (bezdrátový přenos)

Každé z těchto přenosových médií má své základní charakteristiky, které určují jeho vlastnosti:

•	odolnost proti vnějšímu elektromagnetickému rušení (EMI – Electrical Magnetic Interference):
-	náhodná energie z vnějších zdrojů, která může interferovat se signály přenášenými měděným kabelem 
-	zdrojem mohou být např. motory, lékařské přístroje, fluorescenční osvětlení, mobilní telefony, atmosférická elektřina apod.
•	šířka pásma: 
určuje maximální množství dat, které lze pomocí tohoto média přenést za jednotku času. Šířka pásma se udává u datových signálů v bitech za sekundu (b/s nebo bps) a u analogových signálů v Hz (hertz).
•	útlum: 

ztráta síly signálu na médiu v závislosti na jeho délce. Útlum se udává v dB (decibel) na délku média (např. 100 m, 1 km) a je určen vztahem:

kde U1 značí úroveň napětí na vstupu a U2 značí úroveň napětí na výstupu. Z platnosti Ohmova zákona:

a vztahu P = U.I lze pro útlum odvodit i vztah:

Obr. 18.1: Útlum na vedení a charakteristická impedance 

kde P1 značí výkon na vstupu a P2 výkon na výstupu

Z výše uvedených vztahů vyplývá, že hodnota D = – 6 dB (resp. D = – 3 dB) značí 50% útlum.
•	charakteristická impedance: 

vyjadřuje velikost odporu vedení střídavému elektrickému proudu. Jedná se o veličinu, která pomáhá určit útlumové vlastnosti vodiče. Charakteristická impedance se značí Z0, její jednotkou je  (ohm) a platí pro ni vztah:

kde: 
-	R je elektrický odpor vodiče (vodičů) v ohmech ()
-	G je vodivost dielektrika udávaná v siemensech (S) 
-	 = 2f je úhlová rychlost v radiánech za sekundu (rad/s)
-	L je indukčnost vodiče, která se udává v henry (H) 
-	C je kapacita vedení a její jednotkou je farad (F) 
-	j značí imaginární jednotku
Ze vztahu pro impedanci je zřejmé, že se jedná o veličinu, jejíž hodnota je dána poměrem L/C a tudíž nezávisí na délce vedení (narozdíl od elektrického odporu). Připojíme-li  na vstup vedení zdroj vysokofrekvenčního proudu, postupuje podél vedení energie jako jednoduchá postupná vlna od počátku vedení ke konci. Rychlost šíření závisí na prostředí kolem vedení.
Postupná vlna se šíří po vedení, je-li vedení nekonečně dlouhé, nebo je-li na konci spojeno impedancí o hodnotě Zk (viz Obr. 18.1) rovné charakteristické impedanci vedení, tj. Zk = Z0. Pak je výkon postupné vlny činný, energie prochází ze zdroje vedením do zátěže jen s malými ztrátami ve vodičích, dielektriku a vyzařováním, takže účinnost přenosu se blíží ke 100%.
Není-li při přenosu energie vedením splněna podmínka Zk = Z0, vznikají na vedení odrazy , stojaté vlnění a méně účinný přenos energie.
•	přeslech mezi vodiči: 
vyjadřuje rušení signálem ze sousedního vedení. Je udáván v dB a platí, čím vyšší je jeho hodnota, tím nižší je vzájemné rušení.
Pro stavbu lokálních sítí (LAN – Local Area Network) se jako přenosové médium donedávna nejčastěji používal koaxiální kabel, nazývaný též jako coax –  Common Axis, jehož maximální přenosová rychlost je 10 Mb/s. Skládá se z následu-jících vrstev:

•	nosný vodič (signálový vodič): vodivý drát, který je vyrobený většinou z mědi. Může být buď plný, nebo splétaný a platí, že  jeho  průměr (popř. počet vláken) je jedním z faktorů ovlivňujících útlum.
•	izolace: izolační vrstva vyrobená z dielektrika, které je umístěno kolem nosného vodiče. Jako dielektrikum se používá upravený polyethylen nebo teflon.
•	fóliové stínění: stínění z tenké fólie kolem dielektrika; které je obvykle vyrobeno z hliníku. Toto stínění není běžné a vyskytuje se pouze u kvalitnějších koaxiálních kabelů.
•	splétané stínění: splétaný vodič (fólie) vyrobený z mědi nebo hliníku. Spolu s fóliovým stíněním chrání nosný vodič před EMI.
•	plášť: vnější kryt, který může být buď typu:
-	nonplenum: vyroben z polyethylenu nebo PVC
-	
Obr. 18.2: Koaxiální kabel

plenum (žáruvzdorný) : vyroben z teflonu nebo kynaru

Koaxiální kabel se vyrábí v několika typech, z nichž nejpoužívanější jsou: 

•	RG-6: Z = 75 , používá se jako pomocný kabel pro CATV i TV
•	RG-8: Z = 50 , používá se pro tzv. tlustý (thick) Ethernet
•	RG-11: Z = 75 , používá se pro hlavní rozvody CATV i TV
•	RG-58: Z = 50 , používá se pro tzv. tenký (thin) Ethernet
•	RG-59: Z = 93 , používá se pro ARCnet 
•	RG-62: Z = 93 , používá se pro ARCnet a zapojení terminálů v IBM SNA sítích

Dále je možné koaxiální kabely  rozdělit podle průměru na:

•	tenký (thin):  = 3/16”
•	tlustý (silný, thick):  = 3/8”

V dnešní době se však již od použití koaxiálního kabelu ustupuje a pro budování lokálních počítačových sítí se častěji používá kroucená dvojlinka  (TP – Twisted Pair). Kroucená dvojlinka může přenášet data s rychlostí až do 100 Mb/s. Je složena z několika (nejčastěji čtyř) párů vodičů. Vodiče v jednom páru jsou vždy vzájemně kolem sebe obtočeny, což minimalizuje přeslechy, EMI a ztráty způsobené kapacitním odporem. Signál je přenášen diferenciálním způsobem, tzn. jako rozdíl mezi úrovněmi signálů na obou vodičích (způsobuje menší náchylnost k rušení a útlumu).

Kroucená dvojlinka se vyrábí ve dvou základních variantách:

•	STP (Shielded Twisted Pair) – stíněná
•	UTP (Unshielded Twisted Pair) – nestíněná

Skládá se z následujících částí:

•	vodivé dráty: signálové vodiče, které jsou vyráběny obvykle z  mědi a jsou vždy v párech (vzájemně kolem sebe obtočeny)
•	stínění (pouze u STP): může být dvojího druhu:
-	fóliové stínění kolem každého páru vodičů
-	splétané (fóliové) stínění kolem všech párů
•	
Obr. 18.3: Kroucená dvojlinka (STP)

plášť: vnější kryt vyrobený z PVC (nonplenum) nebo z teflonu popř. kynaru (plenum)

Poznámka: Charakter. impedance je u všech typů kroucené dvojlinky 100   15 .

Každé přenosové médium se k síťové kartě připojuje pomocí specifického konektoru, který karta musí obsahovat: 

•	
Obr. 18.4: BNC konektor a T-konektor

tenký koaxiální kabel: určený zejména pro vnitřní rozvody uvnitř budovy. Pro jeho připojení se používá konektoru BNC (ve spojení s T-konektorem).
•	silný koaxiální kabel: používaný dříve k venkovním rozvodům, k jeho připojení se používá konektoru Canon, který zde bývá označován jako AUI. Tento AUI konektor může sloužit také k připojení tzv. transceiveru (transmitter / receiver), pomocí něhož je potom možné připojit jiný typ média (transceiver AUI – BNC, transceiver AUI – RJ45). Dnes je silný koaxiální kabel používaný jen zřídka, protože pro venkovní rozvody je nahrazován kvalitnějším optickým kabelem. 
•	
Obr. 18.5: Konektor RJ-45

kroucená dvojlinka: používaná pro vnitřní rozvody. Kroucená dvojlinka se připojuje pomocí konektoru RJ-45. 

Při realizaci sítě v rámci budovy se dnes poměrně často používá tzv. strukturovaná kabeláž, u které se pro horizontální rozvody (v rámci patra) používá kroucená dvojlinka a pro vertikální rozvody (mezi patry) je použito optického vlákna. 

Obr. 18.6: Síťová karta

Některé síťové karty jsou vybaveny paticí pro obvod zvaný Boot ROM. Boot ROM je paměť typu EPROM (EEPROM), která obsahuje programové vybavení nezbytné pro zavádění operačního systému z počítačové sítě místo jeho zavádění z lokálního disku. 
	
Lokální počítačové sítě mohou být budovány s různými síťovými architektu-rami (network architecture), např.: 

•	ARCnet: síťová architektura vyvinutá společností Datapoint Corporation v roce 1982. Jedná se o starší architekturu, která se dnes používá již velmi zřídka.
•	Token-ring: architektura podporovaná a vyvíjená zejména firmou IBM,  která pracuje s počítači spojenými do kruhu. Toto spojení je realizováno pomocí speciálního koncentrátoru MAU – Multistation Access Unit)
•	Ethernet: dnes spolu s FastEthernet nejpoužívanější síťová architektura (viz kapitola 18.1)
18.1.	  Síťová architektura Ethernet
Ethernet je síťová architektura, která pro komunikaci mezi počítači využívá společné přenosové médium. Ethernet byl vyvíjen společně firmami Xerox, Intel a DEC. Je definován ve standardu IEEE 802.3 a jedná se v současné době o nejrozšířenější používanou síťovou architekturu pro LAN (cca 75%). Ethernet má následující vlastnosti:

•	používá (logickou) sběrnicovou topologii, tzn. všechny uzly jsou připojeny k tzv. hlavnímu segmentu – hlavní kabelový úsek
•	může pracovat s rychlostmi do 10 Mb/s
•	přenášená data jsou rozesílána všem uzlům, takže každý uzel obdrží přenos v přibližně stejném čase

Při přenosu dat v sítích Ethernet se jako přístupová metoda k přenosovému médiu využívá CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection). Jedná se o pravděpodobnostní (stochastickou, soupeřivou) přístupovou metodu, u níž získává přístup k sítí počítač, kterému se jako prvnímu podaří přistoupit k nečinné síti. CSMA/CD metoda pracuje následujícím způsobem:

•	počítač, který chce vysílat informace do sítě, nejprve poslouchá, zda je na síti nějaký provoz (elektrická aktivita)
•	pokud je linka obsazená, pak počítač náhodně dlouhou dobu počká a poté opět provede kontrolu obsazení linky
•	pokud je linka volná (na síti není žádná aktivita), počítač začne vysílat své informace, které se šíří ke všem zbývajícím stanicím připojeným do sítě
•	počítač dále pokračuje ve sledování sítě (sleduje, zda je na síti právě to, co tam poslal)
•	je možné, že dva (nebo více) počítače na lince detekují nepřítomnost aktivity současně a začnou vysílat v téměř stejný okamžik. Toto má za následek vznik tzv. kolize
•	kolize je detekována tak, že počítače, které vyslaly své informace a sledují síť, zjistí, že na přenosovém médiu se vyskytují jiné informace, než ty, které tam vyslaly
•	každý počítač, který detekoval kolizi, zruší svůj přenos vysláním rušícího signálu – jam signal, poté počká náhodně dlouhou dobu a pokusí se k síti přistoupit znovu
•	náhodně dlouhá doba (u každého počítače jiná) zaručuje poměrně vysokou pravděpodobnost, že nedojde znovu ke kolizi mezi stejnými uzly

Schopnost detekovat aktivitu na síti a detekovat kolize jsou implementovány hardwarově přímo na síťové kartě. CSMA/CD podává nejlepší výsledky, je-li síťová aktivita pouze mírná. Naopak nejhorších výsledků dosahuje, jestliže se síťový provoz skládá z množství malých zpráv.

Sítě Ethernet jsou seskupeny podle:

•	přenosové rychlosti:
-	specifikuje přibližně maximální přenosovou rychlost, neboli šířku pásma v Mb/s
-	standardní hodnoty jsou 1, 5, 10, 100 (tzv. FastEtherent) a 1000
•	pásma:
-	Base: používá základní pásmo (baseband), které má pouze jeden kanál, pomocí něhož může být v daném okamžiku přenesena pouze jediná zpráva
-	Broad: používá přeložené pásmo (broadband), které může přenášet několik analogových signálů (modulovaných na různých nosných frekvencích) současně
•	typu (délky) přenosového média:
-	specifikuje přibližně maximální délku hlavního segmentu (bez opakovačů) nebo typ použitého kabelu

Poznámka: Opakovač (repeater) je zařízení, které provádí regeneraci přenášeného signálu, tj. jeho vyčištění od rušivých signálů a zesílení. Používá se k propojení několika hlavních segmentů a tím ke zvětšení fyzického rozsahu celé sítě.

18.1.1.	 Tenký Ethernet

Tenký (thin) Ethernet, který podle kritérií uvedených v předešlé kapitole bývá označován rovněž názvem 10Base2, používá jako přenosové médium tenký koaxiální kabel RG-58 a může pracovat s přenosovou rychlostí až 10 Mb/s.

Obr. 18.7: Thin Ethernet

Maximální délka hlavního segmentu je 185 m. V případě nutnosti je možné pomocí opakovačů propojit další hlavní segmenty a dosáhnou tak maximální délky celé sítě 925 m.

Jednotlivé počítače jsou v případě tenkého Ethernetu připojovány pomocí T-konektoru přímo k přenosovému médiu, tj. k tenkému koaxiálnímu kabelu, který takto vytváří sběrnici, pomocí níž jsou přenášena data (říkáme rovněž, že síť 10Base2 má fyzickou topologii sběrnice – bus). Tuto sběrnici je nutné na obou koncích ukončit pomocí zakončovacích odporů (terminátrů). Terminátory (o hodnotě 50 ) provedou impedanční přizpůsobení sběrnice a zabrání tak odrazům signálu od konce vedení.

	Výhodou tohoto řešení jsou snadná rozšiřitelnost sítě o další počítače a nízké finanční náklady na vybudování sítě. Avšak jako velká nevýhoda se jeví poměrně nízká spolehlivost, protože v okamžiku přerušení sběrnice (rozpojení jednotlivých částí koaxiálního kabelu tvořících hlavní segment) dojde k výpadku všech počítačů, které se nacházejí na přerušeném hlavním segmentu. Tento výpadek je způsoben tím, že přerušená sběrnice není v místě rozpojení ukončena terminátorem a stává se tak nefunkční.

18.1.2.	 Silný Ethernet

Silný (thick) Ethernet, označovaný také jako 10Base5, používá v roli přenoso-vého média silný koaxiální kabel RG-8. Maximální délka hlavního segmentu (bez použití opakovačů) činí 500 m. Použitím opakovačů je možné maximální délku sítě zvětšit až na 2500 m. Silný koaxiální kabel, podobně jako tenký, vytváří sběrnici, která musí být opět na obou koncích ukončena terminátory (50 ). Může rovněž pracovat s přenosovou rychlostí nejvýše do 10 Mb/s.

Obr. 18.8: Silný Ethernet

Připojení počítačů k silnému koaxiálnímu kabelu se neprovádí přímo, ale prostřednitcvím tzv. transceiveru (v terminologii Ethernetu je také označován jako MAU – Medium Attachment Unit) a pomocného (drop) kabelu. Transceiver je ke koaxiálnímu kabelu připojen  tzv. N konektorem, popř. jehlovým konektorem. Počítač, který má být zapojen do takovéto sítě, se pak pomocí drop kabelu připojí k transceiveru. Připojení je realizováno konektory Canon (AUI).

Nevýhodou tohoto řešení je vyšší cenová náročnost, neboť pro každý počítač je nutné zakoupit transceiver, jehož cena je srovnatelná s cenou síťové karty. Silný koaxiální kabel se používal jako přenosovém médium zejména pro venkovní rozvody starších sítí. Díky své robustnější konstrukci je odolnější proti povětrnostním vlivům než tenký koaxiální kabel.

	Za výhodu  silného koaxiálního kabelu lze též označit vyšší spolehlivost, neboť počítače jsou připojovány pomocnými kabely a sběrnice tak může být realizována jako pevný rozvod (např. ve zdi), s účastnickými zásuvkami. Toto řešení podstatným způsobem snižuje riziko poškození (přerušení sběrnice) a tím i výpadek sítě.

V dnešní době se silný koaxiální kabel používá jako přenosové médium jen výjimečně. Venkovní rozvody jsou z převážné části dnes budovány pomocí optických kabelů.

18.1.3.	 Síť Ethernet budovaná pomocí kroucené dvojlinky

V současné době se jako přenosové médium pro účely lokálních sítí uvnitř budov používá nejčastěji kroucená dvojlinka. Síť Ethernet, která je budována pomocí kroucené dvojlinky, se označuje jako 10BaseT.

Obr. 18.9: Síť Ethernet budovaná pomocí kroucené dvojlinky

Jednotlivé počítače jsou do sítě zapojovány vždy prostřednictvím speciálního zařízení zvaného hub. Zapojení je provedeno na straně hubu i na straně počítače pomocí konektoru RJ-45. Hub slouží jako koncentrátor pro soustředění rozvodů a plní tak úlohu společného přenosového média. Je možné, aby hub rovněž (pokud je k tomu uzpůsoben) vykonával úlohu opakovače, popř. monitoroval síť (sledoval např. její zatížení) a prováděl její správu. Maximální vzdálenost mezi počítačem a hubem je v případě nestíněné kroucené dvojlinky 100 m a u stíněné kroucené dvojlinky až 400 m.

Při použití kroucené dvojlinky dostává síť tvar hvězdy (říkáme, že se jedná o fyzickou topologii hvězda – star). Výhodou tohoto řešení je poměrně vysoká spolehlivost, neboť při přerušení kroucené dvojlinky dochází pouze k výpadku jednoho připojeného počítače a nikoliv celé sítě. Při přenosu dat v 10BaseT jsou u  kroucené dvojlinky využívány pouze 4 vodiče (z osmi). Zbývající 4 vodiče je možné využít k jiným rozvodům (např. telefonní sítě). Jako drobné nevýhody se mohou u kroucené dvojlinky jevit nutnost: 

•	pořízení hubu
•	položení většího množství kabelů

Poznámky:
•	Kromě výše uvedených typů sítě Ethernet je možné při konkrétní realizaci využít i kombinace těchto typů a vytvořit tak síť, která z části používá např. tenký koaxiální kabel, kroucenou dvojlinku apod.
•	V organizacích, které vyžadují rychlejší sítě, se velmi často Ethernet nahrazuje síťovou architekturou FastEthernet, která dovoluje pracovat s přenosovou rychlostí až 100 Mb/s. FastEthernet používá jako přenosové médium kroucenou dvojlinku (100BaseTX nebo 100BaseT4), popř. optický kabel (100BaseFX). Není již možné používat koaxiálních kabelů, které svými parametry pro vyšší přenosové rychlosti nedostačují.

19.	 Skříň počítače
Skříň počítače (case) tvoří kryt celé základní jednotky počítače. Samotná skříň počítače zpravidla obsahuje napájecí zdroj (150W – 300W) poskytující napětí (+ 5 V,
– 5 V, + 12 V, – 12 V) s napájecími kabely, které slouží k přivedení napájecího napětí pro: 

•	
Obr. 19.1: Napájení základní desky (provedení AT)

základní desku:

•	diskové mechaniky (pružné disky, pevné disky, CD-ROM, apod.)

Obr. 19.3: Napájení diskové mechaniky

Obr. 19.2: Napájecí konektory pro diskové mechaniky

•	aktivní chladič (s ventilátorem) procesoru

Obr. 19.4: Aktivní chladič

	
Napájecí zdroj bývá z bezpečnostních důvodů (riziko úrazu elektrickým proudem) uzavřen v samostatné kovové skříňce, z níž jsou vyvedeny jednotlivé napájecí kabely s odpovídajícími konektory.

Obr. 19.5: Zapojení napájecího zdroje

.

Obr. 19.6: Zadní panel napájecího zdroje

Poznámka: jednotlivé karty osazené v počítači jsou ve velké většině napájeny prostřednictvím rozšiřující sběrnice a nikoliv přímo ze zdroje. Výjimkou proti tomuto pravidlu jsou v současnosti výkonné grafické karty, které mají velký příkon (50 W – 110 W) a potřebují dodatečné napájení.

Kromě napájecího zdroje skříň počítače ještě obsahuje:

•	různé LED diody:
-	Power: signalizuje, že počítač je zapnutý nebo vypnutý 
-	Turbo: signalizuje, zda počítač pracuje v Turbo režimu (tj. režimu s plným výkonem procesoru) nebo v režimu s nižším výkonem 
-	HDD: signalizuje aktivitu pevných popř. jiných zařízení (např. jednotek CD-ROM) připojených k EIDE (nebo SCSI) rozhraní 
•	kabely pro připojení LED diod a vypínačů 
•	síťový vypínač pro zapnutí a vypnutí počítače 
•	šachty pro upevnění diskových mechanik 
•	otvory pro výstupy ze zapojených karet 
•	pozice pro upevnění základní desky

Dále skříň počítače může obsahovat: 

•	tlačítko Reset: pro uvedení počítače do stavu, který následuje po jeho zapnutí 
•	tlačítko Turbo: pro přepínání mezi režimem s plným výkonem (Turbo) a sníženým výkonem 
•	zámek klávesnice: pro uzamknutí klávesnice, které způsobí, že veškeré stisky kláves jsou ignorovány 
•	ukazatel frekvence: sada sedmisegmentových jednotek vyjadřující frekvenci procesoru. Prakticky žádný počítač neobsahuje měřič frekvence, který by skutečně testoval frekvenci procesoru. Údaj, který je zobrazen na ukazateli frekvence, je nastaven sadou propojek (jumperů), které dovolují nastavit libovolný údaj. 

Podle provedení a tvaru skříně je možné rozlišit následující základní typy: 

•	desktop: skříň, která bývá umístěna vodorovně na stole. Základní deska je ve vodorovné poloze a jednotlivé rozšiřující karty se osazují svisle. 
•	slim: skříň umístěná opět vodorovně na stole, je nižší než desktop. Základní deska je ve vodorovné poloze a rozšiřující karty se osazují vodorovně do slotů umístěných na tzv. stromečku, který je zasunut kolmo na základní desku. Jedná se o provedení, které poskytuje jen velmi málo prostoru pro další rozšiřování počítače (o další pevné disky, CD-ROM mechaniky apod.) 
•	Minitower: skříň postavená na svislo na stole (popř. pod stolem). Základní deska je umístěna ve svislé poloze a rozšiřující karty se zasouvají vodorovně. 
•	Tower: velká skříň umístěna většinou ve svislé poloze pod stolem. Základní deska je opět osazena do svislé polohy a rozšiřující karty se zasouvají vodorovně. Tower je skříň, která poskytuje poměrně velké možnosti dalšího rozšiřování počítače a je vhodná zejména pro počítačové servery. 

Poznámka: Kromě těchto provedení je možné setkat se i různými dalšími komerčními názvy, jako jsou např.	 miditower (větší verze minitoweru), popř. bigtower (větší verze toweru). 

Obr. 19.7: Jednotlivé typy skříní

19.1.	  Standard ATX
Označení standard ATX se nevztahuje pouze ke skříni počítače, ale jedná se o celkovou koncepci jak vyrábět:

•	základní desky počítačů
•	skříně, do nichž budou tyto základní desky osazovány 
•	zdroje, jimiž bude celý počítač napájen 

Základní desky ATX se začaly vyrábět zhruba v roce 1996 a jsou používané téměř výhradně u všech procesorů Pentium II a vyšších. Je pro ně charakteristické:

•	veškeré konektory (sériových portů, paralelního portu, sběrnice USB atd.), které mají být vyvedeny na zadním panelu počítače, jsou umístěny přímo na základní desce (na jejím okraji) a není nutné pro jejich zapojování používat žádných pomocných kabelů (příklad základní desky ATX viz Obr. 4.6)
•	používají jinou specifikaci napájecího zdroje (s původními napájecími zdroji jsou nekompatibilní)

Skříň ATX musí být uzpůsobena tak, aby osazené konektory na základní desce mohly být  vedeny na jejím zadním panelu.

	Napájecí zdroj kromě výše uvedených napěťových úrovní ještě poskytuje i napájecí napětí o hodnotě + 3,3V. Podstatným rozdílem ATX zdrojů je, že napájecí zdroj není spínán přímo síťovým vypínačem počítače, ale je spínán ze základní desky. Tato skutečnost dovoluje realizaci některý rysů, jako jsou např. programové vypínání počítače, programové zapínání počítače prostřednictvím počítačové sítě (Wake On LAN), popř. modemu.

	Při servisním zásahu do ATX počítače se doporučuje, aby počítač byl fyzicky odpojen od napájení, protože i v době, kdy je vypnutý, je základní deska pod jistým napájecím napětím. (Pozn.: některé ATX zdroje mají na zadním panelu vypínač, který dovoluje jejich úplné vypnutí).
20.	 Zobrazovací jednotky
20.1.	  Monitor
Monitory jsou základní výstupní zařízení počítače. Slouží k zobrazování textových i grafických informací. Monitory pracují na principu katodové trubice 
(CRT – Cathode Ray Tube). Hlavní částí každého monitoru je obrazovka, na jejímž stínítku se zobrazují jednotlivé pixely. Monitor je připojen přímo ke grafické kartě zasílající patřičné informace, které budou na monitoru (jeho obrazovce) zobrazeny. 

Obr. 20.1: Barevná obrazovka

Obr. 20.2: Aditivní model skládání barev

Při práci barevné obrazovky jsou ze tří katod emitovány elektronové svazky, které jsou pomocí jednotlivých mřížek (viz obrázek řez barevnou obrazovkou) taženy až na stínítko obrazovky. Na zadní stěně stínítka obrazovky jsou naneseny vrstvy tzv. luminoforů (luminofor = látka přeměňující kinetickou energii na energii světelnou). Tyto luminofory jsou ve třech základních barvách – Red (červená), Green (zelená), Blue (modrá) – pro aditivní model skládání barev. Vlastní elektronové svazky jsou bezbarvé, ale po dopadu na příslušné luminofory dojde k rozsvícení bodu odpovídající barvy. 

Obr. 20.3: Řez barevnou obrazovkou

Protože elektronový svazek je vlastně svazek částic stejného náboje (záporného), mají tyto částice tendenci se odpuzovat a vlivem toho dochází k rozostřování svazku. Proto těsně před stínítkem obrazovky se nachází maska obrazovky. Je to v podstatě mříž, která má za úkol propustit jen úzký svazek elektronů. Maska obrazovky musí být vyrobena z materiálu, který co nejméně podléhá tepelné roztažnosti a působení magnetického pole. Oba dva tyto jevy by totiž způsobily, že elektronové svazky nedopadnou přesně na svůj luminofor, což by se projevilo nečistotou barev. Elektronové svazky jsou vychylovány pomocí vychylovacích cívek tak, aby postupně opisovaly zleva doprava a shora dolů jednotlivé řádky obrazovky. 

Jednotlivé elektronové svazky jsou emitovány z nepřímo žhavené katody, která má na svém povrchu nanesenu emisní vrstvu. Elektronové svazky pak prochází tzv. Wehneltovým válcem (mřížka g1), který má vzhledem ke katodě záporný potenciál. To způsobuje, že elektrony jsou jím odpuzovány a projde jich přes něj jen požadované kvantum. Řízením napětí na Wehneltově válci se tedy řídí intenzita jednotlivých elektronových svazků. Po průchodu Wehneltovým válcem procházejí elektronové svazky přes jednotlivé mřížky (g2 – g6), které mají naopak vzhledem ke katodě kladný potenciál, díky němuž jsou elektrony přitahovány. Tento kladný potenciál je na mřížce g2 nejnižší, na g3 vyšší a až na g6 nejvyšší. Toto má za úkol elektronové svazky táhnout až na stínítko obrazovky. Speciální funkci zde má mřížka g3 (ostření), která má za úkol zaostřovat elektronové svazky, a mřížka g6 (konvergence), od které se elektronové svazky postupně sbíhají. K jejich setkání dojde u masky obrazovky, kde se prokříží a dopadnou na své luminofory.

	Podle umístění a tvaru otvorů masky a tím i odpovídajícímu nanesení luminoforů je možné rozlišit tři základní typy barevných obrazovek. 

20.1.1.	 Obrazovky Delta

Obr. 20.4: Výřez masky obrazovky Delta

Jednotlivé otvory v masce jsou kruhové a jsou uspořádány do trojúhelníků (velké písmeno delta). Stejným způsobem jsou uspořádány i luminofory na stínítku. Nevýhodou tohoto typu masky (obrazovky) je velká plocha, která je tvořena kovem masky a která způsobuje větší náchylnost k tepelné roztažnosti. Vzhledem k tomuto poskytovaly obrazovky typu Delta poměrně nekvalitní obraz a dnes se již nepoužívají. 

20.1.2.	 Obrazovky Inline

Obr. 20.5: Výřez masky obrazovky Inline

Otvory v masce jsou obdélníkového tvaru a jednotlivé luminofory jsou naneseny v řadě vedle sebe. Obrazovka Inline je dnes nejrozšířenějším typem obrazovky. 

20.1.3.	 Obrazovky Trinitron

Obrazovky Trinitron jsou propagovány zejména firmou Sony. Jejich luminofory jsou naneseny v řadě vedle sebe podobně jako u obrazovky typy Inline. Vlastní maska je tvořena svislými pásy, které ve vodorovném směru nejsou nikde přerušeny. Toto řešení s sebou nese problém – pásy masky jsou tenké a na celé výšce obrazovky se neudrží. Tento se řeší dvěma způsoby: 

•	u monitorů: natažením dvou vodorovných drátů (cca v jedné třetině a dvou třetinách výšky obrazovky) přes obrazovku. Tyto dráty jsou potom bohužel na obrazovce vidět (hlavně na světlém pozadí). 
•	
Obr. 20.6: Výřez masky obrazovky Trinitron

Obr. 20.7: Umístění výztužných drátů 
                    v masce Trinitron

u televizorů: silnějšími pásy masky. Maska pak působí o něco hrubším dojmem. 
20.1.4.	 Poruchy geometrie obrazu

Ideální obraz

Rovnoběžníkovitost
(Parallelogram)

Lichoběžníkovitost
(Trapezoid)

Soudkovitost

Posunutí
(Shift)

Poduškovitost
(Pincushion)

Horizontální
nelinearita

Vertikální
nelinearita

Otočení
(Tilt)

Obr. 20.8: Poruchy geometrie obrazu

Vlivem nepřesného vyrobení vychylovacích cívek, popř. jinou závadou monitoru může docházet k tomu, že elektronové svazky nejsou přesně vychylovány, tzn., že neopisují přesný obdélník, ale nějaký obrazec, který vznikne zkreslením tohoto obdélníku. To má za následek, že obraz, který je možné pozorovat, se nejeví jako obdélník s poměrem stran 4:3, ale vykazuje některou z následujících poruch.

Poznámky: 

•	Z důvodu větší názornosti jsou všechny uvedené poruchy vyobrazeny ve větším měřítku, než bývá pozorovatelné ve skutečnosti.
•	Uvedené poruchy jsou pouze základní a v konkrétním případě se mohou vyskytovat i poruchy, které vzniknou složením poruch výše uvedených.
•	Je možné, že některé poruchy (soudkovitost, poduškovitost, lichoběžníkovitost, rovnoběžníkovitost) nemusí být vždy osově souměrné.
•	V případě nelinearit obrázky znázorňují zobrazení kružnice

Některé z těchto poruch bývá možné napravit pomocí korekcí vyvedených na předním panelu monitoru. Pokud tyto korekce monitor nemá nebo jejich rozsah pro nápravu nedostačuje, je nutné provést servisní zásah.
20.2.	 Parametry monitorů
Každý monitor musí být přizpůsoben grafické kartě (např.: MDA, CGA, EGA, VGA, SVGA), ke které má být připojen. Není možné například monitor pro EGA kartu připojit ke kartě SVGA. Monitory je možné rozdělit do dvou základních skupin: 

•	monochromatické (černobílé): informace zobrazují pouze v odstínech jedné barvy (obvykle bílá, oranžová, zelená) 
•	barevné (color): umožňují zobrazovat více různých barev současně 

Dalším parametrem každého monitoru je velikost jeho obrazovky. Stínítko obrazovky monitoru je tvaru přibližného obdélníku s poměrem stran 4:3. Velikost každé obrazovky je udávána její úhlopříčkou. Úhlopříčka udává její celou velikost a nikoliv velikost její aktivní plochy (plocha, na které je možné zobrazit obraz), která je vždy o něco menší (např. u 17” monitoru je 15,4” až 16,1”). Běžně používané velikosti obrazovek u počítačů jsou:
 
•	14”, 15”: monitory určené hlavně pro zpracování informací v textovém režimu V grafickém režimu jsou vhodné pro rozlišení 800  600 bodů. Vyšší rozlišení na těchto monitorech bývá hůře čitelné. Ve vyšších rozlišovacích režimech také tyto monitory neposkytují příliš dobré obnovovací frekvence. 
•	17”: monitory určené pro práci s graficky orientovanými programy (tabulkové procesory, textové a grafické editory, prezentační programy). Je možné je použít i pro amatérskou práci s programy CAD/CAM a DTP. 17” monitory jsou vhodné pro rozlišení 1024  768 bodů až 1280  1024 bodů. 
•	19” – 21”: monitory určené zejména pro profesionální práci s náročnými aplikacemi CAD/CAM a DTP. Jedná se o monitory vhodné pro práci s rozlišením 1280  1028 bodů až 1600  1200 bodů. 

S velikostí obrazu souvisí také parametr označovaný jako FS (Full Screen), který říká, že monitor je schopen využívat celou viditelnou plochu obrazovky. Díky tomu nevznikají na obrazovce nevyužité černé okraje, do kterých není možné obraz roztáhnout a které byly pozorovatelné zejména u starších 14” monitorů.

Jak bylo uvedeno v předcházející kapitole, jsou při práci monitoru elektronové svazky vychylovány vychylovacími cívkami tak, aby proběhly celou aktivní plochu stínítka obrazovky. Pro kvalitu obrazu je velmi podstatné, jak rychle jsou tyto svazky schopné jednotlivé řádky probíhat. U každého monitoru se proto udává: 

•	horizontální frekvence (řádkový kmitočet): měří se v kHz a udává, kolik řádků vykreslí elektronové svazky monitoru za jednu sekundu 
•	vertikální frekvence (obnovovací kmitočet obrazu): úzce souvisí s horizontální frekvencí, měří se v Hz a udává počet obrazů zobrazených za jednu sekundu 

Obecně platí, že čím vyšší jsou tyto frekvence pro dané rozlišení, tím kvalitnější a stabilnější obraz monitor poskytuje. Při nízkých frekvencích je obraz nestabilní (poblikává) a při delší práci působí únavu zraku. Nestabilita obrazu je zapříčiněna tím, že při nízkých obnovovacích frekvencích dlouho trvá, než elektronové svazky vykreslí na obrazovce všechny řádky. To má za následek, že luminofory mají tendenci po uplynutí takto dlouhé doby pohasínat. Pohasínání a následné rozsvícení luminoforů způsobuje výše zmíněné nepříjemné blikání obrazu. Konkrétní parametry, které jsou ještě vyhovující a které již ne, jsou silně subjektivní a závisí na člověku, který s monitorem pracuje a jak dlouho s ním denně pracuje. Uvádí se, že při rozlišení 1024  768 by vertikální frekvence měla být okolo 72 Hz. 

Při nastavování obnovovacích frekvencí monitoru je nutné mít na paměti, že se zvyšující se frekvencí vzrůstá indukované napětí na vysokonapěťovém transformátoru monitoru. Pokud obnovovací frekvence, pro kterou je monitor určen bude překročena, vzniká nebezpečí, že indukované napětí naroste na tolik, že dojde ke zničení vysoko-napěťového transformátoru a tím i k poškození monitoru.

V případě požadavků na režimy s vysokým rozlišením je možné se setkat také s tzv. prokládanými režimy (interlaced mode). Tento režim použije monitor v okamžiku, kdy není schopen zvládnout vysoké řádkovací frekvence pro režimy s vysokým rozlišením. Aby tento režim mohl monitor zobrazit, obraz se rozloží do dvou dílů. Při prvním průchodu elektronových svazků se vykreslí všechny liché řádky a po návratu paprsku se vykreslí všechny sudé řádky. Tento systém poskytuje lepší obraz, než kdyby monitor zobrazoval s nízkou frekvencí všechny řádky postupně jako u neprokládaného (non-interlaced) režimu, avšak podstatně horší obraz než monitor, který dokáže použít vyšší frekvenci a pomocí ní potom neprokládaně zobrazit celý obraz. Prokládaný režim je charakteristický tím, že obraz se chová mírně neklidně –“mrká” a jsou pozorovatelné slabé tmavé vodorovné pruhy. Při dlouhé práci s takovým monitorem dochází k únavě zraku. 

Pokud má monitor zobrazovat různé grafické režimy (s různým rozlišením), je nutné, aby pracoval s různými frekvencemi. Výsledkem je, že při přepnutí grafického režimu může dojít ke změně umístění obrazu (obraz již není přesně vycentrován na střed obrazovky), popř. i ke změnám geometrie obrazu (špatná horizontální a vertikální velikost, poduškovitost apod.). Tyto poruchy lze odstranit pomocí korekcí monitoru, avšak je velmi nepraktické při každém přepnutí režimu měnit nastavení monitoru. Tento problém vyřešily moderní monitory, které používají digitální ovládání společně s tzv. mikroprocesorovým řízením. Tyto monitory jsou vybaveny pamětí, do níž je možné uložit nastavení obrazu pro různé režimy. U starších monitorů, které tuto možnost nemají, je nutné použít programu, který bývá dodáván většinou ke grafické kartě a který dovoluje uložení informací o nastavení obrazu pro jednotlivá rozlišení. 

Někteří výrobci monitorů používají při výrobě obrazovek tzv. odzrcadlení, které omezuje odrazy okolního světa v obrazovce. Tohoto efektu se dosáhne leptáním, mechanickým zdrsněním nebo nanesením speciální vrstvy na stínítko obrazovky. Dalším trendem při výrobě obrazovek jsou obrazovky flat screen. Vyznačují se jen velmi malým zakřivením a tím i realističtějším zobrazením informací. 

Vzhledem k tomu, že monitor má při své práci poměrně vysoký příkon (u 17” monitoru asi 125 W), bývají monitory vybaveny funkcí green, která dovoluje přepnutí monitoru po určité době od posledního ovládání počítače uživatelem (poslední stisk klávesy, poslední pohyb myší apod.) do pohotovostního režimu. V tomto režimu monitor nic nezobrazuje, jeho příkon je podstatně nižší (8 W – 15 W) a po započetí práce s počítačem se opět automaticky přepne do pracovního režimu. 

Při práci monitoru může vlivem magnetického pole Země, popř. působením magnetického pole některých předmětů (permanentní magnet, reproduktory apod.) dojít ke zmagnetování masky obrazovky, které se projeví nečistotou barev. Každý monitor provádí proto po svém zapnutí automaticky demagnetizaci masky obrazovky. Novější monitory bývají vybaveny speciálním tlačítkem označovaným degauss (degaussing), které provádí manuální demagnetizaci za chodu monitoru. 

U moderních monitorů je také kladen požadavek, aby nedocházelo k nežá-doucímu vyzařování škodlivého záření. Jako první vznikla norma LR (Low Radiation), která označuje monitory se sníženým vyzařováním. Jako další a přísnější byla později přijata norma TCO.

Obr. 20.9: Monitor firmy ADI

Obr. 20.10: Multimediální monitor

Spolu se stále větším rozmachem nasazování počítačů i v oblastech vzdělávání či zábavy je možné se setkat i s multimediálními monitory, které bývají vybaveny reproduktory pro přehrávání zvukových záznamů. 

20.3.	  LCD  displeje
LCD (Liquid Crystal Display) je zobrazovací jednotka, která při své činnosti využívá technologii kapalných (tekutých) krystalů. LCD se používají zejména jako zobrazovací jednotky pro: 

•	přenosné počítače (notebook, laptop)
•	“nepočítačová zařízení” (hodinky, kalkulačky, mobilní telefony atd.)
•	některé pracovní stanice, kde nahrazuje monitor pracující na principu CRT

Za počátek výzkumu LCD displejů lze považovat rok 1961, ale k jejich většímu rozšíření dochází až o 25 let později, a to zejména díky výraznému snížení výrobních nákladů.  Kapalné krystaly se vyznačují prostorovým uspořádáním molekul v kapalném stavu. Takový stav je označován jak mezofáze neboli parakrystalický stav. Kapalné krystaly se z hlediska elektrické vodivosti chovají jako izolanty a jejich existence je podmíněna určitým rozsahem teplot nebo určitou koncentrací kapalného roztoku, ve kterém se krystal nachází.

Podle toho, jak jsou molekuly kapalných krystalů uspořádány, je možné provést jejich rozdělení do následujících skupin:

•	nematické
•	cholesterické
•	smektické

Pro konstrukci LCD panelů se používají nematické kapalné krystaly. Tyto krystaly jsou založeny na bázi hexylkyanidbifenylu, jehož molekuly mají podlouhlý (tyčovitý) tvar a je pro ně charakteristické, že jsou citlivé na změny intenzity elektrického pole. 

Jak je znázorněno na Obr. 20.11, LCD panel se skládá z následujících vrstev. (Platí, že při konkrétní realizaci mohou být některé vrstvy vzájemně prohozeny):

•	Polarizační filtr A
•	Sklo
•	Transparentní elektrody
•	Alignment layer A (zarovnávací vrstva A)
•	Kapalné krystaly
•	Alignment layer B (zarovnávací vrstva B)
•	Transparentní elektroda u aktivního displeje nebo transparentní elektrody u displeje pasivního
•	Barevné filtry RGB (pouze u barevného LCD displeje)
•	Sklo 
•	Polarizační filtr B

Obr. 20.11: Řez barevným pasivním LCD displejem

LCD displeje používané jako zobrazovací jednotky počítačů jsou většinou konstruovány tak, že mají v zadní části umístěnu výbojku, která plní funkci zdroje nepolarizovaného světla. 

Světlo emitované z výbojky prochází nejdříve polarizačním filtrem A, který provede jeho polarizaci. Tímto polarizačním filtrem projdou jen ty světelné vlny, které kmitají přibližně v jedné rovině (rovina polarizovaného světla). Dále nyní již polarizované světlo prochází skleněnou vrstvou a přes transparentní elektrody až k zarovnávací vrstvě A. Zarovnávací vrstva A i zarovnávací vrstva B jsou z vnitřní strany zvrásněny. Podlouhlé molekuly kapalných krystalů, které se nacházejí v blízkosti těchto vrstev, se natočí ve směru jejich zvrásnění.

Obr. 20.12: Průchod světla LCD displejem

 Zvrásnění zarovnávací vrstvy B je vzhledem ke  zvrásnění zarovnávací vrstvy A pootočeno o úhel 90, přičemž polarizační filtry jsou nastaveny tak, aby propouštěly rovinu polarizovaného světla, která je rovnoběžná se zvrásněním příslušné zarovnávací vrstvy. Pootočení zvrásnění na zarovnávacích vrstvách způsobuje, že molekuly přilehlé k jednotlivým zvrásněním jsou rovněž pootočeny o úhel 90 a mezilehlé molekuly se stočí a vytvoří tak část šroubovice (spirály).
	
	Polarizované světlo prochází přes oblast kapalných krystalů, jejichž molekuly (za předpokladu, že na ně nepůsobí elektrické pole) svým uspořádáním stáčí jeho rovinu o úhel 90. Světlo dále pokračuje ve své dráze přes zarovnávací vrstvu B, barevné filtry, skleněnou vrstvu a nakonec přes polarizační filtr B. Polarizační filtr B je nastaven tak, že polarizované světlo, jehož rovina byla stočeno o úhel 90, jím projde.

Pokud na transparentní elektrody, které jsou umístěny na vnější straně zarovnávacích vrstev, přivedeme elektrické napětí, molekuly kapalných krystalů se začnou narovnávat a opouští tak původní uspořádání ve tvaru šroubovice. Toto způsobuje, že rovina polarizovaného světla, která prochází oblastí kapalných krystalů, se již nestáčí o úhel 90, ale o úhel menší než 90. Velikost tohoto úhlu je dána hodnotou elektrického napětí přivedeného na transparentní elektrody (čím vyšší napětí, tím se molekuly kapalných krystalů více vyrovnají a tím menší je úhel, o který se rovina polarizovaného světla bude stáčet). Polarizované světlo, jehož rovina se stáčí o menší úhel, prochází přes polarizační filtr B s menší intenzitou. V krajním případě se rovina polarizovaného světla nestáčí vůbec a přes polarizační filtr B neprojde žádné světlo.

Zobrazovací jednotky pracující na výše popsaném principu jsou označovány jako TN-LCD (Twisted Nematic – LCD). Je možné se setkat i jednotkami označova-nými jako STN-LCD (Super TN-LCD), u kterých je zvrásnění zarovnávacích vrstev pootočeno o úhel větší než 90 (např. 270).

LCD displeje je možné dále rozdělit do dvou skupin v závislosti na tom, zda používají pasivní nebo aktivní matici obrazových bodů (pixelů).

20.3.1.	 Pasivní LCD displeje

Obr. 20.13: Uspořádání elektrod pasivní matice

Pasivní LCD displeje jsou založeny na bázi pasivní matice (passive matrix), která pro adresování jednotlivých obrazových bodů používá vertikálních a horizontálních transparentních elektrod.
	
Jednotlivé řádky jsou zobrazovány postupně tak, že nejdříve je zvolen příslušný řádek (horizontální elektroda), jehož obrazové body se budou zobrazovat, a na vertikální elektrody se přivede elektrické napětí, které reguluje intenzitu světla procházejícího příslušným obrazovým bodem. Poté je zvolen následující řádek a celý proces se opakuje.

Tento způsob adresace vyžaduje použití kapalných krystalů s velkou setrvač-ností, tj. dobou, po kterou se po odpojení elektrického napájení molekuly vracejí do původního (spirálovitě stočeného) stavu. Z toho plyne, že pasivní matice nedokáže rychle reagovat na změny, a proto se jeví jako nevhodná v okamžiku, kdy je nutné zobrazovat rychle se měnící scenérii (videosekvence, rychle se pohybující objekty atd.).

Skutečnost, že jednotlivé body jsou adresovány přímo pomocí horizontálních a vertikálních elektrod, má za následek vznik přeslechů (rozsvícení jednoho obrazového bodu negativním způsobem ovlivňuje jas okolních bodů, zejména na tomtéž řádku).

Za účelem eliminování těchto negativních vlivů (především malou rychlost) jsou pro pasivní matice vyvíjeny jiné adresovací mechanismy, např. DSTN (Double Scan Twisted Nematic), který je dnes nejpoužívanějším mechanismem pro adresování pasivních matic. LCD displej je horizontálně rozdělen na dvě poloviny, jejichž obrazové body jsou zobrazovány paralelně, což dovoluje použití kapalných krystalů s menší setrvač-ností, díky čemuž je DSTN rychlejší než klasický TN-LCD displej.

20.3.2.	 Aktivní LCD displeje

Aktivní LCD displeje pracují s aktivní maticí (active matrix) obrazových bodů, která je založena na technologii TFT (Thin Film Transistor). Aktivní matice používá ze zadní strany panelu samostatnou elektrodu pro každý obrazový bod a z přední strany jednu elektrodu společnou pro všechny body.

Každý obrazový bod je vybaven miniaturním tranzistorem (přesněji řečeno u barevného aktivního displeje je nutné, aby každý obrazový bod byl realizován pomocí třech tranzistorů – pro každou základní barvu jeden), který pracuje jako spínač a který v případě sepnutí umožňuje rozsvícení příslušného obrazového bodu.

Obr. 20.14: Uspořádání elektrod aktivní matice

Jednotlivé elektrody jsou zapojeny pomocí tenkých vodičů, které jsou umístěny mezi obrazovými body. Použití tranzistoru dovoluje separovat každý obrazový bod od vlivu okolních bodů a tím i minimalizovat přeslechy.

Uvedený mechanismus adresace dovoluje i použití kapalných krystalů, které se ve spojení s elektrodami chovají jako kondenzátor (uchovávají si jistý elektrický náboj, který udržuje molekuly kapalných krystalů ve správném natočení). Tyto krystaly mohou mít také mnohem menší setrvačnost, neboť správné natočení jejich molekul je drženo pomocí elektrického náboje, což dovoluje eliminovat i poměrně nízkou rychlost výše 
Obr. 20.15: Schéma zapojení 2 pixelů aktivního LCD displeje

uvedených pasivních matic. Nevýhodou aktivních matic je vyšší spotřeba elektrické energie, která je zpříčiněna použitím tranzistoru.

Poznámka: Symbol LC představuje kapalný krystal.

Obr. 20.16: Řez aktivním barevným LCD displejem

21.	 Klávesnice a myš
21.1.	  Klávesnice
Klávesnice (keyboard) slouží jako základní vstupní zařízení pro zadávání údajů. Je organizována jako pole spínačů, které jsou zapojeny do matice. Signály z jednotlivých řádků a sloupců této matice jsou zasílány do mikrořadiče klávesnice (Intel 8041, 8042 nebo 8048). Tento mikrořadič je osazen přímo v klávesnici a interpretuje signály pomocí svého zabudovaného programu (firmware). Je-li stisknuta konkrétní klávesa, mikrořadič klávesnice ji dekóduje a pošle příslušný kód (tzv. scan code) do počítače. Mikrořadič klávesnice je rovněž zodpovědný za komunikaci s řadičem klávesnice v počítači, tj. také za zaslání informace o jejím korektním připojení, umožnění programovému vybavení ovládat LED diody klávesnice apod. Mikrořadič a řadič klávesnice v PC komunikují asynchronně prostřednictvím propojo-vacího kabelu.

Obr. 21.1: Konektor DIN 

Klávesnice bývá k počítači připojena prostřednictvím rozhraní klávesnice (umístěné na základní desce počítače). Připojení je většinou realizováno pomocí 5 kolíkového konektoru DIN, popř. pomocí PS/2 konektoru, který má 6 vývodů.

21.1.1.	 Klávesnice PC/XT 

Obvykle nazývaná jako “XT klávesnice”, má 83 kláves a byla určena k prvním počítačům řady PC a PC/XT. Klávesy této klávesnice lze rozdělit do 3 základních skupin: 

•	Abecední pole: obsahuje litery abecedy, číslice, speciální znaky (!, @, #, ...) a některé speciální klávesy (SHIFT, CTRL, ALT, ENTER, ...) 
•	Funkční klávesy: klávesy označené F1 až F10, jejichž význam závisí na konkrétním programu, se kterým uživatel pracuje 
•	
Obr. 21.2:  Klávesnice PC/XT

Kurzorové a numerické klávesy: obsahují klávesy pro číslice a ovládání kurzoru 
21.1.2.	 Klávesnice PC/AT

Obvykle nazývaná jako “AT klávesnice”, obsahuje 101 (US standard) nebo 102 (European standard) kláves. Tyto klávesy lze rozdělit do 4 bloků: 

•	Abecední pole: podobně jako u PC/XT klávesnice 
•	Funkční klávesy: obsahuje klávesy F1 – F12, jejichž význam je opět podobný jako u PC/XT klávesnice 
•	Kurzorové klávesy: klávesy pro ovládání kurzoru 
•	
Obr. 21.3: Klávesnice PC/XT

Kurzorové a numerické klávesy: podobně jako u PC/XT klávesnice 

	Klávesnice PC/XT a PC/AT jsou mezi sebou obecně nekompatibilní, takže není možné PC/XT klávesnici použít u počítače PC/AT. Naopak je pravdou, že většina PC/AT klávesnic je vybavena přepínačem, který dovoluje PC/AT klávesnici přepnout do režimu PC/XT a používat ji tak u počítače PC/XT.

21.1.3.	 Klávesnice Win Natural

Obr. 21.4: Klávesnice Win Natural

S příchodem operačního systému MS Windows 95 (a pozdějším nástupem systémů MS Windows NT 4, MS Windows 2000 a MS Windows 98, (ME)) byla PC/AT klávesnice doplněna o speciální klávesy pro ovládání tohoto systému (klávesa pro vyvolání Start menu a pro vyvolání kontextového menu). V ostatních ohledech se tento typ klávesnice prakticky neliší od klávesnice PC/AT.
Poznámky: 

•	U některých klávesnic je možné se setkat i s dalšími klávesami, určenými pro různé specifické funkce (např. uvedení počítače do režimu standby (stav hybernace), opětovnou aktivaci počítače apod.)
•	Kromě výše uvedených klávesnic někteří výrobci (např. Microsoft) propagují  i speciální ergonomické klávesnice mající speciální tvar, který má zaručit, že ruce uživatele budou při práci v co možná nejpřirozenější poloze. 

Obr. 21.5: Ergonomická klávesnice

21.1.4.	 Bezkontaktní klávesnice

Obr. 21.6: Hallův jev

Bezkontaktní klávesnice pracují zpravidla na principu Hallova jevu, který byl objeven roku 1879. Mějme vodivý (např. kovový) pásek tloušťky d, který je opatřen na bočních okrajích kontakty tak, aby bylo možné mezi okraji pásku měřit příčné napětí U. Pokud páskem rovnoběžně s okraji prochází elektrický proud I a kolmo k povrchu pásku působí magnetické pole, pak mezi okraji pásku vzniká elektrické napětí.

Příčné napětí U je přímo úměrné proudu I, magnetické indukci B a nepřímo úměrné tloušťce pásku d. Platí:
kde h je Hallova konstanta vyjadřující vlastnosti materiálu, ze kterého je vyroben vodivý pásek.
21.2.	  Myš
Myš (mouse) je zařízení, které umožňuje přenášet pohyb ruky po vodorovné podložce na obrazovku počítače. Slouží většinou jako ukazovátko při práci s mnoha dnešními programy. Dnes rozlišujeme dva základní typy myší: 

•	Microsoft Mouse (má dvě tlačítka) 
•	PC Mouse (má tři tlačítka) 

Microsoft Mouse i PC mouse se připojují k počítači většinou přes sériový port, popř. přes PS/2 port a každá z nich komunikuje s počítačem pomocí jiného protokolu. Z toho vyplývá, že dvoutlačítková a třítlačítková myš jsou vzájemně nekompatibilní. Podobně jako u klávesnic i u třítlačítkových myší často existuje přepínač, pomocí kterého je možné třítlačítkovou myš přepnout do dvoutlačítkového režimu. 

Většina myší pracuje tak, že ve své spodní části obsahuje kuličku, která se při pohybu po podložce otáčí a toto otáčení je přenášeno na dva otočné válečky (jeden pro horizontální a jeden pro vertikální směr). Tyto dva válečky otáčejí dvěma disky, po jejichž obvodu jsou umístěny malé otvory. Každý z těchto disků se otáčí v buňce foto- detektoru, která obsahuje dvě LED diody a dva světelné senzory. Při otáčení disku  světlo z LED diod přerušovaně dopadá na světelné senzory, což dovoluje rozpoznat pohyb myši. Z fázového posunu mezi fotosenzory je pak možné rozpoznat i směr pohybu myši. Informace o pohybu myši jsou posléze zasílány do počítače, kde způsobují patřičný pohyb kurzoru myši po obrazovce. 

Kromě toho je možné vidět i myši, které ve spodní části mají místo kuličky LED diodu a speciální čidlo, dovolující rozeznat pohyb myši po podložce. Některé z těchto myší (zejména starší typy) ke své správné činnosti však vyžadovaly speciální podložku.

Obr. 21.7: Počítačová myš

22.	 PCMCIA a USB
22.1.	  PCMCIA
Sdružení PCMCIA (Personal Computer Memory Cards International Association) bylo ustaveno v roce 1989 a jeho úkolem bylo zavést standard pro rozšiřující karty (a jimi využívané sloty), které by byly používané zejména v přenosných počítačích (laptop, notebook).

V roce 1990 vznikl první standard pod názvem PCMCIA Standard Release 1.0. V rámci tohoto standardu byla  definována asynchronní sběrnice s 68 vodiči, jejíž šířka přenosu je 16 bitů. Jednalo se o standard, který byl určen pouze pro paměťové karty a neumožňoval tedy připojování jiných zařízení, než byly karty s rozšiřujícími paměťmi.

PCMCIA Standard Release 1.0 definuje strukturu CIS (Card Information Structure), která slouží pro vzájemnou spolupráci karet a pro technologii Plug & Play (technologie umožňující automatickou konfiguraci zapojených karet – viz kapi-tola 26.5). V tomto standardu jsou rovněž definovány karty Type I a Type II.

O rok později vzniká PCMCIA Standard Release 2.0, který definuje stejnou sběrnici s 68 vodiči jako předchozí verze a je s ní plně kompatibilní. Podstatným rozdílem ovšem je, že tato sběrnice je určena i pro jiné typy rozšiřujících karet (např. síťové karty, zvukové karty, SCSI rozhraní atd.).

PCMCIA Standard, Release 2.0 také specifikuje tzv. Socket Services. Socket Services je  programové rozhraní na úrovni BIOSu, které umožňuje přístup k PCMCIA slotům (socketům) počítače pomocí přímého přístupu k PCMCIA řadiči. Zároveň se jedná o nejnižší programovou vrstvu, která je jako jediná závislá na hardwarové platformě.  Mezi funkce, které Socket Services provádí, patří např. detekce zasunutí karty do slotu nebo naopak její vyjmutí ze slotu. 

Tento standard také umožňuje tzv. XIP (Execute In Place), což je metoda přímého spouštění aplikací z paměti ROM zapojené karty bez předchozího zavedení této aplikace do operační paměti počítače. Této funkce však nikdy nebylo ve větším měřítku využíváno.

V roce 1992 sdružení PCMCIA přichází s další verzí svého standardu nazvanou PCMCIA Standard Release 2.01. Tato verze přidává specifikaci pro karty Type III a rozšiřuje specifikaci Socket Services. Jako novinku zavádí tzv. Card Services. Jedná  se programovou vrstvu umístěnou bezprostředně nad Socket Services, která využívá jejích služeb. 

Mezi základní funkce Card Services patří např. automatická alokace systémových zdrojů (paměť, přerušení, …), v okamžiku, kdy Socket Services detekují zasunutí karty do slotu. Podobným způsobem jsou Card Services schopny po vysunutí karty (detekované opět pomocí Socket Services) dříve alokované zdroje ze slotu opět uvolnit. 

Rozhraní Card Services také dovoluje, aby karty mohly být sdíleny více klienty (programy, ovladače). Na rozdíl od Socket Services je specifikace Card Services nezávislá na hardwarové platformě.

Další specifikace přichází v roce 1993 s názvem PCMCIA Standard Release 2.1 a přináší rozšíření předešlého standardu (Card Services a Socket Services, napájecí napětí je z původních 5 V sníženo na 3,3 V).

Standard vyvinutý sdružením PCMCIA není závislý na hardwarové platformě a na operačním systému. Tato skutečnost mu dává možnost využití nejen u počítačů řady PC, ale je možné se s ním setkat i u počítačů Apple MacIntosh, různých “nepočítačových” zařízení (např. digitální fotoaparáty) apod.

Hlavní těžiště použití tvoří přenosné počítače (laptop, notebook), pro něž poskytuje efektivní systém pro připojování různých zařízení. Sběrnice, která je v rámci PCMCIA standardu definována, je kompatibilní s dosud používanými typy rozšiřujících sběrnic (ISA, EISA, MCA, VL bus, PCI). To znamená, že sběrnice PCMCIA může být s nimi osazena v jednom počítači.

Karty pro PCMCIA se označují PC Cards a vyrábějí se standardně ve třech typech, které se odlišují pouze svou tloušťkou (délka a šířka je u všech typů sejná: 85,6  54 mm):

•	Type I:  tloušťka 3,3 mm
-	nejstarší typ používaný zejména pro různé paměťové karty (Flash, SRAM apod.)
•	Type II: tloušťka 5 mm
-	dnes nejpoužívanější typ karty
-	v tomto provedení se vyrábějí např.: modemové (faxmodemové) karty, síťové karty, SCSI karty, zvukové karty a další
•	Type III: tloušťka 10,5 mm
-	poslední mezinárodně přijatá specifikace
-	používá se hlavně pro pevné disky

Obr. 22.1: PC Cards  typy

Kromě výše uvedených standardních typů existují ještě různé typy, které zatím nebyly oficiálně přijaty, např.:

•	Typ IV: tloušťka 16 mm
-	prosazované firmou Toshiba
•	Extended Cards:
-	prodloužené karty, které jsou asi o 50 mm delší

Jednotlivé typy PC Cards jsou na elektronické úrovni vzájemně kompatibilní. Kartu nižšího typu je možné použít ve slotu typu vyššího (např. kartu Type I lze použít ve slotech Type II a Type III). Obráceně to není mechanicky možné (je nutný adaptér, který provede mechanické přizpůsobení). PC Cards také podporují tzv. hot-swap (zapojení, resp. odpojení karty přímo za chodu počítače) a Plug & Play technologii, díky které se veškeré konfigurace provádějí automaticky a není nutné žádné manuální nastavování pomocí propojek (jumperů), popř. různých přepínačů.

Obr. 22.2: PC Cards (síťová karta vlevo a SCSI rozhraní vpravo)

V roce 1995 sdružení PCMCIA přichází s novým standardem označeným jako PC Card Standard 95 – CardBus. Tento standard používá stejný typ konektoru 
(68 vývodů) jako Release 2.1 a je s ním zpětně plně kompatibilní. Narozdíl od předešlého standardu však upouští od asynchronního modelu komunikace a přechází na komunikaci synchronní při maximální frekvenci 33 MHz. 

Další inovací je i možnost používat 32 bitové operace, které jsou umožněny multiplexováním datové a adresové sběrnice. Nové karty určené pro CadBus se označují jako CardBus PC Cards a podporují bus mastering (sdílené řízení sběrnice).

Sdružení PCMCIA rovněž uveřejnilo standard nazývaný ZV Port (Zoomed Video), který umožňuje zpracování videosignálu pomocí přenosného počítače přes PCMCIA sběrnici. Jedná se o standard, který dovoluje zobrazování v reálném čase pro aplikace, jako jsou MPEG dekodéry, filmy, hry, TV tunery, přímý vstup a snímání obrazu. ZV Port realizuje přímé spojení mezi PC Card řadičem a VGA řadičem a dovoluje tak zápis videodat přímo do videopaměti.

22.2.	  USB
USB (Universal Serial Bus) – standard sběrnice vyvinutý firmami Compaq, Intel, IBM, Microsoft, NEC a dalšími v roce 1995. Hlavním cílem bylo definovat externí rozšiřující sběrnici umožňující snadné připojování periferních zařízení. Periferní zařízení, která jsou k této externí sběrnici připojována, se v terminologii USB označují jako tzv. functions. Počítač, ve kterém je osazeno rozhraní pro USB sběrnici, tzv. (USB) host controller, bývá v označován jako host. 

Host může být v systému pouze jeden. Z toho vyplývá, že podle původního standardu, nebylo možné USB sběrnici použít k propojení více počítačů (dnes již neplatí). K host controlleru je bezprostředně připojen tzv. root hub (kořenový rozbočovač) obsahující většinou dva (popř. více) porty. Ke každému z těchto portů je možné připojit:

•	USB hub: zařízení, které slouží jako rozbočovač pro připojení dalších USB zařízení, popř. USB hubů
•	USB zařízení – function  (function může jako svou součást obsahovat i USB hub)

Obr. 22.3: Architektura USB sběrnice

Tímto vzniká stromová fyzická topologie, avšak logická topologie (princip komunikace) odpovídá topologii sběrnice. Každý uzel tohoto stromu, který není listem, je tvořen pomocí USB hubu (popř. zařízení, které USB hub obsahuje). Zařízení, které obsahuje jako svou součást USB hub, se nazývá  compound device.

Strom USB sběrnice může mít maximálně 7 úrovní (vrstev). V opačném případě vzniká riziko, že signál se přes jednotlivé huby nedostane včas z jedné části sběrnice na druhou.  V těchto 7 úrovních  může být zapojeno nejvýše a 127 zařízení. Platí, že:

•	1. úroveň je vždy tvořena root hubem
•	2. – 6. úroveň jsou tvořeny zařízeními nebo huby
•	7. úroveň: tvořena pouze zařízeními

Compound device se v tomto modelu chovají jako hub, ke kterému je připojeno  jedno zařízení. Z toho vyplývá, že compound device se může nacházet nejvýše na 6. úrovni stromu, neboť na této úrovni je zapojen jeho hub a vlastní zařízení je zapojeno až na úrovni sedmé.
Jednotlivá připojená USB zařízení mohou být napájena přímo z USB sběrnice (+ 5V). Tato možnost se však týká pouze zařízení s nízkým příkonem (klávesnice, myš atd.). Proto je rovněž možné, aby zařízení, jehož příkon je vyšší, mělo svůj vlastní napájecí zdroj a nezatěžovalo tak sběrnici.

Připojování zařízení k USB sběrnici se provádí pomocí standardního 4 vodi-čového kabelu (se dvěma různými konektory):

•	upstream konektor (“A”): pro připojení směrem k hostu (hubu)
•	downstream konektor (“B”): pro připojení k zařízení

Obr. 22.4: Konektory používané na USB sběrnici

Obr. 22.5: Kabel pro USB sběrnici

Kabel obsahuje dva stáčené vodiče pro přenos dat, jeden zemnící vodič a vodič s napájením.

Data jsou po kabelu přenášena po vodičích D + a D – diferenciálním způso-bem, to znamená, že po vodiči D + je přenášena skutečná hodnota bitu a po vodiči D – je přenášena negace tohoto bitu. Na straně příjemce je potom proveden rozdíl (diference) těchto dvou hodnot a na jeho základě je zjištěno, zda-li byl přenášen bit 1 nebo bit 0. Tento způsob přenosu dat dovoluje docílit většího rozdílu mezi hodnotou logická 1 a hodnotou logická nula a díky tomu je méně náchylný k chybám vzniklým okolním elektromagnetickým rušením popř. šumem.

Jednotlivé zasílané bity jsou kódovány metodou NRZI (Non-Return to Zero Inverted) with bit stuffing. Samotná metoda NRZI pracuje tak, že:

•	bit 0 je kódován jako změna napěťové úrovně (z nízké na vysokou nebo naopak)
•	bit 1 je kódován jako setrvalý stav napěťové úrovně

	Tento způsob má však tu nevýhodu, že při delší posloupnosti jedniček nebude provedena žádná změna napěťové úrovně a vzniká tak nebezpečí ztráty synchronizace mezi zařízením, které informace vysílá, a zařízením, které je přijímá. Z tohoto důvodu se ještě k metodě NRZI používá bit stuffing, který v případě USB sběrnice za každých šest bezprostředně po sobě následujících jedniček vloží jednu nulu. Tímto je vynucena změna napěťové úrovně, která zajišťuje potřebnou synchronizaci komunikujících zařízení.

Obr. 22.6: Originální signál (nahoře) a signál zakódovaný pomocí NRZI 
                   with bit stuffing (dole)

Komunikační protokol na USB sběrnici pracuje tak, že veškeré přenosy dat jsou iniciovány host cotrollerem. Komunikace probíhá přístupovou metodou zvanou polling. Většina transakcí na USB sběrnici vyžaduje nejvýše 3 packety (bitové sady):

•	host controller pošle USB packet (obsahující typ a směr transakce, adresu USB zařízení, …), který se rozšíří přes jednotlivé huby po celé sběrnici ke všem zařízením. Tento packet bývá označován jako token packet.
•	USB zařízení, které rozpozná v token packetu svou adresu (adresát), se nadále účastní transakce
•	adresát, podle udaného směru transakce (dána v token packetu), provede příjem nebo vyslání dat, popř. indikuje, že nemá žádná data k vyslání
•	cílové zařízení (příjemce dat) nakonec posílá packet  s potvrzením, že příjem byl bezchybný

Poznámka: Některé transakce (mezi hostem a Full/Low Speed zařízením) vyžadují 4 packety

Rychlost USB sběrnice záleží na její verzi a režimu, ve kterém pracuje:

•	USB 1.1:
-	Low Speed: 1,5 Mb/s 
-	Full Speed: 12 Mb/s 

•	USB 2.0:
-	High Speed: až 480 Mb/s 

Obr. 22.7: USB sběrnice verze 1.1 a 2.0

Verze USB 1.1 a USB 2.0 jsou vzájemně kompatibilní a platí, že komunikace mezi zařízením a hubem, ke kterému je připojeno, probíhá rychlostí zařízení.  Komunikace mezi High Speed huby probíhá v režimu High Speed nezávisle na rychlosti připojených zařízení.

Jednotlivá zařízení je možné k USB sběrnici připojovat, popř. odpojovat i za chodu počítače. To znamená, že USB sběrnice podobně jako sběrnice standardu PCMCIA podporuje hot-swap a je úkolem programového vybavení, aby příslušné změny automaticky rozpoznalo.

K USB lze připojovat velmi širokou škálu různých zařízení, např.: počítačové myši, klávesnice, monitory, reproduktory, scannery, ZIP mechaniky, DVD, tablety, tiskárny, modemy, adaptéry se sériovým nebo paralelním konektorem a mnohé další.

23.	 Externí paměťová média
Data a programy, se kterými uživatel na počítači pracuje, je nezbytné uchovávat na nějakých paměťových médiích. Standardně je proto každý moderní počítač vybaven mechanikou pružných disků (viz kapitola 12) a pevným diskem (viz kapitola 13). Disketová mechanika slouží k záznamu dat na pružný (floppy) disk. Jedná se o přenosné médium, které má však pro dnešní účely poměrně malou kapacitu (disketa 31/2” má kapacitu 1,44 MB) a poskytuje poměrně nízkou přenosovou rychlost. 

Naopak pevný disk má vysokou kapacitu, poskytuje vysokou přenosovou rychlost, ale jde o nepřenosné médium, které je pevně osazeno v počítači. Pevný disk tedy slouží k ukládání dat a programů, se kterými na počítači momentálně pracujeme, a jen výjimečně slouží k přenosu dat mezi dvěma počítači. 

Protože, jak bylo uvedeno výše, disketová mechanika pro přenos většího objemu dat není vhodná, vzniká poměrně velké množství jiných paměťových médií určených zejména jako přenosná média s větší kapacitou a vyšší přenosovou rychlostí, než má floppy disk. 

Mezi základní parametry každého takového média patří: 

Parametr 	Vysvětlení 	Rozsah 	
Kapacita 	Maximální množství dat, které je možné na dané médium zaznamenat 	1 MB – 10 GB	
Přenosová rychlost 	Množství dat, které je možné z média přenést do počítače za jednotku času 	10 MB/min – 1 MB/s	
Přístup k datům 	Způsob, kterým je možné přistupovat k datům 	Sekvenční, přímý	
Připojení k počítači 	Rozhraní, řadič, pomocí kterého je možné čtecí (zapisovací) mechaniku pro dané médium připojit k počítači 	EIDE, SCSI, USB, 
řadič pružných disků, paralelní port	
Princip záznamu 	Způsob, kterým se jednotlivé bity na médium zaznamenávají 	magnetický, optický, magnetický s optic-kým naváděním hlav	
Provedení čtecí jednotky 	Čtecí jednotka může být umístěna uvnitř skříně počítače (interní), nebo naopak je umístěna ve vlastní skříni vně počítače (externí) 	Externí, interní	
Pořizovací cena 	Cena čtecí (zapisovací) mechaniky pro dané médium 	1000 Kč – 10000 Kč	
Cena za bit 	Poměr ceny za jedno médium ku kapacitě média 		
Spolehlivost 	Střední doba mezi poruchami 	roky	

Jednotlivá externí paměťová média lze rozdělit do následujících základních skupin:

•	pásky s magnetickým záznamem
•	disky:
-	s magnetickým záznamem
-	s optickým záznamem (optické disky)
23.1.	  Pásky s magnetickým záznamem
Páskové paměti jsou typickým sekvenčním zařízením, to znamená, že pokud je potřeba zpřístupnit libovolnou informaci na pásce, je nutné, aby nejdříve byly přečteny všechny informace předcházející. 

Páskové paměti jsou obecně vhodné zejména pro zálohování velkého objemu dat a jeho případné obnovy. Jsou naprosto nevhodné pro časté zpřístupňování určitých částí dat. Toto je dáno jejich sekvenčním přístupem k datům, který může způsobit, že přístupová doba k datům uloženým na konci pásky může dosáhnout až několika hodin. Páskové paměti rovněž neposkytují ani příliš vysokou přenosovou rychlost (řádově 10 MB/min).

Mezi první páskové paměti patřila devítistopá páska o šířce 1/2”. Hustota záznamu na těchto páskách dosahovala až 6250 bpi (bits per inch = bitů na palec). Tyto páskové paměti se používaly zejména u velkých sálových počítačů a vyžadovaly poměrně náročnou obsluhu, protože páska byla navinuta pouze na cívce (nikoliv umístěna v kazetě) a tudíž se musela pracně zavádět do čtecího zařízení. 

Připojování pásky se provádělo přes rozhraní SCSI a životnost pásky byla odhadována na 25 let.

23.1.1.	 Kazety 3480, 3490E

Jedná se o kazety s magnetickou páskou, které byly vyvinuty firmou IBM pro velká výpočetní střediska. Na rozdíl od svého předchůdce se již jedná o pásku umístěnou v kazetě, což usnadňuje manipulaci. 

Další výhodou těchto pásek je vyšší přenosová rychlost a kratší doba převíjení. Kazety 3480 a 3490E jsou opět vhodné zejména pro zálohování velkých objemů dat, protože podobně jako 1/2” pásky jsou i tyto kazety sekvenční média. Později vznikla k těmto kazetám ještě automatická zařízení na manipulaci s archivem těchto kazet (jukebox). 

23.1.2.	 Streamer

Streamer je páskovým médiem s podélným proudovým záznamem, které není již určeno výhradně pro velké sálové počítače, jako tomu bylo u předešlých médií, ale i pro malé osobní počítače. 

Čtecí (zapisovací) mechaniky pro streamery se vyrábějí jak v interním, tak externím provedení. Páska streameru je uložena v kazetě, se kterou potom mechanika pracuje. Zaznamenávaná data se nezapisují po blocích, ale jsou zapisována jako celistvý proud dat. Vlastní záznam je prováděn podélně (podobně jako u audiokazety). 

Oproti předešlým páskovým pamětem a kazetám poskytují streamery vyšší přenosovou rychlost (cca 10 – 15 MB/min) a mají kapacitu 60 MB, 120 MB, 250 MB, 500 MB, 1,2 GB, 2,5 GB a více. Jejich hlavní využití spočívá podobně jako u předchozích médií v zálohování velkých objemů dat. 

Připojení k počítači se provádí prostřednictvím: 

•	řadiče pružných disků
•	paralelního portu
•	SCSI rozhraní 

Obr. 23.1: Streamer

23.1.3.	 Kazety 8 mm “Helical” (Exabyte)

Obr. 23.2: Princip šikmého záznamu dat

Tyto kazety, vyrobené firmou Exabyte, obsahují opět magnetický pásek, tentokrát o šířce 8 mm, na který se provádí šikmý záznam dat (podobně jako na video kazetě). Kapacita této kazety se pohybuje v závislosti na délce pásku od 1 GB až do 20 GB. Rychlost přenosu dat je zhruba 20 MB/min. 

Při šikmém záznamu dat je páska vytažena z kazety a obtočena kolem válcového bubnu, na kterém jsou umístěny dvě čtecí a dvě zapisovací hlavy. Buben je mírně odkloněn od svislé osy (asi o úhel 5) a v době zápisu i čtení rotuje rychlostí 2000 ot. za minutu. Společně s bubnem rotují i zapisovací a čtecí hlavy, čímž je vytvářen záznam, který je organizován v šikmých stopách. Tyto stopy jsou asi osmkrát delší než je šířka pásky. Při zápisu dat na pásku jsou zapsaná data vždy zpětně čtena (verifikována) a v případě zjištění chyby dochází k jejich opětovnému zápisu.

Štěrbina zapisovací hlavy A je vzhledem ke štěrbině zapisovací hlavy B otočena o úhel cca 40. Toto umožňuje, aby se vedle sebe zapsané stopy mírně překrývaly a tím se zvýšila hustota záznamu. Tento mírný překryv stop není na závadu a dovoluje stále bezchybné čtení, neboť každá stopa je zapsána s rozdílnou polaritou. Stejným způsobem jsou pak vzhledem k sobě pootočeny i štěrbiny hlav čtecích.

Každá zapsaná stopa obsahuje 128 kB dat a další redundantní informace, které je možné využít k automatické rekonstrukci dat v okamžiku, kdy páska je z části poškozena.

Obr. 23.3: Obepnutí bubnu páskou

Vzhledem k uvedeným parametrům a skutečnosti, že se jedná opět o sekvenční médium, jsou kazety Exabyte vhodné pro zálohování velkých objemů dat. Připojení k počítači se provádí většinou přes rozhraní SCSI.

23.1.4.	 Kazety 4 mm DAT

Kazety DAT (Digital Audio Tape) byly vyrobeny firmou Hewlett-Packard. Jedná se o podobné zařízení jako jsou kazety Exabyte, které pracuje na podobném principu (šikmý záznam dat na magnetickou 4 mm pásku). 

Kapacita těchto kazet se pohybuje v rozmezí 1 GB – 8 GB a přenosová rychlost je 22 MB/min. Připojení je podobně jako u Exabyte prováděno většinou přes rozhraní SCSI.
 
23.2.	  Disky s magnetický záznamem
23.2.1.	 SyQuest disk

SyQuest disk byl vyroben firmou SyQuest a jedná se o výměnný kotouč pevného disku o průměru 31/2” umístěný v plastové kazetě. Tvoří přechod mezi pružnými a pevnými disky. Jeho kapacita je 105 MB, 130 MB a 270 MB. Připojení k počítači s provádí prostřednictvím: 

•	SCSI rozhraní 
•	IDE rozhraní 
•	paralelního portu

Nevýhodou SyQuest disků je jejich častá vzájemná nekompatibilita. Stává se, že disk zapsaný v jedné mechanice není čitelný v mechanice jiné. 

Obr. 23.4: SyQuest disk

23.2.2.	 Bernoulliho disk

Je vyroben firmou Iomega a jde o pružný kotouč otáčející se v proudu vzduchu, který přitlačuje (podle Bernoulliho jevu) povrch média k hlavičce. Bernoulliho disky se vyrábějí ve formátu 51/4” a jejich kapacita se pohybuje od 20 MB do 200 MB. Připojení k počítači je provedeno pomocí paralelního portu nebo SCSI rozhraní. Mezi výhody Bernoulliho disků patří poměrně vysoká odolnost média proti přetížení (pád, náraz apod.). 

Jedná se o přenosné zařízení s přímým přístupem k datům, které poskytuje vyšší přenosovou rychlost a vyšší kapacitu než disketa. 

23.2.3.	 Floptical disk

Floptical disk (Floppy Optical) je pružný disk o formátu 31/2”, na který se provádí magnetický záznam. Při tomto záznamu se používá optické navádění čtecích (zapisovacích) hlav na značky vytvořené pevně při výrobě diskety. Floptical disk má vylepšený povrch a dovoluje uložení až 21 MB dat. 

Výhodou těchto disků je také to, že v mechanice pro floptical disk je možné používat i běžné 31/2” diskety. Na tyto diskety sice není možné uložit výše zmíněných 21 MB (pouze 1.44 MB), ale uživatel tak nemusí mít ke své floptical mechanice ještě standardní mechaniku pro 31/2” diskety. 

23.2.4.	 ZIP disky

ZIP disky jsou média vyrobená firmou Iomega a jedná se disk o průměru 31/2”, na který je možné uložit 100 MB nebo 250 MB dat (v závislosti na typu čtecí mechaniky a vlastního záznamového média). Princip práce ZIP disku je podobný jako u disketové mechaniky. Provádí se na magnetickou vrstvu pomocí čtecích (zapisovacích) hlav, které při práci přímo dosedají na povrch média. Mechaniky pro ZIP disky se vyrábějí v interním i externím provedení. 

•	Interní mechaniky se připojují přes:

-	EIDE rozhraní 
-	SCSI rozhraní 

•	Externí disky se připojují přes:
 
-	SCSI rozhraní 
-	paralelní port
-	USB sběrnici

Obr. 23.5: Interní a externí mechanika pro ZIP disk

23.2.5.	 Disky LS120

Disky LS120 jsou svými vlastnostmi velmi podobné diskům ZIP. Jedná se v podstatě o konkurenční produkt k ZIP diskům. 

Dovolují uložení až 120 MB dat a na rozdíl od ZIP disků je možné v mechanice pro disky LS120 používat i běžné 31/2” diskety. 

Obr. 23.6: Disk LS120

23.2.6.	 JAZZ disky

Disky JAZZ jsou média, která pracují na podobném principu jako pevný disk. Jsou vyráběny firmou Iomega a dovolují uložení 1 GB – 2 GB dat. Záznam je prováděn do magnetické vrstvy pomocí hlav, které plovou na tenké vzduchové vrstvě nad vlastním médiem. JAZZ disky se vyrábějí ve formátu 31/2”, a to jak v interním, tak i v externím provedení. Připojení se provádí: 

•	u interního provedení přes SCSI rozhraní 
•	
Obr. 23.7: JAZZ disk

u externího provedení také přes SCSI rozhraní nebo přes paralelní port

23.2.7.	 SyJet disky

Obr. 23.8: SyJet disk

SyJet disky jsou v podstatě reakcí firmy SyQuest na disky JAZZ. Jde o zařízení pracující na stejném principu jako JAZZ disk, jehož kapacita je 1,5 GB. Připojování, formát a prove-dení je prakticky totožné jako JAZZ disků. 

23.3.	  Optické disky
Čtení z optických disků je prováděno obecně pomocí laserového paprsku. Laserový paprsek je generován polovodičovým laserem a následně prochází přes optickou soustavu, která má za úkol provést jeho optimální zaostření na povrch optického disku. Po dopadu na médium se laserový paprsek od média odráží a vrací se po stejné dráze zpět do optické soustavy, kde nyní přichází k polopropustnému zrcadlu  (tentokrát z nepropustné strany). Toto zrcadlo způsobí, že laserový paprsek je odražen směrem k fotosenzoru, který vyhodnotí jeho vlastnosti. 

Obr. 23.9: Princip čtení záznamu z optického disku

Fotosenzor tedy určí, jakým způsobem se po odrazu od záznamového média změnily vlastnosti paprsku (např. intenzita, stáčení roviny polarizováného světla apod.) a podle toho je možné rozlišit, jaké informace jsou na médiu zaznamenány.

23.3.1.	 Magnetooptické disky

Magenetooptické disky jsou média, u nichž se záznam provádí zaměřením laserového paprsku za současného působení magnetického pole. Záznam na tento disk probíhá ve dvou fázích: 

•	nejprve se smaže místo, na které se bude záznam provádět (zapsání samých nul) 
•	v další otáčce (po smazání) se na příslušná místa zapíší jedničky 

Obr. 23.10: Zápis na magnetooptický disk

Materiál, ze kterého je magnetooptický disk vyroben, je magneticky velmi tvrdý a je prakticky nemožné změnit jeho magnetickou orientaci při běžných (pokojových) podmínkách. Proto se při záznamu, který je ve své podstatě magnetický, využívá i současného působení laseru. Fyzikální princip záznamu u magentooptického disku je tedy následující: 

•	laserový paprsek zahřeje bod na citlivé vrstvě nad Curiovu teplotu. Curiova teplota je stanovená pro každý feromagnetický materiál a jedná se o teplotu, při níž tento materiál přechází v materiál paramagnetický. To znamená materiál, který má pouze velmi malou koercitivní sílu. Stačí tedy pouze malá intenzita magnetického pole ke změně jeho magnetických vlastností. 
•	magnetickým polem příslušné orientace se změní zmagnetování bodu 
•	po ochlazení magnetizace zůstane 

Čtení v případě magnetooptického disku je prováděno již na principu optickém a využívá  tzv. Kerrova efektu (elektrooptický dvojlom). Při čtení se použije laserový paprsek nižší intenzity, který je směřován na magnetooptický disk. V závislosti na tom, jaká je magnetická orientace materiálu v místě, kam tento paprsek dopadl, dochází ke stáčení polarizované roviny světla laseru ve směru, resp. protisměru hodinových ručiček. Stáčení polarizované roviny světla je pak vyhodnocováno fotosenzorem ve čtecí mechanice.

Protože záznam na médium je podmíněn zahřátím příslušného bodu disku, není nebezpečí, že by mohlo dojít k nechtěnému smazání dat vlivem magnetického pole, např. silného permanentního magnetu, reproduktoru apod. Díky těmto vlastnostem je pro magnetooptické disky charakteristická vysoká životnost (desítky let). Vyrábějí se ve formátu 31/2” i 51/4” a poskytují kapacitu od stovek MB až po jednotky GB. Přenosová rychlost se pohybuje v rozmezí 3 – 4,5 MB/s (přístupová doba je okolo 39 ms). Platí, že přenosová rychlost je u magentooptických disků při záznamu vždy výrazně nižší (asi poloviční) než u čtení. To je dáno tím, že záznam je prováděn ve dvou fázích, které vyžadují více času ke své realizaci. Připojení magnetooptických disků se provádí přes rozhraní SCSI. 

23.3.2.	 CD-ROM

Médium CD-ROM (Compact Disk – Read Only Memory) vzniklo využitím technologií, které byly původně vyvinuty firmami Philips a Sony pro nosič audio CD. Jedná se o médium, které je určeno pouze ke čtení informací a které dovoluje uložení až 650 MB programů a dat.

Média CD-ROM i audio CD jsou vyráběna lisováním z předem vyrobené matrice pomocí tzv. rodinného procesu (family process). Při tomto procesu je nejdříve použita skleněná matrice, na níž je nanesena fotocitlivá vrstva. Do této fotocitlivé vrstvy je laserovým paprskem pořízen prvotní záznam tak, že některá místa jsou vystavena působení laseru (jsou exponována) a jiná nikoliv. Exponovaná místa jsou v následujícím kroku odleptána. Po odleptání se provede galvanické pokovení celé matrice a posléze je kovová vrstva (vniklá pokovením) z matrice odejmuta. 

Tato kovová vrstva bývá označována jako otec (father) a slouží jako další matrice k vylisování tzv. matky (mother). Matka se opět použije jako matrice k vylisování syna (son). Syn již slouží jako matrice k lisování finálních nosičů CD-ROM. Lisování pomocí syna je prováděno do polykarbonátové vrstvy, která se po odejmutí syna pokryje (z vylisované strany) odrazivou vrstvou (reflective layer) hliníku popř. stříbra. 

Obr. 23.11: Výroba CD-ROM (rodinný proces)

Na závěr je odrazivá vrstva překryta vrstvou ochrannou (protective layer), na níž se umístí etiketa.

	Na rozdíl od dříve uvedených diskových zařízení (pružné disky, pevné disky, ZIP disky, magnetooptické disky apod.) nejsou data ukládána do soustředných kružnic, ale do jedné dlouhé spirály podobně jako na gramofonové desce. Data jsou v této spirále uložena jako posloupnost tzv. landů a pitů, kde:

•	land: značí vyvýšeninu směrem od etikety
•	pit: značí prohlubeň směrem od etikety
Poznámka: Některé prameny označují land a pit opačně (tzn. pit je prohlubeň směrem od laseru a land je vyvýšenina směrem od laseru). Tato záměna však nemá žádný vliv na pochopení principu funkce média CD-ROM a jeho čtecí mechaniky.

Obr. 23.12: Čtení záznamu z média CD-ROM

Laserový paprsek je ostřen na land, z toho vyplývá, že od landu se odráží s vyšší intenzitou než od pitu, kam dopadá mírně rozostřen. Čtení dat tedy probíhá v závislosti na intenzitě odraženého paprsku od média. Jednotlivé pity a landy jsou interpretovány takto:

•	1 – změna z pitu na land nebo z landu na pit
•	0 – setrvalý stav (pit nebo land)

Vzhledem k omezené citlivosti fotosenzoru je nezbytné, aby mezi dvěma jedničkami (změna z pitu na land nebo naopak) byly vždy alespoň dvě nuly (dvě po sobě rychle následující změny intenzity odraženého paprsku nelze spolehlivě rozpoznat). Naopak je rovněž nutné zabezpečit, aby posloupnost po sobě následujících nul nebyla nikdy delší než deset, protože jinak by došlo ke ztrátě synchronizace čtecí jednotky a nebylo by možné určit jejich přesný počet.

Výše uvedené požadavky jsou realizovány pomocí speciálního kódovaní EFM (Eight to Fourteen Modulation), které každému bytu přiřazuje jednoznačně 14bitový vzorek. Kódování EFM splňuje vytyčené požadavky pouze uvnitř jednoho vzorku, nikoliv však mezi po sobě následujícími vzorky, proto se mezi každé dva byty (po překódování 14bitové vzorky) ještě zapisují další 3 bity, jejichž hodnota nemá žádný informační význam. Tyto tři bity mají hodnotu závislou na přilehlých 14bitových vzorcích a mají za úkol zaručit, že ani mezi těmito vzorky nebude porušeno pravidlo:

•	mezi dvěma jedničkami minimálně dvě nuly a maximálně deset nul

Spirála s daty začíná u středu média a rozvíjí se postupně až k jeho okraji. Záznam (spirála dat) je pouze na spodní straně disku, tj. záznam na CD-ROM disku je jednostranný. Délka celé spirály je zhruba 6 km a hustota dat v ní uložených je konstantní. Podle rychlosti, kterou je CD-ROM mechanika schopna číst tato data, se mechaniky rozlišují na: 

•	single speed (1x): 150 kB/s, dostačující pouze pro přenos souborů
•	double speed (2x): 300 kB/s, pro dnešní účely již nedostačující
•	mechaniky s vyššími rychlostmi (6x, 8x, 12x, 16x, 24x, 32x, 40x, …)
Podle způsobu čtení datové spirály lze CD-ROM mechaniky rozdělit do dvou skupin:

•	CLV (Constant Linear Velocity): U tohoto typu CD-ROM mechanik jsou data čtena konstantní lineární rychlostí. To znamená, že je nezbytné, aby rychlost otáček čteného média byla neustále přizpůsobována tak, aby byla dodržena konstantní rychlost čtených dat (u single speed je to cca 1,3 m/s). U středu je rychlost otáček vyšší (500 ot/min) a u kraje je rychlost otáček naopak nižší (200 ot/min).
Na tomto principu pracují zejména starší mechaniky. Protože je nutné neustále přizpůsobovat rychlost otáček, mají tyto mechaniky vyšší přístupovou dobu (cca 500 ms) a platí, že udávaná rychlost čtení odpovídá rychlosti, se kterou je mechanika schopna číst data nezávisle na tom, kde se na médiu nacházejí.
•	CAV (Constant Angular Velocity): V případě mechanik CAV jsou data čtena konstantní úhlovou rychlostí. Z toho vyplývá, že rychlost otáček média je konstantní a není nutno ji přizpůsobovat v závislosti na tom, odkud se čtení provádí.
Na tomto principu pracují zejména dnešní moderní mechaniky s rychlostí vyšší než 12x. Díky konstantní úhlové rychlosti je možné, aby CAV mechaniky dosahovaly nižších přístupových dob (cca 100 ms), než je tomu u mechanik CLV. Udávaná rychlost čtení však potom nevyjadřuje přenos dat, který je mechanika schopna poskytnout v libovolný okamžik, ale vyjadřuje maximální přenos, který nastává u okraje média (kde lineární rychlost je nejvyšší).

	Protože šířka stopy spirály je velmi malá, data jsou uložena s poměrně velkou hustotou a vlastní CD-ROM nosič není ničím chráněn, je velká pravděpodobnost, že i při běžné manipulaci s CD-ROM diskem může dojít ke špatnému přečtení některých uložených bitů. Proto informace uložené na médiu CD-ROM jsou silně redundantní (nadbytečné) a mechanika má obvody realizující na základě těchto nadbytečných informací poměrně složité algoritmy pro korekturu chyb vzniklých při čtení.

CD-ROM mechaniky se připojují k počítači obvykle prostřednictvím: 

•	EIDE rozhraní: toto rozhraní poskytuje rozšíření normy o příkazy pro práci s CD-ROM, streamery a dalšími periferiemi označované jako ATAPI 
•	SCSI rozhraní
•	USB sběrnice 
•	zvukové karty obsahující rozhraní pro CD-ROM 
•	
Obr. 23.13: Mechanika CD-ROM

vlastního řadiče 
23.3.3.	 CD-R

Mechaniky CD-R (Compact Disk - Recordable) jsou zařízení, jež dovolují provedení záznamu na disk CD-R, který je potom čitelný v běžné CD-ROM mechanice. Médium CD-R se skládá ze čtyř vrstev:

•	polykarbonát: plní ochrannou funkci
-	záznamová vrstva (recording layer): tvořena organickým barvivem:
-	cynine: zelená
-	phtalocyanine: zlatá
-	azo: modrá
•	odrazivá vrstva (reflective layer): tvořena tenkou vrstvou zlata, popř. stříbra
•	
Obr. 23.14: Řez médiem CD-R

ochranná vrstva (protective layer): na ní je umístěna etiketa

Záznam na CD-R médium je prováděn do stopy připravené z výroby (pregroove) pomocí laseru s vyšší intenzitou. Laserový paprsek vyšší intenzity spálí organické barvivo, které pak již nepropouští světlo a nemůže tedy dojít k jeho odrazu od odrazivé vrstvy. Tímto se vytvoří ekvivalenty jednotlivých pitů a landů, což dovoluje, aby zaznamenané CD-R médium bylo čteno v běžné CD-ROM mechanice.

Proces zaznamenávání dat na CD-R disk je velmi náročný na kontinuální přísun dat ze zařízení, z něhož záznam (většinou pevný disk) do mechaniky CD-R provádíme. V případě, že CD-R mechanika nedostane požadovaná data včas, dojde k přerušení záznamu na CD-R a tím ke zničení celého média. 

Z výše uvedeného důvodu se u starších (méně výkonných) počítačů ve většině případů doporučovalo, aby CD-R mechanika i pevný disk, ze kterého se záznam prováděl, byly připojeny pomocí SCSI rozhraní. SCSI dovoluje vyšší a plynulejší přenos dat. Rovněž se doporučovalo, aby po dobu, kdy je prováděn záznam, nebyl na počítači spuštěn žádný jiný program, který by mohl vyvolat jeho zátěž a tím i přerušení přísunu dat do CD-R mechaniky. Rychlost záznamu na CD-R je závislá na mnoha faktorech (rychlost počítače, rychlost pevného diku, ze kterého se záznam provádí, kapacita operační paměti apod.). V současnosti se pohybuje od jednonásobné rychlosti až po osminásobnou rychlost záznamu. Při použití jednonásobné rychlosti záznamu (single speed), trvá záznam plného CD-R média zhruba 75 min. 
23.3.4.	 CD-RW

Mechaniky CD-RW (Compact Disk - Rewritable) jsou určeny k záznamu nejen na disky CD-R, ale také pro záznam na speciální disky CD-RW. CD-RW disky dovolují na rozdíl od CD-R disků, aby záznam byl přemazán a proveden znovu. Přemazání však nemůže být prováděno libovolně, jako např. na pevném disku, ale pouze na celém disku. 

Obr. 23.15: Řez médiem CD-RW

	Záznam na disk CD-RW je prováděn opět do předem připravené stopy (pregroove), jako tomu je i u média CD-R. Zápis informací na CD-RW pracuje na principu změny fáze záznamové vrstvy, která je vyrobena ze slitiny stříbra, india, antimonu a teluru:

•	krystalická fáze: odráží větší množství světla
•	amorfní fáze: odráží menší množství světla

CD-RW mechanika při své činnosti pracuje s následujícími třemi různými intenzitami laseru:

•	PW (PWrite): používá se pro zápis amorfní části
•	PE (PErase): používá se pro zápis krystalické části
•	PR (PRead): používá se pro čtení a společně s PWrite pro zápis amorfní části

Obr. 23.16: Průběh intenzity laseru při zápisu na médium CD-RW

Stopa zaznamenaného média je pak tvořena částmi s amorfní fází a částmi s krystalickou fází, které opět vytvářejí ekvivalenty jednotlivých pitů a landů. Rozdíl intenzit paprsků odražených od amorfních částí a od krystalických částí je však menší než v případě pitů a landů u CD-ROM (popř. částí se spáleným a nespáleným organickým barvivem u CD-R). Proto je nezbytné, aby CD-RW disky byly čteny pouze v novějších CD-ROM mechanikách, které jsou citlivější a jsou schopny tyto menší rozdíly v intenzitě odraženého laserového paprsku rozlišit.

23.3.5.	 DVD

Záznam na disku DVD (Digital Versatile Disk) je proveden na obdobném principu jako u CD-ROM disku, pouze s tím rozdílem, že informace:

•	jsou zaznamenány s vyšší hustotou
•	mohou být zaznamenány na obou stranách média a ve dvou vrstvách

	Znamená to tedy, že záznam na DVD disku je opět organizován ve spirále, kde je tvořen landy a pity a jeho čtení je prováděno laserovým paprskem, u kterého se sleduje intenzita, s níž se od DVD média odrazil.

	V případě, že záznam je na DVD disku proveden ve dvou vrstvách, musí být čtecí mechanika schopna svůj laserový paprsek zaostřit na vrstvu, ze které je čtení požadováno.

Obr. 23.17: Řez médii DVD

Z výše uvedeného vyplývá, že DVD disky jsou vyráběny ve čtyřech různých formátech a tím tedy i se čtyřmi různými kapacitami. 

Zkratka	Celý název	Kapacita	
SS/SL	Single Side / Single Layer	4,7 GB	
SS/DL	Single Side / Double Layer	8,5 GB	
DS/SL	Double Side / Single Layer	9,4 GB	
DS/DL	Double Side / Double Layer	17,0 GB	

Obr. 23.18: Formáty DVD disků

Hlavní rozdíly mezi parametry DVD disků a disků CD-ROM shrnuje následující tabulka:

Parametr	CD-ROM	DVD	
Průměr disku [mm]	120	120	
Tloušťka disku [mm]	1,20	1,20	
Tloušťka substrátu [mm]	1,20	0,60	
Rozteč stop [m]	1,60	0,74	
Minimální velikost pitu [m]	0,83	0,40	
Vlnová délka laseru [nm]	780 (červená)	635 / 650 (oranžová)	
Kapacita jedné vrstvy [GB]	0,65	4,70	

Obr. 23.19: Srovnání záznamu na CD-ROM a DVD disku

Poznámka: Existují i verze DVD disků, na které je možné zapisovat, tzv. DVD-RAM. Tyto disky pracují na principu změny fáze, podobně jak bylo popsáno v kapitole 23.3.4. 

24.	 Tiskárny
Tiskárny jsou výstupní zařízení sloužící pro výstup údajů z počítače. Prostřednictvím tiskárny je možné data uchovaná doposud v elektronické formě vytisknout (nejčastěji na papír). 

Základní parametry tiskárny jsou: 

Parametr 	Vysvětlení 	Rozsah 	
Typ tisku 	Způsob použitý k tisku jednotlivých znaků 	jehličková, tepelná, inkoustová, laserová, LED, s pevným inkoustem, sublimační	
Rychlost tisku 	Počet znaků vytištěných za jednotku času 	řádově 100 zn/s – 10 stránek/min	
Kvalita tisku 	Počet bodů, které je tiskárna schopna vytisknout na jeden palec (dpi - dots per inch) 	120 – 1200 dpi	
Barevnost 	Schopnost tisknout pouze černobíle nebo i ba-revně 	Černobílé, barevné	
Pořizovací náklady 	Cena, za kterou je možné tiskárnu pořídit 	řádově 
1000 Kč – 100000 Kč	
Cena za vytištěnou stránkou 	Cena, kterou uživatel zaplatí za vytištěnou stránku. Je dána cenou listu požadovaného papíru, cenou a životností tiskové náplně (páska, inkoust, toner) 		

Obr. 24.1: Subtraktivní model 

V případě barevného tisku je nutné pracovat se subtraktivním modelem mísení barev (na rozdíl od obrazovky, kde pracujeme s aditivním mísením). Tento model označovaný také jako CMY používá pro tisk tří základních barev, jejichž mísením se dostávají barvy ostatní:
 
•	Cyan – indigově modrá 
•	Magenta – fialová 
•	Yellow – žlutá 

Protože smísení výše uvedených tří základních barev neposkytuje čistě černou barvu, je tento model velmi často doplněn na model CMYK (Cyan, Magenta, Yellow, Black), který využívá samostatné černé barvy. Modernější a kvalitnější  tiskárny tento model dále rozšiřují a používají až sedm (původní CMYK + světlejší odstíny barev CMY) a více základních barev.

Tiskárna se k počítači připojuje většinou přes paralelní port pomocí rozhraní Centronics, popř. Bitronics. Některé tiskárny (zejména starší jehličkové) dovolují i připojení přes sériový port, ale tento způsob propojení počítače s tiskárnou bývá méně častý. Pro moderní tiskárny a počítače je doporučeno, aby v případě připojení tiskárny prostřednictvím paralelního portu, byl tento port nastaven do režimu ECP, který umožňuje optimálnější (rychlejší) komunikaci mezi počítačem a tiskárnou.

24.1.	  Jehličkové tiskárny
U jehličkové tiskárny se k tisku využívá tisková hlava, která obsahuje sadu pod sebou umístěných jehliček. V závislosti na počtu těchto jehliček se dále jehličkové tiskárny rozlišují na: 

•	1 jehličkové a 2 jehličkové: technické rarity vyráběné svého času v ČSSR 
•	7 jehličkové: poskytují tisk s velmi nízkou kvalitou a jsou používány pouze ve speciálních případech, jako jsou např. pokladny v prodejně, kde na kvalitu tisku nejsou kladeny téměř žádné nároky 
•	9 jehličkové: dovolují zpravidla tisk ve dvou režimech: 
-	DRAFT: méně kvalitní, ale rychlejší tisk
-	NLQ (Near Letter Quality – blízký dopisní kvalitě) režimu. Tento režim svou kvalitou tisku odpovídá přibližně kvalitě elektrického psacího stroje.
Tyto tiskárny jsou vhodné pro tisky výpisů programů a pro tisk dokumentů, na jejichž kvalitě příliš nezáleží. 
•	24 jehličkové: kromě výše uvedených režimů (DRAFT a NLQ) umožňují i ještě kvalitnější tisk v tzv. LQ (Letter Quality – dopisní kvalita) režim tisku. Oproti 9 jehličkovým tiskárnám poskytují také větší rychlost tisku. Jsou používány opět zejména pro dokumenty, na jejichž kvalitu jsou kladeny nižší nároky. 

Jednotlivé jehličky jsou připojeny k elektromagnetům, které je při práci (tisku) vystřelují proti barvící pásce. Tato barvící páska dopadne v daném bodě na papír, kde způsobí malý barevný bod. Z této sady jehliček jsou, v závislosti na tištěném znaku, vždy některé vystřeleny proti barvící pásce a jiné nikoliv. Jeden znak (např. písmeno abecedy, číslice atd.) je tímto způsobem tištěn jako posloupnost několika tzv. mikrosloupců. Pod pojmem mikrosloupec se rozumí entita (sloupec) vytištěná sadou jehliček v jeden okamžik. 

Obecně platí, že jehličkové tiskárny jsou poměrně hlučná zařízení, která nejsou vhodná pro tisk grafických dokumentů a neposkytují příliš velkou rychlost tisku (řádově 100 zn/s). Barevný tisk je u jehličkových tiskáren možný použitím vícebarevné pásky. Vzhledem k výše popsanému principu tisku nevyžadují tyto tiskárny žádný speciální papír. Jejich pořizovací cena i cena za vytištěnou stránku jsou poměrně nízké. 

Obr. 24.2: Jehličkové tiskárny firmy Panasonic

24.2.	  Tepelné tiskárny
Tepelné tiskárny tisknou na podobném principu jako tiskárny jehličkové. Jsou opět vybaveny tiskovou hlavou, která obsahuje sadu jehliček připevněných k elektromagnetům. Jednotlivé jehličky jsou však na rozdíl od jehličkové tiskárny zahřáty na vyšší teplotu, která poté, co se jehlička přiblíží ke speciálnímu papíru citlivému na teplo, způsobí jeho zabarvení. Tento princip prakticky vylučuje možnost barevného tisku.

Tepelné tiskárny poskytují podobnou kvalitu a rychlost tisku jako tiskárny jehličkové. Jejich velkou nevýhodou je nutnost použít speciální papír a tím i vyšší cena za vytištěnou stránku. V dnešní době se tyto tiskárny používají jen výjimečně (např. u faxů). 

24.3.	  Inkoustové tiskárny
U inkoustových tiskáren je tisk prováděn pomocí inkoustu, který je prostřed-nictvím miniaturních trysek po kapkách vystřikován na papír. Inkoust je umístěn v malé nádržce (označované jako cartridge), která se při tisku pohybuje společně s tiskovou hlavou. Inkoustové tiskárny lze podle technologie tisku rozdělit do následujících skupin:

•	DOD (Drop On Demand): tiskárny, u nichž je kapka inkoustu z trysky vystřikována pouze v okamžiku, kdy má dojít k jejímu nanesení na papír, tj. když má dojít k vytištění barevného bodu. Tyto tiskárny se dále dělí do dvou skupin:
-	Thermal technolgy: vyráběny firmami Hewlett-Packard a  Canon
-	Piezo-electric technology: vyráběny firmou Epson
•	Continuous flow: tiskárny, u nichž je inkoust z trysky vystřikován nepřetržitě. Technologie používaná zejména u velkých tiskáren (nahrazujících “klasické” plottery)

Pro inkoustové tiskárny obecně platí, že jsou schopny poskytovat velmi dobrou kvaltu tisku. Tato kvalita je však silně závislá na použitém papíru. Pro dosažení nejlepších výsledků je mnohdy zapotřebí použít kvalitního papíru, který doporučuje výrobce a jehož cena často zvyšuje náklady na vytištěnou stránku. Výhodou inkoustových tiskáren je poměrně jednoduchá implementace barevného tisku, který bývá prováděn pomocí různobarevných inkoustů. 

Inkoustové tiskárny poskytují vyšší rychlost tisku než tiskárny jehličkové. Jedná se o zařízení vhodná pro tisk běžných textových i grafických dokumentů. Jejich pořizovací cena dnes již není příliš vysoká. Jejich nevýhodou je však poměrně vysoká cena za vytištěnou stránku, která je dána cenou inkoustu a vyšší cenou kvalitního papíru. 

24.3.1.	 Inkoustové tiskárny DOD – thermal technology

Tiskárny tohoto typu používají k vystříknutí kapky inkoustu tzv. topný rezistor (heating resistor), tj. součástku, která se při průchodu elektrického proudu zahřívá.  Tisk v této technologii je prováděn ve čtyřech fázích:
•	topný rezistor způsobí zahřátí inkoustu v dutině trysky
•	v dutině trysky (vlivem tepla) vzniká bublina, která vytlačuje inkoust ven z dutiny
•	vystříknutí inkoustu na papír spojené se zánikem bubliny
•	zánikem bubliny vzniká v dutině trysky podtlak, který způsobí její opětovné naplnění inkoustem

Obr. 24.3: Fáze tisku inkoustové tiskárny (thermal technology)

Inkoustové tiskárny pracující s touto technologií však mají svá omezení. Je nutné používat inkoust, který je odolný proti žáru, a je zapotřebí určitá doba k tomu, aby došlo k opětovnému ochlazení tepelného rezistoru. Ve srovnání s konkurenční techno-logií (piezo-electric) thermal technology dovoluje menší přesnost, neboť není možné přesně regulovat velikost kapky, která je vystřikována z trysky na papír.

Dnešní tiskové hlavy obsahují většinou 300 až 600 tiskových trysek, přičemž jedna tryska má průměr cca 70 micronů. Každá z těchto trysek je schopna vystříknout kapku inkoustu o objemu asi 8 pl – 10 pl (pl značí picolitr), která způsobí na papíře barevný bod o průměru zhruba 50 – 60 micronů (pro srovnání: nejmenší bod pozorovatelný lidským okem má průměr přibližně 30 micronů).

Obr. 24.4: Inkoustová tiskárna firmy HP

Pro tiskárny pracující s touto technologií je charakteristické, že jsou schopny poskytnout tisk s rozlišením 300 dpi až 600 dpi.

24.3.2.	 Inkoustové tiskárny DOD – piezo-electric technology

Tiskárny, které pracují s piezo-electric technology využívají k vystříknutí kapky inkoustu na papír peizo-krystal.

Obr. 24.5: Tryska inkoustové tiskárny (piezo-electric)

V okamžiku, kdy má dojít k vystříknutí kapky inkoustu na papír, je do piezo- krystalu zaveden elektrický proud, který způsobí jeho prohnutí. Toto prohnutí má za následek vystříknutí kapky inkoustu z dutiny trysky. Prohnutí piezo krystalu lze poměrně dobře ovládat, což dovoluje s dosti velkou přesností regulovat velikost kapky. Tímto způsobem lze docílit i poměrně malých kapek a tím i vyššího rozlišení s menším počtem trysek v tiskové hlavě.

Další výhodou této technologie je i potencionální vyšší rychlost tisku, protože není nutné čekat určitou dobu, než dojde k ochlazení tepelného rezistoru (jak je tomu u tiskáren pracujících s thermal technology).

Tisková hlava obsahuje většinou 192 trysek (64 trysek pro každou barvu), což těmto tiskárnám dává charakteristické rozlišení 720  720 dpi. Je možné se rovněž setkat s rozlišením 1440  720 dpi. Tohoto rozlišení je však docíleno dvojím průchodem tiskové hlavy přes totéž místo a tím i ztrátou rychlosti tisku.

24.3.3.	 Inkoustové tiskárny Continuous flow

U tohoto typu inkoustových tiskáren je inkoust z trysky vystřikován v nepřetrži-tém proudu.  Proud inkoustu je rozprašován do kapek, z nichž některé jsou, v závislosti na tom, zda má být inkoust nanesen na papír či nikoliv, elektrostaticky nabíjeny. Takto nabité kapky jsou potom elektrostatickým polem odváděny do sběrné trubice, odkud je inkoust přečerpáván zpět do cartridge.

Obr. 24.6: Tryska tiskárny s technologii continuous flow

24.4.	  Laserové tiskárny
Laserová tiskárna je zařízení určené zejména pro profesionální použití. Poskytuje velmi vysokou kvalitu (300 dpi – 1200 dpi) i rychlost tisku (desítky stránek za minutu). Jedná se o poměrně drahé zařízení – ale vzhledem k tomu, že není zapotřebí žádného speciálního (či vysoce kvalitního) papíru, cena za vytištěnou stránku bývá většinou nižší než u inkoustových tiskáren.

Obr. 24.7: Řez laserovou tiskárnou

Při tisku laserové tiskárny jsou nejdříve znaková data zasílaná počítačem převáděna řadičem na videodata. Ta jsou zasílána na vstup polovodičovému laseru. Polovodičový laser vysílá laserový paprsek, který je vychylován soustavou zrcadel na rotující válec. V místech, kam tento paprsek na válec dopadne, dojde k jeho nabití statickou elektřinou na potenciál řádově 1000 V. Rotující válec dále prochází kolem kazety s barvícím práškem (tonerem), který je vlivem statické elektřiny přitažen k nabitým místům na povrchu válce. Papír, který vstoupí do tiskárny ze vstupního podavače, je nejdříve nabit statickou elektřinou na potenciál vyšší než jsou nabitá místa na válci (cca 2000 V). V okamžiku, kdy tento papír prochází kolem válce, dojde k přitažení toneru z nabitých míst válce na papír. Toner je do papíru dále zažehlen a celý papír je na závěr zbaven elektrostatického náboje a umístěn na výstupní zásobník. Rotující válec po otištění na papír prochází dále kolem sběrače elektrostatického náboje a čističe od toneru. Barevný tisk je u laserových tiskáren možné docílit použitím 
Obr. 24.8: Princip tisku laserové tiskárny

různobarevných tonerů.

24.5.	  LED tiskárny
LED tiskárny pracují na obdobném principu jako tiskárny laserové. Na rozdíl od laserových tiskáren však nepoužívají polovodičový laser, který je vychylován soustavou rotujících zrcadel, ale místo toho jsou vybaveny sadou LED diod (umístěných v jedné řadě), které jsou schopny (podobně jako laser) nabít zvolená místa na válci statickou elektřinou.

Výhodou tohoto řešení je nižší cena, neboť oproti laserovým tiskárnám je jejich výroba méně náročná (mechanismus laserové tiskárny, tj. zejména soustava rotujících zrcadel, musí být velmi přesně vyroben). Oproti laserovým tiskárnám poskytují LED tiskárny o něco menší kvalitu tisku.

Poznámka: LED tiskárny bývají také někdy chybně označovány jako laserové tiskárny.

24.6.	  Tiskárny s pevným inkoustem
Tiskárny s pevným inkoustem jsou vyráběny zejména firmou Tektronix. Tento typ tiskáren pracuje na principu zkapalňování pevného inkoustu. Pevný inkoust je dodáván ve formě voskových tyčinek, které jsou v průběhu tisku postupně roztavovány. Takto roztavený inkoust stéká do miniaturní nádržky, odkud následně dochází k jeho přenesení na buben (válec). Z tohoto bubnu je pak inkoust nanášen na papír.

Existují rovněž verze těchto tiskáren, u nichž není výše zmíněný buben, pomocí kterého se inkoust nanáší na papír, ale roztavený inkoust je z nádržek na papír vystřikován přímo. 

Obr. 24.9: Tiskárna s pevným inkoustem

U tiskáren s pevným inkoustem lze podobně jako u inkoustových tiskáren poměrně snadno realizovat barevný tisk. Pro účely barevného tisku se používají různobarevné inkousty, které jsou potom zkapalňovány. Každá barva je takto roztavována do své vlastní nádržky.

24.7.	  Sublimační tiskárny
Sublimační tiskárny jsou používány téměř výhradně pro tisk barevných fotografií. Tento typ tiskáren bývá velmi často dodáván k digitálním fotoaparátům. 

Obr. 24.10: Princip sublimační tiskárny

Sublimační tiskárny pracují na principu sublimace pevného inkoustu, který po zahřátí přechází do plynné fáze. Inkoust je dodáván ve formě různobarevného filmu. Tento film postupně obsahuje políčka ve všech základních barvách modelu CMYK, přičemž velikost jednoho políčka odpovídá velikosti tiskové stránky. V průběhu tisku jsou jednotlivá políčka filmu umísťována nad papír, kde dochází pomocí tepelného rezistoru k zahřátí patřičných míst tohoto filmu a tím k následné sublimaci. Nad jednou tiskovou stránkou takto proběhnou vždy čtyři políčka filmu, která odpovídají jednotlivým základním barvám. Různou teplotou tepelného rezistoru lze velmi dobře 
Obr. 24.11: Tisk sublimační tiskárny

regulovat množství sublimujícího inkoustu v daném místě a tím i výsledný odstín barvy.

Sublimační tiskárny poskytují velmi kvalitní barevný tisk, avšak vyžadují použití speciálního papíru, který je schopen absorbovat plynnou fázi inkoustu. Jako velkou nevýhodu těchto tiskáren lze označit velmi vysokou cenu za vytištěnou stránku, která je zapříčiněna jednak nutností používat speciální papír, jednak cenou inkoustu. Nepříjemnou vlastností těchto tiskáren je také nízká rychlost tisku  (1/4 až 1/2 stránek za minutu).

Z výše popsaného principu vyplývá, že je velmi nevhodné používat tuto technologii pro tisk běžného textu, protože by docházelo k velkému plýtvání inkoustem. Pokud by byl tištěn pouze černý text, pak by bylo využito jenom černé políčko filmu, ze kterého by se využila pouze malá část (ta místa, kde se vyskytuje tištěný text) a zbývající tři políčka filmu by zůstala nepoužita.

Obr. 24.12: Sublimačních tiskárny

25.	 Scannery
Scanner je zařízení, které slouží ke snímání předlohy do počítače. Jako předloha zde může sloužit např. fotografie, tištěné stránka, film a další. Scanner pracuje na principu digitalizace (převodu na číselnou hodnotu) odstínu barvy na předloze procházející pod snímacím prvkem. Obsahuje zdroj světla, který emituje světelné záření směrem na předlohu. Odražené světlo od předlohy je následně odráženo soustavou zrcadel směrem k senzorům, které vyhodnocují jeho vlastnosti. Množství odraženého světla je poté převáděno na napěťové úrovně. 

Podle technologie použité při zpracování odraženého světla od předlohy je možné rozdělit scannery do třech skupin:

•	PMT (Photomultiplier Tube): technologie používaná u profesionálních scan-nerů. Jedná se velmi drahou a výrobně náročnou technologii. 
Světlo detekované senzory je rozděleno do tří paprsků, které procházejí barev-nými filtry (v barvách RGB). Odtud tyto paprsky vcházejí do trubice PMT, kde je jejich energie převáděna na elektrický signál.
•	CCD (Charge-coupled Device): podstatně levnější technologie využívající CCD senzorů, které převádějí světlo na elektrický náboj. Světlo je při práci scanneru emitováno přes barevné filtry (RGB) a po odražení od předlohy  směřováno k CCD senzorům. Typický scanner je vybaven tisíci těchto CCD senzorů, které jsou umístěny v dlouhé tenké řadě.
•	CIS (Contact Image Sensor): Scannery pracující s touto technologií využívají řadu s velmi hustě osazenými LED (Light Emitting Diode) diodami v jed-notlivých základních barvách (RGB), které dohromady produkují bílé světlo. Tyto scannery také nepoužívají sadu zrcadel pro směrování odraženého světla k senzorům, protože jejich senzoru jsou umístěny v řadě velmi blízko světelného zdroje (LED diod). 

Kromě výše uvedného rozdělení lze dále scannery dělit podle následujících kritérií:
 
•	černobílý scanner: umožňuje snímat pouze v odstínech šedi, barevné odstíny jsou do nich převedeny 
•	barevný scanner: dovoluje snímat nejen v odstínech šedi, ale i v barvách. Většina dnešních scannerů má možnost snímat v TrueColor (tj. 16.7 mil barev). 
•	
Obr. 25.1: Ruční scanner

ruční scanner: vyžaduje, aby uživatel při snímání předlohy sám pohyboval scannerem. Při práci tedy velmi záleží na zkušenosti a zručnosti uživatele, který musí scannerem pohybovat rovnoměrně, správnou rychlostí a rovně. Jedná se o levnější zařízení, které dává méně kvalitní výsledek. Nevýhodou těchto scannerů bývá také bývá to, že většinou nedokáží obsáhnout celou šíři strany formátu A4.
•	
Obr. 25.2: Stolní scannery

stolní scanner: zařízení, které samo pohybuje snímacím ramenem a díky tomu poskytuje podstatně lepší výsledek oproti ručnímu scanneru. Nevýhodou je jeho vyšší cena. 

•	rozlišení: počet bodů na palec (udáváno v jednotkách dpi – dots per inch), které dokáže scanner rozlišit. U dnešních běžných scannerů se pohybuje od 300  300 dpi až po 600  1200 dpi. Pomocí softwarové interpolace je možné dosáhnout rozlišení až 2400  2400 dpi. U profesionálních scannerů  lze vidět i rozlišení 5000  5000 dpi. 

Scanner je možné k počítači připojit pomocí: 

•	vlastní karty 
•	sériového portu: pomalé řešení používané pouze u prvních (ručních a černo-bílých scannerů)
•	paralelního portu: zapojení používané u některých dnešních scannerů 
•	SCSI rozhraní: způsob používaný zejména u výkonných profesionálních scannerů
•	USB: dnes asi nejčastější způsob zapojení scanneru

Při snímaní předlohy scannerem se vyžívá technologie TWAIN, která byla vyvinuta firmami Hewlett-Packard, Kodak, Aldus, Logitech a Caere. Tento standard specifikuje, jak má být předloha (obrázek) získána pomocí zařízení jako jsou scannery, digitální fotoaparáty apod. a přenesena do aplikace, která ji bude dále zpracovávat. TWAIN dovoluje programové aplikaci získat obrázek, aniž by cokoliv věděla o samotném zařízení, které tento obrázek snímá. Proces získání obrázku probíhá v následujících čtyřech fázích:

1.	programová aplikace (např. PhotoShop) volá programový modul TWAIN
2.	Modul TWAIN přebírá kontrolu nad scannerem
3.	Scanner přenáší obrázek do TWAIN modulu
4.	TWAIN modul přenáší obrázek do aplikace, která jej volala

Je možné, aby k jednomu počítači bylo zároveň připojeno více zařízení, která budou využívat standard TWAIN. V takovém případě bude každé z nich mít svůj vlastní programový modul TWAIN.

	Pro ukládání nasnímaných předloh je možné využít celou řadu standardních formátů, které se liší způsobem uložení digitalizovaných dat a tím i zejména celkovou délkou.
Jako nejdelší vychází formát BMP (Windows Bitmap), který ukládá obrázky s plnou podporou barev (16,7 mil.) a nepoužívá žádného kompresního algoritmu. BMP může využívat komprese RLE, ale omezuje se tím počet barev, které je možné ukládat na hodnotu 256.

Pro profesionální zpracování obrázků (např. v DTP studiích) se používá formát TIFF (Tagged Image File Format), který je velmi flexibilní a dokáže ukládat obrázky (v 16,7 mil. barev) v modelu RGB i CMYK. TIFF rovněž podporuje kompresi typu LZW, která nezpůsobuje žádnou ztrátu na kvalitě obrázku (bezztrátová komprese).

Plnou podporu barev s možností komprese dovoloval i formát PCX (ZSoft Paintbrush), avšak tento formát se již v dnešní době příliš nepoužívá.

Jiným formátem, který se používá velmi často zejména v prostředí Internetu, je GIF (CompuServe Graphics Interchange Format). Tento formát může uchovávat obrázky nejvýše ve 256 barvách a podporuje kompresi LZW.

Dalším dnes velmi často používaným formátem je JPEG (Joint Photographic Experts Group), který používá ztrátový kompresní algoritmus založený na diskrétní kosinové transformaci. JPEG podporuje obrázky v 16,7 mil. barev a nastavení míry komprese. Čím větší je komprese, tím menší je výsledný soubor, ale při příliš velké kompresi již dochází k velkým ztrátám informace, které jsou i pouhým okem patrné.

Následující tabulka ilustruje relativní délku souboru, které může být dosaženo při použití různých formátů pro uložení “původního” obrázku o kapacitě 1 MB.

Formát	Velikost souboru	Počet barev	
BMP – RGB	1 MB	16,7 mil.	
BMP – RLE 	83 kB	256	
GIF	31 kB	256	
JPEG – minimální komprese	185 kB	16,7 mil.	
JPEG – minimální progresivní komprese	150 kB	16,7 mil.	
JPEG – maximální komprese	20 kB	16,7 mil.	
JPEG – maximální progresivní kopmprese	16 kB	16,7 mil.	
PCX	189 kB	16,7 mil.	
TIFF	1 MB	16,7 mil.	
TIFF – LZW komprese	83 kB	16,7 mil.	

26.	 Zdroje využívané zařízeními
Počítače řady PC jsou navrženy tak, aby bylo možné poměrně snadno vyměňovat jejich jednotlivé části (např. vyměnit vadný modul, vyměnit starší kartu, která již svým výkonem nedostačuje, za novou), popř. aby bylo možné snadno stávající počítač rozšířit o nové zařízení. Při instalaci nových karet do počítače je nezbytné postupovat v následujících třech krocích: 

•	konfigurace nové desky: její správné nastavení tak, aby mohla v počítači pracovat 
•	vlastní instalace: její fyzické zasunutí do počítače 
•	testování: ověření, zda nová karta skutečně správně pracuje 

Obr. 26.1: Nastavovací propojka (jumper) a přepínače DIP

Při konfiguraci nové desky je vždy nezbytné si pečlivě přečíst její dokumentaci a zjistit, jaké zdroje (resources) daná karta vyžaduje a jaké jejich nastavení umožňuje. Vlastní nastavení se provádí většinou pomocí nastavovacích propojek (jumperů), popř. pomocí přepínačů (DIP). U novějších karet se konfigurace provádí většinou programově pomocí speciálního programu dodaného společně s kartou. Nastavení zdrojů, které karta ke své činnosti vyžaduje, je nutné provést tak, aby nebylo v konfliktu s žádným již existujícím zařízením. Pokud by k takovému konfliktu došlo, znamená to ve většině případu špatnou funkci obou zařízení, popř. nefunkčnost celého počítače. 

Může se stát, že konkrétní zařízení nepodporuje žádné z možných nastavení, která jsou v počítači ještě volná. V takovém případě bývá nezbytné provést rekonfiguraci některých již dříve zapojených karet a tím uvolnit některý ze zdrojů požadovaných k činnosti nové karty. 

Vlastní instalce karty do počítače bývá většinou bezproblémová. Je nutné pouze dbát na opatrnou manipulaci s kartou a otevřeným počítačem a veškeré zapojování a vypojování provádět, až na výjimky (např. PCMCIA a USB), s vypnutým počítačem, aby nedošlo k poškození karet nebo k poškození celého počítače.

26.1.	  IRQ Levels

Obr. 26.2: Znázornění vyvolání přerušení IRQ 14

IRQ (Interrupt Request) Levels (úrovně žádosti o přerušení) jsou využívány některými zařízeními pro přerušení činnosti CPU. V okamžiku, kdy je takové přerušení vyvoláno, CPU přeruší svou dosavadní činnost a zavede obslužný program, který žádost o přerušení vyřídí. Tento mechanismus je nutný, protože některé akce v počítači nesnesou odklad a v okamžiku, kdy by se k nim procesor dostal, by mohlo být pozdě. Například při stisku klávesy na klávesnici je vyvoláno přerušení IRQ 1. Pokud by klávesnice nevyužívala tohoto mechanismu, vzniká velké riziko, že dříve než procesor zaměstnaný jinou činností zaregistruje stisk této klávesy, dojde ke stisku klávesy jiné a tím k zapomenutí první klávesy. 

Procesor provádí svou činnost a v okamžiku, kdy řadič vyvolá přerušení IRQ 14, přestane v této činnosti pokračovat a zahájí obsluhu vyvolaného přerušení. 

Jednotlivé karty umístěné na sběrnici PC bus a ISA mohou přerušení využívat prostřednictvím linek, které jsou na ní umístěny. 

•	PC bus má linky IRQ 2 až IRQ 7. Zpracování těchto přerušení je prioritní. To znamená, že IRQ s nižším číslem má vyšší prioritu než IRQ s číslem vyšším. 
•	ISA má navíc oproti PC busu dalších osm linek přerušení označených IRQ 8 až IRQ 15, na nichž platí stejné prioritní pravidlo jako u PC busu 

IRQ 2 slouží vlastně ke zpřístupnění IRQ 8 – IRQ 15 a pracuje tak, že je spojeno s IRQ 9. To znamená: pokud dojde k přerušení na úrovních IRQ 8 – IRQ 15, zaktivuje se přerušení IRQ 9 a tím vznikne přerušení na úrovni 2. BIOS počítače pak ví, že musí zjistit, které z vyšších přerušení je skutečně aktivní, a to obsloužit. 

Další zařízení, které využívají IRQ, jsou např. zvukové karty, SCSI rozhraní, síťové karty a podobně.
 
Poznámka: zařízení určená pro práci na sběrnici PCI obsazují IRQ levels 9, 10, 11, 12, které se také po řadě označují jako A, B, C, D. 

Následující tabulka znázorňuje standardní obsazení jednotlivých úrovní přeruše-ní v počítači řady PC:

 
IRQ 	Zařízení 	Poznámka 	
0 	Časovač (timer) 		
1 	Klávesnice		
2 	[Cascade] 	Pouze u počítačů AT se sběrnicí ISA. Slouží jako vstupní bod pro přerušení IRQ 8 – IRQ 15 	
3 	COM2	Druhý sériový port 	
4 	COM1	První sériový port 	
5 	Volné / LPT2 	u počítačů XT obsazeno pevným diskem	
6 	Floppy disk	Mechanika pružného disku 	
7 	LPT1	První paralelní port 	
8 	Hodiny / Kalendář 		
9 	VGA (SVGA) 	Videokarta, síťová karta nebo volné 	
10 	Volné 		
11 	Volné 		
12 	PS/2 myš	nebo volné 	
13 	FPU	Numerický koprocesor 	
14 	HDD	Pevný disk – Primární EIDE kanál 	
15 	HDD	Pevný disk – Sekundární EIDE kanál nebo volné 	

26.2.	  DMA Channels
DMA (Direct Memory Access) Channels (kanály přímého přístupu do paměti) jsou mechanismy využívané některými zařízeními k přenosu dat do a z paměti bez účasti procesoru počítače.

Obr. 26.3: Znázornění využití kanálu DMA 2

Například starší řadiče pevných disků využívaly tento mechanismus, který jim dovoloval přenášet data přímo do (z) operační paměti, aniž by tím zatěžovaly procesor. V opačném případě by totiž přenos mohl být velmi pomalý. 

•	PC/XT má 4 takové kanály (0 – 3) 
•	PC/AT má ještě navíc kanály (4 – 7) 

Standardní obsazení DMA kanálů:

DMA 	Použití 	
0 	U počítačů XT dynamické občerstvování paměti (refersh)
U počítačů AT volný 	
1 	U počítačů XT  řadič pevného disku
U počítačů AT volný 	
2 	Řadič pružného disku	
3 	Volné 	
4 	Volné 	
5 	Volné 	
6 	Volné 	
7 	Volné 	

Z dalších zařízení využívá DMA kanály např. zvuková karta a některé starší řadiče jednotek CD-ROM. 

26.3.	  Adresy vstupu a výstupu
Adresy vstupu a výstupu (I/O addresses) jsou adresy, které desky elektro-nických obvodů využívají ke komunikaci s CPU. U PC se používají adresy 0 – 3FF (hexadecimálně). První adresy (0 – FF) jsou využity zařízeními na základní desce. 

Obr. 26.4: Znázornění vyžití I/O adresy

26.4.	  Adresy ROM a buffery RAM
Některé desky potřebují ke své správné činnosti paměť ROM, v níž mají uloženo své základní programové vybavení. Některé kromě této paměti potřebují pouze pro čtení i nějakou paměť RAM. Obě tyto paměti vyžadují adresu, od které mohou být mapovány do operační paměti.
 
Funkce 	Rozsah adres (Hex) 	Velikost 	
u počítačů XT řadič HDD	C8000 – CBFFF	16 kB	
EGA	C0000 – C3FFF	16 kB	
VGA	C0000 – C7FFF nebo E0000 – E7FFF	32 kB	

26.5.	  Technologie Plug & Play (PnP)
Předešlé kapitoly popisovaly postup při instalaci nové karty do počítače. Je pravdou, že v některých případech může být tato instalace poměrně komplikovaná a správné nastavení jednotlivých zdrojů využívaných jednotlivými kartami může působit problémy. Pravděpodobnost výskytu takovýchto problémů je tím vyšší, čím větší je počet karet zapojených do počítače. Takže zapojení další karty do počítače, který již kromě standardních a nezbytných věcí obsahuje ještě např. SCSI rozhraní, síťovou kartu, zvukovou kartu, může způsobit nemalé problémy. 

Nové trendy se snaží problém řešit tím, že počítač by si sám provedl výše zmíněné konfigurace. V ideálním případě by tedy uživatel zasunul kartu do počítače a po jeho zapnutí by počítač sám: 

1.	Rozpoznal zasunutou desku. 
2.	Zeptal se desky, které IRQ, DMA, I/O adresy,  ROM a RAM adresy potřebuje. 
3.	Zeptal se desky, které IRQ, DMA, I/O adresy,  ROM a RAM adresy může použít. 
4.	Nastavil prostředky tak, aby nedošlo k žádnému konfliktu s již existujícími deskami. 
5.	Vyhledal a nakonfiguroval potřebné ovladače, které by s nově nainstalovanou deskou spolupracovaly. 

Pro zvládnutí tohoto problému navrhly firmy Intel, Microsoft a Compaq normu nazvanou Plug & Play (“zapoj a hraj”). Myšlenka Plug & Play spočívá v tom, že výrobci přídavných karet přidají ke svým kartám takové obvody, aby bylo možné automaticky desky nastavovat a vznášet dotazy na požadované zdroje. Operační systém pak může sám přímo konfigurovat desky a dotazovat se na ně, čímž by se redukovala nutnost otevírání počítače na minimum. 

27.	 Další zařízení
Tato kapitola je věnována výčtu a stručnému popisu některých dalších zařízení, která je možné připojit k počítači, ale jejichž podrobnější popis by již přesáhl rámec této publikace. Jedná se zejména o zařízení, která jsou rozšířena v menší míře, než tomu je u zařízení předešlých.

•	
Obr. 27.1: Faxmodemová karta

Faxmodemové karty: karty pro příjem a odesílání faxových zpráv pomocí počítače. Tyto karty také dovolují propojení počítačů pomocí telefonní sítě. 

•	Karty pro zpracování videa: zařízení určená ke zpracování videosekvencí v reálném čase 
•	Karty pro příjem teletextu: karty umožňující na počítači přijímat teletext 
•	
Obr. 27.2: Karta pro příjem rádiových 
                  a televizních signálů

Karty pro příjem rádiových a televizních signálů: karty sloužící k příjmu televizního a rádiového signálu na počítači. V případě televizního signálu tyto karty většinou signál pouze zobrazují, ale buď jej nedovedou v reálném čase zaznamenávat, nebo jej zaznamenávají v poměrně nízké (pro profesionální účely nedostačující) kvalitě. 
•	Karty pro připojení měřicích přístrojů: většinou poměrně specializované karty určené k připojení různých měřicích přístrojů (osciloskopy, multimetry apod.), jimiž naměřené hodnoty je možné dále za pomocí počítače zpracovávat. 
•	Bezpečnostní karty: mají za úkol omezit nebo úplně znemožnit přístup cizí osoby k datům v počítači tím, že po uživateli je vyžadováno uživatelské jméno a heslo. Některé tyto karty dovolují i zakódování veškerých dat na pevném disku počítače, čímž je znemožněn přístup neoprávněné osoby k datům i poté, co bezpečnostní kartu z počítače vyjmeme. 
•	Tablety: specializovaná zařízení pro profesionální práci s konkrétním typem programu (většinou programy typu CAD/CAM). Jedná se o vstupní zařízení tvaru tabulky (destičky), po které se rukou pohybuje ukazovacím zařízením, tužkou, zaměřovacím křížem s tlačítky. Tablet slouží k zadávání souřadnic, převodu křivek na číselné údaje nebo k ovládání programů místo myší.
•	Digitizéry: zařízení podobné jako tablet, které poskytuje větší přesnost souřadného systému (řádově 0.001 mm). 
•	Trackbally: vstupní zařízení používané někdy místo myši. Jedná se o kuličku zčásti uzavřenou a zčásti vyčnívající, která je zpřevodovaná na elektronické snímače otáčení. Při práci pohybuje uživatel touto kuličkou, čímž dosahuje podobného efektu jako uživatel, který pohybuje myší po podložce. 
•	
Obr. 27.3: Snímač čarového kódu

Snímače čarového kódu: vstupní zařízení určená ke čtení čarových kódů. Snímač čarového kódu se většinou zapojuje přes rozhraní klávesnice. 

Příloha A: Pouzdra integrovaných obvodů
	Počínaje 3. generací počítačů je jejich základním stavebním prvkem integrovaný obvod. Integrovaný obvod je elektronická součástka realizující určité množství obvodových prvků neoddělitelně spojených na povrchu nebo uvnitř určitého spojitého tělesa, aby se dosáhlo ucelené funkce elektronického obvodu. Každý integrovaný obvod je při výrobě zapouzdřen do určitého typu pouzdra, které mu dává určitý vzhled. Pouzdra integrovaných obvodů je možné rozdělit do následujících základních skupin: 

Označení	Celý název	Obrázek	Poznámky	
SIP	Single In-Line Package		Pouzdro SIP se používá pro integrované obvody s nižším stupněm integra-ce a tím i s malým poč-tem vývodů 	
DIP (DIL)	Dual In-Line Package		Pouzdra DIP se podobně jako SIP používá pro in-tegrované obvody s niž-ším stupněm integrace a tím i s malým počtem vývodů 	
SO-I	Small Outline - I		Používané pro integrova-né obvody s vyšší inte-grací a vyšším počtem vývodů než SIP nebo DIP 	
SO-G	Small Outline - G		Podobně jako SO-I 	

				

Označení	Celý název	Obrázek	Poznámky	
SO-J	Small Outline - J
		Podobně jako SO-I 	
PQFP	Plastic Quad Flat Package		Pouzdro PQFP se použí-vá pro integrované obvo-dy s vysokou integerací a vysokým počtem vývodů 	
PLCC, LCCC	Plastic Leadless Chip Carrier,
Leadless Ceramic Chip Carrier
		Používané podobně jako PQFP pro integrované obvody s vysokou integ-rací. 
Integrované obvody jsou buď zapouzdřeny do plastového (PLCC) nebo keramického (LCCC) obalu 	
PGA	Pin Grid Array		Používané pro integrova-né obvody s velmi vyso-kou integrací a velmi vysokým počtem vývodů 	
BGA	Ball Grid Array		Podobně jako PGA	

					
Označení	Celý název	Obrázek	Poznámky	
Dual-Cavity PGA (MCM)	Multi Chip Module		Podobně jako PGA 	

Pouzdra SO-I, SO-G, SO-J, PQFP, PLCC, LCCC a BGA se souhrnně označují také jako pouzdra SMT (Surface Mount Technology), tj. pouzdra s povrchovou montáží. Jedná se o typ pouzder, jejichž vývody neprocházejí přes desku plošného spoje, ale jsou montovány pouze na povrch strany součástek desky plošného spoje. Je tedy zřejmé, že k takovýmto integrovaným obvodům lze vést spoje pouze ze strany součástek a nikoliv ze strany spojů. 

Literatura
[  1] Blatný J., Krištoufek K., Pokorný Z.: Číslicové počítače, SNTL Praha 1980 
[  2] Javorský L., Bobek A., Musil R.: Základy elektrotechniky, SNTL Praha 1970
[  3] Frank L. a kol.: Matematika – technický průvodce 1, SNTL Praha 1973
[  4] Horák Z., Krupka F.: Fyzika – příručka pro vysoké školy technického směru,  SNTL Parha 1976
[  5] Maťátko J.: Elektronika, SNTL Praha 1987
[  6] Minasi M.: Velký průvodce hardwarem PC – 4. vydání, GRADA 1996 
[  7] Vít V.: Televizní technika, SNTL Praha 1979 
[  8] Voženílek L., Řešátko M.: Základy elektrotechniky I, SNTL Praha 1984
[  9] Vrátil Z.: Architektura PC '386 a '486, Gethon 1994 
[10] Vrátil Z.: Architektura PC na bázi Pentia, Gethon 1994 
[11] Zbořil F.: Strojově orientované jazyky. Jazyk symb. instrukcí osobních počítačů IBM (PC/XT, PC/AT, PS/2), skriptum VUT BRNO Fakulta elektrotechnická 1992 

[12] Encyklopedie počítačových sítí, Computer Press 1996 

[13] Accelerated Graphics Port Interface Specification Revision 2.0, 
Intel Corporation 1998
[14] Intel ATX Power Supply Design Guide, Intel Corporation 1998
[15] Intel Celeron Processor up to 700 MHz, Intel Corporation 1999
[16] Intel Pentium 4 Processor in the 423-pin Package at 1.40 GHz and 1.50 GHz, 
Intel Corporation 200
[17] Pentium Processor With MMX Technology, Intel Corporation 1997
[18] Pentium II Processor at 350 MHz, 400 MHz and 450 MHz, Intel Corporation 1998
[19] Pentium II Processor at 233 MHz, 266 MHz, 300 MHz, AND 333 MHz, Intel Corporation 1998
[20] Pentium II Processor Xeon at 400 and 450 MHZ, Intel Corporation 1998
[21] Pentium III Processor for the SC242 at 450 MHz to 1.13 GHz, 
Intel Corporation 2000
[22] Pentium III Processor for the PGA370 Socket at 500 MHz to 1.0B GHz, 
Intel Corporation 2000
[23] Pentium III Xeon Processor at 500 and 550 MHz, Intel Corporation 1999
[24] Pentium III Xeon Processor at 600 MHz to 1 GHz with 256KB L2 Cache, 
Intel Corporation 2000
[25] Pentium III Xeon Processor at 700 MHz with 1MB and 2MB L2 Cache, 
Intel Corporation 2000
[26] Pentium III Processor at 450 MHz, 500 MHz, 533B MHz, 550 MHz, 600/600B MHz, Intel Corporation 1999
[31] Universal Serial Bus Specification Revision 2.0, Compaq, Hewlett-Packard, Intel, Lucent, Microsoft, NEC, Philips, 2000

[27] Liquid Crystal Displays, Sharp Corpoartion 1997

[28] EDO DRAM, Micron Technology, Inc. 1998
[29] FPM DRAM, Micron Technolgy, Inc. 1997
[30] Synchronous DRAM, Micron Technology, Inc. 1999

Při tvorbě této publikace bylo rovněž použito těchto zdrojů počítačové sítě Internet: 

•	http://www.pctechguide.com
•	http://www.tomshardware.com
•	Základní deska:
-	http://acorp-tw.com/
-	http://www.asus.com/
-	http://www.intel.com/
•	Procesory Intel a Intel 80x86 a Numerické koprocesory:
-	http://www.intel.com/
•	Vnitřní paměti:
-	http://www.kingston.com/
-	http://www.samsung.com/ 
-	http://www.panasonic.com/ 
•	USB a Sběrnice pro PC: 
-	http://www.intel.com/
•	Pružné disky a Mechaniky pružných disků: 
-	http://www.teac.com/
-	http://www.maxell.com/
-	http://www.tdk.com/
-	http://www.polaroid.com/  
•	Pevné disky a Rozhraní pevných disků:
-	http://www.wdc.com/
-	http://www.seagate.com/
-	http://www.quantum.com/
-	http://www.maxtor.com/
•	Videokarty: 
-	http://www.diamondmm.com/
-	http://www.matrox.com/
-	http://www.atitech.ca/ 
•	Zvuková karta: 
-	http://www.creaf.com/
-	http://www.yamaha.com/
•	Síťová karta: 
-	http://www.3com.com/
-	http://www.smc.com/
•	Zobrazovací jednotky:
-	http://www.panasonic.com/
-	http://www.sony.com/
-	http://www.nokia.com/
-	http://www.viewsonic.com/
-	http://www.philips.com/
•	Klávesnice a myš: 
-	http://www.microsoft.com/
•	PCMCIA: 
-	http://www.pcmcia.org/
-	http://www.3com.com/
•	Externí paměťová média:
-	http://www.teac.com/
-	http://www.yamaha.com/
-	http://www.seagate.com/
-	http://www.olympus.com/
-	http://www.hp.com/
-	http://www.iomega.com/
-	http://www.syquest.com/ 
•	Tiskárny:
-	http://www.hp.com/
-	http://www.epson.com/
-	http://www.panasonic.com/
-	http://www.tektronix.com/
•	Scannery: 
-	http://www.hp.com/
-	http://www.epson.com/
-	http://www.umax.com/
•	Zdroje vyžívané zařízeními:
-	http://www.intel.com/ 
-	http://www.microsoft.com/
•	Další zařízení: 
-	http://www.hp.com/
-	http://www.tektronix.com/