Hardware

17 Feb 2023

• Všeobecný popis částí počítače
• Motherboard - Základní deska
  • Procesor, CPU
    • Stavba procesoru
    • Specifikace procesoru
    • Rozdělení procesorů
      • Podle instrukční sady
      • Podle šířky slova
      • Podle architektury procesoru
    • Parametry procesoru
    • Výrobci CPU
  • Paměti počítače
    • RAM (Random Access Memory)
    • ROM (Read-Only Memory)
    • HDD (Hard Disk Drive)
    • SSD
    • USB Flash
    • DVD/CD/Blu-ray
    • Cloud
  • Grafické karty
  • Zvukové karty
  • BIOS (Basic Input-Output System)
  • Sběrnice
    • Interní sběrnice
    • Externí sběrnice
  • Rozhraní
  • Vstupně-výstupní zařízení
    • Monitory
    • Klávesnice
    • Myš
    • Touchpad
    • Trackpoint
    • Gamepad
    • Scanner
    • Tiskárny
    • Plotter
    • 3D tisk
    • Dotyková obrazovka
    • Webová kamera
• Dělení počítačů
  • Stolní počítač
  • Notebook
  • Tablet
  • Server
  • Superpočítač
  • Další elektronické zařízení
    • Fotoaparáty
    • Kamery
    • Mobilní telefony

---

Všeobecný popis částí počítače

• Case
• Motherboard
• GPU
• zdroj (PSU) - nutné pečlivě vybírat podle spotřeby komponent a potřebné kabeláže (SATA, ATX, MOLEX) popř. účinnosti (nejvyšší výkon obvykle kolem 50% tj. je lepší kupovat zdroj s výkonem + 50%) a ceny, výkon 200W - 1500W
• disky (SSD/HDD)
• paměť RAM
• DVD/FDD mechanika

Externí

• myš, klávesnice, monitor, mikrofon, reproduktory, tiskárna, touchpad, skener, webkamera, dotyková obrazovka

Motherboard - Základní deska

Představuje základní hardware většiny počítačů. Hlavním účelem základní desky je propojit jednotlivé součástky počítače do fungujícího celku a rozdělit jim elektrické napájení, které základní desce poskytne zdroj.

Postupem času se funkce základní desky rozšiřovala v tom, že sama začínala obsahovat některé komponenty, které se dříve musely připojovat externě.

Typická základní deska umožňuje zapojení procesoru a operační paměti. Další komponenty - grafické karty, zvukové karty, pevné disky, mechaniky se připojují pomocí rozšiřujících slotů nebo kabelů, které se zastrkávají do příslušných konektorů. Konektory pro připojení napájení (ATX, CPU), předního panelu (USB, JACK), zapínání + diody

Na základní desce je dále umístěna energeticky nezávislá paměť Flash, ve které je uložen systém BIOS, který slouží k oživení počítače hned po spuštění.

Nejdůležitější integrované obvody jsou zabudovány v čipové sadě (chipset). Fyzicky jde buď o jeden čip, nebo o dva (v tom případě se označují jako northbridge a southbridge). Čipová sada se stará o komunikaci mezi procesorem, pamětí a vstupně-výstupními zařízeními a rozhoduje, jaký procesor a operační paměť je možné k základní desce připojit.

Výrobci: Gigabyte, Asus, MSI

Procesor, CPU

• centrální procesorová jednotka, která je jako celek uložena do pouzdra integrovaného obvodu,
• postupně zpracovává jednotlivé instrukce programu, čímž realizuje požadovanou funkci
• umí vykonávat strojové instrukce, ze kterých je tvořen počítačový program a obsluhovat jeho vstupy a výstupy
• stále i moderní procesory jsou založeny na zpracování strojového kódu (sada strojových instrukcí), které odpovídají způsobu práce procesoru
• každá architektura procesorů definuje svůj vlastní strojový jazyk
• mikroprocesor představuje příklad sekvenčního logického obvodu, který pro uložení dat používá dvojkovou soustavu
• mikroprocesor v dnešní době obsahují nejen osobní počítače, ale už jakákoli spotřební elektronika, automobily apod.
• Tranzistor změnil situaci ve vývoji elektroniky, zejména proto, že se jednalo elektronickou součástku bez pohyblivých částí. Efektivně nahradila elektronky a relé
• Mooreův zákon

Stavba procesoru

Současné procesory zachovávají tradiční vnitřní uspořádání procesoru, které bylo rozpoznatelné i u prvních procesorů.

Procesory obsahují:

• Řadič nebo řídící jednotka, která zajišťuje součinnost jednotlivých částí procesoru dle prováděných strojových instrukcí (jejich dekódování, načítání operandů instrukcí z operační paměti a ukládání výsledků zpracování instrukcí)
• Sada registrů pro uchování operandů a mezivýsledků. Přístup k registrům je mnohem rychlejší než přístup do operační paměti připojené k procesoru pomocí sběrnice. Registry dělíme na obecné (pracovní, univerzální) a řídící (např. čítač instrukcí, stavové registry, registr vrcholu zásobníku, index registry). Bitová šířka pracovních registrů je jednou ze základních charakteristik procesoru.
• cache L1 (právě zpracovávaná data, malá, rychlá); cache L2 (pomalejší, větší, stále pouze pro jedno jádro); cache L3 (pomalá, velká sdílená s Integrovanou GPU a všemi jádry)
• Aritmeticko-logická jednotka (ALU) může být jedna nebo více, provádí nad daty aritmetické a logické operace
• Matematický kompresor (FPU - Floating Point Unit) - obsahují jej současné CPU, provádí operace s desetinnými čísly
• Současné CPU většinou obsahují také vektorovou jednotku, která je v podstatě matematickým koprocesorem optimalizovaným pro operace s vektory desetinných čísel

Specifikace procesoru

• architektura: AMD64 (64bit, nahradila starší 32bit x86; zpětně kompatibilní) a ARM64 (původně pro úspornější zařízení - tablety, mobily, hodinky, ale v poslední době se začíná používat i u superpočítačů a běžných desktopů - viz Apple)

Rozdělení procesorů

Podle instrukční sady

Podle instrukční sady se dělí procesory na:

• CISC - Complex Instruction Set Computing - procesory s úplnou instrukční sadou, patří zde mikroprocesory řady x86-64, podstatné při programování v ASM, kritizováno - paradoxně může zpomalovat (komplikovaný návrh)
• RISC - Reduced Instruction Set Computing - procesory s redukovanou instrukční sadou, patří zde mikroprocesory ARM, SPARC, MIPS, PowerPC a Alpha, redukovaná instrukční sada, jen jednoduché příkazy, optimalizováno, aby byly co nejrychleji prováděny
• VLIW - procesorová architektura, která umožňuje instrukční paralelismus - snaha o zvýšení výpočetního výkonu procesorů, patří zde mikroprocesory Tilera

Obě sady obsahují také celkové koncepce procesorů a jejich stavby.

Podle šířky slova

Jedním ze základních ukazatelů procesoru je počet bitů, tj. šířka operandu (slova), který je procesor schopný zpracovat v jednom kroku. První procesory byly 4bitové, což bylo dáno tím, že často pracovaly přímo s čísly v desítkové soustavě. Brzy přišly 8bitové, u nichž se zjednodušeně dá říci, že umí přímo počítat s čísly od 0 do 255, zatímco 16bitový procesor s čísly od 0 do 2*16.

Podle architektury procesoru

Jako výhodnější se ukazují instrukční sady typu RISC, avšak některé architektury z důvodu zachování zpětné kompatibility pracují i se strojovým kódem typu CISC. Procesory RISC jsou velmi úspěšné např. v mobilních telefonech nebo v superpočítačích, protože jednodušší architektura se projevuje nižší spotřebou energie.

Parametry procesoru

• počet jader - každé je samostatná výpočetní jednotka; HyperThreading - jedno jádro zpracovává dva procesy
• frekvence - v GHz, zjednodušeně doba, za kterou tranzistor přepne stav z 1 na 0, Turbo Boost/Core - procesor mění frekvenci dynamicky podle používání; 3 - 6GHz
• socket - LGA (Intel, konektory za základní desce), PGA, (AMD, z procesoru vystupují kontakty, ty se zapojují do mřížky CPU)
• TDP - tepelný výkon, spotřeba ve wattech
• výrobní technologie tranzistorů - velikost v nm, dnes 10nm - 3nm
• integrované CPU
• cena

Výrobci CPU

• AMD64 (Intel, AMD - dělá jen návrhy, čipy vyrábí TSMC)
• ARM - mnoho výrobců, např. Qualcomm
• Apple (vlastní čipy M1)
• Samsung

Paměti počítače

Paměti slouží k dočasnému nebo trvalému uložení programů a dat.

Dělení:

• primární (vnitřní) - rychlá; malá velikost; slouží k dočasnému uložení dat, se kterými počítač pracuje RAM, cache, CPU registry

• sekundární (vnější) - pomalejší ale řádově větší; trvalé uložení dat; HDD, SSD, USB Flash disk, CD…

• volatilní (energeticky závislá) - k udržení informace potřebuje napětí, po jeho odpojení informaci ztrácí - RAM, cache
• nonvolatilní - ROM, Flash, HDD…
• podle způsobu uložení dat
  • polovodičové - RAM, ROM, EPROM Flash, u RAM 2 druhy
    • SRAM (statická) - používá tranzistory, je rychlejší, úspornější, jednou uložená data vydrží až do přerušení napájení, ale technicky využívá 6 tranzistorů na 1 bit $\rightarrow$ drahá; využívá se pouze jako malá, rychlá paměť na cache
    • DRAM (dynamická) - používá kondenzátory, ztrácí náboj $\rightarrow$ data se musí neustále obnovovat (několikrát za sekundu), ale je velmi levná, využívá se u RAM pamětí
  • magnetické - HDD, FDD, magnetické pásky
  • optické - DVD, CD
• podle přístupu
  • SAM (sériové) - pomalejší, místo s daty se musí natočit pod čtecí zařízení - HDD, CD, pásky
  • RAM (náhodné) - lze okamžitě přečíst jakoukoli informaci
  • FIFO (first-in-out-first-out) - v programování fronta (queue) - prakticky SRAM s řadičem
  • LIFO (last-in-first-out) - v programování jako zásobník, SRAM s řadičem
• podle možnosti čtení a zápisu
  • RWM (read/write) - čtení i zápis
  • ROM (read only) - CD-ROM
  • WORM (write only read many times) - PROM (ROM, ale pomocí programátoru lze jednou uložit data), CD-R
  • programovatelné ROM
  • WOM (write only)

Parametry

• kapacita - velikost paměti, kolik dat lze uložit
• přístupová doba - jak dlouho trvá zpřístupnit data (od vydání požadavku do získání dat)
• přenosová rychlost - množství dat za sekundu
• volatilní/nonvolatilní
• spolehlivost (množství zapsání než dojde k chybě)
• cena za bit (*kapacita = cena)

RAM (Random Access Memory)

• zkomolený název prosazený Intelem, správný název měl být RWM-DRAM memory
• polovodičová paměť s přímým přístupem (volatilní) umožňující čtení i zápis
• paměť RAM si lze představit jako řadu očíslovaných (číslo je adresa buňky) buněk, z nichž každá obsahuje nějakou hodnotu (při velikosti buňky 1 bajt hodnotu 0-255)
• velikost paměti (tj. počet paměťových míst nebo buněk) se nejčastěji udává v bajtech, dnešní PC, tablety a telefony mají velikost řádu gigabajtů
• paměť RAM se používá hlavně jako operační paměť počítačů, tj. paměť, v níž jsou uloženy běžící programy (včetně operačního systému) a jejich data
• obsah v současnosti používaných polovodičových RAM se po odpojení napájení vymaže (volatilita): proto data, která mají být zachována, je nutné ukládat na disk nebo flash paměti, která volatilní není
• výrobci: Samsung, Kingston, Consair
• paměť s přímým přístupem; volatilní

ROM (Read-Only Memory)

• typ elektronické paměti, jejíž obsah je dán při výrobě, není závislý na napájení (je tzv. nevolatilní)
• používá se pro uložení firmware v elektronických přístrojích, dříve ve starších počítačích, kde zajišťuje jejich běžnou činnost
• v minulosti byly ROM paměti v počítačích používány pro uložení BIOSu, firmware v mechanice, grafické kartě apod.
• dnes už se u PC setkáme s ROM ojediněle z důvodu nemožnosti aktualizace firmware a BIOSu pro opravu chyb a případně přidání nových vlastností

HDD (Hard Disk Drive)

• elektromechanické zařízení pro záznam a čtení adresovatelných dat, paměť o velké kapacitě a s pomalejším přístupem než operační paměť RAM
• v PC se používá jako sekundární a záložní paměť, ve spotřební elektronice k dočasnému nebo trvalému uchování většího množství dat
• ukládání a čtení probíhá pomocí magnetické indukce
• typické parametry:
  • kapacita - 0,5 až 18 TB
  • přístupová doba - několik ms (obvykle 8 ms)
  • rychlost otáčení - obvykle 7200 otáček za minutu
  • přenosová rychlost - MB/s
  • RAM cache - 8 až 512 MB RAM
• rotující plotny potažené magnetickou vrstvou a nad ní se pohybuje čtecí hlava
• připojuje se přes 2 SATA kabely (data a proud)

SSD

• zařízení pro čistě elektronické ukládání dat
• je nástupcem magnetických pevných disků a na rozdíl od nich neobsahuje pohyblivé mechanické části - proto je jeho výhodou odolnost proti otřesům, změnám tlaku, nehlučnost, nižší spotřeba energie a hlavně vyšší přenosová rychlost
• pro uložení dat je nejčastěji použita nevolatilní flash paměť
• prodává se s rozhraním SATA
• výrobci: Kingston, Corsair

USB Flash

• podobné jako SSD
• malé rozměry, různorodé tvary
• velikost až do stovek GB
• nejoblíbenější prostředek pro přenos dat mezi počítači
• většinou má konektor USB-A, ale začínají se používat i s konektorem typu C - lze použít i u mobilů, notebooků ale pevné počítače tyto konektory ještě nemívají

DVD/CD/Blu-ray

• optické, zápis a čtení pomocí laseru
• více verzí - RW (čtení a opakovaný zápis), R (jednou zapsat), R (zapsáno při výrobě, jen pro čtení)
• dále se liší počtem vrstev
• přestávají se používat, většina počítačů a prakticky všechny notebooky už neobsahují mechaniku

Cloud

• cloud je síť vzájemně propojených vzdálených serverů, která slouží převážně k úschovně a sdílení dat nebo užívání aplikací a softwaru
• data jsou uložena v datovém centru
• poskytovatel cloudové aplikace je zodpovědný za zajištění velkých datových center poskytující zabezpečení, paměťovou kapacitu a výpočetní výkonnost
• 3 typy cloudu:
  • privátní cloud - vhodný pro větší firmy, které si mohou dovolit postavit vlastní cloudové centrum, nedostane se k němu nikdo nepovolaný, je bezpečný ale nákladný na pořízení a údržbu
  • veřejný cloud - určen pro širokou veřejnost, levnější, platíte pouze za prostor, který opravdu využíváte, data však musíte svěřit třetí straně
  • hybridní cloud - spojuje použití privátního a veřejného cloudu - vlastní datové centrum pro nejdůležitější a nejcitlivější data

Grafické karty

• zařízení sloužící k vytváření grafického obrazu na monitoru počítače, v dnešní době však zastává i množství dalších funkcí
• základní dělení na integrované a dedikované - integrované jsou dodávány v rámci CPU (APU), dedikované se připojují jako samostatné karty do portu PCI-Express
• nároky na grafické karty, zejména ze strany hráčů, se neustále zvyšují (chlazení, příkon sběrnice)
• s vývojem her je kladen důraz na realističnost, grafické karty se proto z čistě zobrazovacích zařízení změnili na velmi výkonné matematické výpočetní jednotky
• hlavní části jsou:
  • GPU - jeden čip skládající se z množství samostatných součástí
    • grafická jádra nejsou na rozdíl od procesorových univerzální, proto jsou jednodušší a GPU jich obsahuje násobně více než nejvýkonnější CPU
    • principem grafické karty je předávat obraz mezi jádry a postupně ho modifikovat (podobné Unixovým rourám) - tato jádra navíc mají stejnou architekturu, z důvodů zjednodušení to jsou velmi obecné programovatelné obvody, které jsou nastavené a nějakou fci
    • s tím souvisí i mnohem lepší schopnost řadiče řídit multitasking mezi jádry
    • jádra slouží k výpočtu nasvícení objektů, jejich stínů, změny tvaru pohybem, přidání textur, plynulé změny prostředí…
  • paměti - grafická karta potřebuje ukládat velké množství dat (např. textury), proto potřebuje vlastní paměti, ta jsou obvykle rozestaveny do co největší blízkosti GPU a tvoří kolem něj kruh; používá vlastní verze RAM označovaná předponou G - GDDR
• u her je kladen důraz hlavně na rychlost vykreslování, plynulý obraz, rozlišení,…
• další kategorií jsou grafické karty pro grafiky - více jader pro vytváření 3D obrazu, násobně vyšší výkon
• nejnovějším odvětvím, kde se používají je těžba kryptoměn, ta je uskutečňována principem hledání unikátního klíče (matematicky vygenerovaný hash), který náhodně generuje síť. Kdo klíč najde, může pomocí něj schválit libovolné množství transakcí. Právě vysoká poptávka po kartách na těžbu zapříčinila krátkodobý výpadek trhu, kdy herní grafiky byly vykupovány na těžbu
• výrobci: AMD a nVidia

Zvukové karty

• stará se o zvukový vstup i výstup, základní funkcí je převod analogového signálu na digitální (a naopak)
• naprostá většina uživatelů si vystačí s těmi integrovanými na základní desce (dedikované pro počítače v nahrávacích studiích, nebo střižnách)
• kromě nahrávání zvuku a jeho přechování ji lze použít i k digitalizaci - např. propojení s gramofonem a uložení skladby
• liší se především počtem konektorů - minimum je jeden vstup a jeden výstup; další konektory slouží pro vícekanálový zvuk, nebo v některých případech připojení hudebních nástrojů
• pro použití např. v noteboocích existují i zvukové karty připojitelné pomocí USB

BIOS (Basic Input-Output System)

• první program, který se spouští po zapnutí PC
• implementuje základní vstupně-výstupní funkce pro počítače (IBM PC kompatibilní a představuje vlastně firmware pro osobní počítače)
• dříve se používal při startu počítače pro inicializaci a konfiguraci připojených hardwarových zařízení a následnému spuštění operačního systému, kterému je pak předáno další řízení počítače
• programový kód BIOSu je uložen na základní desce v nevolatilní paměti

Sběrnice

• soustava vodičů přenášejících data nebo řídící instrukce
• zajišťují propojení jednotlivých obvodů počítače a rozšiřitelnost PC o komponenty
• sběrnice vzájemně propojeny mosty (severní, jižní)
• mají vlastní komunikační protokol a způsob adresování připojených zařízení, lze přirovnat k fungování sítí

parametry sběrnic:

• přenosová rychlost - bit/s
• šířka sběrnice - kolik dat je schopno projít za jeden takt - 32bit, 64bit
• taktovací kmitočet - počet taktů za sekundu
• dělíme:
  • interní (PCI) a externí (USB) - podle toho, kde se napojují zařízení na sběrnici - uvnitř/vně počítače
  • paralelní (ISA, PCI) - adresy, data a řídící signály se přenáší po několika vodičích současně; problém synchronizace a rušení, ale konstrukčně jednodušší (tak jak data přijdou se zpracují)
  • sériová (USB, PCI-E, SATA) - data posílána postupně (sekvenčně), dnes nahradila paralelní, nutné data deserializovat (postupně data ukládat a čekat na konec přenosu)

Interní sběrnice

Lokální sběrnice - napojena na severní most čipové sady

• zajišťují komunikaci procesor-grafická karta-paměti RAM-jižní můstek
• VESA Local Bus - vyvinuta pro zlepšení připojení grafických karet, nacházela se za ISA slotem a karta zabírala oba najednou, 32bit, nevýhoda: vyvinuta pro Intel 80486, u starších CPU nemohla dosáhnout své rychlosti a u novějších nevyužívala všechny možnosti
• AGP - vznikla úpravou PCI pro GPU, není pravou sběrnicí, lze připojit jen jedno zařízení, výhoda: kanál není sdílený, 32bit

Univerzální sběrnice - jižní můstek, připojují se rozšiřující karty

• vlastnosti zařízení připojených k severnímu mostu jsou ovlivňovány CPU (např. frekvence, zatížení), jižní most se severním komunikuje, ale je na něm závislý $\rightarrow$ možnost připojit jednodušeji více zařízení za cenu nepatrného zpoždění při komunikaci s mikroprocesorem

ISA

• interní, 8 nebo 16-bit, paralelní
• navržena jako velmi jednoduchá a univerzální sběrnice
• umožňuje zapojit prakticky všechna zařízení - zvukové karty, ethernet, grafické karty,…
• umožňovala i připojení pevných disků a disketových mechanik, přes rozhraní IDE a můstek

PCI

• paralelní, 32 nebo 64-bit
• i lokální použití - propojení S a J můstku
• nevýhoda: opět nedostatečné pro GPU (AGP)
• podporuje technologii PnP (plug and play) - karta se pouze zasune do slotu a nastavení provede OS

PCI-Express

• první sériová, používá tzv. dráhy; jedna dráha se skládá ze dvou vodičů (data a zem) a funguje jako samostatná linka, počet 1-32 (označení x1, x2, x32, lze poznat podle velikosti konektoru)
• inspirace ethernetem, přidává switch, každé zařízení tedy může využívat celou svou dráhu
• technicky komplikovanější, ale velmi univerzální
• dnas prakticky jediná využívaná
• lze vést i jako port (např. Thunderbolt)
• má i linky napojené na severní most

Externí sběrnice

• často se zaměňují s porty
• port - na rozdíl od sběrnice připojuje k počítači jen jedno zařízení, jednodušší, nevyžaduje žádný řídící mezičlánek, např. sériový port (RS-232) nebo PS/2 (proto jsou dva - myš a klávesnice)

USB

• funkčně podobný PCI-E (jeden centrální hub, sériové)
• 2 typy zařízení master a slave, master typicky PC - aktivní
• připojení prakticky čehokoliv k PC (mobily, myši, tiskárny, flash disky, externí HDD, monitory, externí GPU,…)
• několik generací
• nejpoužívanější USB-A (flash disky), USB-B (tiskárny, 3.0 - pevné disky), USB Micro B (nabíjení a spojení menších zařízení - mobily)
• USB-C - v budoucnosti má nahradit ostatní konektory, může přenášet proud, informace i např. obraz
• podporuje Pnp

Rozhraní

• rozhraní definuje formát komunikace a výměny dat mezi rozdílnými systémy
• rozdělujeme na hardwarové, softwarové (API) a uživatelské
• výhody:
  • využívají již existujících knihoven, aplikací
  • možnost univerzálních zařízení (jeden Flash disk funguje na všech PC)
  • abstrakce - programátor využívá interface, jednodušší, rychlejší, bezpečnější vývoj aplikací; nemusí rozumět HW
  • univerzálnost - jednou napsaná aplikace funguje všude (portuje se jen API)
  • existence internetu, jednotná specifikace komunikace počítačů

Hardwarové rozhraní

• hardwarovým rozhraním myslíme definici konektorů, signálů, napětí, kabelů apod. pro danou sběrnici nebo port, na základě které poté zařízení přes port/sběrnici komunikují
• např. interface PCI-E definuje komunikaci po této sběrnici (počet a využití pinů na kartě, její velikost, příkon…); původně navrženo pro připojování rozšiřujících karet
• $\rightarrow$ využíváno i u dalších zařízení, např. M.2 je standart pro rychlé připojování SSD disků, využívající PCI-E sběrnici, ale má vlastní konektor, komunikační protokol
• další případy: Ethernet (port RJ45, kroucená dvojlinka, fyzická vrstva), USB, Bluetooth (frekvence, protokol), SATA

Softwarové rozhraní

• soubor veřejných funkcí, proměnných nebo tříd, které může programátor využívat
• např. knihovny, komunikace s jádrem OS (Linux API, WinAPI)
• Unixové routery - komunikace aplikací v Linuxu/Unixu (především CLI); data zpracovaná jednou aplikací se pomocí roury předají další, až poslední vypíše výsledek;
• OpenGL - univerzální rozhraní pro komunikaci s grafickými kartami, jednou napsaný program běží na všech GPU, které ho podporují
• využití na internetu při komunikaci se servery (specifikace protokolů, portů) - mail, sdílené disky, FTP, IP protokol…
• webové aplikace např. OpenWeatherMap, komunikace pomocí HTTP metody GET, vrací informace o počasí

Uživatelské rozhraní

• způsob komunikace uživatel x PC
• GUI (grafické), CLI (textové)

Vstupně-výstupní zařízení

Monitory

• k počítači připojen přes grafickou kartu
• převážně se používají konektory HDMI, DP (DisplayPort) a výjimečně DVI, dříve bylo nejrozšířenější VGA
• v některých zařízeních integrován - notebooky, mobily - vlastní rozhraní
• rozdělujeme podle technologie obrazu:

CRT

• první monitory odvozeny od televizorů, přebírají i technologii katodových trubic
• monitory velké (hloubka), těžké, blikající obraz, velká spotřeba
• výhody: pozorovací úhly a kontrastní poměr

LCD

• rozmach s prvními notebooky
• využívá tekuté krystaly a podsvícení
• každý pixel se skládá ze tří krystalů, krystaly mezi kolmými polarizačními filtry (neprůhledné), zprůhlední při průchodu proudu krystalem, výsledná barva záleží na natočení krystalů - různé technologie
  • TN - levný, rychlá odezva, horší barvy a pozorovací úhly
  • IPS - skvělé barvy, odezva i úhly, nevýhoda: vyšší cena
  • VP - “zlatý střed”, cena:odezva:barvy:úhly
• LED monitory - jako podsvícení je použita mřížka LED, rozděleny do samostatných zón (tzv. mini LED) - lze ztmavit část monitoru = lepší kontrast; ne všechny LED monitory podporují
• QLED - vylepšení VP LED technologie pro zobrazení lepší teploty barev, Samsung

OLED

• nemá podsvícení, pixely září samy, základem organická látka, kterou prochází proud
• nevýhody: vypalování (často zobrazované části, lišty, zůstávají vždy viditelné) a obecně opotřebovávání, teoreticky vyšší spotřeba
• výhody: lepší černá barva (zhasne), skvělý kontrast, méně odpadního tepla

Micro LED

• zatím u drahých televizorů spojuje OLED a LCD $\rightarrow$ svítí jednotlivé pixely, ale základ není organický

parametry

• rozlišení - minimem 1080 p (1920x1080), další 4K, 8K a různá rozlišení mezi (16:9), pro jiné poměry různé
• úhlopříčka - u samostatného monitoru je minimum 24-27 palců, u velkých úhlopříček se monitor zakřivuje, aby člověk nemusel otáčet hlavu
• poměr stran - dříve 4:3, dnes nejrozšířenější 16:9
• obnovovací frekvence - kolikrát se za sekundu obraz překreslí, normální je 60-75Hz, vyšší u her
• doba odezvy - u LED, jak dlouho trvá rozsvícení/zhasnutí jedné diody
• podpora AMD FreeSync a NVIDIA G-SYNC - u herních monitorů synchronizace frekvence mezi GPU a monitorem, zabraňuje trhání obrazu

Klávesnice

• slouží k zadávání textu do počítače, popř. k jeho ovládání klávesovými zkratkami
• základem je mřížka (matrix) tlačítek, při stisku klávesy dojde k propojení obvodu a mikroprocesor klávesnice poté podle souřadnic vygeneruje tzv. scan kód, ten je odeslán do počítače, zpracován řadičem a předán procesoru
• porty PS/2, USB, nebo bezdrátová (BT/ přijímač v USB); u NTB vlastní konektor
• klávesy - abecední, numerické (u NTB/herních kl. může chybět), fční (F1-F12, PrtSc, delete,…), meta (mění chování - Shift, Ctrl, Alt, mezerník, Esc,…), makro klávesy (buď specifická fce - vypnutí, zvýšení hlasitosti, nebo dodán SW, který, se programují na jinou funkci)
• rozložení kláves (u nás QWERTZ, anglické QWERTY)
• typy kláves
  • mechanické - obvykle kvalitnější, delší výdrž, různé provedení, o návrat se starají pružiny, typická hmatová odezva, není potřeba domáčknout, např. Cherry
  • membránové - klávesa na gumové membráně, nahrazuje pružinu; pod ní dvojice membrán s kontakty, levnější, u méně kvalitních může vynechávat (nutné domáčknout tlačítko) a obecně má menší životnost
• liší se také výškou tlačítek nebo tvarem (normální a ergonomické)

Myš

• slouží k ovládání grafického uživatelského rozhraní (GUI)
• polohovací zařízení, převádí pohyb po ploše na pohyb kurzoru na obrazovce
• obsahuje obvykle 2 tlačítka a scrollovací kolečko + další tlačítka (např. změna DPI nebo programovatelné)
• porty: PS/2, USB, bezdrátové (BT, vlastní dongle)
• DPI (dot per inch) - poměr o kolik bodů na obrazovce se myš pohne při posunu o jeden palec
• technologie
  • mechanické - gumová kulička jejíž pohyb snímají 2 kolmé hřídele, ty pohyb přenášejí na clonu, kterou prochází světlo, přerušovaný paprsek dekódován na elektrické impulzy; zanáší se prachem, čímž se snižuje přesnost
  • optické - podklad osvětlen červenou LED diodou a snímán minikamerou, změny snímků vyhodnocuje procesor myši; nevýhoda - nefunguje na lesklých nebo jednolitých površích; parametry: rozložení snímků
  • laserové - místo LED diody použit laser, vyšší kvalita obrazu, lze použít i na površích, kde optika selhává, první firma Logitech
• další druhy: vertikální, trackball, 3D myš
• vynalezena na Standfordu, první počítač Xerox Alto
• Microsoft jako jeden z prvních upravil program Word k použití s myší (dodával i vlastní myš, počátek HW divize)
• komerčně rozšířena díky Apple Mackintoch

Touchpad

• především u NTB nebo u některých bezdrátových klávesnic
• plochá deska obvykle se dvěma tlačítky (dnes se většinou podporují klikání poklepem na plochu) a někdy okrajem sloužícím ke scrollování
• podpora gest (např. W10 přepínání mezi okny, zobrazení všech spuštěných aplikací)
• funguje na principu snímání elektrické kapacity
• u některých notebooků probíhají pokusy s nahrazením dotykovou obrazovkou (lze používat např. jako kalkulačku)

Trackpoint

• typický pro Lenovo ThinkPad
• malá gumová ploška uprostřed klávesnice
• umožňuje pohyb kurzoru po obrazovce (joystick)
• neujal se

Gamepad

• zařízení používané k hraní her
• připojuje se pomocí USB, dříve měl vlastní port
• skládá se z tzv. akčních tlačítek (4) a joysticku nebo 4 směrových tlačítek
• k hraní her existují také další periferní zařízení - pedály, volant, pistole, joystick a další

Scanner

• převádí psaný text/fotografie do digitální podoby, scanu (fotografie)
• skenovaný dokument se pokládá na sklo, pod nímž se pohybuje skenovací rameno (stejné jako kopírka - obvykle multifunkční zařízení), dokument je osvícen a odraz zachycen; 2 technologie
  • papír je osvícen a pomocí zrcadel odražen do tří přijímačů (RGB)
  • osvětluje se postupně červenou, modrou a zelenou LED a jednotlivé odražené paprsky postupně zachycovány jedním snímačem, nepoužívá zrcadla
• často jako součást tiskáren
• parametry: rozlišení (300 až tisíce DPI), barevná hloubka (kolik barev je snímač schopen zaznamenat)
• 3D skenery - umožňují 3D objekt převézt do digitálně upravitelné podoby
• filmové - skenování negativů fotografií
• řadí se zde i čtečky čárových kódů
• přenosný - papír projíždí skrz a po řádcích je skenován, obvykle menší rozlišení
• OCR - optické rozpoznání znaků; umožňuje převést naskenovaný text do editovatelné podoby, buď samostatný program nebo součást dražších skenerů

Tiskárny

parametry:

• rychlost: počet znaků za vteřinu
• rozlišení: bpi - bits per inch
• cena za vytištěnou stránku
• barevná/černobílá

Jehličková

• první tiskárny
• velmi nízké provozní náklady a poruchovost
• velmi hlučná, nízká kvalita tisku a pomalý tisk
• princip přejat z psacích strojů (sada jehliček naráží přes inkoustovou pásku na papír; počet jehliček rozhoduje o kvalitě - 2, 7, 9, 24 a více)
• uplatnění ve firmách (tisk velkého množství textu), tisk účtenek
• “nekonečný papír”, jednotlivé listy jsou spojené a trhají se až po tisku (nemá podavač papíru)
• přes průklepový papír může tisknout více kopií zároveň

Inkoustová

• cílem bylo umožnit tisk grafiky
• na papír jsou vstřikovány velmi drobné kapičky inkoustu
• základem je tisková hlava s tisíci tryskami, pohybuje se po řádku nad papírem
• barva je uchovávána v tzv. cartridge, nádržka pohybující se společně s tiskovou hlavou
• kvalitní jemnější tisk - vhodné na fotografie a text
• tiskárny relativně levné, ale drahý inkoust (+ se rychle spotřebovává)
• základní nevýhoda: pokud se dlouho netiskne, inkoust vytéká a zasychá (uspávání trysek)
• inkoust může po delší době blednout

Laserová

• základem je válec, ten se očistí od barvy a náboje a znovu nabije proudem
• poté se osvětluje laserem, kterým se snižuje elektrický odpor osvětleného místa
• válec se otáčí kolem cartridge s tonerem (jemný barevný prášek), který se přichycuje jen na osvětlená místa
• papír je nabit opačným nábojem, proto se toner tiskne
• nakonec je toner na papír zapečen (vysoká teplota) a z papíru je sejmut náboj
• velmi vysoká kvalita tisku, rychlost, nízké náklady na vytištěný papír
• dražší tiskárny, před prvním tiskem se déle zapíná

Plotter

• kreslí pomocí tužky na pohyblivém rameni nebo inkoustové kazety
• existují i verze se statickým ramenem, kde se pohybuje papír
• je určen na tisk na velký formát papírů; využití pro tisk technických výkresů, v kartografii, reklamě…
• velmi drahé
• verze s tužkou typicky kreslí vektorovou grafiku (přirozené, hlava se pohybuje podle čar, lepší výsledek než na tiskárně tisknoucí podle řádků)
• existovaly 2 typy, od staršího, kde papír ležel na desce, nad níž se pohybovalo rameno s tužkou se upouští; neúnosně velké a omezuje velikost papíru
• novější plottery, tzv. bubnové, se podobají klasické inkoustové tiskárně, kreslící hlava (inkoust nebo pero) se pohybuje jen napříč papírem, který je posouván mezi dvěma válci a na obou koncích visí dolů; výhodou prakticky neomezená délka papíru a menší rozměr
• inkoustové plottery se příliš neliší od tiskáren, zvykem je rozdíl klást na formát A3 (menší tiskárna, větší plotter); za cenu zmenšení kvality vektorové grafiky umožňuje i tisk rastrové grafiky (v kvalitě inkoustových tiskáren na mnohonásobně větším formátu)

3D tisk

• mnoho druhů, podle použitých materiálů (pryskyřice, PLA) a účelu (velikost, detaily)
• existují i tiskárny schopné tavit a tisknout z kovů, výrobky mají vlastnosti shodné s odlitky, využívá i NASA
• aditivní proces - materiál se postupně vrství na sebe

Dotyková obrazovka

• umožňuje ovládat počítač klikáním prstem nebo stylusem
• stejné vlastnosti jako obyčejná obrazovka, jen přidává dotykovou vrstvu
• nejdříve se používaly u bankomatů, pokladen a PDA, rozmach s vynálezem chytrého telefonu a tabletu
• velké množství technologií
• 2 nejpoužívanější:
  • rezistivní - dvě elektricky vodivé vrstvy a mezi nimi mezera, při dotyku dojde k propojení; typický měkčí display např. u aut (jde ovládat i běžnou rukavicí)
  • kapacitní - základem je sklo potažené tenkou vodivou vrstvou, využívá vodivosti lidského těla, při dotyku je elektrické pole narušeno $\rightarrow$ funguje jen pro prsty nebo speciální materiály ; u mobilů a tabletů
• dnes i u notebooků a monitorů
• moderní na bázi OLED jsou ohybatelné (skládací telefony)

Webová kamera

• nahrávání obrazu a pořizování fotografií
• připojuje se pomocí USB, u NTB/tabletů/telefonů zabudována
• nejčastější použití při online hovorech/konferencích nebo nahrávání videa pro streamování na internet
• hlavní parametr je rozlišení, stejné jako u monitorů (HD, FullHD, Ultra HD, 4K), snímková frekvence (FPS) - 25, 30 existují i 60 FPS
• autofocus - funkce automatického ostření na obličej
• zoom - přiblížení, softwarově, nepodporují všechny
• často mají integrovaný mikrofon (dostačující pro konference, pro natáčení obvykle nevhodný)
• obvykle se pomocí klipu uchycují na horní rám monitoru nebo stojí na stole
• připojení přes USB (můžou a nemusí mít jack na mikrofon)
• řadí se zde i tzv. IP kamery, fungují bez připojení k PC, chovají se jako samostatný síťový prvek (bezpečnost, cestovní ruch)

Dělení počítačů

Stolní počítač

• skříň (case)
• externě se připojuje myš, klávesnice, monitor, reproduktory, webkamera, mikrofon..
• modulární - jednotlivé části lze měnit (např. RAM, disky) - možnost vybrat si jednotlivé komponenty a složit na míru (při dodržení parametrů)
• druhy: tower (Big, Midi, Mini), desktop (naležato pod monitorem), all-in-one
• výhody: výkonnější, levnější, konfigurovatelné
• nevýhody: nepřenosný (nemá baterii), větší, pro někoho těžší na zapojení, více místa

Notebook

• přenosný počítač
• zabudované komponenty - display (10-17 palců), klávesnice, webkamera, reproduktory, mikrofon, touchpad, baterie, Wi-Fi, BT, disk
• dříve: DVD mechanika, Express Cardd, Ethernet port, Firewire
• ultrabooky - menší, velmi lehké, kvalitní HW (výkon výdrž), specifikováno Intelem pro jeho úsporné procesory, nahradil netbooky
• herní NTB - důraz kladen na možnost hrát hry (CPU, GPU, RAM), typicky větší, těžší, menší výdrž baterie
• 2v1 - ntb s dotykovou obrazovkou, klávesnici lze překlopit ebo zcela oddělit (v klávesnici může být baterie); Microsoft Surface
• výhody: přenosný, skladný, dnes slušný výkon, ideální na práci na cestách
• nevýhody: dražší, menší výdrž, výkon, těžší oprava…
• firmy: Toshiba, Acer, HP, Asus, Dell, Lenovo…
• Apple - MacBook Air/Pro - vlastní OS/CPU/GPU, jedny z nejtenčích NTB (speciální baterie), velmi kvalitní HW (displej, výkon), bezpečnost, použitelné i pro profesionální (grafickou) práci
• Chromebook - zaměřen na práci na internetu, prakticky žádné lokální aplikace, od Google, nenáročný $\rightarrow$ velká výdrž a rychlost

Tablet

• OS: Android, iPadOS, Windows
• dotyková obrazovka (různé rozměry, udávané v palcích), ARM CPU, grafická tužka, odpojitelná klávesnice (BT/konektor), slot na SIM kartu, microSD
• nelze měnit součástky
• dnes prakticky neexistuje rozdíl mezi NTB 2v1 a tabletem
• výhody: mobilní OS - lepší výdrž baterie, přenosný, levnější, dotyková obrazovka (pero)
• nevýhody: menší disk, displej, bez klávesnice méně pohodlné psaní
• výrobci: Samsung, Lenovo + Apple (iPad, výhodou skvělé propojení s ostatními zařízeními Mac, iPhone)

Server

• určen k poskytování služeb po síti, kvalitní HW - běží 24/7
• webový, databázový, souborový (NAS), mail, video
• profesionální umístěny v serverovnách (speciální klimatizace, zabezpečení, UPS, připojení, zálohování)
• OS: převážně Linux, Windows Server
• domácí vyrábí např. Synology
• v zásadě jde přeměnit jakýkoli PC v server, pro drobné použití se používá mikro-počítač RPI

Superpočítač

• spojení velkého množství počítačů dohromady, sdílejí procesor, RAM, diskový prostor = potřeba rychlého propojení (často Wi-Fi)
• Linux/Unix
• vědecké vyhodnocování dat (dálnice)
• např. Ostrav IT4Innovations (Salomon, KAROLINA)
• procesory AMD64 a ARM (stále častěji)

Další elektronické zařízení

Fotoaparáty

• zařízení sloužící k zaznamenávání a uložení obrazu
• základem je složitá optická soustava, sloužící k zaostření obrazu a jeho co nejvěrnějším zachycení (dále např. úprava světelných podmínek, rozostření pozadí…)
• následující částí je záznamové médium, dříve světlo pro průchodu optikou dopadalo na film, kde se vykreslil obraz (analog), dnes se používá speciální čip, který dopadající světlo mění na elektrické signály (digitál)
• analog, digitál

Kamery

• slouží k zachycení pohybujícího se obrazu
• lze je rozdělit na profesionální (filmové) a domácí
• digitální kamera se od digitálního fotoaparátu liší velikostí (obvykle má lepší optiku), výkonnějšími čipy a lepším mikrofonem; lepší digitální fotoaparáty dokážou kamery slušně nahradit
• u analogu rozdíl v potřebě posouvat film a zaznamenávat obraz po určitých časových úsecích
• pro film se používá jak analogové tak digitální kamery

Mobilní telefony

• zařízení původně určené jen k uskutečňování hovorů přes telefonní rozvody a později bezdrátově
• druhou neodmyslitelnou funkcí je posílání SMS zpráv
• v dnešní době je to již multifunkční zařízení, jehož hlavní funkcí je připojení k internetu
• typický mobilní telefon má dneska výkon srovnatelný s počítači
• ovládání mobilu je uskutečňováno pomocí dotykové obrazovky
• OS viz otázka Software

---