vlastnosti, použití

Obsah:
Informace, zpráva, kódování, přenosový kanál, signál, šum, redundance ................................. 3
Přerušení, DMA ve výpočetních systémech, vlastnosti, rozdíly, příklady použití .................... 5
Aplikační programové vybavení ................................................................................................ 7
Číselné soustavy: typy, vlastnosti, převody mezi soustavami ................................................. 10
Programovací jazyky, typy, vývoj, objekty.............................................................................. 12
Booleova algebra: základní logické funkce, pravdivostní tabulka........................................... 14
Kombinační obvody v počítačích: MUX, DEMUX, dekodér, sčítačka................................... 16
Sekvenční obvody ( RS, RST, D, JK, LATCH): vlastnosti, použití ........................................ 19
Paměť Cache: použití, typy, charakteristika, základní připojení k procesoru.......................... 22
Překladače: Základní rozdělení, popis jednotlivých částí ........................................................ 25
Počítač typu IBM PC: vývoj, popis jednotlivých částí, charakteristika................................... 26
Zobrazovací podsystém PC: popis, princip funkce, monitory a LCD ..................................... 30
Diskový podsystém: důležité části, princip záznamu dat, výkonové parametry...................... 33
Tiskárny: použité typy a metody tisku, srovnání ..................................................................... 37
Operační systémy: základní vlastnosti, použití, multitasking .................................................. 39
Synchronní, asynchronní a arytmický přenos. Podmínky pro přenos dat................................ 41
Optický záznam dat: princip, vlastnosti, použití ...................................................................... 43
Základní deska PC: funkce, hlavní části, rozměrové standardy............................................... 46
Typy napájecích zdrojů pro PC, používaná napájecí napětí, konstrukce zdrojů...................... 48
Sběrnice počítače: připojování obvodů ke sběrnici, minimalizace odrazů .............................. 50
Paměťové moduly pro PC: přehled typů, vlastnosti................................................................. 51
Vývoj a základní typy sběrnic PC: FSB, ISA, EISA, MCA, PCI, AGP .................................. 53
Adresace procesoru I80386 v chráněném módu ...................................................................... 56
Protokol TCP/IP: základní vlastnosti, použití .......................................................................... 59
Antivirová ochrana: druhy virů, způsoby antivirové ochrany počítače ................................... 62
Procesor I8086 - základní vlastnosti, vnitřní struktura, použití ............................................... 65
Instrukční soubor procesoru I 8086.......................................................................................... 66
Paměťový podsystém, charakteristika, způsob připojení k procesoru ..................................... 68
Propojovací subsystém procesoru I 8086, připojení V/V portů, typy sběrnic ......................... 70
Procesor 80286, vlastnosti, charakteristika .............................................................................. 72
Analogový, číslicový a hybridní systém: společné znaky a rozdíly ........................................ 74
Procesor I 80486: vlastnosti, použití, vnitřní struktura ............................................................ 76
Mikrokontroléry PIC: vlastnosti, charakteristiky..................................................................... 78
Mikrokontroléry PIC: typy a formáty instrukcí, instrukční soubor ......................................... 80
Princip laserové tiskárny .......................................................................................................... 83
Způsoby adresace ..................................................................................................................... 84
Von Neumannovo schéma počítače: obvodový a mikroprogramový řadič ............................. 86
Reprezentace dat v počítači...................................................................................................... 88
Procesory Intel Pentium 1,2,3,4: vlastnosti.............................................................................. 90
Strojový kód, assembler, zavaděč, spojovací program ............................................................ 93
Operační systémy: přidělování operační paměti ...................................................................... 94
Systém ochran operační paměti, přístupová práva................................................................. 100
BIOS: Základní části, funkce, provedení a uložení................................................................ 102
Služby BIOSu: mechanismus poskytování služeb, obsluha klávesnice, video...................... 103
Startovací sekvence PC: průběh, důležité oblasti v paměti RAM.......................................... 104
Programovací jazyk PASCAL: struktura jazyka, procedury, definice typů .......................... 106
Předávání a potvrzování zpráv v síti ...................................................................................... 109
Vysvětlete pojmy: Dynamic Execution, Net Burst, MMX, SSE ........................................... 111
Základní rozhraní pro přenos dat:Centronics, RS - 232,USB, Fire Wire............................... 112
-1-
Programovací jazyk PYTHON, vlastnosti, použití ................................................................ 113
Operační systém DOS, vlastnosti, správa paměti, souborový systém ................................... 115
Operační systém Windows, vlastnosti, správa paměti, souborový systém ............................ 116
Operační systém Linux........................................................................................................... 119
Porovnejte vlastnosti OS DOS, Windows a Linux ................................................................ 121
Realizace přenosového kanálu ............................................................................................... 123
Model OSI : popis vrstev ....................................................................................................... 125
Topologie sítě: typy, základní vlastnosti,použití.................................................................... 127
Kódování a modulace............................................................................................................. 130
Typy sítí: dělení podle velikosti, přístupové metody ............................................................. 132
Ethernet: popis, charakteristika, typy..................................................................................... 135
Token Ring: popis, charakteristika......................................................................................... 137
Vysvětlete pojmy: charakteristický interval, modulační rychlost.......................................... 138
Přerušení: funkce, tabulka vektorů přerušení, rezerv. přerušení ............................................ 139
Přepínání úloh (multitasking): princip, použití ...................................................................... 141
Optické vlákno: vlastnosti a použití v počítačových sítích .................................................... 142
Matematický koprocesor, vlastnosti, použití.......................................................................... 144
Operační systémy: .................................................................................................................. 145
Propojování počítačových sítí, používaná zařízení, vlastnosti............................................... 149
Napájení a chlazení procesorů................................................................................................ 153
Sítě typu peer to peer a klient - server.................................................................................... 154
Radiové sítě: vlastnosti, přístupové metody, použití.............................................................. 155
Internet: charakteristika, vlastnosti ........................................................................................ 159
Elektronická pošta a související protokoly............................................................................. 162
Internet: Používané protokoly ................................................................................................ 163
-2-
1 - Informace, zpráva, kódování, přenosový kanál, signál,
šum, redundance
Informace:
•
•
sdělitelný poznatek, který má smysl a snižuje nejistotu
je znalost, kterou příjemce před přijetím zprávy neměl, při čemž množství informace ve
zprávě je relativní
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
Smyslem zpracování dat je vytvoření informace.
Zpráva: uspořádaný soubor znaků, který je sestavován informačním zdrojem
9symbol – je to elementární zpráva
9znak – je to vlastně grafické znázornění symbolu
9syntaxe – jsou pravidla pro výběr znaků při tvorbě zprávy
9data – jsou to zprávy určené pro strojní zpracování
9údaj – je zpráva získaná jako produkt jistého postupu
Kódování: převedení zprávy do formy signálů, které se dají šířit po přenosovém kanálu
- viz otázka č. 59 – Kódování a modulace
Přenosový kanál: soubor technických prostředků nutných k zabezpečení přenosu signálu od
zdroje k příjemci
9přenosová cesta – fyzikální prostředí, ve kterém se přenáší zpráva
- viz otázka č. 56 – Realizace přenosového kanálu
-3-
Signál: hmotný nositel informace
Analogový
Analogové signály v elektronice jsou střídavá nebo
stejnosměrná napětí a proudy, která se mění plynule,
spojitě. Nemění se náhle, ve skocích. Jsou to například
radiové vlny, zvukové tony nebo světelné záření
Číslicový
Číslicové signály jsou vlastně řadou impulsů či měnících se
úrovní, které se mění nespojitě. Jsou to tedy impulsy napětí
pulsující mezi dvěma definovanými (stanovenými) úrovněmi.
Tyto úrovně znamenají vlastně vypnuto, zapnuto.
Šum: nežádoucí rušivý signál
Redundance: vícenásobné vysílání signálu (opakované) – z důvodu poruchy spoje
-4-
2 - Přerušení, DMA ve výpočetních systémech, vlastnosti,
rozdíly, příklady použití
Způsoby programové obsluhy propojení
Propojení jednotek počítače vyžaduje odpovídající programovou obsluhu. Pokud jsou
rychlosti obou spolupracujících částí srovnatelné a to jak řídící, tak i řízené, pak se může
jednat o synchronní komunikaci. To bude pro programátora zcela jasná záležitost. V případě
značně rozdílných rychlostí obou jednotek to však bude způsobovat problémy. Rychlá
jednotka (procesor) je ztížena navíc spoluprací s řadou dalších jednotek. Proto musí být
rychlejší jednotka zatížena jen minimálně operacemi s pomalejší jednotkou, čemuž se musí
přizpůsobit programová obsluha a další odpovídající mechanizmy spolupráce.
Rozlišujeme 4 základní způsoby práce :
•
•
•
•
programová obsluha,
obsluha s využitím přerušení,
použití přístupu DMA,
samostatné procesory (kanály)
Obsluha s využitím přerušení
Procesor na vnější popud přeruší svoji práci a na nezbytnou dobu se věnuje obsluze
komunikace s propojenou jednotkou. Mechanismy přerušení jsou obvodově řešeny řadou
způsobů , ale vždy se stejným výsledkem, kdy je generován nucený skok na adresu kde je
program obsluhy uložen – pomocí tabulky vektorů přerušení. Je nezbytné, aby hardwarově
přiřazená váha zařízení odpovídala umístění vektoru v tabulce vektorů přerušení. Vektor
přerušení je vlastně ukazatel na příslušnou obsluhu přerušení. Dále je nezbytné, aby
podprogram přerušení neměl žádné další účinky na přerušený program.
Obr. 1 - Princip získání adresy vektoru přerušení
Vnější signál je zachycen na vstupu obvodu přerušovacího systému (obr. 1), který uchová
informaci o příchodu přerušení. Pokud je signál propuštěn přes masku přerušení (například je
blokován vyšší prioritou), dostává se k dekodéru, kde je váha přerušení převedena na binární
číslo. To se pak používá jako ukazatel umístění vektoru v tabulce vektorů přerušení při
přípravě ukazatele na příslušný vektor.
Blokové přenosy DMA
Ne vždy se musí procesor účastnit přenosu dat mezi 2 propojenými jednotkami. Pokud je
propojení realizováno dle obr. 2, pak může docházet ke 3 variantám přístupu jednotek na
sběrnici :
• procesor je řadičem DMA vyzván k odpojení se od sběrnic a následně řadič DMA jen na
dobu přenosu ovládá sběrnice – přímý přístup do paměti (DMA)
-5-
•
•
řadič zpomalí procesor za účelem přímého přístupu do paměti tak, že po dobu přenosu dat
zastaví jeho hodiny – kradení cyklů
procesor se podělí o sběrnici v reálném čase tak, že část cyklu sběrnice připadne jedné
jednotce a část druhé, aniž se významně sníží rychlost provádění instrukcí –
multiplexování.
Obr. 2 - Zapojení řadiče sběrnice a procesoru pro přímý přístup do paměti
Vstup a výstup dat z DMA
Žádost od periferie o přenos celého bloku dat přijde pomocí signálu DRQi na obvod 8237A.
Tento obvod pak za pomoci signálů HRQ a Hold žádá procesor o odpojení od sběrnice.
Procesor potvrzuje odpojení od sběrnice signálem HLDA a obvod 8237A přebírá řízení
sběrnic. Arbitr sběrnice vyřizuje žádosti o přidělení sběrnice. V případě několika současných
požadavků je sběrnice přidělována podle priority. Žádosti se zpracovávají některým
z prioritních zapojení :
•
•
•
sériovým
sérioparalelním
paralelním
Do prioritního zapojení náleží 3 skupiny vodičů :
• žádost o přidělení sběrnice
• souhlas
• potvrzení převzetí sběrnice
Každé z prioritních zapojení má různý počet vodičů ve skupinách. Například pro sériové
zapojení stačí pro každou skupinu 1 vodič. Pro paralelní zapojení je třeba tolik vodičů, kolik
je žadatelů.
Sběrnice zajišťuje též přenos žádosti o přerušení. Žádosti o přerušení vyhodnocuje řadič
přerušení. Řadič přerušení je vždy centralizovaný.Velká většina sběrnic přenáší vektorové
přerušení, kde hardware identifikuje zařízení žádající o obsluhu. Řadič přerušení vysílá
vektor přerušení (číslo), které určí v tabulce přerušení virtuální adresu obslužného programu.
Vstup a výstup dat s přerušením
Periferní zařízení vyšle přes konektor I/O požadavek na obsluhu. Řadič přerušení přijme tuto
žádost jako požadavek IRQx a proto vyšle na procesor žádost o přerušení INTR. Pokud
procesor přijme žádost o přerušení (to znamená, že není zákaz přerušení), nejprve dokončí
rozpracovanou instrukci, uloží rozpracovaná data do zásobníku, vygeneruje návratovou
adresu A + 1 a vyšle 2x signál INTA. Při druhém signálu INTA přijme procesor vektor
přerušení příslušné periferie. V tabulce přerušení zjistí bázovou adresu CS a ukazatel IP. Tyto
údaje zapíše do deskriptoru a začne obsluhovat periferii dle programu.
- viz otázka č. 29 - Propojovací subsystém
-6-
3 - Aplikační programové vybavení: zpracování textů,
tabulkové procesory, databáze, návrhové systémy apod.
Programový balík "Office" (textové editory, tabulkové procesory, databáze)
Poskytován firmou Microsoft a jeho základní verze obsahuje textový editor Word, tabulkový
procesor Excel a databázový systém Access a prezentace Powerpoint. Výhodou
kancelářského balíku je, že programy jsou spouštěny z jednotného prostředí a je možné volně
přecházet z jednoho do druhého pomocí techniky objektového spojování a vkládání
Krátký popis jednotlivých aplikací Office 2003
Microsoft Office Outlook 2003
Aplikace Outlook 2003 je správcem osobních údajů a komunikačním programem systému
Microsoft Office System. Poskytuje místo pro správu e-mailů, kalendářů, kontaktů a dalších
osobních údajů nebo informací o týmu. Důležitá zdokonalení v aplikaci Outlook 2003,
například nový režim ukládání do mezipaměti, automatické seskupování zpráv, práce s
nevyžádanou poštou a vylepšené zobrazení usnadňující čtení, podstatně zlepšují způsob
organizace a správy informací a zlepšují výkon a připojení uživatelů.
Microsoft Office Word 2003
Aplikace Word 2003 je textový editor systému Microsoft Office System. Aplikace Word 2003
nabízí nové funkce, které usnadňují vytváření, sdílení a čtení dokumentů. Funkce týkající se
revizí a značek byly zdokonaleny, aby vyhovovaly různým způsobům, které uživatelé
používají při sledování změn a správě komentářů. Aplikace Word 2003 také podporuje jazyk
XML (Extensible Markup Language) jako nativní formát souborů a slouží jako plně funkční
editor jazyka XML. Aplikaci Word 2003 lze navíc použít k ukládání a otevírání souborů ve
formátu XML při jejich integraci s klíčovými podnikovými daty organizace.
Microsoft Office Excel 2003
Aplikace Excel 2003 je tabulkový procesor systému Microsoft Office System. Zahrnuje
širokou podporu formátu XML a nové funkce usnadňující analýzu a sdílení informací. Část
tabulky je možné definovat jako seznam a exportovat jej na webový server služby SharePoint
pro systém Microsoft Windows. Inteligentní značky aplikace Excel 2003 jsou pružnější a
zdokonalení statistických funkcí umožňuje lepší analýzu informací.
Microsoft Office PowerPoint 2003
Aplikace PowerPoint 2003 je program pro grafické prezentace, který uživateli umožňuje
ovlivňovat své okolí osobně či online. Díky zlepšení uživatelského rozhraní a podpoře
inteligentních značek aplikace PowerPoint 2003 zjednodušuje zobrazování a vytváření
prezentací. Vylepšena je také podpora multimédií. Soubory aplikace PowerPoint 2003 je
možné jednodušeji ukládat na disk CD-ROM a integrace s programem Microsoft Windows
Media Player umožňuje přehrávání datového proudu zvuku a videa v prezentaci.
Microsoft Office Access 2003
Aplikace Access 2003 slouží pro správu databází systému Microsoft Office System. Nabízí
jednodušší ovládání a rozšířené možnosti importu, exportu a práce s datovými soubory ve
formátu XML. Práce je nyní snazší, jelikož aplikace Access 2003 určí a označí běžné chyby a
nabídne možnosti jejich opravy. Nová funkce také umožňuje vývojářům databází určit
závislosti objektů.
-7-
Aplikace Microsoft Office OneNote 2003
Aplikace OneNote 2003 slouží v systému Microsoft Office System k zaznamenávání a správě
poznámek. Tato nová aplikace umožňuje zaznamenat, uspořádat a opakovaně použít
poznámky v přenosném nebo stolním počítači nebo v počítači Tablet PC. Aplikace OneNote
2003 poskytuje jedno místo pro zaznamenání různých typů informací, včetně poznámek
zadaných pomocí klávesnice, ručně psaných poznámek, ručně nakreslených diagramů,
zvukových poznámek, fotografií a obrázků z webu a informací z jiných aplikací. Umožňuje
následné uspořádání a opakované použití těchto informací způsobem, který upřednostňujete.
Aplikace Microsoft Office FrontPage 2003
Aplikace FrontPage 2003 slouží v systému Microsoft Office System pro vytváření a správu
webů. Poskytuje výkonné funkce a ovládací prvky, které umožňují návrh dokonalejších webů,
rychlejší generování kódu a zahrnutím funkcí jazyka XML a připojením k externím zdrojům
dat rozšiřují možnosti práce s weby. Pomocí aplikace FrontPage 2003 je možné rozšířit
publikování na webu ze statických stránek na pokročilé interaktivní weby.
Aplikace Microsoft Office InfoPath 2003
Aplikace InfoPath 2003 slouží v systému MS Office System ke sběru a správě informací, což
zjednodušuje proces sběru dat. Tato nová aplikace umožňuje vykonávání tří klíčových
činností: vytváření dynamických formulářů, dokončení formulářů a jejich odeslání do systémů
a podnikových procesů podporujících jazyk XML. Poskytuje vysoce efektivní a flexibilní
způsob sběru informací a umožňuje všem uživatelům v organizaci jejich opakované použití.
Aplikace InfoPath 2003 usnadňuje uživatelům pracujícím s informacemi včas poskytnout a
získat potřebné údaje, které vedou k rozhodnutím založených na lepších informacích.
Aplikace Microsoft Office Publisher 2003
Aplikace Publisher 2003 je program systému Microsoft Office System pro desktop
publishing. Díky této aplikaci je vytváření, návrh a publikování profesionálních
marketingových a komunikačních materiálů snazší než kdykoli předtím. Pomocí
uživatelského rozhraní důvěrně známého z ostatních aplikací systému Microsoft Office
System lze vytvořit materiály pro tisk, e-mail a web. Aplikace Publisher 2003 posunuje
vytváření a publikování marketingových materiálů na novou úroveň.
Aplikace Microsoft Office Visio
Aplikace Visio je program systému Microsoft Office System pro tvorbu podnikových a
technických diagramů. Pomáhá převádět myšlenky a tradiční podniková data na diagramy.
Umožňuje lépe porozumět důležitým informacím a usnadňuje jejich sdělování, takže je
možné zlepšit proces přijímání rozhodnutí, dosáhnout společného postoje napříč organizací,
zlepšit komunikaci a působit na posluchače profesionálnějším a trvalejším dojmem.
Aplikace Microsoft Project
Aplikace Microsoft Project slouží v systému Microsoft Office System ke správě projektů.
Zahrnuje aplikaci Microsoft Project Professional i server Microsoft Project Server. Společně
poskytují výkonné řešení pro správu projektů organizace (Enterprise Project Management),
které umožňuje organizacím uspořádat podnikové iniciativy, projekty a zdroje s cílem
dosáhnout lepších obchodních výsledků. Použijete-li flexibilní funkce pro zasílání zpráv a
analýzu, zajistíte si aktuální informace, s jejichž pomocí lze optimalizovat zdroje, stanovit
priority práce a sladit projekty s celkovými cíly podniku.
Alternativy k MS Office: OpenOffice, StarOffice, 602 Software…
-8-
Textový editor:
•
•
•
•
•
•
•
•
•
obsahuje různé typy písma, obrázky, grafy
umožňuje tisk složitějších formulářů a psaní publikačních a prezentačních textů
možnost transportu (import, export) objektů
využívá možností grafických Windows
zobrazují "wysiwyg" způsobem (what you see is what you get)
možnost True Type Fontů=umožňuje změnu velikosti písma zadáním poměru
možnost definice a použití stylů písma, tvorba tabulek, kreslení obrázků a grafů
možnost psaní matematických vzorců a tiskových sestav pomocí makrojazyka
podpruje kontrolu pravopisu a práci se skenerem
Tabulkový procesor:
•
•
•
•
•
•
•
pracuje s daty ve formě čísel uspořádaných do tabulky
lze využít k matematickým a technickým výpočtům s využitím matematických funkcí
výsledek lze zobrazit ve formě tabulky nebo grafu
tabulky mohou obsahovat: čísla, písmena, vzorce a data
umožňují použití makrojazyka(Visual Basic for Aplikations)
umožňují vkládání obrázků a transport objektů(import, export) do a z textových
editorů a databázových programů
příklady konkurenčních výrobků:
Databáze:
množina datových záznamů, umožňující tvorbu nových množin záznamů specifických
vlastností
Druhy:
•
•
•
hierarchické - data propojena vertikálním uspořádáním(nadřízený-podřízený)
relační - vazby pomocí relačních vztahů(relace-vazba či souvislost)
objektové - vazby definovány příslušností k objektu v rámci objektové hierarchie
Vlastnosti:
•
•
vstupem je vstupní formulář, výstupem je výstupní sestava
využití k hromadnému zpracování dat
Dotazovací jazyky:
QBE-Query By Example
SQL-Structured Query Language
Windows:
FoxPro for Windows, Paradox(jazyk ObjectPAL), Access(Objektová se standartem ODBCOpen Data Base Connectivity) a Aproach od Lotusu
UNIX:
pro větší podniky Oracle a Informix
-9-
4 – Číselné soustavy:
typy, vlastnosti, převody mezi soustavami
-10-
-11-
5 – Programovací jazyky, typy, vývoj, objekty
Nejstaršími a v hierarchii programovacích jazyku nejnižšími jsou strojové jazyky a jejich
symbolická verze – jazyky symbolických instrukci (zvané též jazyky symbolických adres
nebo assemblery). Souhrnně tyto jazyky nazýváme strojové orientované jazyky. Program
zapsány ve strojově orientovaném jazyku je posloupnost elementárních příkazu, které
nazýváme instrukce a které může počítač přímo provádět (každá instrukce odpovídá jedné
operaci procesoru). I značně dlouhý program v tomto jazyku je tedy dobře zvládnut
počítačem, který mechanicky provádí jednotlivé instrukce bez ohledu na jejich význam a
důsledky. Mnohem obtížnější je však práce programátora, který se musí zabývat významem
programu a potýká se tedy s obtížným problémem porozumění dlouhé posloupnosti
elementárních instrukcí.
Jednou z hlavních příčin nesrozumitelnosti programů napsaných ve strojově orientovaném
jazyku je jejich nestrukturovanost. Tento nedostatek se snaží odstraňovat vyšší programovací
jazyky. Pro jejich historii je charakteristické hledaní a zavadění vhodných struktur
(operačních, řídicích a datových), které zvyšují srozumitelnost programu a tím zjednodušují
programovaní. Jedním z prvních programovacích jazyku byli Cobol a Fortran, pak přichází
BASIC.
Koncem 60. let byly formulovány zásady strukturovaného programování, které umožňuji
psát programy systematicky, přehledně a dávají možnost ověřit správnost algoritmu. Jazyk
Pascal je prvním programovacím jazykem, který důsledně z těchto principu vychází. Byl
navržen počátkem 70 let. Posléze se tento jazyk stal velmi populárním. Jazyk Turbo Pascal
firmy Borland je pak přínosem a komerčně úspěšnou implementaci původního Pascalu.
DELPHI má dlouhé dějiny – jeho kořeny sahají až k pascalskému kompilátoru firmy
Borland. Jazyk Delphi je založen na komponentech, je to vlastně kompilátor Pascalu s
vizuálním vývojovým prostředím.
Visual Basic – je konkurenční produkt firmy Microsoft, stejně tak založený na
komponentech: pro dílčí úlohy existovaly hotové komponenty, které programátor jednoduše
vložil do svého programu, což enormně zjednodušovalo a urychlovalo vývoj mnoha aplikaci.
Komponenty pro Visual Basic, jsou vyvíjeny v C.
C/C++ - je objektově orientovány jazyk. V objektově orientovaných jazycích můžeme
definovat datový typ objekt, který obsahuje proměnné, nazývané vlastnosti, a procedury a
funkce, nazývané metody. V souvislosti s OOP se často používá pojem dědičnost. Jde o to, že
od již existujícího objektu můžeme odvodit nový, kterému přidáme některé vlastnosti
nebo metody navíc, případně některé definujeme jinak. Ušetří to mnoho práce a program je
daleko přehlednější.
Java – je dítkem firmy Sun Microsystem. Jedním z cílu tvůrců tohoto jazyka byla co
nejvyšší nezávislost na platformě, a tedy maximální možná přenositelnost. Své mety dosáhlí
tím, že vytvořili interpretovány jazyk. Zdrojový program v Javě se ovšem neinterpretuje
přímo. Nejprve se přeloží do tzv. Bajtového kódu (bytecode, soubory s příponou class).
Bajtový kód pak interpretuje tzv. javský virtuální stroj (Java Virtual Machine). Program je
velice podobny programu v C++, obsahuje ovšem méně nebezpečných rysu.
-12-
Skriptovací jazyky – se od klasických programovacích jazyku odlišuji. Jejich návrh směruje
k tomu, aby programátor zvládl vyřešit danou úlohu co možná nejrychleji, na rychlosti běhu
výsledné aplikace nezaleží. Tyto jazyky jsou většinou interpretované, a nikoli kompilované,
takže programátor bez dlouhé kompilace projektu vidí důsledky změn v kódu. Tyto jazyky
jsou stvořeny pro webové aplikace. Známe tyto skriprtovací jazyky: Perl, PHP, Python.
Všechny jazyky jsou velmi dobře čitelné, srozumitelné a pochopitelné "na první pohled".
Microsoft Visual Studio
Visual Studio 2005 je komplexní sada nástrojů pro vývoj a správu celé řady aplikací
v prostředí Windows a Microsoft .NET Framework včetně tzv. webových služeb založených
na XML.
Visual Studio přináší jednotné sdílené vývojové prostředí. Visual Studio obsahuje
komponentově orientované vývojářské nástroje a doplňkové technologie, které usnadňují
týmovou práci při návrhu. Visual Studio podporuje .NET Framework, základní jádro pro
tvorbu a provoz Webových aplikací a služeb. Pomocí Visual Studia je možné vyvíjet rozsáhlé
aplikace na serverové straně i plnohodnotné aplikace pro malá přenosná zařízení typu
PocketPC.
V rámci prostředí Visual Studio lze používat mnoho programátorských jazyků, jako součást
Visual Studia získáváte jazykové prostředí Visual Basic, Visual C#, Visual C++ a Visual J#.
-13-
6 – Booleova algebra:
základní logické funkce, pravdivostní tabulka
Základní logické funkce:
1) Logický součet(disjunkce) OR - Y=a+b
a
0
0
1
1
b
0
1
0
1
y
0
1
1
1
2) Logický součin(konjunkce) AND - Y=a.b
a
0
0
1
1
b
0
1
0
1
y
0
0
0
1
3) Negace logického součtu NOR - Y = a + b
a
0
0
1
1
b
0
1
0
1
y
1
0
0
0
4) negace logického součinu NAND - Y = a.b
a
0
0
1
1
b
0
1
0
1
y
1
1
1
0
5) neshoda, negace ekvivalence EX-OR - Y = a.b + a.b
a
0
0
1
1
b
0
1
0
1
y
0
1
1
0
6) Shoda, ekvivalence, EXCUSIVE-NOR (EQ) - Y = a.b + a.b
a
0
0
1
1
b
0
1
0
1
y
1
0
0
1
-14-
Zákony Booleovy algebry:
0.0 = 0
0.1 = 0
1.0 = 0
1.1 = 1
0+0= 0
0 +1 = 1
1+ 0 = 1
1+1 = 1
Zákon neutrálnosti 1 a 0:
Zákon agresivnosti 1 a 0
Zákon o idempotenci prvků
Zákon o vyloučení třetího
a+0=a a.1=a
a+1=1 a.0=0
a+a=a a.a=a
a + a = 1 a.a = 0
Komutativní a+b=b+a
Asociativní (a+b)+c=a+(b+c)
Distributivní (a+b).c=a.c+b.c
a.b=b.a
(a.b).c=a.(b.c)
(a+c).(b+c)=a.b+c
Zákon absorpce negace x + x. y = x + y
x.(x+y)=x.y
Zákon dvojí negace a = a
Pravdivostní tabulka:
-
Jiný způsob vyjádření logické funkce.
Jednoznačně přiřazuje hodnotu logické funkce (výstupní) pro všechny kombinace
vstupních proměných
Levá část obsahuje všechny možné kombinace hodnot vstupních proměnných – to
znamená, že má tolik sloupců, kolik je proměných – tj. n.
Pravá část obsahuje výslednou hodnotu logické pro každou kombinaci vstupních
hodnot v levé části
Počet všech stavů proměnných vyplývá ze vzorce: N = 2 n kde n je počet proměnných.
Stavový index každého řádku – což je desítkové číslo s, které dostaneme pokud
převedeme stav nezávisle proměnných které považujeme za binární číslo do desítkové
soustavy
-15-
7 - Kombinační obvody v počítačích:
MUX, DEMUX, dekodér, sčítačka
-
Vytvořeny z hradel, jejich výstup je dán pouze okamžitou kombinací vstupních stavů.
Pokud vytvoříme a realizujeme jakoukoliv rovnici, kde není počítáno s předchozím
stavem, pracujeme s kombinačním obvodem.
Běžné kombinační obvody, které jsou brány jako funkční celky jsou:
•
•
•
dekodéry
multiplexory a demultiplexory
sčítačka poloviční a úplná
Dekodéry:
Jsou kombinační logické obvody, které v reakci na vstupní kombinaci stavů generuje určitý
kód. Převádí kód n vstupních proměnných na kód m výstupních proměnných.
Dekodéry s převodem na kód binární (z kódu 1 z 10 na binární, z N+3,..)
Binární dekodéry je souhrnný název pro dekodéry převádějící binární kód na jakýkoliv jiný
kód.Základním dekódovacím obvodem je hradlo AND.
Rozdělení multiplexorů a demultiplexorů
Multiplexory a demultiplexory lze rozdělitna :
-
Mechanické
Elektronické
- Analogové
- Číslicové
Nejjednodušší multiplexor (demultiplexor) je více poziční přepínač, který se nazývá
selektorový nebo výběrový.
Mechanické jsou nejjednodušší, rychlost je velmi omezená, neumožňují jednoduché
automatické adresování.Elektronické multiplexory konstruované pro číslicový signál jsou
sestaveny z hradel.
Multiplexor
Je přepínač, kterým se může přepínat n vstupů na jediný výstup a provádět tak výběr jednoho
údaje z x dalších pomocí výběrových signálů.
Obecně: Multiplexor je obvod s 2n informačními vstupy, n adresovými vstupy a jedním
výstupem.
Binární datový selektor
Nejjednodušší číslicový multiplexor, který má dva vstupní zdroje dat a jednoduchý výstup,
přičemž každý ze vstupních zdrojů může být vybrán a napojen na výstup. Lze ho realizovat
invertorem a třemi hradly typu NAND, A B jsou vstupy dat, X je řídící stup. Stav tohoto
vstupu určuje, který vstupní signál se dostane na výstup.
-16-
Demultiplexor
Zařízení zcela opačné, opět se jedná o přepínač, ale přepíná jedinou sběrnici (vstup) na n
možných výstupů pomocí výběrových signálů (adres).
Binární demultiplexor
Vstup přiveden na obě výstupní hradla. Signálem X se vybírá obvod, obdobně jako u
binárního datového selektoru.
Sčítačky
Binární sčítačka je základním počítacím obvodem používaným u číslicových počítačů,
elektronických kalkulaček, mikroprocesorů a dalších číslicových zařízení používající
číslicové operace. Její funkcí je sčítání dvou binárních čísel. Základní pravidla pro sčítání
dvou binárních čísel jsou:
0+0=0
0+1=1
1+0=1
1+1=0 a přenos do vyššího řádu
Poloviční sčítačka
Obvod EX-OR umí sečíst dva bity, ale neumí vygenerovat přenosový bit, který je potřeba
připočíst k bitům vyššího řádu v případě, jsou-li oba sčítané bity jedničkové. Je třeba najít
obvod který tento bit vygeneruje. Musí mít na výstupu log 1 jen v případě, jsou-li oba sčítané
bity jedničkové. Tomu odpovídá hradlo AND.
Matematické vyjádření poloviční sčítačky: ∑ A.B + A.B C = A.B
A
0
1
0
1
B
0
0
1
1
∑
0
1
1
0
C
0
0
0
1
-17-
Úplná sčítačka
Abychom mohli sečíst dvě vícebitová čísla, musíme umět:
-
sečíst dvě číslice stejného řádu
vygenerovat přenos do vyššího řádu
přijmout přenos z nižšího řádu
Úplná sčítačka má tedy v porovnání s poloviční sčítačkou navíc přenos z nižšího řádu
Matematické vyjádření plné sčítačky:
∑C
n
.( A.B + A.B) + C n ( A.B + A.B)
C n +1 = A.B + C n ( A + B)
Cn
A
B
∑
Cn+1
0
0
0
0
1
1
1
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
0
1
1
0
0
1
1
0
1
1
0
1
0
0
1
0
0
0
1
0
1
1
1
-18-
8 - Sekvenční obvody ( RS, RST, D, JK, LATCH),
vlastnosti, použití
Sekvenční logický obvod vznikne z kombinačního
obvodu doplněním o tzv. zpětnou vazbu.
Tu lze vytvořit 3 způsoby:
1) ze stávajícího výstupu na nový vstup – z1
2) ze stávajícího výstupu na stávající vstup – z2
3) z nového výstupu na nový vstup – z3
U sekvenčních obvodů je hodnota výstupních proměnných závislá jednak na kombinaci
vstupních proměnných a na předcházejících vnitřních stavech.
Klopný obvod RS
Jedná se o základní sekvenční obvod využívající 2 stabilních stavů:
R (reset) – nulování
S (set) – nastavení
Jestliže se aktivuje vstup R, objeví se na výstupu stav logické 0, klopný obvod se vynuluje.
Aktivuje-li se vstup S na výstupu je Q logický stav 1. Obvod se nastavil. Zapojuje se buď
z hradel NOR nebo NAND.
Klopný obvod RS z hradel typu NOR
Q
R
S
Q
0
0
1
1
0
1
0
1
předchozí stav (pamatování)
1
0 - nastavení log 1 (nastavení)
0
1 - nastavení log 0 (nulování)
0
0 -zakázaný stav
-
Pokud přivedeme na vstupy S a R log 0 klopný obvod zůstává v předchozím stavu.
Pokud přivedeme na R logickou 1 pak klopný obvod přejde do stavu 0. Nezávisle na
předchozím stavu.
Když se na vstup S přivede logická 1 pak se na výstupu objeví 1 a zůstane zde i po
skončení logické 1 na vstupu.
Současné přivedení signálů na vstupy R a S vede do neurčitého stavu (klopný obvod
bude současně nastavován i nulován), to nemá smysl, proto se jedná o zakázaný stav.
Klopný obvod RST
Klopný obvod RS je doplněn řídícím vstupem. Tento
vstup označený T (time) má možnost zablokovat činnost
KO a nechat ho trvale v jednom ze stavů. Pokud je na
řídícím vstupu stav logické 0, je jakákoliv změna tohoto
obvodu je blokována. Pokud je na řídícím vstupu
logická 1 klopný obvod začne pracovat.
-19-
T
0
0
0
0
1
1
1
1
R
0
0
1
1
0
0
1
1
S
0
1
0
1
0
1
0
1
Q
předchozí stav (pamatování)
předchozí stav (pamatování)
předchozí stav (pamatování)
předchozí stav (pamatování)
předchozí stav (pamatování)
1
0 - nastavení log 1 (nastavení)
0
1 - nastavení log 0 (nulování)
1
1 -zakázaný stav
Klopný obvod typu D
U tohoto obvodu nemůže nastat zakázaný stav v závislosti na
datovém a hodinovém vstupu. Vstup C je řídící nebo též hodinový
vstup. Obvod pracuje v okamžiku, kdy na řídícím vstupu dochází
ke změně stavu z logické 0 na stav logické 1. Pokud na vstupu C
není náběžná hrana činnost obvodu je zablokována na výstupu je
předchozí stav. Obvod se může dostat do zakázaného stavu
v případě, že na vstupu P (preset – nastavení) a vstup CL (Clear –
nulování) se přivede logická 0. Tyto vstupy mají vyšší váhu, než
datový vstup!
D
Qt+1
0
1
0
1
Klopný obvod typu J-K „master-slave“
Má dva datové vstupy J a K, a jeden řídící C. Obvod se
překlápí pouze při změně stavu hodinového vstupu z logické 1
do stavu logické 0 (závěrná hrana). Skládá se ze dvou částí.
První ovládá vstupy (rozhoduje se o stavu na výstupech),
druhá výstupy (rozhodnutí se provádí). Obě fáze jsou vázány
na řídící signál. Při náběžné hraně obvod zaznamenává
kombinaci vstupů J a K, při závěrné ji vyhodnotí podle
pravdivostní tabulky.
Celkové uspořádání funguje ve dvou časových fázích:
1. vstupní informace se přenese do prvního stupně (druhý stupeň zůstává nezměněn)
2. stav z prvního stupně se přenese do druhého
-20-
J
K
Qt+1
0
0
1
0
1
0
Q
0
1
1
1
Q
Dynamické parametry:
-
minimální doba trvání řídících impulsů
maximální kmitočet hodinových impulsů
doba předstihu neboli předstih (sestup)
Z pravdivostní tabulky vyplývá:
-
asynchronní vstupy mají vyšší prioritu než synchronní
současné přivedení nuly na vstupy P a CL se nedoporučuje
jsou-li vstupy J a K = 1 a 0 (nebo 0 a 1), umožňují překlápění klopného obvodu do
stavů 1 a 0 ( nebo 0 a 1)
kombinace J a K změní stav na stav opačný vzhledem k předchozímu stavu
Klopný obvod řízený úrovní – LATCH (zdrž)
Základní provedení obvodu LATCH má vstup dat a vstup povolení. Je-li vstup povolení en
v aktivní úrovni, hodnota signálu přivedená na vstup d se objeví na výstupu y. Navíc má ještě
asynchronní nulování
d
y
en
reset
-21-
9 – Paměť Cache: použití, typy, charakteristika, základní
připojení k procesoru
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:
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. Je osazena na základní desce počítače (výjimku tvoří
procesory Pentium Pro a Pentium II, které mají externí cache paměť integrovánu v
pouzdře procesoru). Její činnost je řízena řadičem cache paměti.
•
interní (primární, L1) cache:
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.
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.
-22-
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.
Konstruovány jedním ze tří způsobů:
1) plně asociativní:
Celá adresa, ze které se budou číst data (popř. na
kterou se budou data zapisovat), je brána jako
tag. Tento tag je přiveden na vstup komparátorů
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
Vzhledem k tomu že je nutné velké množství
komparátorů a že se musí v každém řádku
tabulky uchovávat celý tag což zabírá moc
místa, se plně asociativní paměti prakticky
nepoužívají.
2) n-cestně asociativní:
N-cestně asociativní paměti pracují tak, že zadaná adresa se rozdělí na dvě části:
•
•
tag
adresa třídy
-23-
Adresa třídy je přivedena na n dekodérů, 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.
3) přímo mapovaná:
Přímo mapovaná cache paměť je speciální případ ncestně 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.
Přímo mapovaná cache ve srovnání s n-cestně asociativní
cache pamětí vykazuje nižší výkon, a proto její použití
není dnes příliš časté.
.
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 zcela zaplněna a je třeba do ní umístit nová data.
Tento způsob práce cache paměti vykazuje oproti předešlému způsobu vyšší výkon.
-24-
10 - Překladače
Překladač ( kompilátor ) je SW nástroj,který umožňuje realizovat překlad uživatelského
programu. Překladače mají různou konstrukci v závislosti na programu, který překládají.
Základní rozdělení překladačů je do tří skupin:
1) kompilační
2) interpretační
3) inkrementální
Kompilační překladače tvoří skupinu s nevětším počtem aplikací. Jedná se o historicky
nejstarší typ. Ze zdrojového programu vytvoří cílový kód. Výhodou je větší rychlost
zpracování úlohy. Nevýhodou může být obtížný způsob ladění úlohy.
Interpretační překladače nevytvářejí cílový kód.Každý řádek programu vždy těsně před
provedením interpretuje jako volání podprogramů. Pokud bude několik řádků programu
stejných, pak se každý bude interpretovat zvlášť.Výhodou interpretačního překladače je
rychlost při ladění úlohy. Nevýhodou je pomalý chod uživatelského programu.
Inkrementální překladače představují kompromis mezi kompilačním a interpretačním
překladačem. Překladač pracuje jako interpretační s tím,že má možnost uložit cílový kód.
U kompilačního překladače může jeho činnost rozdělit na čtyři části:
1. Lexikální analýza
- Zde se ve zdrojovém kódu zjišťují lexikální bloky ( klíčová slova ) a kódují se jako
jeden speciální znak
2. Syntaktická analýza
- Zde se kontroluje správné použití lexikálních symbolů
3. Zpracování sémantiky
- Zabezpečuje,aby v době, kdy se s proměnnou pracuje měla správně vypočtenu svoji
aktuální hodnotu. Toto se děje pomocí předávání tzv. atributů
4. Generátor cílového kódu
- Provádí generaci cílového kódu pro počítač, na kterém budeme úlohu zpracovávat.
-25-
11 - Počítač typu IBM PC: vývoj, popis jednotlivých částí,
charakteristika
Osobní počítač (Personal computer, zkratkou PC) je označení pro typ počítače určený pro
použití jednotlivcem (narozdíl od dřívějších střediskových počítačů). Termín může být chápán
na několika šířkách:
•
•
•
počítač typu IBM PC,
počítač kompatibilní s IBM PC,
libovolný mikropočítač.
Pojem byl používán již v průběhu 70. let 20. století – kdy Apple uvedl první PC na trh – ale
teprve s uvedením počítače IBM PC (IBM 5150) na trh v srpnu 1981 se ustálilo označení PC
(nebo Personal computer) pro počítač s procesorem Intel x86 kompatibilní (tj. vnitřní
architekturou a tím i komponentami a programovým vybavením slučitelný) s tímto modelem.
Základem počítače je procesor neboli CPU, které se skládá z řadiče a z ALU (Aritmeticko
logická jednotka).
Původní model byl dodáván s procesorem Intel 8088, pracujícím na frekvenci 4,77 MHz, a s
operační pamětí RAM o velikosti 16 nebo 64 kbyte (maximálně byla rozšiřitelná na 256
kbyte). Pro záznam dat se používal kazetový magnetofon nebo disketa (mechanika formátu
5.25" pro diskety o kapacitě 360 kbyte byla rozšiřujícím nadstandardním vybavením).
Sběrnice toho modelu byla osmibitová.
Během několika let se objevila řada vylepšení, a také mnoho obdobných a navazujících
výrobků jiných firem, označovaných jako klony IBM PC nebo kompatibilní počítače. V roce
1983 začaly být dodávány první pevné disky o kapacitě 10 Mbyte, v roce 1986 první modely s
procesorem 80286 (16bitová sběrnice, adresovatelná RAM až 16 Mbyte) a v roce 1989 s
procesorem 80386.
Operačním systémem původních osobních počítačů byl téměř výlučně MS-DOS nebo
některá z jeho variant (např. PC-DOS, DR-DOS), který běžel v textovém režimu, zpravidla s
max. 80 znaky na 25 řádcích.
V poslední dekádě 20. století nastal obrovský rozmach nejen samotných procesorů,
záznamových médií, ale i řady souvisejících komponent a periferií i programového vybavení.
Běžným operačním systémem v současnosti je multimediální graficky orientované prostředí,
např. Windows XP nebo některá z variant systému GNU/Linux.
Osobní počítače jsou použitelné nejen ke kancelářské práci nebo řízení průmyslových
aplikací, ale též k velmi kvalitní reprodukci hudby nebo zpracování digitálních fotografií či
videa. Skoro samozřejmé je i v domácnostech jejich zapojení do sítě Internet, stále častěji
nejen přes placené telefonické připojení o rychlosti max. okolo 50 kbitů/s, ale většinou i
podstatně rychleji a levněji jinými způsoby.
S rozšířením Internetu souvisí bohužel i otázky okolo bezpečnosti provozu osobních počítačů
a počítačových virů.
-26-
Jak se změnil za více než 20 let od jeho zrodu. Všechny technické parametry jsou od těch
původních hodně odlišné: procesory Pentium nyní pracují na frekvencích 2–3 GHz, pevné
disky s kapacitou okolo 100 Gbyte nejsou žádnou výjimkou, operační paměť 512 Mbyte
začíná být běžným skoro minimálním standardem, diskety se pro záznam a přenos dat již
skoro nepoužívají – i několik set kbyte se snadno přenese přes Internet, a na disky CD-R lze
zapsat okolo 700 Mbyte. Ničím nedostupným není ani zápis na disky DVD s několikrát vyšší
kapacitou.
Vývoj jde stále dál, takže nejdéle za pár let bude nutné na toto místo doplnit další odstavce.
Stále totiž platí nepsané Mooreovo pravidlo, které říká, že každých 18 měsíců se výkon
počítače o stejné ceně zdvojnásobí.
12. srpna 1981 byl na tiskové konferenci IBM v New Yorku představen počítač model 5150,
jemuž byl dán obchodní název Personal Computer. O té doby se prodalo přes 500 milionů
PC , které se staly nepostradatelnou pomůckou při práci, vzdělávání a komunikaci (i zábavě).
.
1971
Intel vyrábí svůj první mikroprocesor, model 4004
1974
Intel vyrábí procesor 8080 (frekvence 108 kHz), mozek počítačů Altair ; počítač bylo
možno sestavit ze stavebnice za 400 $ (15 000 Kč)
1975
Bill Gates a Paul Allen zakládají společnost Microsoft a vyvíjejí programovací jazyk
BASIC pro počítače Altair
1975
IBM uvádí model 5100 - přenosný počítač o váze 25 kg za 9000 $ (350 000 Kč)
1976
Steve Wozniak a Steve Jobs představují svůj první počítač Apple I za 666 $ (26 000
Kč)
1977
Společnost Apple Computer uvádí na trh Apple II s barevným uživatelským
rozhraním a s možností zaznamenávat data na audiokazety
1981
IBM představuje první osobní počítač řady PC ; model 5150 pracuje s procesorem
Intel 8080 (frekvence 4.77 MHz, RAM 64kB) a s operačním systémem MS-DOS
společnosti Microsoft (s černobílým monitorem celkem za 2600 $, 110 000 Kč).
1985
Procesor Intel 386 umožňuje multitasking (souběžné zpracování úloh); Microsoft
začíná prodávat první verzi Windows
1990
Microsoft uvádí Windows 3.0
1993
Intel představuje první procesor Pentium
1994
Objevuje se první verze internetového prohlížeče Netscape a vyhledávač Yahoo
1995
Microsoft uvádí Windows95 o tři roky později Windows98
2000
Intel představuje procesor Pentium 4 (42 mil. tranzistorů, frekvence 1,5 GHz)
- viz otázka č. 37 - Von Neumannovo schéma počítače
-27-
Základní části PC
Procesor (CPU)
provádí výpočty,počítá veškeré operace – pohyb myši, zobrazování oken, matematické
operace, grafiku,…
výkon procesoru se udává taktovací frekvencí (obvykle GHz), vyšší frekvence vede ke
zvýšení rychlosti procesoru
Paměť RAM
operační paměť zaznamenává údaje zpracovávané procesorem
základní jednotkou paměti je jeden bit (obsahující binární informaci – 0/1, ne/ano)
operační paměť umožňuje zápis i čtení
RAM = random access memory
RAM uchovává údaje pouze v době, kdy je počítač napájen elektrickým proudem
při vypnutí PC se celý obsah RAM ztratí
Paměť cache
speciální druh velmi rychlé paměti
zapojena mezi RAM a procesor
velikost v řádu stovek kB až několik MB
slouží jako „mezisklad“ informací mezi pamětí RAM a procesorem
paměť cache zvyšuje rychlost počítače
Paměť ROM (read only memory)
speciální druh paměti, ze které lze pouze číst
na rozdíl od RAM jsou údaje v paměti ROM uloženy trvale i po vypnutí počítače
Základní deska - motherboard
procesor, RAM, cache jsou zapojeny do tzv. základní desky (angl. motherboard)
do základní desky se pak připojují další rozšiřující karty
Čipsetová sada (chipset)
řídí komunikaci mezi CPU a pamětí, příp. sběrnicemi. V kompaktnější formě zahrnuje
funkce bývalých podpůrných obvodů k 8086 (např. záchytný registr LATCH, budič
sběrnice, GHI, řadič sběrnice, arbitr sběrnice. . . ).
Disková paměť – pevný disk
slouží k trvalému uložení dat
zabudován v počítači
uchovává data i po vypnutí počítače
má velkou kapacitu – řádově desítky GB
v každém PC je jeden základní disk – obvykle označen písmenem C (C:\)
pro zvýšení kapacity diskové paměti lze přidat do počítače další disky
Diskety
typicky průměr 3,5“ (palce) s kapacitou 1,44MB
disketová jednotka se označuje písmenem A (A:\)
použití při výměně informací mezi počítači, k archivace dat
nevýhodou disket je pomalá rychlost, nízká spolehlivost, malá kapacita
před použitím se musí naformátovat
disketu lze opakovaně číst, mazat, provádět zápis
v současné době jsou nahrazovány USB klíčenkami
USB klíčenky
malé paměťové moduly (lze je připnout ke klíčím – klíčenky)
vysoká kapacita (až několik GB)
vysoká přenosová rychlost
vysoká odolnost
-28-
CD-ROM
zařízení pracující na principu optického záznamu informací
čtení se provádí pomocí laserového paprsku
CD disk je možné pouze číst
na rozdíl od diskety 100% spolehlivost
kapacita 650MB, 700MB (typicky), 900MB
CD je velmi levné záznamové medium
zapisování na prázdná CD tzv. vypalovačkou
na CD lze zapsat data pouze jednou, CD-RW lze opakovaně přepisovat, mazat, číst,…
DVD-ROM, DVD vypalovačky
následovníci CD
vyšší kapacita – 4,7GB (typicky), 8,5GB, 9,4GB,…
jinak obdobné parametry (DVD-ROM, DVD±R pouze čtení, DVD±RW, DVD-RAM
lze opakovaně přepisovat)
vhodné pro záznam velkého množství dat
Klávesnice
slouží k zadávání údajů do počítače – tzv. vstupní zařízení, klávesy k obsluze PC
Myš
pro pohodlnou obsluhu počítače
obvykle 2 tlačítka (a někdy „rolovací kolečko“ uprostřed)
myši – optické (vespod svítí červené světlo, bezporuchové), kuličkové (vespod
kulička, musí se čistit vnitřek, nespolehlivé)
Monitor
zobrazení informací, tzv. výstupní zařízení
velikost se udává délkou úhlopříčky v palcích (2,54cm) – 15“, 17“, 19“,...
monitory mají různé parametry – rozlišení, vyzařování,…
klasický monitor (označení CRT) je obdobou TV
dnes místo klasických monitorů LCD
LCD obrazovka pracuje na principu tekutých krystalů, je plochá (zabírá méně místa)
Tiskárna
ke grafickému výstupu z počítače
zapojena k počítači nebo do počítačové sítě
několik typů tiskáren
jehličkové (obdoba psacího stroje – psací hlava s jehličkami a páska)
inkoustové (trysky „vystřelují“ barvu na papír)
laserové (pomocí laserové paprsku se barva natavuje na papír)
Skener
slouží ke snímání obrazu nebo textu a převodu do elektronické podoby
zpravidla doplněn speciálním programem pro zpracování textu
program přečte text a rozpozná jednotlivá písmena
-29-
12 - Zobrazovací podsystém PC:
popis, princip funkce, monitory a LCD
Grafické karty
Zobrazovací jednotka slouží pro komunikaci mezi uživatelem a počítačem. Monitor se
připojuje k mikropočítači prostřednictvím adaptéru do jedné z pozic rozšiřovací sběrnice I/O
CHANNEL. Používají se 2 druhy zobrazovacích jednotek :
• monochromatické
• barevné
Monochromatické karty jsou :
• adaptér MDA
• grafický adaptér MGA (Herkules)
• grafický adaptér HGC+
Barevné grafické karty jsou :
• CGA
• EGA
• Super EGA
• MCGA
• VGA
• SVGA
Adaptér MDA
Adaptér MDA byl alfanumerický adaptér a nemohl zobrazovat grafické informace! Znaky
byly generovány z paměti ROM a základem byla rozšířená tabulka znaků ASCII.
Grafický adaptér HGC
Karta HGC (Herkules Graphics Card) nazývaná též MGA umožňuje oproti adaptéru MDA
práci v grafickém módu. Obrazovka nemusí být nutně jen černobílá, ale i zelená či žlutá.
Grafický adapter CGA
Adapter CGA je alfanumerický i grafický pro barevné monitory.
Každý bod je složen ze 3 základních barev a to modré, zelené a červené.
V grafickém módu má 2 různé režimy s různým rozlišením :
•
•
nízké rozlišení - 320 x 200 bodů
vyšší rozlišení - 640 x 200 bodů
Při nízkém rozlišení může pracovat s 1 ze 16 barev. Při vyšším rozlišení pracuje jako
monochromatický.
Grafický adaptér EGA
Každý bod je možno zobrazit v 16 barvách z 256 možných. Může pracovat v jednom z 12
možných režimů lišících se formou a velikostí zobrazení.
-30-
Grafický adapter Super EGA
Adapter Super EGA umožňuje spolupráci s monitory EGA, CGA a MGA se kterými je plně
kompatibilní. Dále umožňuje ve spolupráci se speciálními monitory zobrazovat 640 x 480
bodů v 16 barvách. Má vylepšený přístup k paměti VIDEORAM umožňující 2násobné
zvýšení rychlosti.
Grafický adaptér MCGA
Adaptér MCGA (Multi Color Graphics Array) je grafický adaptér určený původně pro osobní
počítače IBM PS/2 model 25. Oproti adaptéru CGA kterému je podobný má vyšší rozlišení a
to 640 x 480 bodů. Na desce adaptéru je umístěn i 6bitový převodník, takže z adaptéru vedou
jen 3 vodiče s analogovými signály RGB (červená, zelená, modrá). Analogové signály pak
umožňují 64 stupňů každé základní barvy. Nevýhodou oproti předchozím adaptérům je
použití analogového monitoru, protože předchozí monitory používaly monitory digitální,
které měly v sobě A/D převodník. Tím byla porušena kompatibilita.
Grafický adaptér VGA
Adaptér VGA je zdokonalením adaptéru Super EGA. Výstup adaptéru je analogový a každá
ze základních barev se může "plynule" měnit. Tento monitor pracuje v módech předchozích
grafických adaptérů. Musí se však programově nastavit.
Barevného rozlišení 256 barev adaptér dosáhne jen při rozlišení 320 x 200 bodů. Při rozlišení
640 x 480 bodů je to jen 16 barev. Pro komunikaci na rozdíl od předchozích používá 15
pólový konektor DSUB.
Grafický adaptér SVGA
Grafický adaptér Super VGA je používán jako současný standard. Je to jen vylepšený adaptér
VGA. Dovoluje zobrazit až 1024 x 768 bodů. Zobrazení je závislé na velikosti paměti
VIDEORAM. Pro monochromatické monitory umožňuje zobrazit změnu intenzity jasu.
Zobrazovací jednotky
slouží jako optický výstup z počítače a jsou velmi důležité. Svou kvalitou ovlivňují
produktivitu práce, to je naši únavu. Při určování kvality se používají následující kriteria :
•
rozlišovací schopnost, t.j. počet bodů, které je možno zobrazit
•
rozměry obrazovky, t.j.velikost úhlopříčky v palcích
•
řádková frekvence (minimálně 64 Hz, protože i 75 Hz je občas vidět kmitavý obraz)
•
splnění některé z norem MPRII či TCO92 (úrovně vyzařování)
•
počet zobrazovaných barev
•
kontrast, jas
•
minimální rozteč bodů která musí být 0,28 mm nebo menší.
Zobrazovací jednotky se vyrábí ve 3 základních provedeních :
•
monitory (zpracovávají nemodulovaný videosignál)
•
ploché zobrazovací jednotky (pro laptopy na příklad s kapalnými krystaly, ale nejen s
nimi)
•
velkoplošné zobrazovací jednotky.
-31-
Monitory
Monitory jsou založeny na barevné obrazovce. U barevné obrazovky jsou na zúženém konci 3
elektronové trysky (R,G,B), které jsou zdrojem elektron. paprsků dopadajících na stínítko.
Cestou prochází paprsky magnet. polem, které paprsky zaostřují. Poté prochází dalšími póly,
které způsobují jak horizontální, tak i vertikální vychylování. Tímto způsobem je ovládán
chod paprsků po obrazovce. Paprsek se pohybuje zleva doprava, pak při zatmění zpět
s posunem o jeden řádek níže.. Podle usměrňovacího procesu barevných paprsků se rozlišují :
• obrazovky Delta
• Trinitronové obrazovky
• obrazovky In Line (vznikla z ní trinitronová obrazovka)
• obrazovky Croma Clar (upravená trinitronová obrazovka)
Druhy obrazovek
Obrazovka Delta
Jedná se o nejstarší typ obrazovky se stínící maskou. Elektronové trysky jsou uspořádány do
rovnostranného trojúhelníku. Body na obrazovce jsou uspořádány stejně. Nevýhodou je
deformace obrazu na krajích obrazovky díky šikmému dopadu paprsku na luminofor.
V poslední době je tomuto jevu zabráněno díky technologii FST (Flat-Screen-Tube)
Trinitronová obrazovka
Pevná mřížka je zde nahrazena maskou vytvořenou systémem podélných a svislých drátků.
Výhodou je možnost odstranění deformace bodů snížením vzdálenosti jednotlivých drátků.
Navíc bod ztrácí kruhový tvar a obraz je ve výsledku ostřejší. Obrazovka je však citlivá na
magnetické pole, které může tuto mřížku deformovat.
Ploché zobrazovací jednotky
Nejrozšířenějšími plochými obrazovkami jsou displeje z tekutých krystalů LCD (Liquid
Crystal Displays). Tyto displeje je možno rozdělit podle jejich doby výroby a tím i vlastností :
• displeje TN
• displeje TFT
• displeje FLCD
• plasmové displeje
Displeje TN
První displeje se označovaly jako pasivní TN displeje. Tekuté krystaly jsou mezi 2
skleněnými deskami na nichž jsou napařeny spoje včetně polarizačního filtru. Na jedné desce
jsou spoje vodorovné a na druhé desce spoje svislé. Přivedené napětí způsobí na křížení
elektrod natáčení krystalů a polarizaci světla. Polarizační filtr světlo nepropustí a meto bod je
vnímán jako černý. Z těchto bodů pak na displeji vzniká obraz. Při odpojení napětí krystaly
propouštějí světlo.
Displeje TFT
Displeje TFT jsou osazeny miniaturními tranzistory, kde každý tranzistor řídí obrazový bod.
Tím se zmenšila reakční doba , zkreslení obrazu, zmizí duchové a kontrast se zvětšil na 100:1.
Displeje pracují s jednou velmi tenkou vrstvou kapalných krystalů. Displeje se vyrábějí až pro
rozlišení 800 x 600 bodů. Standardně však 640 x 480 bodů. Dochází zde k dosti chybám,
takže výrobci připouští až 12 vadných bodů (oranžové či světle červené tečky).
Plasmové displeje
Elektrické pole přiměje směs neonu a argonu k vyzařování. Barva vzniká přimícháním
svítících látek které se aktivizují UV zářením plasmy. Kvalita obrazu není tak vysoká.
-32-
13 - Diskový podsystém: důležité části, princip záznamu
dat, výkonové parametry
Pevný disk
Jedná se o velkokapacitní vnější paměti s původním pracovním názvem "WINCHESTER". V
dnešní době se nazývá harddisk. Zařízení tvoří jednu paměťovou jednotku, která se skládá z:
• Paměťového média
• Univerzálních hlav schopných čtení či zápisu. Hlavy se při chodu nedotýkají povrchu.
Díky otáčkám nadnáší hlavy vzduchový polštář.
• Speciálního vzduchového filtru, který zachycuje nejen částečky prachu a také kouř. Z
tohoto důvodu je vlastní disk nevýměnný.
• Pohonné jednotky, která otáčí pevným diskem obvykle 3600 min-1 (až 12000 min-1 ).
• Ovládání hlav s krokovým motorem nebo lineárním polohovým servomotorem.
Jako záznamové médium je u pevného disku použita kovová rotační podložka (plotna), na niž
je z obou stran nanesena záznamová vrstva magnetického materiálu.Základem disku je disk.
substrát. Materiál, ze kterého je vyroben, musí mít uspokojivé mechanické a technologické
vlastnosti, musí být nemagnetický, nesmí chemicky reagovat s magnetickou vrstvou a neměl
by být drahý. Data se na disk zapisují v soustředných kružnicích, v tzv. stopách.
Prokládání 1: 3
Organizace disku.
Každý pevný disk obsahuje počáteční bod v oblasti DOSu (partition DOS), což je první
sektor. Tabulka FAT je umístěna hned za tímto DBR. DOS však automaticky pořizuje kopii
tabulky FAT, kterou ukládá hned za originál tabulky FAT. Za touto tabulkou následuje
kořenový adresář. Kořenový adresář souborů operačnímu systému DOS sděluje, jaké soubory
jsou v adresáři.
FAT 16.
Jednotlivé položky tabulky FAT mají obsah položky, která určuje pokračování na dalším
clusteru (obr. 19.11). Příkladně položka 25 má obsah 42, to znamená že čtení bude pokračovat
na clusteru 42. V této položce jsou též označeny :
•
•
•
poslední cluster souboru,
vadný cluster,
cluster není přiřazen.
-33-
Tabulka FAT 32
U Windows 95 a Windows 98 bylo možno si vybrat souborový systém FAT 16 nebo FAT 32 .
Tabulka FAT 32 je vylepšený souborový systém FAT 16, lépe využívá prostor na disku a má
menší velikost clusteru. Vyznačuje se následujícímu vylepšeními :
•
•
•
•
•
•
•
•
kořenový adresář nemusí být nutně na počátku disku
neplatí omezení kořenového adresáře
velikost logického disku může být až 2 TB
má menší velikost clusterů a tím i větší využitelnost disku
velikost může být dynamicky měněna
velikost clusteru je určena velikostí logického zisku
soubory jsou zásadně ukládány na první volné místo
disk obsahuje jedinou tabulku FAT
NTFS
NT File Systém (Windows NT) není již založen na DOSu. Systém je založen na stromové
struktuře a základní částí je MFT (Master File Table). Všechny soubory a adresáře jsou brány
vlastně jako forma záznamu (soubory). První záznam se nazývá $MFT, což je vlastně index
všech souborů umístěných v tabulce NTFS včetně všech názvů souborů a časových značek.
Celý systém průběžně sleduje všechny změny ve struktuře disku a v případě kolapsu systému
se MFTS automaticky vrací k poslední platné struktuře disku.
Oproti FAT 32 má bezpečnostní systém a správu dat.
Hlavní znaky tohoto systému jsou:
•
•
•
•
•
•
•
•
•
nepřístupnost disků při startu počítače ze systémové diskety DOSu
maximální velikost jednotky je 1024 GB
názvy souborů mohou být dlouhé až 256 znaků
systém je zabezpečen na úrovni souborů a adresářů,
má podporu šifrování Windows 2000, diskových kvót a adresářů
má protokolování různých činností,
velikost clusteru je určena velikostí logického disku, která se dá uzpůsobit
soubory nemají žádné požadavky na místo uložení
MFT (Master File Table) je na disku uložen ve více kopiích
NTFS5
S příchodem Win 2k se objevila nová verze nazvaná NTFS5, která má následující vylepšení :
•
•
•
vylepšené sledování všech aktivit probíhajících v systému
data je možno šifrovat a dešifrovat v reálném čase a to jak při čtení,tak i při zápisu na disk
administrátor může vymezit velikost místa pro jednotlivé uživatele.
Záznam na pevný disk
Záznam FM
Kmitočtová modulace (FM). Každý zaznamenaný bit informace vyžaduje časový interval v
délce 4 μs, při čemž každý časový interval začíná hodinovým impulsem T. Každý jedničkový
bit s hodnotou 1 je pak zaznamenán datovým impulsem D uprostřed intervalu. Chybí-li tento
bit mezi hodinovými impulsy T jedná se o nulový bit.
-34-
Záznam MFM
MFM - modifikovaná kmitočtová modulace. Při tomto způsobu záznamu je potřebný
poloviční časový interval. Kódování je komplikovanější, protože se hodinový impuls objevuje
pouze mezi dvojicemi sousedících datových bitů s hodnotou 0.
Obr. 19.15 Způsob zápisu na diskety a – FM; b – MFM; c - M2FM; d - RLL
Záznam M2FM
Stejně jako u záznamu MFM se při záznamu bitu s hodnotou 1 do středu časového intervalu
zapisuje datový impuls D. Při nule je hodinový impuls zapsán na její začátek, jestliže
předcházející interval neobsahuje hodinový impuls T.
Záznam RLL
Modulace RLL - omezená délka chodu (Run Lenght Limited) umožňuje vyšší záznamové
hodnoty než modulace MFM a současně zvětšit přenosovou rychlost díky většímu množství
informací na otáčku.
Při více nulách za sebou je nutno odvodit počet nul z uplynulé doby. Nelze uložit 16 nul za
sebou. Proto je třeba všechna data kódovat a omezit maximální počet nul většinou na 7.
Záznam PRML
PRML je v současné době nejnovější druh záznamu a umožňuje vyšší rychlost i kapacitu
paměťového média. Nový algoritmus zapíše do 1 sektoru cca o 30 - 50% více informací díky
specializovanému digitálnímu signálovému procesoru. Oproti kódování RLL, tento procesor
kontroluje několik bitů. Nevyhodnocuje je však okamžitě, ale čeká s vyhodnocením naměřené
hodnoty na hodnotu následující. Výhodou tohoto záznamu je vyšší hustota zápisu,
přizpůsobivost dynamicky rozdílné kvalitě záznamu a eliminace běžných chyb.
Obr. 19.16 Magnetický záznam a vzorkování A/D převodníkem
-35-
Základní parametry pevných disků jsou uvedeny v následující tabulce:
Parametr
Vysvětlení
Rozsah
Velikost
Průměr disků použitých ke konstrukci pevného disku
2"; 3 /2", 51/4"
Počet cylindrů
Počet stop na každém disku
300 - 3000
Počet hlav
Odpovídá počtu povrchů, na které se provádí záznam
2 - 256
Počet sektorů
Počet sektorů na každé stopě
8 - 64
Mechanismus
vystavení hlav
Mechanismus, pomocí kterého se vystavují
Krokový motorek
čtecí/zapisovací hlavy na patřičný cylindr. U starších
typů pevných disků bývá realizován pomocí krokového / elektromagnet
motorku a u novějších disků pomocí elektromagnetu
Přístupová doba
Doba, která je nutná k vystavení čtecích / zapisovacích
8 - 65 ms
hlav na požadovaný cylindr
Přenosová
rychlost
Počet bytů, které je možné z disku přenést za 1 sekundu 700 - 5000 kB/s
Typ rozhraní
Určuje, jaký typ desky rozhraní musí být v počítači
osazen, aby bylo možné tento pevný disk připojit
ST506, ESDI,
IDE, EIDE, SCSI
Metoda
kódování dat
Způsob, kterým jsou data při zápisu na disk kódována
FM, MFM,
M2FM, RLL,
PRML
ZBR
Metoda, která dovoluje zapisovat na stopy, které jsou
vzdálenější od středu pevného disku (jsou větší), vyšší
počet sektorů
ANO / NE
-36-
1
14 - Tiskárny: použité typy a metody tisku, srovnání
Tiskárny
- nejpoužívanější prostředek pro záznam informace na papír
Tiskárny lze rozdělit podle způsobu tisku na :
•
•
mechanické
ostatní
Mechanické tiskárny
Mechanické tiskárny přenášejí barvu na papír mechanickým pohybem ať již pomocí kladívka
jako u klasického psacího stroje nebo pomocí jehel.
Tiskárny s typovým kolečkem
Používají se pro tisk s korespondenční kvalitou. Jednotlivé typy znaků jsou připevněny na
planžetách vybíhajících ze středu kolečka umístěného nad papírem. Mezi papírem a znaky je
umístěna barvící páska. Typové kolečko se pootočí do žádané polohy a typový znak spolu s
barvící páskou jsou přitlačeny na papír kladívkem.
Jehličkové tiskárny
Každý tisk se skládá z velmi malých bodů, které se pak oku jeví jako jednolitá plocha.
Jehličkové tiskárny vytvářejí též jednotlivé body rastru. Používá se buď 9, 18 nebo 24 jehel.
Devítibodové tiskárny lze většinou přepnout do režimu, kdy při poloviční rychlosti
výsledného tisku pracují jako 18 bodové. Dosahuje se toho nepatrným vertikálním posunem
tisku při současném druhém tisku stejné řádky. V některých tiskárnách používají kazety s
vícebarevnou barvící páskou (obvykle 4barevnou - černá, modrá, žlutá, červená).
Ostatní tiskárny
Ostatní tiskárny vytvářejí tisk na papír, a to buď papír běžný nebo papír speciální, mnoha
různými způsoby. Speciální papír reaguje na příklad na teplotu, elektrický náboj či chemické
zpracování. Dělíme je na tiskárny tepelné a tryskové
Tepelné tiskárny
Používají teplotně citlivý papír a jsou využívány hlavně jako tiskárny v programovatelných
kalkulačkách. Tepelná tiskací hlava se skládá z miniaturních topných článků a provádí se
maticový tisk z bodů. Současně se tiskne paralelně většinou jedna celá řádka.
Tryskové tiskárny
Vyznačují se dostatečně vysokou rychlostí tisku, jsou tiché a mají dostatečně čitelné písmo.
Pod pojmem tryskové tiskárny jsou zahrnuty tiskárny s rozdílnými principy činnosti. Jsou to
tiskárny inkoustové, grafitové a další.
Tiskárny inkoustové
Tyto tiskárny jsou nehlučné a mají kvalitu tisku blížící se kvalitě laserových tiskáren. Jsou
určeny pro menší až střední objemy tisků. Mimo výše uvedených vlastností jsou malé a
vhodné pro přenos k počítačům typu laptop. Existují 3 způsoby tisku a to :
- plynulý tisk,
- piezoelektrický tisk,
- tepelný tisk
-37-
Plynulý tisk.
Pro vznik kvalitního tisku je potřeba, aby se proud inkoustu rozpadl na jednotlivé kapky. To
se dá realizovat tím, že na paprsek tryskající pod vysokým tlakem se působí
vysokofrekvenčními tlakovými vlnami vyvolávanými piezoelektrickým měničem. Na
emitované kapky působí vychylovací elektrody v osách X a Y. Protože se jedná o vysoké
rychlosti letu kapky inkoustu, může být povrch nerovný a přesto bude potisk kvalitní.
Piezoelektrický tisk
Pro tisk se použila jako elektromechanický měnič trubička z pryskyřice uložená v
piezokrystalu. Přenos energie se děje tlakovými vlnami šířícími se kanálkem. Vlny vznikají
zúžením trubičky, šíří se a od konce trysky se odrážejí. Tak vznikají přetlakové a podtlakové
vlny. Tím je dosaženo emise kapek inkoustu. Jiný způsob využívá skleněných destiček ke
kterým se připevňují malé piezoelektrické destičky. Opět změna vzdálenosti destičky od skla
navodí tlakové vlny a tím i emisi kapek inkoustu
Tepelný tisk
Tyto tiskárny se nazývají bubble-jet. Na tepelné tělísko se připojuje na 3 - 7 μs impuls
s velkou energií, takže se vlastní tělísko ohřeje na 500°C. Pokud by se impuls prodloužil o
několik μs, došlo by ke zničení topného tělíska. Na rozhraní inkoust tělísko je teplota 300°C.
Inkoust se začíná v tenké vrstvě vařit a asi po 15 μs vytvoří bublinky páry. Ty ženou kapičku
inkoustu rychlostí 10 m/s při tlaku až 12.106 Pa. Po 40 μs se bublinka zbortí, ale trvá ještě 200
μs, než se opět kapilárními silami nasaje inkoust.
a - tiskárna s plynulým tiskem; b – tiskárna piezoelektrická;
c – tiskárna bubble-jet, edgeshooter; d – tiskárna bubble-jet, sideshooter
Tiskové hlavy byly vyvinuty ve dvou provedeních a to:
•
•
edgeshooter vytlačuje kapky inkoustu kolmo ke vzniku bublinek (za roh),
sideshooter vytlačuje kapku ve stejném směru jako je vznik bublinek.
Vlastnosti inkoustu.
Všechny systémy bublinkových tiskáren kladou na kvalitu inkoustu velké nároky a ten musí
splňovat tyto podmínky : nesmí obsahovat žádné nečistoty, musí mít definovanou hustotu,
musí být zajištěna jeho snášenlivost s materiály mechaniky tisku, nesmí vznikat žádné
usazeniny a dělení roztoku, nesmí umožňovat žádný vývin bakterií a řas, musí být nejedovatý
a nekarcinogenní, musí být nehořlavý, musí mít definovaná tvorba bublinek při cca 300°C.
-38-
15 – Operační systémy: základní vlastnosti, použití,
kooperativní a preemptivní multitasking
Operační systém je soubor programů, které umožňují využívat technické a programové
vybavení počítače, řídí jeho činnost a zajišťuje efektivní zpracování aplikačních programů. Je
obecně tvořen dohlížecím programem a jeho činnost je řízena řídícími příkazy. OS ovládá
řízení prostředků výpočetního systému - procesor, operační paměť, periferie atd.
Základní funkce operačního systému:
•
•
•
Zajištění komunikace s okolím.
Řízení a zpracování programů.
Údržba informací na externích pamětech.
Operační systém můžeme rozdělit do dvou částí:
•
•
Základ operačního systému.
Rozšiřující komponenty.
Základ operačního systému obsahuje programy pro zavedení operačního systému do operační
paměti, programy pro obsluhu periferních zařízení, pro obsluhu souborů, programy pro
zavedení uživatelských programů do paměti a jejich spuštění.
Rozšiřující komponenty jsou programy na úrovni uživatelských programů, jsou dodávány
výrobcem a slouží k zajištění některých důležitých funkcí např. archivace souborů,
formátování atd.
Víceúlohové operační systémy (multitasking)
Pokud je operační systém víceúlohový, znamená to, že může zprostředkovat běh několika
aplikací najednou. Problém multitaskingu netvoří jen správné vymezení strojového času, ale
také přiřazením správných periferií jednotlivým úlohám. Například když píšete text
v textovém editoru a chcete si k tomu pustit nějakou hudbu, například ve formátu MP3,
spustíte si jak textový editor, tak příslušný přehrávač. Operační systém musí vědět, že aktivní
textový editor musí mít přístup ke klávesnici a přehrávač ne. To bývá někdy problém u
DOSovských aplikací, které ke všem periferiím přistupují přímo, aniž by počkaly na operační
systém, zda jim danou periferii zpřístupní. Z toho důvodu se často používá takzvaných
virtuálních ovladačů, kterými operační systém daný program oklame.
Základní dělení provádění funkce multitasking:
a)kooperativní multitasking - jednotlivým úlohám se ponechává možnost aby se sami vzdali
strojového času. Časté mrznutí - nestabilní viz Win 95/98/ME
b)preemptivní multitasking - jednotlivé úlohy mají předem určený strojový čas.
Zkolabovaná aplikace je vyřazena a systém stabilně pokračuje
v práci (UNIX, LINUX, W2000/NT)
-39-
Jednouživatelský operační systém znamená, že OS nerozlišuje to kdo právě pracuje
s počítačem a jaká má práva. Opakem je samozřejmě víceuživatelský operační systém, který
uživatele rozlišuje a také rozlišuje jejich práva. Rozhraní určuje zda OS užívá výhradně
znakovou (ASCI) tabulku, nebo pracuje plně graficky
Jádro systému- spouští a ukončuje úlohy (programy), přiděluje jim a odebírá prostředky
(paměť, periferie), chrání systém před vzájemným poškozením programů a dat. Ovladače I/O
systému-používá OS i aplikace k využití periferií Příkazový procesor (prostředí) pro
komunikaci s programy a uživatelem.(MSDOS.SYS, IO.SYS a COMMAND.COM.
Aplikační rozhraní-programům umožňuje využívat systémové prostředky a odděluje OS od
aplikační úrovně
Hierarchická struktura jednotlivých částí softwaru nutného pro běh aplikací.
Vlastní OS
Ovladače
Stroj
HW
BIOS
Firmware
Jádro OS
Příkazový
procesor
-40-
Aplikační
rozhraní
Aplikační
programy
16 - Synchronní, asynchronní a arytmický přenos.
Podmínky pro přenos dat při sériovém přenosu (nastavení
přijímače a vysílače).
Synchronní a asynchronní sériový přenos
Při přenosu informace (sériovém i paralelním) musíme zabezpečit, aby přijímač správně
vyhodnotil okamžiky platnosti jednotlivých značek generovaných vysílačem. Vysílač a
přijímač proto spolu musí být nějakým způsobem časově synchronizovány. Právě podle druhu
synchronizace rozlišujeme sériový přenos na synchronní a asynchronní.
Synchronní přenos se děje pomocí izochronního signálu, tedy takového, kde odstup dvou
libovolných charakteristických okamžiků (např. začátků a konců jednotlivých značek) je
celistvým násobkem určitého (apriorně daného) jednotkového intervalu. Komunikační kanál
je tedy taktován společným hodinovým signálem (vedeným zvlášť nebo obsaženém v
datovém signálu), který vymezuje intervaly platnosti jednotlivých značek.
Synchronní přenos se nejčasteji používá u bitově orientovaných protokolů, kde se informace
seskupuje do rámců. V datových komunikacích se používá zejména pro přenos větších
objemů dat.
Asynchronní (správněji arytmický) přenos - vysílač a přijímač nemají společný hodinový
signál, který by vymezoval intervaly platosti značek. Namísto toho mají obě strany své vlastní
hodiny, dostatečně přesné, aby se po fázovém zasynchronizování mohly po několik
značkových intervalů považovat za izochronní. Jelikož je třeba hodiny pravidelně
synchronizovat, používá se tento způsob nejčastěji pro přenos krátkých bitových
posloupností. Synchronizace probíhá před každým znakem, i kdy před prvním významovým
bitem vždy předchází tzv. startbit, jenž je reprezentován opačnou hodnotou signálu, než je
klidová úroveň na lince i a trvá stejnou dobu jako následující bitové intervaly. Arytmický
přenos ze své podstaty vhodný např. pro komunikaci s počítačem prostřednictvím terminálu.
Poznámka: arytmický přenos je kombinací přenosu synchronního a asynchronního jednotlivé znaky mohou započít kdykoli, avšak po odvysílání startbitu do konce znaku má
signál isochronní charakter.
Parametry asynchronního sériového přenosu
•
•
•
Formát znaku: klidová úroveň, start-bit, parita, počet prvků znaku, stop-bit.
Přenosová rychlost (používají se rychlosti 150,300,600,1200,... bps, další rychlosti
vždy vynásobením dvěma), počet datových bitů, parita, počet stop-bitů
Chyby přenosu: parity error, framing error, overrun error, (break)
Obr. 1 - Sériová datová smyčka
-41-
Propojí-li se 2 místa dvěmi vodiči, lze mezi nimi vést sériový přenos. Jedná se o sériovou
datovou smyčku. Tato smyčka se skládá z několika částí (obr. 1):
•
•
koncového zařízení přenosu dat (KZPD), které vysílá nebo přijímá data
ukončovacího zařízení přenosu dat (UZPD), které podle dat mění parametry signálů
přenášených přenosovou smyčkou.
Účastníci X a Y si pak mohou vyměňovat data pomocí datové smyčky. Do vzdálenosti
maximálně 15 m (obr. 2) je ukončovací zařízení možno vynechat a obě zařízení propojit
přímo pomocí tzv. nulového modemu, který přizpůsobí datové a řídící obvody mezi dvěma
KZPD v jednom ze 2 základních provedení (obr. 3) :
•
•
třídrátové (obr. 3a)
úplné (obr. 3b)
Obr. 2a - Provedení sériového rozhraní pro vzdálenosti větší než 15 m.
Obr. 2b Provedení sériového rozhraní pro vzdálenosti menší než 15 m.
Obr. 3 Nulový modem
a) 3drátový
b) úplný
-42-
17 - Optický záznam dat: princip, vlastnosti, použití
Optický záznam
Výhody optického záznamu:
- vysoká hustota záznamu dat(dosahována tak, že při snímání laserovým paprskem je bit
zaznamenán na plochu menší než je zmagnetovaná doména.
- umožňují podstatně rychlejší vyhledání žádané informace metodou blížící se metodě
libovolného přístupu.
- vlastní záznam i čtení je však sériové.
Principy základních záznamů jsou:
- záznam optický
- záznam magnetooptický.
Záznam optický:
Existují dva druhy těchto disků :
- CD ROM odpovídá paměti ROM (pouze číst)
- WORM (Write Once Read Many) - odpovídá paměti PROM (jednou zápis,
mnohonásobně číst)
Optický záznam CD ROM
Zaostřený laserový paprsek prochází průhlednou podložkou, odráží se od velmi tenké
hliníkové nebo stříbrné vrstvy. Informace je zaznamenána ve formě jemných oválných důlků
umístěných v ose spirálové stopy . Binární úroveň pak odpovídá změně odrazu optického
signálu při čtení vyvolané přechodem z důlku na lesklý rovinný povrch disku a naopak. Neníli zajištěna změna intenzity detekovaného záření, je tento stav indikován jako série logických
0 či 1 v závislosti na délce povrchu. Všechna data jsou uložena na jediné spirále. Data se
zaznamenávají a čtou od středu disku. K záznamu se používá pulsní kódovaná modulace.
Data jsou kódována pomocí kódu EFM vylučující vícenásobné opakování 1.
Protože se vycházelo z použití audio CD, tak i zde se záznam dělí na minuty, minuta na 60
sekund. Každá sekunda obsahuje 75 sektorů. Rychlost snímání je konstantní, z čehož vyplývá,
že v různých částech disku jsou různé otáčky (změna 1:3).
U většiny obrazů, zvuků, programů a databank nezávisí na rychlosti CD ROM, splňuje-li tato
standardní podmínky. Důležitá je rychlost jen v některých případech, jako při práci s Corel
Draw, má-li být tato práce stejně rychlá jako při práci s pevným diskem.
Standard ISO 9660
Původní standard CD-ROM nedefinoval jak musí být data na disku organizována a proto se
objevila řada souborových systémů s nejrůznějšími operačními systémy. Proto i
nejrozšířenější standard ISO 9660 má řadu variant a dodatků :
• Level 1 ISO 9660. Jedná se nejstarší verzi, pracující podle operačního systému DOS,
takže lze používat 8 znaků a 3 znaky přípony. Není možné pracovat s diakritikou a
soubory musí být uloženy v souvislém bloku sektorů.
• Level 2 ISO 9660. Umožňuje větší pružnost při pojmenování souborů jako je délka
názvu atd. Není však čitelný a tím pádem i použitelný v některých operačních
systémech (např. DOS).
• Level 3 ISO 9660. Soubory nemusí být zapsány do souvislého bloku sektorů, ale
rozmístěny na CD libovolně. Je to obdoba záznamu na pevný disk. Zápis se provádí
v paketech pomocí speciálního software a CD lze používat jako „velkou disketu“.
-43-
Optický záznam WORM
Tento systém využívá schopností polovodičových materiálů měnit optické vlastnosti pomocí
silného laseru.Laser buď vytvoří bublinu či propálí barevnou organickou vrstvu podkladového
materiálu a tím změní odrazivost podkladového materiálu. Informace jsou pak ale trvale
zapsány. Zápis je opět ve spirále, ale tentokrát se disk otáčí konstantní rychlostí. Navíc se tyto
disky otáčejí větší rychlostí a užívá se účinnější navádění na požadovanou záznamovou stopu,
což zase umožňuje vyšší záznamovou hustotu. Proto tyto disky mají kratší vybavovací dobu.
Mazatelné optické disky EO
Mazatelné optické disky EO (Erasable Optical disk) se označují též jako MO (MagnetoOptical disc). Rychlost otáčení je konstantní (3000 min-1). Každá stopa (360° spirály) je
rozdělena na 25 sektorů po 512 bytech. Tyto disky mají tyto druhy záznamu :
•
•
•
termooptický,
termomagmetický,
termomagnetooptický
Termooptický záznam
Tato média jsou přepisovatelná. Záznamová vrstva není organická a je schopna měnit svou
strukturu z krystalické na amorfní a obráceně v závislosti na teplotě. Tato média se skládají
z obdobných vrstev jako média worm jen s několika vrstvami navíc. Kvůli správné funkci a
životnosti jsou přidány z obou stran vrstvy dielektrika sloužícího jako izolace.
Termomagnetický záznam
Laserový paprsek je zaostřen na malou plošku záznamové vrstvy. Na tuto plošku současně
působí miniaturní magnetizační cívky. Laserové záření ohřeje nepatrnou plošku velmi tenké
vrstvy nosiče záznamu nad Curieho teplotu. Působením slabého magnetického pole při
chladnutí se provede orientace magnetických domén. Takto je umožněna změna směru
magnetizace materiálu použitého v záznamové vrstvě. Zaznamenanou informaci nese změna
magnetické polarizace užité v aktivní vrstvě. Výchozí magnetizace záznamové vrstvy
reprezentuje například logické nuly, změněná magnetizace logické jedničky.
Termomagnetooptický záznam
Využívá kombinace optického a magnetického záznamu. Princip záznamu spočívá na využití
fyzikálních vlastností velmi tenkých vrstev slitin. Materiál má při běžných teplotách
koercivitu cca 4.104 A/m a při ohřátí na cca 150°C klesá koercivita až o dva řády, při čemž se
směr vektoru magnetického pole mění podle okamžité polarity záznamového proudu v
magnetizační cívce. Proces čtení je uskutečňován opět polovodičovým laserem pracujícím v
pulsním režimu. Paprsek sleduje spirálovou drážku po které je dynamicky veden a
automaticky zaostřován. Odražený paprsek má pootočenou rovinu polarizace.Takovýto disk
lze vyrobit se 2 vrstvami. Přitom se využívá přeostření laserového paprsku.
Členění DVD
Stopa na DVD disku je tvořena sektory.
Disk je rozdělen na 4 základní části:
•
•
•
•
Oblast pro uchycení disku ve střední části disku(nic nezaznamenává)
Zaváděcí oblast (Lead-In) obsahující oblast zásobníků, referenční kód a oblast s řídícími
daty, které obsahují údaje o disku.
Oblast pro data (Data Zone)
Zakončovací oblast (Lead-Out Zone), která označuje konec oblasti pro data.
-44-
Struktura záznamu
Sektory jsou uloženy v datových rámcích o velikosti 2064 B jsou strukturovány následovně :
K takovémuto rámci přidány ECC informace takže celková velikost rámce je 2366 B.
Formáty DVD
Existují 4 základní formáty DVD z nichž není žádný plně kompatibilní s ostatními. Problémy
jsou i s jednotlivými mechanikami a přehrávači. Jedná se o formáty :
•
•
•
•
DVD-R,
DVD-RAM,
DVD-RW,
DVD+RW.
Dvouvrstvé disky
Dvouvrstvé disky mají záznam proveden jednou z metod :
•
•
OTP (Opposite Track Path), kde při přechodu z jedné vrstvy na druhou se paprsek pomocí
zrcátka přeostří na druhou vrstvu a změní se směr otáčení.
PTP (Parallel Trach Path), kde je záznam proveden od středu ke kraji. Po přečtení prvé
vrstvy se musí paprsek přesunout znovu ke středu a přeostřit.
-45-
18 – Základní deska PC:
funkce, hlavní části, rozměrové standardy
Základní deska je jakýmsi základním stavebním kamenem osobního počítače, její vlastnosti
určují do značné míry vlastnosti celého počítače. Základní deska (motherboard) v počítači
plní mnoho úkolů. Do základní desky se instaluje procesor, paměti a rozšiřující karty,
připojují se k ní také disketové mechaniky, pevné disky a další zařízení. Základní desky se od
sebe liší například svou velikostí nebo tím, jaké procesory a paměti se do nich mohou
instalovat, jaké mají uspořádání, komponent a podobně. Výběru základní desky je třeba
věnovat značnou pozornost, protože se stane základem, na kterém nemusí být možno
realizovat rozšíření funkcí.
Jedním z důležitých parametrů základní desky je její formát. Výrobci se dohodli na určitých
specifikacích základních desek, které při jejich výrobě uplatňují, a to proto, aby základní
desky bylo možno používat v počítačových skříních od různých výrobců. Desky stejného
formátu tedy musí například odpovídat předepsaným rozměrům, musí se stejným způsobem
připojovat, upevňovat, musí mít stejné požadavky na napájení, mají stanovenu maximální
výšku součástek komponent, musí obsahovat stejné konektory a podobně. Existují základní
desky formátu AT a formátu ATX.
Formát AT
Starší formát AT se používal velmi dlouho a desku tohoto formátu lze uplatnit i ve starších
počítačových skříních se starším zdrojem napájení. Desky formátu AT mají rozměr 220 x 270
mm (druhá hodnota není závazná) a obsahují pouze konektor pro připojení klávesnice. Ostatní
(především sériové a paral. porty) se připojují pomocí kabelů. Kromě formátu AT se postupně
vyvinuly i různé "odrůdy" tohoto formátu z nichž nejpoužívanější se stal formát Baby AT.
Formát ATX
Novější formát základních desek se jmenuje ATX a je v mnoha ohledech výhodnější. Liší se
například tím, že přímo k desce jsou připojeny různé vstupně-výstupní konektory. Tím se
jednak snížil počet kabelů ve skříni a také se usnadnila montáž počítače. Rozměry základní
desky formátu ATX jsou 305 x 244 mm (rozměr 305 mm je pevný, druhý se může lišit) a
prostor pro různé konektory má mít velikost 158,75 x 44,45 mm. Přesné rozmístění vstupněvýstupních konektorů není stanoveno.
Základní desky ATX se liší tím, že mají jiné napájení. Zatímco desky formátu AT se napájí
dvěma šestižilovými kabely, jsou základní desky ATX napájeny kabelem jedním s
20pinovým konektorem. Tyto základní desky tedy vyžadují jiný zdroj napájení, z něhož
vedou kabely s jiným konektorem, než jaký se používá u základních desek AT.
Základní desky ATX jsou také vybaveny elektronickým ovládáním zdroje. Tlačítkem na
čelním panelu počítače se pouze aktivuje nebo deaktivuje elektronický obvod, který teprve
ovládá výkonný napájecí zdroj. Přínosem tohoto řešení je vyšší bezpečnost obsluhy a lepší
odrušení obvodů počítače, neboť síťové napájecí napětí končí v izolovaném a odstíněném
napájecím zdroji a není již v počítači vedeno nikam dále. Další výhodou je i možnost
programového vypnutí počítače. A to, buď na pokyn uživatele nebo v důsledku činnosti
softwaru pro řízení spotřeby. Díky tomuto řešení je také možné spustit počítač po stisku
klávesy nebo tlačítka na myši. Možné je též buzení počítače na dálku pomocí modemu nebo
pomocí síťové karty - WOL (Wake on lan). Tuto možnost ovšem musí základní deska
podporovat a nevyplývá pouze z použití napájení typu ATX.
-46-
Při návrhu desky formátu ATX se bralo v úvahu i umístění procesoru. Patice nebo slot pro
procesor je u desek ATX umístěna tak, aby procesor nepřekážel rozšiřujícím kartám. Od
procesoru může být také odváděn teplý vzduch pomocí ventilátoru zdroje napájení. Tím je při
stavbě počítače možné ušetřit za dodatečný aktivní chladič a méně chladičů = méně hluku.
Kromě formátu ATX existují i další formáty, které z něho vycházejí. Jde především o formát
micro ATX. Desky tohoto formátu mají rozměry maximálně 244 x 244 mm a jsou tedy velmi
malé a také většinou levnější než desky ATX. Jsou určeny pro levnější počítače s omezenou
rozšiřitelností, protože díky svým menším rozměrům pojmou méně karet.
Příklad motherboardu od firmy Asus
-47-
19 – Typy napájecích zdrojů pro PC, používaná napájecí
napětí, konstrukce zdrojů
Napájecí zdroj je nedílnou součástí každé počítačové skříně. Na zdroji záleží, kolik
rozšiřujících komponentů lze používat a také jak stabilně počítač poběží.
Standard AT
-
Starší formát, dnes už se téměř nepoužívá
Každý počítač má zdroj s odpovídajícím výkonem. Počítače do velikosti minivěže
mají zdroj cca 200 W, počítače velikosti velké věže (Big Tower) pak cca 250 W.
Zdroje mají vnitřní ochrany, které jsou :
•
•
•
nadproudová
přepěťová
tepelná
Napájení je na základní desku většinou přivedeno 2 konektory. Někteří výrobci vzhledem k
různým napájecím napětím procesoru montují na desky konektory označované "CPU Vcc
Source" do kterých lze zasunout odpovídající regulátor napětí (2,8 V; 3,3 V; 3,5 V). Pro
napájení ventilátorů CPU bývá též použit speciální konektor, který má vývody :
1, 3 -> 0 V
2 -> + 12 V
Standard ATX
Hlavním zdrojem v současných PC je zdroj standartu ATX. Tím jsou specifikovány napájecí
konektory, poskytovaná napětí a min. proudy.
Nejjednoduší rozdělení zdrojů lze provést podle dodávaného maximální výstupního výkonu.
Zde je třeba zdůraznit, že udávaný výstupní výkon nelze dodávat trvale, ale pouze krátkodobě
(jednotky milisekund). Max. výkon je dodáván kratkodobě, zejména při přechodových
stavech jako je vypnutí, probuzení, případně pokles napětí v rozvodné síti. Je-li průměrněný
odběr cca 100W, volíme zdroj s cca dvojnásobným výkonem.
Použití jednotlivých napájecích napětí
+12V - výkonové části diskových mechanik, ventilátory, sériové porty, přístupné na
sběrnicích ISA, PCI (zvukové a měřící karty)
-12V - sériový port, přístupné na sběrnicích ISA, PCI (měřící karty)
-5V - přístupné na sběrnici ISA, toto napětí používali starší generátory kmitočtu
+5V - řídící části diskových mechanik, napájení sběrnic ISA, PCI, zdroj napětí pro zdroj
napájení I/O části procesoru (i chipsetu), některé části základní desky
+3.3V - napájení portu AGP, u levných desek napájení chipsetu, zdroj pro zdroj napětí jádra
procesoru
+5V SB - pomocný zdroj pro zapínání zdroje ATX a wake-up probouzení počítače
-48-
Konstrukce zdrojů
Konstrukce zdrojů se dnes nijak výrazně neliší, často jsou používány integrované regulátory
spínaných zdrojů. Pro spínané zdroje hovoří zejména rozměry a vysoká účinnost. Největší
rozdíl je v dimenzování feritového transformátoru a tranzistorů spínací části
Zjednodušený popis fce spínaného zdroje:
Sítové střídavé napětí 90-240V je usměrněno a vyfiltrováno na cca 310V stejnosměrných,
stejnosměrné napětí je spínáno na obdélníkový průběh, kterým se napájí feritový
transformátor. Obdélníkový průběh napětí (50-200kHz) vyvolává trojúhelníkový průběh mag.
toku ve feritovém jádře, který na sekundárním vinutí transformátoru indukuje opět
obdélníkový průběh napětí, který se usměrní rychlými schotkyho diodami a vyfiltruje
kaskádou kondenzátorů a cívek. Velikost výstupního napětí odpovídá poměru primárního a
sekundárního vinutí, velikosti spínaného napětí a délky doby sepnutí. To umožnuje
adaptabilně regulovat výstupní napětí podle zátěže a velikosti napětí v rozvodné siti.
Standard BTX
Jedná se o nejnovější počin firmy Intel. Primárním úkolem BTX je zajistit dostatečné chlazení
procesoru, následně grafické karty, čipové sady a dalších komponent
Zdroje pro BTX se skoro v ničem neliší od ATX zdrojů. Využívají stejná napětí, stejné
konektory, liší se jen v tvaru a nových typech konektorů, z nichž by se měly už definitivně na
větvích zdroje objevit 3.3V konektory pro SerialATA disky. Teoreticky by tedy neměl být
problém použít ATX zdroj v BTX skříni, alespoň v těch největších s plnou BTX základní
deskou.
-49-
20 - Sběrnice počítače: připojování obvodů ke sběrnici,
minimalizace odrazů a zkreslení impulsů
Pokud připojujeme například externí zařízení přes rozhraní USB, toto rozhraní je uvnitř
počítače napojeno řadičem na sběrnici. Řadič tak má za úkol vlastní obsluhu konkrétního
zařízení a sběrnice je použita jako datový kanál.
Aby při přenosu nedocházelo k odrazům signálu a tím pádem i k jeho přeslechům, používají
se tzv. terminátory, což jsou odpory dané velikosti napojené na volných koncích sběrnice a
pohlcující právě potenciální odrazy (zabraňují zpětnému odrážení signálu). Terminátory
odborně řečeno přizpůsobují impedanci vedení a odstraňují nežádoucí odrazy ve vedení a tím
i možné problémy s přenosem.
Zkreslení signálu ve vedení je neodvratný děj, který svým způsobem působí neustále. Ve
vysokofrekvenční technice obecně se přizpůsobují signálové cesty tak, aby se pokud možno
nikde nevyskytovaly pravoúhlé zatáčky. Je to analogický postup, jako když si člověk
představí, že signál je auto jedoucí velkou rychlostí a touto vysokou rychlostí se pokusí projet
pravoúhlou zatáčkou. Signál se chová obdobně.
Pokud používáme sběrnici na delší vzdálenosti nebo pokud vodiče prochází silně zarušeným
prostředím, ve kterém by se do nich mohl naindukovat nějaký šum, použijeme opakovač nebo
tvarovač, které zkresleným signálům obnoví jejich původní tvar.
- viz otázka č. 22 - Vývoj a základní typy sběrnic PC
-50-
21 - Paměťové moduly pro PC: přehled typů, vlastnosti
EDO-RAM (Extendet Data Out-RAM)
Dnes již zastaralý druh OP, který na základních deskách již nenajdete. Tyto paměťové moduly
pracovali na frekvenci 66 MHz a měli propustnost sběrnice 264 MB/s.
SIMM (Single In-Line Memory Module)
Stejný případ, jako u EDO-RAM. Dnes již zastaralý druh OP, který na základních deskách již
moc neuvidíte. Tyto paměti se vyráběli ve dvou verzích:
a) 30-pinové – šířka přenosu 8 bitů, kapacita 256 kB-4 MB,
b) 72-pinové – šířka přenosu 32 bitů (s paritními bity celkem 36 bitů), kapacita 4-32 MB.
DIMM (Dual In-Line Memory Module)
168-pinové paměťové moduly s šířkou přenosu až 16 MB/s. a maximální možnou hodnotou
paměti jednoho modulu 512 MB.
Tento druh pamětí dělíme na:
a) Unbuffered – 64 bitové paměťové moduly s taktovacími frekvencemi 100 a 133 MHz.
Tyto paměti jsou určeny pro běžné osobní počítače.
b) Registered – jsou 72 bitové paměťové moduly s taktovacími frekvencemi 100 a 133 MHz.
Někdy jsou také označovány jako „ECC“, což je zkratka z angl. „Error Correction Code“,
což v překladu znamená „Kód pro opravu chyb“. V praxi to znamená, že tento druh
paměti používá technologii (ECC), díky níž dokáže, během chodu, odhalit a posléze
opravit chybu, která se může v paměti vyskytnout. Zabraňuje se tak případnému
„spadnutí“ systému, což je v plné míře využito především v serverech, pro které také tyto
paměti byly navrhnuty.
DDR (Double Data Raid) „Dvojitý tok dat“
Tento druh paměti vychází ze starších DIMM, které se vyrábějí na frekvencích 100 a 133
MHz, zatímco již zmíněné DDR na 233 MHz, 266 MHz, 333 MHz a 400 MHz. Existují také
paměti typu DDR2 které mají oproti starším pamětem typu DDR1 sníženou spotřebu, větší
datovou propustnost a lze je taktovat na vyšší frekvence, čímž se rapidně zvýší jejich výkon.
DDR2 mají 240 (namísto 184) pinů a především pak snížené napětí 1,8 (namísto 2,5) V. To
umožňuje, aby paměti běžely na vyšších taktech, až dvojnásobných. Během jednoho cyklu se
tak sice provedou dvě operace, ale jeden cyklus trvá až poloviční dobu.
RIMM (Rambus Inline Memory Module)
Tento druh paměti se vyrábí, stejně jako ty předešlé druhy, na dvou frekvencích a to na 400
MHz a na 800 MHz. Podobně, jako paměti DDR, byly také tyto vyvinuty pro určitého
výrobce procesorů – v tomto případě pro Intel, který je nechal původně vyvinout pro procesor
Intel Pentium IV. a pro použití v serverech. V tomto je také hlavní nedostatek těchto pamětí.
Jelikož můžou být použity jen v systémech s tímto procesorem a také díky jejich poměrně
vysoké ceně, nenašly si zatím tolik příznivců, jako již osvědčené DIMM, nebo stále
populárnější DDR.
-51-
Všechny tyto druhy paměti mají přívlastek „SDRAM“, což je zkratka z angl. „Synchronous
Dynamic Random Acces Memory“. Tato paměť je obecně relativně rychlá a často používaná
jak na základních deskách (DIMM, DDR i RIMM), tak i na grafických kartách (zde jen
DDR).
Existuje i paměť „SGRAM“, což je zkratka z angl. „Synchronous Graphic Random Acces
Memory“. Ta je ovšem dražší (technologicky – samostatně se neprodává), ale na druhou
stranu i rychlejší než SDRAM, a používá se výhradně jen na grafických kartách.
-52-
22 - Vývoj a základní typy sběrnic PC:
FSB, ISA, EISA, MCA, PCI, AGP
Sběrnice (bus)
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.
Sběrnice se dělí:
Podle umístění:
•
•
lokální (systémové) - připojen většinou jen procesor, operační paměť, I/O kanál
externí sběrnici - připojují další rozšiřující zařízení (např. zvukovou či síťovou kartu).
Podle způsobu přenosu dat:
•
•
•
sériové
sérioparalelní
paralelní
Podle směru přenosu:
•
•
jednosměrné
obousměrné
Sběrnice se obvykle skládá z následujících částí :
•
•
•
•
adresové
datové
řídící
napájecí
Základní parametry sběrnice:
•
•
•
šířka přenosu – počet bitů, které zároveň sběrnice přenese [bit]
frekvence – max. pracovní frekvence sběrnice [Hz]
rychlost (propustnost) – počet B přenesených za jednotku času [B/s]
Sběrnice PC bus byla navržena a vyrobena firmou IBM pro první počítač založený na
procesoru 8088. Na PC bus sběrnici jsou potom paralelně zapojeny jednotlivé konektory
(sloty), do kterých se připojují karty.
Sběrnice PC bus dále obsahuje vodiče pro:
•
•
•
•
•
určení, zda přenesená adresa je adresa paměti nebo jiného I/O zařízení
určení, zda data na sběrnici byla přečtena nebo mají být zapsána
napájení (+5 V, -5 V, + 12V a el. zem)
řídící signály (reset, hodinky, reflesh)
přerušení (IRQ, DMA)
-53-
FSB
Zařízení, jako jsou procesor, paměť cache, operační paměť, řadič vyrovnávací i operační
paměti a některá další zařízení, jsou propojena tzv. systémovou sběrnicí. Ta je 64bitová a
pracuje na různé frekvenci. Některé základní desky podporují jen 133MHz základní sběrnici a
některé také 166 MHz či 200 MHz základní sběrnici s teoretickou přenosovou rychlostí dat až
800 MB/s..
ISA
Sběrnice ISA vychází ze sběrnice PC bus a je rozšířena na 16bitů datové sběrnice a 24bitů
adresové pro systém s procesorem 80286 a vyššími typy pro maximální přenosovou frekvenci
8 MHz. S nástupem 32bitových procesorů 80386 se došlo k poznání, že ve většině případů
není třeba 32bitový formát. Proto u těchto některých procesorů je vnitřní sběrnice 32bitová a
vnější sběrnice jen 16bitová. Dnes se tyto sběrnice používají jen zřídka a do nových desek se
už nedávají. Sběrnici ovládá řadič sběrnice, který zabezpečuje komunikaci mezi lokální
sběrnicí a rozšiřovací (externí sběrnicí) I/O CHANNEL - v tomto případě ISA
Konektory pro 8 a 16bitové přídavné desky
EISA
Sběrnice EISA je vlastně jen vylepšená sběrnice ISA. Byla vyrobena 9 firmami. EISA je
32bitová. Obě sběrnice jsou plně kompatibilní, to znamená, že ke sběrnici EISA je možno
připojit všechny jednotky pracující se sběrnicí ISA i když má o 59 vývodů více. EISA plně
využívá 32bitovou adresovou sběrnici, čímž padá omezení paměťového systému na 16 MB.
Též datová sběrnice je 32bitová, z čehož vyplývá vyšší propustnost dat. Dovoluje
busmastering (sdílení řízení sběrnice).
Sběrnicové řadiče EISA jsou inteligentní periferní zařízení schopné řídit sběrnicové
operace, čímž se dosahuje vysokých přenosových rychlostí mezi počítačem a periferiemi
aniž by se zatěžoval vlastní procesor.
Sběrnice EISA je schopna spolupracovat s více jednotkami řídícími činnost sběrnice (tzv.
jednotkami master) a obsahuje prostředky pro autokonfiguraci a softwarovou konfiguraci
připojených zařízení.
MCA
Sběrnice MCA byla vyvinuta pro řadu počítačů IBM s označením PS/2. Byla rychlejší než
ISA, ale bohužel nebyla kompatibilní s ISA, takže se nerozšířila.
Tato sběrnice běží na 10 MHz a dovoluje přenášet data po 16 i 32 bitech. Má i tzv. proudový
režim, ve kterém dokáže současně přenášet 64 bitů. Šířka adresové sběrnice je dle procesoru,
tedy 24 bitů( pro 286) nebo 32 bitů (pro 386). Další výhodou je možnost SW konfigurace
přídavných desek. Dovoluje i tzv. busmasterning (sdílení řízení sběrnice)
-54-
PCI
Sběrnice PCI byla donedávna poslední sběrnicí pro PC. Přišla totiž sběrnice PCIE, která je
mnohem rychlejší než PCI, ale není kompatibilní. PCI vyrobil Intel pro Pentia.
Tato sběrnice není klasickou lokální sběrnicí, ale je připojena k systémové sběrnici přes tzv.
mezisběrnicový můstek, což má značné výhody. Umožňuje použití PCI i v jiných počítačích
(Mac, DEC). Dovoluje přizpůsobit napětí a běžet na jiné frekvenci než procesor.
Je první sběrnice s šířkou pásma 64 bitů, dovoluje však i přenos o 32 bit. Maximální
frekvence se kterou mlže pracovat je 33 MHz – propustnost sběrnice 132 MB/s při 32bit.
Umožňuje bust režim. Je zcela nezávislá na sběrnici ISA a dokonce dokážou mezi sebou
komunikovat jednotlivé karty PCI bez nutnosti řízení procesorem. Sběrnice je navíc vybavena
kontrolou parity dat. Podporuje busmastering a Plug & Play (automatická konfigurace karty).
AGP
je sběrnice speciálně vyvinutá pro grafické karty. Ty jsou velice náročné na rychlost přístupu
do paměti i rychlost sběrnice. AGP je mnohem rychlejší než PCI. Pracuje v několika režimech
1X na frekvenci 66 MHz a přenosovou rychlostí 264 MB/s, nebo až v režimu 8X
s propustností až 2,1 GB/s. Další výhodou je, že nekopíruje textury do své paměti, ale využívá
přímo operační paměť systému, kterou má dynamicky přidělovanou. AGP je stejně jako PCI
nezávislá na CPU díky přemosťovacímu obvodu.
PCI –express
Následovník po AGP. Je však použitelná pro všechny karty.
-55-
23 - Adresace procesoru I80386 v chráněném módu
Přepnutí do chráněného režimu má za následek práci s virtuální adresací, stránkováním,
ochranou paměti, rozšířenou vnitřní strukturou a multitaskingem. Virtuální adresa dosahuje
velikosti 64 TB při adresaci 46 bity (32 bitů offset, 13 bitů index, 1 bit adresový prostor).
Správa paměti provádí převod virtuální adresy na adresu fyzickou 2 způsoby :
• segmentací
• segmentací se stránkováním
Virtuální adresa se skládá ze selektoru segmentu (2 byty) a offsetu (4 byty). Offset o délce 4
bytů odpovídá offsetu v segmentu. Z toho pak vyplývá, že segment má velikost až 4 GB
oproti běžným 64 kB v reálném režimu. Selektor vybírá jeden ze segmentů virtuálního
adresového prostoru. Maximální velikost je tedy možná až 64 TB.
Nejprve si nadefinujeme pojmy:
Adresový prostor jsou všechny možné adresy systému a lze ho rozdělit na adresový prostor
fyzický a adresový prostor logický.
Adresový prostor fyzický jsou všechny reálně dostupné adresy systému.
Adresový prostor logický jsou všechny využitelné adresy systému.
V reálném režimu je činnost procesoru obdobná činnosti procesoru 8086.
V chráněném režimu je adresování však jiné, protože programy nepracují s fyzickou adresou,
ale s adresou virtuální. Segment je vždy definován těmito parametry :
• bází segmentu (adresa počátku segmentu),
• limitem segmentu (též délkou segmentu zmenšenou o 1),
• přístupovými právy a typem segmentu.
V segmentu se pohybujeme pomocí 16bitového ofsetu. Reálná adresa
se pak určí součtem tohoto offsetu s bází. Virtuální adresový prostor je
segmentován obdobně jako reálný adresový prostor.
V chráněném režimu procesor umožňuje vytvoření lokálního adresového prostoru (Local
Address Space) pro každý úkol a globálního adresového prostoru (Global Address Space) pro
programy a data potřebná pro všechny úkoly systému. Do lokálního adresového prostoru
umísťuje procesor vlastní data a proměnné pro daný úkol. Do globálního adresového prostoru
může být umístěn program spouštěný více uživateli (překladač atd.).
Řada operací určených pro virtuální adresování a převod virtuální adresy na reálnou je řešena
hardwarově tabulkou popisovačů segmentu a tak se podstatně zjednodušuje operační systém.
-56-
Převod z adresy virtuální na adresu fyzickou (bez stránkování)
Vlastní mechanismus převodu z virtuální adresy na adresu fyzickou se děje následovně.
Nejprve se provede převod z adresy virtuální
na adresu lineární. V případě, že není
navoleno stránkování, pak lineární adresa je
přímo adresou fyzickou. V případě, že
stránkování je navoleno, získá se z lineární
adresy adresa fyzická pomocí metody
převodu stránek.
V průběhu převodu se provádí kontrola
přítomnosti stránky či segmentu v reálné
paměti. Pokud se tam stránka či segment
nenachází, generuje se přerušení označované
jako výpadek stránky či segmentu. Operační
systém pak musí zabezpečit natažení stránky
či segmentu z vnější paměti do paměti
fyzické. Poté se vrátí řízení instrukci, která
výpadek způsobila.
Převod virtuální adresy na adresu lineární
Není-li navoleno stránkování, má virtuální adresa délku 6 bytů a skládá se ze 4 bytů offsetu a
2 bytů segmentu selektoru. Opět jsou zde 4 úrovně oprávnění. Selektor ukazuje do tabulky
popisovačů
segmentu (GDT či
LDT), jichž může
být až 8192 s délkou
8 bytů. Pomocí
těchto tabulek se
logická adresa
transformuje na
lineární adresu. Na
rozdíl od reálného
režimu je možné
segment umístit na
libovolné počáteční
adrese.
V tabulce popisovače segmentů je několik bitů, které znamenají :
G
- G – Granularity – velikost - G = 0, délka je v B; G = 1, v násobcích 4 kB.
DPL - Úroveň privilegovanosti popisovače segmentu.
P
- Hodnota 1 signalizuje přítomnost segmentu ve fyzické paměti.
S
- Rozlišuje, zda se jedná o systémový nebo uživatelský segment.
C/D
- Rozlišuje, zda se jedná o programový nebo datový segment.
A
- Nastavuje se na hodnotu 1 při zápisu do segmentu a určuje, zda se segment
uloží do záložní paměti či se rovnou přepíše.
-57-
Převod lineární adresy na adresu fyzickou
Pro případ, že je navoleno
stránkování,
je
fyzický
adresový prostor rozdělen na
1M stránek (1024 adresářů
stránek krát 1024 stránek) o
velikosti 4 kB (celkem 4 GB).
Stránkování se používá jen v
chráněném režimu a je to jiný
způsob práce s pamětí na
rozdíl
od
segmentování.
Stránkováním se programy a data rozdělí do stránek o pevných velikostech.
Segmentováním se programy a data dělí na různě velké segmenty podle struktury programu.
Pokud se však kombinují obě metody a stránkování pracuje pod segmentováním, pak adresy
vytvořené segmentováním se dále zpracovávají stránkováním.
Procesor 80386 pracuje se 2 úrovněmi transformací. Ve vyšší úrovni je virtuální adresa
(segmentační jednotka - selektor ukazuje na GTD či LTD) převedena na lineární adresu. V
nižší úrovni je lineární adresa stránkováním převedena na fyzickou adresu ukazující přímo do
paměťových obvodů. Stránkovací jednotka realizuje virtuální paměť, která umožňuje
programům používat větší paměťovou kapacitu skutečné paměti než je instalovaná.
Mechanismus je takový, že celá kapacita virtuální paměti je uložena po stránkách, např. na
harddisku (externí paměť). Tato fyzická paměť se používá pro dočasné uložení stránek
virtuální paměti po rámcích. Při tom jsou si rámec i stránka co do paměťové kapacity rovny.
Stránkovací jednotka pak provádí převod lineární adresy na číslo rámce, kde je stránka ve
fyzické paměti umístěna.
Segmentování je povinnou částí zpracování adresy a stránkování je volitelné.
Vstupní 32bitová lineární adresa se dělí do 3 částí (obr. 6.13) :
1) Adresář (10 nejvyšších bitů) ukazuje do tabulky zvané stránkový adresář (Page Directory).
Ten může však začínat jen na adrese dělitelné 4k. Fyzická adresa začátku stránkového
adresáře je v registru CR3.
2) Vybraná položka stránkového adresáře ukazuje na počátek stránkové tabulky (Page Table
- 0 až 1023). Ty opět mohou být pouze na adresách dělitelných 4k. Položka stránkové
tabulky vybraná částí lineární adresy nazvanou tabulka ukazuje na počátek 4 kB rámce ve
fyzické paměti.
3) Ukazatelem ve vybraném rámci je offset, což je 12bitová část lineární adresy.
Mechanismus převodu je pomalý z důvodu trojnásobného přístupu do paměti. Z toho důvodu
se používá vyrovnávací paměť TLB, která obsahuje fyzické adresy paměti pro 32 stránek
paměti.
-58-
24 – Protokol TCP/IP: základní vlastnosti, použití
Řekne-li se dnes TCP/IP, je to obvykle chápáno jen jako označení dvou přenosových
protokolů, používaných v počítačových sítích s počítači na bázi Unixu, konkrétně protokolů
TCP (Transmission Control Protocol)
Je protokol transportní vrstvy. Hlavním účelem protokolu TCP je získávat elektronické
zprávy libovolné délky a převádět je do sekvence paketů, zpravidla o velikosti 64kb (poslední
může být samozřejmě menší), na zdrojovém uzlu a pak je znovu sestavuje do původních
zpráv na cílovém uzlu sítě.
Díky tomu může software řídící síťovou komunikaci zasílat zprávy po částech a kontrolovat
každou z těchto částí samostatně. V případě, že se nepodaří daný paket přenést, tak se přenos
opakuje. Efektivita přenosu je právě dána paketovým přenosem. Při chybě v přenosu se
nemusí posílat celý „balík“ dat, ale jen chybný paket.
IP (Internet Protocol)
Je protokol síťové vrstvy a u každého paketu ověřuje jeho korektnost a obhospodařuje
adresování, a to tak, aby pakety mohly být směrovány nejen přes řadu uzlů, ale dokonce i přes
řadu sítí pracujících s různými komunikačními protokoly. Dále zajišťuje, aby byly pakety
posílány ve správném pořadí a co možná nejvhodněji, co se týče cesty přenosu.
Ve skutečnosti ale zkratka TCP/IP označuje celou soustavu protokolů, ne nutně vázanou na
operační systém Unix, přičemž TCP a IP jsou sice nejznámější protokoly této soustavy, ale
zdaleka ne protokoly jediné. Správnější je ale považovat TCP/IP za ucelenou soustavu názorů
o tom, jak by se počítačové sítě měly budovat, a jak by měly fungovat. Zahrnuje totiž i vlastní
představu o tom, jak by mělo být síťové programové vybavení členěno na jednotlivé vrstvy,
jaké úkoly by tyto vrstvy měly plnit, a také jakým způsobem by je měly plnit - tedy jaké
konkrétní protokoly by na jednotlivých úrovních měly být používány. Ve smyslu definice, je
tedy TCP/IP síťovou architekturou.
Pohled do historie
Počátky TCP/IP se datují do konce 60. let, a jsou úzce spojeny s činností účelové agentury
ARPA ministerstva obrany USA, která si nové protokoly nechala vyvinout pro svou
počítačovou síť ARPANET. Svou dnešní podobu získaly nové protokoly zhruba v letech
1977-79, a brzy poté na ně začala postupně přecházet i vlastní síť ARPANET, která se
posléze stala zárodkem Internetu.
Filosofie TCP/IP
Tvůrci protokolů TCP/IP vycházeli z předpokladu, že zajištění spolehlivosti je problémem
koncových účastníků komunikace, a mělo by tedy být řešeno až na úrovni transportní vrstvy.
Komunikační podsíť pak podle této představy nemusí ztrácet část své přenosové kapacity na
zajišťování spolehlivosti (na potvrzování, opětné vysílání poškozených paketů atd.), a může ji
naopak plně využít pro vlastní datový přenos. Komunikační podsíť tedy podle této představy
nemusí být zcela spolehlivá - může v ní docházet ke ztrátám přenášených paketů, a to bez
varování a bez snahy o nápravu. Komunikační síť by ovšem neměla zahazovat pakety
bezdůvodně. Měla by naopak vyvíjet maximální snahu přenášené pakety doručit, a zahazovat
pakety až tehdy, když je skutečně nemůže doručit - tedy např. když dojde k jejich poškození
při přenosu, když pro ně není dostatek vyrovnávací paměti, v případě výpadku spojení apod.
-59-
TCP/IP předpokládá jednoduchou (ale rychlou) komunikační podsíť, ke které se připojují
inteligentní hostitelské počítače.
Čtyři vrstvy TCP/IP
Nejnižší vrstva, vrstva síťového rozhraní (Network Interface Layer) (někdy též:
linková vrstva resp. Link Layer) má na starosti vše, co je spojeno s ovládáním
konkrétní přenosové cesty a s přímým vysíláním a příjmem datových paketů. V
rámci soustavy TCP/IP není tato vrstva blíže specifikována, neboť je závislá na
použité přenosové technologii.
Vrstvu síťového rozhraní může tvořit relativně jednoduchý ovladač, je-li daný uzel
přímo připojen ke dvoubodovému spoji, nebo může tato vrstva představovat
naopak velmi složitý subsystém, s vlastním linkovým přenosovým protokolem
(např. HDLC apod.). Vzhledem k velmi častému připojování jednotlivých uzlů na
lokální sítě typu Ethernet je vrstva síťového rozhraní v rámci TCP/IP často
označována také jako Ethernetová vrstva (Ethernet Layer).
Bezprostředně vyšší vrstva, která již není závislá na konkrétní přenosové technologii, je
vrstva síťová, v terminologii TCP/IP označovaná jako Internet Layer, nebo též IP vrstva
(IP Layer) podle toho, že je realizována pomocí protokolu IP. Úkol této vrstvy je, aby se
jednotlivé pakety dostaly od odesilatele až ke svému skutečnému příjemci, přes případné
směrovače. Vzhledem k nespojovanému charakteru přenosů v TCP/IP je na úrovni této vrstvy
zajišťována jednoduchá (tj. nespolehlivá) datagramová služba.
Třetí vrstva TCP/IP je označována jako transportní vrstva (Transport Layer), nebo též jako
TCP vrstva (TCP Layer), neboť je nejčastěji realizována právě protokolem TCP. Hlavním
úkolem této vrstvy je zajistit přenos mezi dvěma koncovými účastníky, kterými jsou v případě
TCP/IP přímo aplikační programy. Podle jejich nároků a požadavků může transportní vrstva
regulovat tok dat oběma směry, zajišťovat spolehlivost přenosu, a také měnit nespojovaný
charakter přenosu (v síťové vrstvě) na spojovaný.
Dalším používaným protokolem na úrovni transportní vrstvy je například protokol UDP (User
Datagram Protocol), který na rozdíl od TCP nezajišťuje mj. spolehlivost přenosu samozřejmě pro takové aplikace, které si to (na úrovni transportní vrstvy) nepřejí.
Nejvyšší vrstvou TCP/IP je pak vrstva aplikační (Application Layer). Jejími entitami jsou
jednotlivé aplikační programy, které na rozdíl od referenčního modelu ISO/OSI komunikují
přímo s transportní vrstvou. Případné prezentační a relační služby, které v modelu ISO/OSI
zajišťují samostatné vrstvy, si zde musí jednotlivé aplikace v případě potřeby realizovat samy.
Příklad některých aplikačních protokolů TCP/IP
1. HTTP (HyperText Transfer Protocol) - protokol pro komunikaci mezi WWW servery
a jejich klienty
-60-
2. SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) - poštovní protokol pro vzájemnou
komunikaci mezi poštovními servery, patří sem i POP3 (Post Office Protocol, verze 3)
a IMAP (Internet Message Access Protocol).
3. FTP (File Transfer Protocol) - protokol pro přenos souborů mezi počítači sítě
4. TFTP (Trivial File Transfer Protocol) - "plnohodnotný" přenosový protokol
5. NFS (Network File System) - slouží potřebám plně transparentního sdílení souborů v
sítích na bázi TCP/IP, a to zejména v sítích lokálních
6. Telnet - slouží pro tzv. vzdálené přihlašování,
Bezpečnost protokolu TCP/IP
Problematika bezpečnosti se při vývoji vůbec neuvažovala, nebyl součástí zadání, při řešení
přenosového protokolu TCP/IP. Protokol byl navrhován tak, aby byl co možná nejvíce
efektivní a flexibilní. Proto přenosové cesty založené na tomto protokolu nejsou nikterak
zabezpečeny. Bezpečnost se týká v podstatě dvou věcí:
1. data nejsou zabezpečena z hlediska přenosu do úrovně síťové vrstvy a to včetně
(mohou se „ztrácet“)
2. data nejsou zabezpečena proti „odposlechu“ na přenášené lince (data nejsou šifrována)
Řešení: opakování přenosu se musí postarat transportní vrstva protokolu TCP data zabezpečit
pomocí samotné aplikace která sama provádí potřebné šifrování
Další bezpečnostní „dírou“ ve protokolu TCP/IP je jeho „naivita“ na aplikační úrovni. Není
rozhodně velkým problémem poslat třeba někomu e-mail pod jiným nebo smyšleným
jménem. Při ověřování něčí identity jsou často hesla přenášena v nezakódované podobě atd.
To rozhodně již neodpovídá dnešním požadavkům na bezpečný přenos dat např.: při placení
přes Internet nebo při manipulaci s osobními daty apod.. Je tedy vidět, že se v těchto směrech
bude ještě muset podniknou řada kroků, aby se dospělo ke kýženému cíli.
Budoucí vývoj
V současné době díky obrovskému rozmachu Internetu se pomalu ale jistě blíží doba, kdy
budou veškeré IP adresy vyčerpány. Na počátku vývoje poskytovalo 32 bitů IP adresy
nepředstavitelně velké množství možných adres. Dnes je již připraven nový IP protokol, který
nese název IPv6 (Internet Protokol verze 6) a má šířku adresy 128 bitů, která by měla určitě
nějakou dobu vydržet, a již se pomalu zavádí do praxe.
Dalším úzkým místem protokolů TCP/IP je jejich rychlost, která přestává stačit reálnému
přenosu většího množství dat. Konkurentem se v tomto smyslu stává nový protokol RTP
(Real-Time Transport Protokol) a protokol RSVP (Resource Reservation Protokol).
Porovnání TCP/IP a RM-OSI
-61-
25 – Antivirová ochrana:
druhy virů, způsoby antivirové ochrany počítače
Počítačové viry jsou programy napadající jiné programy a nekontrolovatelně se množící.
Mohou, ale nemusí ničit data, případně i hardware. To obvykle dělávají až po určité době
(nebo v daný datum), aby měly čas se dostatečně namnožit. Viry ale škodí i jinak. Mohou
způsobovat kolize s nejen rezidentními programy a hlavně zaplňují disk.
Na síti se virům daří dobře. Nejenže se můžou lépe šířit klasickou cestou, ale mohou i aktivně
sítí využívat (například Worms). Viry v HTML stránkách, které umožňují spouštět různé
prográmky v Javě nebo Active X jsou kapitolou samy pro sebe.
Druhy virů
Virus může patřit i do více těchto kategorií
Boot viry
Jsou viry napadající bootovací sektor diskety nebo MBR na pevném disku. Aktivují se pouze
při bootování.
Clusterové viry
Upravují FAT tabulku, takže údaje neukazují na program, ale na virus.
Doprovodné viry
Nejedná se o viry v pravém slova smyslu, protože nenapadají cizí soubor. Využívají toho, že
některé druhy souborů (com) mají při spouštění přednost před jinými (exe). Když na
infikovaném počítači napíšeme třeba DOOM bez specifikace přípony, tak se místo
DOOM.EXE spustí soubor DOOM.COM, který obsahuje vir. Obvykle pak vir spustí ještě
soubor, který jsme původně chtěli, aby se na něj obtížněji přicházelo.
Stealth viry
Jsou viry zůstávající rezidentní v paměti počítače. Při žádosti o informace o infikovaném
souboru upraví odpověď tak, aby nebylo vidět, že se s ním něco stalo. Při spouštění programu
ho za běhu dezinfikují, aby nebylo možno nalézt vir přítomný v programu nataženém do
paměti. Většinou infikují programy nejen při jejich spuštění, ale i při otevření (kopírování a
pod.). Pro jejich odstranění je nutné bootovat z čisté diskety a také spustit z čisté diskety
antivirový program, nebo si pořídit program, který umí obcházet při žádosti o informace o
souboru systém. Viry zvládající jen některé tyto věci se nazývají substealth viry.
Polymorfní viry
Jsou viry, které se při množení mění. K tomu využívají šifrovací algoritmy, vkládají do svého
těla instrukce, které konají bezvýznamné operace, a přehazují pořadí instrukcí (kde je to
možné). Užívají také různých instrukcí konajících jednu věc, které zaměňují. Skládají se
z krátkého dekódovacího úseku (který se při replikacích také mění) a zakódovaného zbytku
(vždy se kóduje jinak). Nejdou odhalit pomocí slovníku identifikačních řetězců.
-62-
Tunelující viry
Při práci obchází systém a tím unikají pozornosti případného monitorujícího antiviru.
Pomalé / rychlé infektory
Rychlé infikují soubor i při otvírání, pomalé jen při změně nebo vytvoření nového (tím
uniknou pozornosti antiviru, který sleduje změny v souborech)
Makroviry
Jsou viry naprogramované v makrojazyce (používají ho různé aplikace, často kancelářské
balíky, třeba MS Office), který obvykle umožňuje takovéto makro naprogramovat. Infikují
dokumenty a šablony. Viry pro MS-Word často infikují šablonu normal.dot a díky ní se
dostávají od všech nových dokumentů. Jejich výhodou je to, že dokumenty se vyměňují
častěji než aplikace, mohou se tedy rychleji šířit.
Trojské koně
Nejedná se o viry, ale patří do stejné oblasti programů. Neumí se samy šířit a nenapadají jiné
soubory. Tváří se, že jsou něco úplně jiného (hra) a často také jsou. Ale kromě toho umí i
něco ne tak legitimního, například ve vhodný okamžik změnit práva uživatele a pod. Neužívá
se jich na ničení, ale pro proniknutí do chráněného systému.
Worms
Jako trojské koně, ani worms nenapadají soubory. Ke svému šíření cíleně využívají, na rozdíl
od virů, sítě. Místo souborů infikují uzly v síti.
Antivirové programy
Jsou programy vyhledávající viry a likvidující je. Někdy umí „vyléčit“ programy, aniž by
došlo ke ztrátě dat, jindy spolu s virem data zmizí. Mohou mít několik funkcí. Rezidentní
antiviry kontrolují každý přístup do souboru a prověřují ho. Dále mohou antiviry monitorovat
soubory na disku a podle změn virus odhalit. Poslední možností je překontrolovat celý disk
nebo paměť – všechny soubory, které jsou potenciálními přenašeči.
Metoda konkrétní detekce virů
Metoda vyhledávání sekvencí
Je to poměrně rychlá metoda s malým procentem planých poplachů, kdy antivir hledá řetězec
specifický pro určitý vir. Při uplatnění nových algoritmů pro hledání i zašifrovaných řetězců
(proti polymorfním virům) je docela jistá a umožňuje hledat všechny známé viry. Její
nevýhodou je, že se musí často obnovovat databáze typických sekvencí.
Metody obecné detekce virů
Umožňují i nalezení neznámých virů. Nevýhodou je větší množství falešných poplachů a
menší spolehlivost. Ne vždy umějí tyto metody všechno – třeba nalezení makrovirů nebo
nalezení viru před rozšířením.
-63-
Kontrola integrity
Při prvním spuštění si program uloží kontrolní součty souborů a dat v FAT a MBR a ty při
dalším spuštění porovnává se skutečností. Nevýhodou je velké množství falešných poplachů a
objevení viru až po jeho rozšíření.
Heuristická analýza
Analyzuje několik začátečních instrukcí v programu. Je prakticky nepoužitelná proti virům
vytvořených ve vyšších programovacích jazycích, málo spolehlivá a hlásí mnoho falešných
poplachů. Po mírné úpravě jde použít i na paměť a MBR.
Kontrola podezřelé činnosti
Kontroluje přístupy na disk. Zachytí vše, i trojské koně a makroviry. Množství falešných
poplachů je ale obrovské – například uvidíme varovnou hlášku při každém ukládání.
-64-
26 - Procesor I8086 - základní vlastnosti, vnitřní struktura,
použití
•
•
•
•
•
rok 1978,
mikroprocesor 16bitový (30 000 tranzistorů),
20bitová adresová sběrnice obsáhne 1MB,
8087 numerický koprocesor (matematický, specializovaný) připojuje se k 8086.
8088 je stejný, ale měl datovou sběrnici 8bitovou (IBM ho zvolila do svého prvního PC)
EU
BIU
15
CS-kód
segment,
DS-data
segment, SS-zásoníkový segmet,
ES-extra
segment,
IP-čítač
instrukcí
0
AH
AL
BH
BL
CH
CL
DH
CS
DS
SS
Registry dat-AX-střadač, BXbáze, CX-čítač, DX-data
ES
DL
IP
SP
Ukazatelé a index registry-SPukazatel zásobníku, BP-ukazatel
báze, SI-zdrojový index, DIcílový index
BP
SI
DI
8
8
8
8
16
Operandy
8
ALU
16b
Sčítačka 20b
Generování adr
Řízení sběrnice
7
8
Vnější
multiplexovaná
sběrnice, 16/20b
0
Fronta
6
instrukcí
8
Příznakový reg.
8
Je rozdělen na 2jednotky, na EU-prováděcí a BIU-styku se sběrnicí. Jednotka EU obsahuje
aritmeticko-logickou jednotku, zpracovává operandy, ovládá univerzální registry a nastavuje
příslušné bity v příznakovém registru podle výsledku operace a stavu procesoru. Nemá přístup
k systémové sběrnici. Pokud tento přístup vyžaduje, musí žádat o zprostředkování jednotku
BIU. Jednotka EU pracuje pouze s 16b operandy a proto, pokud chce komunikovat s pamětí,
musí jednotka BIU tyto adresy upravit na 20b fyzickou adresu. Obě tyto jednotky pracují
relativně nezávisle, proto je možné překrývání fází jejich činností. Během provádění instrukce
v EU, lze provést výběr a čtení instrukce nové, či zápis výsledku jednotkou BIU. Během
doby, kdy jednotka EU vykonává instrukci, ukládá BIU načtené instrukce do instrukční
fronty, ze které si je pak jednotka EU vybírá a následně je vykonává. Instrukční fronta může
uchovat až 6B instrukcí. Jakmile se vyprázdní alespoň 2B z této fronty, usiluje BIU a její další
zaplnění. Pokud jednotka EU provádí instrukce skoku, stávají se instrukce fronty nevýznamné
a jednotka BIU zařídí jejich vynulování.
-65-
27 – Instrukční soubor procesoru I 8086
Obecný formát instrukce assembleru 86:
[Návěští:]
Instrukce
[Operand1] , [Operand2]
Návěští - Jméno návěští, které je možné volat instrukcemi CALL, JMP nebo podmíněných
skoků
Instrukce - Jméno instrukce, jména vychází ze zjednodušené angličtiny (MOV = move )
nebo z anglických zkratek názvu. Instrukce může mít 0, 1 nebo 2 operandy.
Operand1 - Operand instrukce, v případě, že má instrukce jeden operand, bývá zdrojovým i
cílovým současně.
Operand2 - Bývá zdrojovým operandem, cílovým operandem je pak Operand1. Má-li
instrukce dva operandy, nemohou být oba dva adresou paměti, minimálně jeden
musí být registr.
Druhy instrukcí assembleru 86
Instrukce přesunu
Aritmeticko-logické
Řídící běh programu
Instrukce přerušení
Řetězcové instrukce
Přečtou zdrojová data a zapíší je do cíle beze změny
Instrukce matematických (ADD, SUB, INC…) a logických (AND,
OR, XOR…) operací. Nastavují příznaky OF, CF, AF, SF, ZF
Instrukce větvení programu – podmíněné a nepodmíněné skoky
(JMP, CALL, JNZ…). Podmíněné skoky využívají příznaků F
Volají obsluhy přerušení (INT), mění se příznaky i data, program
pokračuje jinde
Pro práci s řetězci dat (stringy)
Instrukční kód
– podoba výsledného programu, která je srozumitelná procesoru. Instrukční kód obsahuje
zakódované instrukce v řadě za sebou. Do instrukčního kódu je program překládán
překladačem. Kód je závislý na platformě, pro kterou je určen. Kódy jednotlivých instrukcí se
budou lišit projednotlivé druhy procesorů (INTEL, AMD, MOTORLOA, PIC, ATMEL) a
podle toho se také budou lišit soubory instrukcí pro daný procesor.
Instrukční kódy dělíme na
a) S pevnou délkou instrukce – všechny instrukce mají stejnou délku (většina z řady MCU –
PIC, ATMEL, MOTOROLA)
b) S proměnnou délkou instrukce – každá instrukce zabírá jen tolik místa, kolik potřebuje,
různé instrukce mají různou délku (např. podle počtu
operandů) (procesory pro PC – INTEL,AMD…)
-66-
Hlavní skupiny instrukcí u 8086
1. instrukce přesunů
MOV
PUSH
POP
IN
OUT
c,z
z
c
port
port
přesun slabiky, slova
slovo do zásobníku
slovo ze zásobníku
vstup slabiky, slova
výstup slabiky, slova
2. aritmetické instrukce
ADD
INC
SUB
DEC
CMP
MUL
DIV
c,z
c
c,z
c
c,z
z
z
sečtení slabik, slov
zvětšení o 1
odečtení slabiky, slova
zmenšení o 1
porovnání slabik, slov
násobení bez znaménka
dělení bez znaménka
3. logické instrukce
NOT
AND
OR
XOR
TEST
c
c,z
c,z
c,z
c,z
inverze slabiky, slova
logický součin
logický součet
nonekvivalence
test logickým součinem
4. posuvy a rotace
SHL
SHR
ROL
ROR
c,č
c,č
c,č
c,č
logický posuv vlevo
logický posuv vpravo
rotace vlevo
rotace vpravo
5. řetězcové instrukce
MOVS
CMPS
SCAS
c,z
c,z
c
posun řetězce
porovnávání řetězců
prohlížení řetězce
ca
ka
ka
ka
ka
skok přímý – nepřímý, blízký – vzdálený
CF = 1
ZF = 1
CF = 0
ZF = 0
6. skoky
JMP
JC
JZ
JNC
JNZ
-67-
28 – Paměťový podsystém,
charakteristika, způsob připojení k procesoru
Paměť slouží k ukládání veškerých dat a programů používaných jak procesorem, tak i
ostatními částmi systému. Jako taková je nedílnou součástí jak procesoru, tak i periferií.
Protože paměť je vždy oproti procesoru pomalejší, další zpoždění nastává při přechodu přes
bránu procesoru a svoji roli hraje též rychlost šíření signálu po sběrnici základní desky, jsou
menší paměťové bloky přímo součástí procesoru. Ty jsou pak zaintegrovány na čipu spolu
s procesorem. Nutnost vysoké rychlosti výměny dat mezi procesorem a vlastní pamětí je dána
požadavkem na výkon systému. Proto rychlost paměti a její umístění ovlivňuje výsledné
parametry celého systému. Na paměťový blok se pohlíží jako na část systému propojenou 2
bránami připojenými jednak k :
•
•
adresovému registru paměti,
datovému registru paměti.
Model paměťové jednotky
Paměťový systém pracuje tak, že pokud se do adresového registru zapíše hodnota
odpovídající adrese v paměti, pak se do datového registru zapíše hodnota uložená na uvedené
adrese. Pokud byla data již v datovém paměťovém registru, pak se mohou zapsat na uvedené
paměťové místo. O tom co se bude vlastně realizovat (zápis nebo čtení) rozhoduje řídící
registr. Je-li k dispozici více paměťových jednotek, pak je realizován i požadavek na výběr
požadované paměťové jednotky.
Charakteristiky pamětí
Paměť lze charakterizovat 3 základními parametry a to :
•
•
•
funkcí,
kapacitou,
časovou odezvou.
Výkon paměťového systému se často vyjadřuje 2 parametry a to :
•
•
dobou přístupu,
dobou cyklu paměti.
-68-
Vybavovací dobou určující dobu přístupu k datům se nazývá latence nebo též doba odezvy a
udává rychlost reakce na požadavek čtení nebo zápisu. Cyklus paměti odpovídá zase
minimálnímu časovému intervalu mezi 2 následujícími požadavky a většinou je delší než
doba přístupu. Tento interval zahrnuje nezbytné operace paměti potřebné k přístupu
k jednotce uložených dat a časování fyzikálních procesů.
Paměti zásadně rozdělujeme podle jejich umístění na paměti :
•
•
vnitřní, které jsou umístěny na základní desce, jako vyrovnávací paměti (cache) a
operační paměti
vnější, které jsou umístěny mimo základní desku jako stránkovací paměti, sekundární
paměti a archivní paměti.
Umístění pamětí
Počítačový systém průběžně potřebuje ukládat řadu dat na různě dlouhou dobu. Proto je
výhodné vytvořit hierarchii pamětí, kde k uložení budou sloužit různé úrovně této hierarchie.
Paměť tvoří řadu paměťových podsystémů které spolu spolupracují.
Příklad: Procesor bere data z paměťového podsystému M1 (na př. EVP - cache - vyrovnávací
paměti), pokud je tam nenachází, pak je odebírá z paměťového podsystému M2 (operační
paměti). Pokud nejsou ani tam, pak je bere z paměťového podsystému M3 (pevný disk).
Z pevného disku jsou ovšem data natahována do operační paměti, do vyrovnávací paměti a do
procesoru. Obdobně se data ukládají. Systém je tedy takový, že data, která mají být
zpracovávána se přesouvají z nižší úrovně do úrovně vyšší (k procesoru). Data, která jsou
zpracovaná a mají se archivovat, se přesouvají do nižších úrovní (od procesoru).
Nejrychlejší a současně nejdražší paměti budou umístěny nejblíže procesoru a vzhledem
k jejich ceně budou mít jen malou kapacitu. S tím jak se vzdalují od procesoru, jejich rychlost
i cena klesá a kapacita roste. Jednotlivé stupně hierarchie paměti jsou obvykle realizovány
různými technologiemi. Měřítkem jsou parametry, které souvisí s cenou za uložení jednoho
bitu a s rychlostí paměti.
Hierarchie pamětí v paměťovém systému
-69-
29 – Propojovací subsystém procesoru I 8086, připojení V/V
portů, typy sběrnic
Jedná se o základní ideové schéma zapojení PC
AT. V tomto schématu se používal pouze jeden
typ rozšiřovací sběrnice, nejčastěji sběrnice ISA.
S rozvojem sběrnic toto schéma přestalo
vyhovovat., proto se u procesoru Pentium užívá
několikastupňové schéma, které umožňuje
připojení více typů rozšiřujících sběrnic.
DMA je přímý přístup do paměti bez použití procesoru mezi pamětí a zařízením.
Princip činnosti:
1. Procesor nastaví řadiči DMA adresy a délky bloků, které mají být pomocí DMA přeneseny
a definuje režim činnosti obvodu (např. směr dat).
2. Žádost o DMA přenos se startuje signálem DRQ (DMA Request). Na tuto žádost DMA
komunikuje s procesorem vysláním signálu HLD (Hold), aby se procesor odpojil od
sběrnice.
3. Procesor dokončí právě probíhající cyklus sběrnice a odpojí své vývody od sběrnice. Stav
odpojení oznámí řadiči DMA signálem HLDA (Hold Acknowledge).
4. K zařízení, které vydalo požadavek DRQ odpoví řadič DMA signálem DACK (DMA
Acknowledge).
5. Řadič DMA již generuje adresy paměťových buněk a potřebné řídící signály.
6. Po ukončení přenosu deaktivuje řadič DMA signál HLD, procesor se připojí ke sběrnici a
deaktivuje signál HLDA.
Společná sběrnice
HLD
RAM
CPU
DMA
HLDA
DACK
DRQ
I/O
Vstupy a výstupy
Procesory 8086 i 8088 mají V/V prostor oddělený od prostoru paměti a specielní instrukce
pro jeho obsluhu. Velikost prostoru je 64K osmibitových bran nebo 32K šestnáctibitových.
Tento prostor není segmentován a je adresován dolními šestnácti bity adresové sběrnice.
Adresování je přímé (do 255) nebo nepřímé přes DX registr. 8086 může přesouvat najednou
slova, 8088 musí použít na přenos slova dva cykly a tomu musí odpovídat i V/V zařízení. V/V
systém lze umístit i do paměti (memory mapped) a využívat pak instrukce pracující s pamětí.
-70-
Oba procesory v minimálním módu poskytují signály HOLD a HLDA pro synchronizaci např.
s řadičem DMA. Jelikož má 8086 paměť rozdělenou na lichou a sudou banku , je činnost
8bitového řadiče komplikovaná a bylo lepší využít koprocesor 8089, který může navíc
obsluhovat zařízení sám. Oba procesory v max. módu generují signál LOCK, který slouží pro
ostatní procesory jako informace o využití sběrnice (pro řadič sběrnice jako příkaz k
uzamknutí). Tento signál je generován jako odezva na prefixovou instrukci LOCK.
V obou módech lze synchronizovat pomocí instrukce WAIT a signálu TEST. Je-li TEST = 1,
pak procesor testuje tak dlouho, pokud není TEST =0. Tato dvojice je využita i při spolupráci
s matematickým koprocesorem, který je inicializován instrukcí ESC.
Sběrnice
Sběrnice je seznam pravidel, která určují počet a fyzikální vlastnosti signálů, jež sběrnice
přenáší, uspořádání těchto signálů na předepsaných konektorech a vodičích. Je to vlastně
soustava vodičů, které spojují 2 a více bodů v systému. Důležitými faktory jsou frekvenční
vlastnosti a pravidla časování.
Úplná sběrnice má obvykle tyto části:
•
•
•
•
•
•
adresovou sběrnici, která zajišťuje rozvod adres při adresování pamětí a zařízení
datovou sběrnici, která rozvádí data od a k naadresovaným zařízením
řídící sběrnici, která zajišťuje transport řídících a stavových signálů
přerušovací sběrnici, která zajišťuje přísun žádostí o
přerušení a jejich bezkonfliktní obsluhu
rozvod napájecích napětí
Úplné sběrnice se pak mohou vyskytovat jako sběrnice lokální , systémové , vstup/výstupní
(V/V) a další
Lokální sběrnice přímo navazuje na vývody mikroprocesoru a její signály jsou u 8086(88) z
valné části multiplexovány. Na tuto sběrnici lze v maximálním módu připojit až 3
koprocesory typu 8087 a 8089, záchytné registry pro uchování adresy, zesilovače datové
sběrnice a vstupní přívody řadičů 8288 a arbitru 8289. V minimálním módu se tato sběrnice
současně stává sběrnicí systémovou, což je samozřejmé,protože tento mód se používá v tak
malých systémech, ve kterých jiná sběrnice není. V minimálním módu generuje jediný
procesor i všechny řídící signály.
Systémová sběrnice je obvykle hierarchicky výše postavenou sběrnicí, která nenavazuje
přímo na lokální sběrnici, ale je připojena přes zesilovače a oddělovací registry a řídící
signály jsou generovány obvody typu 8288 a 8289. Mezi tyto sběrnice patřil MULTIBUS,
který byl předchůdcem sběrnic v prvních PC . Vývoj pak pokračoval sběrnicemi
typu ISA, Micro Channel (MCA),EISA,PCI a pod.
V/V sběrnice je speciální sběrnicí, která je určena k vytvoření autonomního V/V systému s
vlastním řídícím procesorem.Tímto procesorem mohl být V/V koprocesor 8089, ale i další
univerzální mikroprocesor. V případě 8089 bylo možné zapojit tento procesor na lokální
sběrnici a současně u něho vytvořit vlastní sběrnici s menším rozsahem adres. Tento procesor
mohl mít ve své skupině až 3 obvody 8288 pro generování řídících signálů pro sběrnici
lokální, V/V a systémovou, případně ještě arbitr sběrnice 8289.
Jednotlivé sběrnice viz. otázky č. 20 a 22
-71-
30 – Procesor 80286, vlastnosti, charakteristika
Byl vyvinut firmou INTEL jako šestnáctibitový mikroprocesor druhé generace roku 1982.
Obsahuje 134 tisíc tranzistorů a dále je rozdělen do čtyř subprocesorů. Vyrábí se technologií
HMOS v PLCC pouzdře se 68 vývody s napájení +5V a s periodou hodin od 10 do 16Mhz.
Není schopný sám řídit systémové sběrnice a vždy vyžaduje řadič sběrnice (80288).
Základní parametry:
-reálná paměť 16 MB - adresová sběrnice 24 bitů
-virtuální paměť 1GB - adresování do 30 bit
-cykl sběrnice 2 periody hodin
-oddělovací datová a adresová sběrnice
-obvodová podpora pro virtuální adresování - virtual memory
-obvodová podpora pro běh více úloh a práci více uživatelů.
-obvodová podpora pro ochranu paměti - memory protect
-dva pracovní módy : reálné paměti a virtuální chráněné paměti
Podporuje:
a) Multiprocessing - spolupráce více procesorů v jednom systému
b) Multitasking - souběžné řešení více úloh
c) Multiuser system - víceuživatelský system
d) Virtual memory system - systém virtuální pamět (diskové paměti)
Struktura procesoru:
-72-
BU – Bus Unit – jednotka styku se sběrnicí
IU – Instruction Unit – jednotka dekodéru instrukcí (dekóduje instrukce ve frontě)
EU – Execution Unit – výkonná operační jednotka
AU – Adress Unit – adresovací jednotka (obsahuje většinu nových funkcí)
80286 může pracovat ve dvou módech, které jsou volitelné. Jde o tzv. mód reálné paměti, kdy
jsou vlastnosti 80286 degradovány na vlastnosti 8086. V tomto módu pracuje procesor pouze
s 1 Mbytem paměti bez ochrany. Jako segmentové registry jsou využity pouze selektory
80286 a deskriptory jsou využity. Tento mód je určen k vykonávání instrukcí 8086 bez
rekompilace programů. 80286 pracuje pouze o něco rychleji. Do toho módu vstupuje procesor
automaticky po zapnutí napájení.
Druhým módem je tzv. mód chráněné virtuální paměti, do kterého je nutné vstoupit
z reálného módu programovými prostředky. V tomto módu je využito všech možností nové
architektury. V tomto módu jsou úlohy od sebe zcela odděleny a každá může virtuálně
využívat celý systém. Programy napsané pro 8086 je třeba překompilovat, neboť i na úrovni
assembleru jsou možná značná vylepšení chodu programu
-73-
31 – Analogový, číslicový a hybridní systém
společné znaky a rozdíly
Obecně je pod pojmem počítač chápán stroj na zpracování informací, který samočinně řeší
složité úlohy formulované obvykle matematicky. Počítače dělíme na:
a) analogové
b) číslicové
c) hybridní
Analogový počítač
Analogový počítač pracuje se spojitými veličinami, které zpracovává spojitým způsobem.
První analogové počítače se používaly pro zobrazení hodnot veličiny mechanické jako byly
délky, úhly a otáčky. Modernější analogové počítače pracují s veličinami elektrickými, tj. s
napětími nebo proudy.
Základním prvkem analogového počítače je integrátor a analogová sčítačka.
Předností analogového počítače je to, že výpočet probíhá v celé naprogramované výpočetní
síti najednou, tj. paralelně. Nevýhodou je omezená přesnost daná analogovým způsobem
zpracování. Rychlost výpočtu bude ve srovnání s číslicovým zpracováním záviset na složitosti
sítě. Obvykle čím bude síť složitější, tím bude analogový výpočet probíhat rychleji ve
srovnání s číslicovým řešením.
Číslicový počítač
Číslicový počítač je stroj ke zpracování informace založený na principu programovatelného
sekvenčního automatu, jehož program lze modifikovat.
Číslicový počítač musí obsahovat:
•
•
•
•
procesor (výkonné jádro, je členěn na: řadič (řídí logickou jednotku), ALU)
paměť (uložení programu a dat)
vstup/výstupní zařízení (spojení se zdroji dat a s uživateli výsledků a pro styk s obsluhou)
sběrnice a rozhraní (propojení všech hlavních částí počítače)
Toto základní členění je možné dále upřesňovat podle organizace hlavní paměti, podle
způsobu výběru následnosti instrukcí, podle typu zpracování atd.
Podle von Neumannovy koncepce má počítač v zásadě jednu operační paměť společnou pro
data i instrukce a nečiní se mezi nimi rozdílu. Převážný způsob řízení chodu programu je
sekvenční (tak, jak instrukce následují v paměti).
-74-
Číslicový počítač pracuje s číslicovými tj. diskrétními hodnotami. To znamená, že pracuje
s nespojitou aritmetikou a čísla jsou vždy reprezentována konečným počtem cifer některé
číselné soustavy. Dnes je na úrovni procesoru běžná soustava dvojková. Výhodou číslicového
počítače je to, že u něj lze zvětšovat výpočtovou přesnost prodlužováním čísla, ovšem na úkor
složitosti hardware nebo zpomalení výpočtu. Pro řešení spojitých úloh zejména
diferenciálních rovnic je nutné používat časově poměrně náročných aproximačních metod,
které mají za následek zpomalení výpočtu.
Rozdělení číslicových počítačů:
•
•
•
•
Superpočítače
Sálové počítače
Minipočítače
Osobní počítače
Hybridní počítače
Pro řešení náročných úloh z oblasti modelování spojitých a nelineárních systémů s vysokými
nároky na přesnost, rychlost a věrnost byly zkonstruovány hybridní počítače., které mají
využít výhod počítače analogového pro rychlé paralelní řešení diferenciálních rovnic a
přesnosti počítače číslicového při generování nelineárních členů a logických uzlů.
Hybridní počítač má analogovou část, která bývá vybavena zesilovači s číslicově řízeným
ziskem a logikou pro modifikaci počítačové sítě (řízené spínače), pak má číslicovou část
tvořenou číslicovým počítačem s operačním systémem reálného času a konečně nezbytnou
část spojovací vybavenou A/D a D/A převodníky, řídící logikou pro analogovou část a
systéme přerušovacích signálů pro číslicovou část.
-75-
32 – Procesor I 80486: vlastnosti, použití, vnitřní struktura
Základní vlastnosti procesoru
•
•
•
•
•
procesor Intel 80486 nepředstavuje žádný nový vývojový typ procesoru, pouze integruje na
jednom čipu procesor 80386, matematický koprocesor 80387, řadič cache 80385 a 8 KB
paměti cache,
první CPU 80486 byl vyvinut firmou Intel v r. 1989, v pouzdře PGA se 168 vývody a
obsahoval 1 200 000 tranzistorů,
dva základní typy: DX, SX, navíc pak ještě: 80486 DX-2 a DX-4
Procesory, které pracují vnitřně s 2x/3x vyšší frekvencí než navenek a mohou pracovat s
pomalejšími vnějšími obvody např. se staršími pomalejšími podpůrnými obvody pro 80386
DX,
taktovací frekvence se pohybuje v rozmezí 25-120 MHz u typu DX a u SX je max. 33
MHz,,
oproti Intel 80386:
- má navíc numerický koprocesor (pouze ale varianta DX - SX ho nemá),
- cache paměť se stává vnitřní (její velikost začíná na 8 kB) - díky vnitřní cache a lepšímu
mikrokódu je rychlejší než 80386 DX se stejnou frekvencí ,
- fronta instrukcí se rozšířila z 16 b na 32 b,
- registr příznaků v „MSW“ je rozšířen o bit „AC“ („Alignment Check“ = kontrola zarovnání)
- zvýšil se počet instrukcí
- adresová sběrnice je obousměrná - procesor může sběrnici kontrolovat, i když předal její
řízení
Struktura procesoru
Procesor 80486 se skládá z 8 jednotek:
1. BIU („Bus Interface Unit“) - jednota styku se sběrnicí. Tato jednotka pracuje již s
fyzickými adresami vypočtenými v jednotkách segmentace „SU“ a stránkování „PU“.
2. Vnitřní paměť typu CACHE - velikost 8KB. Tato CACHE je umístěna mezi jednotkou
„BIU“ a ostatními subprocesory a je společná pro data i pro instrukce. Všechny informace
na datové sběrnici tedy vždy procházejí přes cache. Je rozdělena do 4 stránek po 2 KB a
mikroprocesor má zabudován mechanismus jejího řízení.
3. IPU - jednotka předvýběru instrukce. Obsahuje frontu instrukcí pro jednotku dekódování
instrukcí. Pro zrychlení práce mikroprocesoru se zvětšila velikost fronty instrukcí z 16 na
32 slabik.
4. IDU - jednotka pro dekódování instrukcí, která dekóduje instrukce z „IPU“ na vnitřní kód.
5. EU („Execution Unit“) - prováděcí jednotka, která provádí vlastní výpočty.
6. SU - jednotka segmentace. Obsahuje segmentové registry.
7. PU - jednotka stránkování. Převádí lineární adresy z „SU“ na adresy fyzické s využitím
stránkování v „asociativní cache paměti“ = TLB („Translation Lookaside Buffer“) (v té
jsou adresy 32 naposledy používaných stránek a je rozdělena na 1 MB stránek = 1048496
B, které jsou veliké 4 kB).
8. NEU - numerický koprocesor. Je integrován v procesoru, čímž se zvýšila jeho rychlost.
Má rozšířený instrukční soubor o 68 instrukcí zahrnující aritmetické, trigonometrické,
exponenciální a logaritmickéinstrukce. Zrychluje matematické výpočty cca 100x.
-76-
Bližší popis jednotlivých druhů
Jak již bylo zmíněno v úvodu, procesor Intel 80486 se vyráběl v řadě variant:
•
•
•
•
•
Základní variantou byla 80486 DX pracující na frekvenci 25, 33 nebo 50 MHz, která
obsahovala asi 1 200 000 ekvivalentních tranzistorů a měla spotřebu asi 3,8 A.
Varianta 80486 SX neobsahovala (funkční) koprocesor a měla maximální taktovací
frekvenci 33 MHz.
Varianta 80486 DL bylo speciální úsporné řešení tohoto druhu procesoru, které mělo
napájecí napětí 3,3 V a tudíž asi 50% spotřebu energie.
Varianta 80486 DX-2 měla jinak řešené časování - jednotka BIU byla časována vstupní
hodinovou frekvencí 25, 33 nebo 40 MHz, kdežto ostatní subprocesory v čipu přes
násobičku dvěma (důvod: periférie tehdy ještě nezvládali tak vysokou frekvenci jako
procesor).
Varianta 80486 DX-4 pak měla oproti základní variantě DX násobičku třemi a vstupní
frekvenci 33 nebo 40 MHz => výsledná taktovací frekvence tak byla až 120 MHz.
-77-
33 - Mikrokontroléry PIC: vlastnosti, charakteristiky
PIC = Peripheal Interface Controler
▪ 8bitové datové slovo
▪ existuje kolem 150 druhů, použití všude tam, kde je potřeba menších výkonů (auta,
domácí spotřebiče, …)
Podle délky slova instrukce se dělí na řady:
▪ základní (slovo o délce 12bitů)
▪ střední (14b)
▪ výkonovou (15b)
Existuje 5 řad procesorů a řadou variant:
PIC12Cxxx 8 vývodů a 12/14b instrukce
PIC16C5x
délka instrukce 12b
PIC16Cxxx délka instrukce 14b, obsahuje paměť EPROM
PIC16Fxxx
délka instrukce 14b, obsahuje paměť FLASH, kterou lze přeprogramovat
za chodu
PIC17Cxxx délka instrukce 16b
PIC18
délka instrukce 16b při rozšířeném instrukčním souboru
Charakteristické vlastnosti:
▪ Harvardská architektura (= paměť instrukcí, paměť dat)
▪ jádro s redukovanou instrukční sadou RISC, která má jen 35 instrukcí (= v procesoru
se provádí jen to, co je pro jeho funkci nezbytně nutné)
▪ 8bitová paralelní ALU
▪ jediný 8bitový čítač/časovač s předděličkou
▪ duplexní sériový kanál (pouze u některých typů)
▪ rozhraní SPI umožňující naprogramování přímo v aplikaci
▪ oscilátor a generátor hodinové frekvence je v procesoru
▪ paměť pro data (EEPROM) je 64B – ochranné prvky – např. procesor nejde přečíst –
ochrana proti vykopírování dat
▪ šíře instrukčního slova 12 – 16b
▪ překrývání instrukcí = pipelining
▪ Watchdog – hlídací obvod správného běhu programu – čas, po který se může
smyčka/zacyklení provádět, jinak se provede reset
▪ Velký rozsah napájecího napětí 2 – 6V
Jednotlivé modifikace mikrokontrolérů se od sebe liší napájecím napětím, napájecími proudy,
maximálním pracovním kmitočtem hodin, provedením pouzdra, rozsahem provozních teplot a
druhem použitého oscilátoru. Lze je od sebe rozeznat podle označení obvodu.
-78-
Obecná struktura PICu:
Jádro
▪ oscilátor
▪
▪
▪
▪
▪
RC (vnější RC obvod),
XT (standardní krystal),
LP (snížené napájení),
HS (high speed krystal)
systémový reset
CPU
ALU
paměť
přerušovací systém
Periferní obvody
▪
▪
▪
▪
▪
registry všeobecného použití
čítač/časovač
synchronní sériový port – ne u všech typů
sériová linka – ne u všech typů
A/D převodníky – ne u všech typů
Speciální funkce CPU
▪
▪
▪
▪
▪
▪
konfigurační pojistky
startovací reset
kontrola Ucc
hlídací obvod Watchdog
stav SLEEP
sériové programování v koncovém zapojení
-79-
34 - Mikrokontroléry PIC: typy a formáty instrukcí,
instrukční soubor
▪ Instrukční cyklus se skládá ze 4 hodinových fází. V každém cyklu dochází k načtení další
instrukce a provedení již dříve načtené instrukce Æ mikrokontrolér vykoná v každém
cyklu 1 instrukci. Výjimkou jsou skokové instrukce, které potřebují ke svému provedení
instrukční cykly 2!
▪ Paměť programu má velikost 1024 adres, každá buňka je 14biotvá
▪ Programový čítač má 13bitový čítač programu (Program Countrer), který umožňuje čítat
až do 8192
▪ Po resetu začíná PIC pracovat na adrese 0000h, což je vektor pro RESET. Vektor
přerušení je na obslužné adrese 0004h.
▪ Zásobník pracuje také se 13bitovou mapou. Má 8 úrovní registrů (zásobníků), do nichž se
zapisují návratové adresy.
▪ Paměť dat se skládá ze dvou bank
1. SFR (Speciální Funkční Registry)
TMR0 – 8b čítač reálného času
OPTION – registr pro volbu předděličky a reálného času – vložena před vlastní
čítač, zvětší tak rozsah čítání = dělička frekvence
TRISA, TRISB - řídí směr podle přenosu dat
I/O brány A a B
Stavový registr
PCL – program counter
INTCOM – registr řízení přerušení apod.
2. GPR (Generel Purpose Registers) – registry pro univerzální použití
-80-
IORWF - Inclusive OR W with F
Zápis:
IORWF f, d
Operace: (W .or. f) → f, d
Popis:
Provede logický součet (OR) obsahu registrů f a W,
výsledek uloží do registru W (je-li d=0) nebo do
registru f (je-li d=1).
Cyklů: 1
Ovlivňuje: Z
Popis instrukční sady - procesory PIC
Aritmetické a logické operace
ADDLW - ADD Literal and W
Zápis:
ADDLW k
Operace: (W+k) → W
Popis:
Cyklů: 1
Sečte obsah registru W s konstantou k,
výsledek uloží do registru W.
Ovlivňuje: C, DC, Z
ADDWF - ADD W and F
Zápis:
ADDWF f, d
Operace: (W+f) → d
Popis:
Sečte obsah registrů W a f, výsledek uloží do registru
W (je-li d=0) nebo do registru f (je-li d=1).
Cyklů: 1
Ovlivňuje: C, DC, Z
ANDLW - AND Literal and W
Zápis:
ANDLW k
Operace: (k&W) → W
Popis:
Provede logický součin registru W s konstantou k,
výsledek uloží do registru W.
Cyklů: 1
Ovlivňuje: Z
Poznámka: Operace AND je operací logického součinu.
Výsledek je 1 v případě, že je 1 v obou odpovídajících bitech.
V ostatních případech je 0.
ANDWF - AND W with F
Zápis:
ANDWF f, d
Operace: (W & f) → f, d
Popis:
Provede logický součin obsahu registru f a W,
výsledek uloží do registru W (je-li d=0) nebo do
registru f (je-li d=1).
Cyklů: 1
Ovlivňuje: Z
COMF - COMplement F
Zápis:
COMF f, d
Operace: (f) → d
Popis:
Zamění jedničky a nuly v obsahu registru f
(jedničkový doplněk čísla) a výsledek uloží do
registru W (je-li d=0) nebo do registru f (je-li d=1).
Cyklů: 1
Ovlivňuje: Z
DECF - DECrement F
Zápis:
DECF f, d
Operace: (f-1) → d
Popis:
Odečte jedničku od obsahu registru f a výsledek uloží
do registru W (je-li d=0) nebo do registru f (je-li
d=1).
Cyklů: 1
Ovlivňuje: Z
INCF - INCrement F
Zápis:
INCF f, d
Operace: (f+1) → d
Popis:
Přičte jedničku k obsahu registru f a výsledek uloží
do registru W (je-li d=0) nebo do registru f (je-li
d=1).
Cyklů: 1
Ovlivňuje: Z
SUBLW - SUB Literal and W
Zápis:
SUBLW k
Operace: (k-W) → W
Popis:
Odečte obsah registru W od konstanty k, výsledek
uloží do registru W.
Cyklů: 1
Ovlivňuje: C, DC, Z
Poznámka: Pokud je výsledek operace odečítání kladný a větší
než 0, pak je → bit Z=0, bit C=1. Je-li výsledek roven 0 → bit
Z=1, bit C=1. Je-li výsledek záporný → bit Z=0, bit C=0
SUBWF - SUBtract W from F
Zápis:
SUBWF f, d
Operace: (f-W) → d
Popis:
Odečte obsah registru W od obsahu registru f,
výsledek uloží do registru W (je-li d=0) nebo do
registru f (je-li d=1).
Cyklů: 1
Ovlivňuje: C, DC,Z
XORLW - eXclusive OR Literal with W
Zápis:
XORLW k
Operace: (W .xor. k) → W
Popis:
Provede nonekvivalneci (XOR) obsah registru W
s konstantou k, výsledek uloží do registru W.
Cyklů: 1
Ovlivňuje: Z
XORWF - eXclusive OR W with F
Zápis:
XORWF f, d
Operace: (W .xor. f) → d
Popis:
Provede nonekvivalneci (XOR) obsah registrů f a W,
výsledek uloží do registru W (je-li d=0) nebo do
registru f (je-li d=1).
Cyklů: 1
Ovlivňuje: Z
Instrukce nulování a nastavení
BCF - Bit Clear F
Zápis:
BCF f,b
Operace: 0 → f (b)
Popis:
Vynuluje bit b v registru f.
Cyklů: 1
Ovlivňuje: BSF - Bit Set F
Zápis:
BSF f,b
Operace: 1 → f (b)
Popis:
Nastaví do log. 1 bit b v registru f.
Cyklů: 1
Ovlivňuje: CLRF - CLeaR F
Zápis:
CLRF f
Operace: 00h → f
Popis:
Vynuluje obsah registru f.
Cyklů: 1
Ovlivňuje: Z
IORLW - Inclusive OR Literal with W
Zápis:
IORLW k
Operace: (W .or. k) → W
Popis:
Provede logický součet (OR) obsahu registru W
s konstantou k, výsledek uloží do registru W.
Cyklů: 1
Ovlivňuje: Z
CLRW - CLeaR W
Zápis:
CLRW
Operace: 00h → W
Popis:
Vynuluje obsah registru W a nastaví Z bit ve
stavovém registru.
Cyklů: 1
Ovlivňuje: Z
Poznámka: Operace OR nebo-li logický součet je operace, při
níž se ve výsledku v odpovídajících bitech nastaví nula pouze
v bitech, kde mají obě čísla 0. V opačném případě jsou ve
výsledku jedničky.
CLRWDT - CLeaR WatchDog Timer
Zápis:
CLRWDT
Operace: 00h → WDT, 0 → WDT předdělič
Popis:
Nuluje čítač WDT a jeho předděličku, je-li k WDT
připojená. Nastaví se bity TO a PD.
-81-
Instrukce přesunu dat
MOVF - MOVe F
Zápis:
MOVF f,d
Operace: (f) → d
Popis:
Obsah registru f přesuneme do registru W (je-li d=0)
nebo zpět do registru f (je-li d=1).
Cyklů: 1
Ovlivňuje: Z
Instrukce skoků v programu
MOVLW - MOVe Literal to W
Zápis:
MOVLW k
Operace: k → W
Popis:
Registr W je naplněn osmibitovou konstantou k
Cyklů: 1
Ovlivňuje: -
BTFSC - Bit Test F, Skip if Clear
Zápis:
BTFSC f, b
Operace: skok, je-li f (b)=0
Popis:
Je-li bit b v registru f v log. 0, následující instrukce se
neprovede. Jinak program pokračuje na následující
instrukci.
Cyklů: 1 (2 – při skoku)
Ovlivňuje: -
MOVWF - MOVe W to F
Zápis:
MOVWF f
Operace: W → f
Popis:
Obsah registru W přesuneme do registru f
Cyklů: 1
Ovlivňuje: RLF - Rotate Left F through carry
Zápis:
RLF f, d
Operace: f<n> → d<n+1>, f<7> → C, C → d<0>
Popis:
Rotuje obsah registru f doleva přes bit C (carry),
výsledek uloží do registru W (je-li d=0) nebo do
registru f (je-li d=1).
Cyklů: 1
Ovlivňuje: C
RRF - Rotate Right F through carry
Zápis:
RRF f, d
Operace: f<n> → d<n-1>, f<0> → C, C → d<7>
Popis:
Rotuje obsah registru f doprava přes bit C (carry),
výsledek uloží do registru W (je-li d=0) nebo do
registru f (je-li d=1).
Cyklů: 1
Ovlivňuje: C
SWAPF - SWAP F
Zápis:
SWAPF f, d
Operace: f<0:3> → d<4:7>, f<4:7> → d<0:3>
Popis:
Zamění spodní a horní 4 bity (nibble) obsah registru f,
výsledek uloží do registru W (je-li d=0) nebo do
registru f (je-li d=1).
Cyklů: 1
Ovlivňuje: -
Instrukce podprogramů a přerušení
CALL - subroutine CALL
Zápis:
CALL k
Operace: PC+1 → TOS; k → PC<10:0>; PCLATH<4:3>
→ PC<12:11>
Popis:
Cyklů: 2
RETFIE - RETurn From IntErrupt
Zápis:
RETFIE
Operace: TOS → PC, 1 → GIE
Popis:
Návrat z přerušení. Naplní hodnotu PC ze zásobníku
a povolí přerušení nastavením bitu GIE (Global
Interrupt Enable) do log. 1.
Cyklů: 2
Ovlivňuje: -
Návratovou adresu (PC+1) uloží do
zásobníku, konstanta k (vezme se z ní 11
bitů !!!) se uloží na spodních 11 bitů PC,
zbývající bity PC se doplní z registru
PCLATH (f3). Program pokračuje
podprogramem na adrese PC.
Ovlivňuje: -
RETLW - RETurn Literal to W
Zápis:
RETLW k
Operace: k → W, TOS → PC
Popis:
Návrat z podprogramu. Naplní PC ze zásobníku a
registr W naplní konstantou k.
Cyklů: 1
Ovlivňuje: RETURN - RETURN from subroutine
Zápis:
RETURN
Operace: TOS → PC
Popis:
Návrat z podprogramu. Naplní hodnotu PC ze
zásobníku.
Cyklů: 2
Ovlivňuje: -
-82-
BTFSS - Bit Test F, Skip if Set
Zápis:
BTFSS f,b
Operace: skok, je-li f (b)=1
Popis:
Je-li bit b v registru f nastaven na log. 1, následující
instrukce se neprovede. Jinak program pokračuje na
následující instrukci.
Cyklů: 1 (2 – při skoku)
Ovlivňuje: DECFSZ - DECrement F and Skip if Zero
Zápis:
DECFSZ f, d
Operace: (f-1) → d, skok, je-li výsledek 0
Popis:
Odečte jedničku od obsahu registru f a výsledek uloží
do registru W (je-li d=0) nebo do registru f (je-li
d=1). Je-li výsledek 0, následující instrukce se
neprovede. Jinak program pokračuje na následující
instrukci.
Cyklů: 1 (2 – je-li skok)
Ovlivňuje: GOTO - GO TO address (unconditional jump)
Zápis:
GOTO k
Operace: k → PC<8:0>, PA2, PA1, PA0 → PC<11:9>
Popis:
Konstanta k (bere se z ní 9 bitů !!!) se uloží na
spodních 9 bitů PC, zbývající 3 bity PC se doplní
z bitů PA2, PA1 a
PA0 v registru STATUS
procesoru. Program pokračuje kódem na adrese PC.
Cyklů: 2
Ovlivňuje: INCFSZ - INCrement F and Skip if Zero
Zápis:
INCFSZ f, d
Operace: (f+1) → d, skok, je-li výsledek 0
Popis:
Přičte jedničku k obsahu registru f a výsledek uloží
do registru W (je-li d=0) nebo do registru f (je-li
d=1). Je-li výsledek 0, následující instrukce se
neprovede. Jinak program pokračuje na následující
instrukci.
Cyklů: 1(2 – je-li skok)
Ovlivňuje: -
Zvláštní instrukce
NOP - No OPeration
Zápis:
NOP
Operace: neprovede nic
Popis:
neprovede nic
Cyklů: 1
Ovlivňuje: -
SLEEP - SLEEP
Zápis:
SLEEP
Operace: 00h → WDT, 0 → prescaler, 1 → TO, 0 → PD
Popis:
Vynuluje power-down bit PD, nastaví time-out bit
TO, vynuluje čítač Watchdog a jeho předděličku.
Procesor přejde do stavu SLEEP, oscilátor je vypnut.
Cyklů: 1
Ovlivňuje: TO, PD
35 – Princip laserové tiskárny
Tisk je prováděn podobnou metodou jako xeroxové kopírování. Válec je nabit
kladným nábojem obdobně jako barvivo (toner). Z toho důvodu je barvivo od válce
odpuzováno. Při dopadu laserového paprsku se místo zneutralizuje (fotony mají
záporný náboj) a na toto místo se přitáhne práškové barvivo. Barvivo se kontaktně
nanáší na papír. Poté musí papír projít píckou, kde se nanesené barvivo při teplotě
180°C zapeče. V případě poruchy pícky lze tisk snadno rozmazat.
Na stejném principu pracují i tiskárny diodové jen s tím rozdílem, že na místo
záznamu laseru je záznam jednotlivých bodů diodami LED. Pro rozlišení 300 dpi je
potřeba 2560 diod LED. Avšak i s tímto počtem diod lze realizovat 600 dpi a to tak,
že každá dioda svítí do 3 směrů
-83-
36 - Způsoby adresace
- přímé – např. Operační Systém si řekne přímo o konkrétní adresu.
- nepřímé – bázová adresa v registru + offset (tedy posun o hodnotu
Adresový prostor:
– všechny možné adresy systému.
– fyzický – reálně dostupné adresy systému
– logický – využitelné adresy systému
Chráněný režim:
– programy nepracují s fyzickou, ale virtuální adresou.
– lokální adresový prostor – pro každý úkol
– globální adresový prostor – pro programy a data potřebná pro všechny úkoly
systému.
stránkování umožňuje použít i pracovat ve větší paměti
Převod virtuální adresy na adresu fyzickou
-84-
Převod virtuální adresy na adresu lineární
deskriptor
deskriptor:
G (granularity) – velikost,
0 = délka v popisovači je v B
1 = 4kB
P – přítomnost stránky (segmentu) ve fyzické paměti, aby se nenatahovala znovu
S – systémový (S=0) nebo uživatelský segment
A – zda se datový segment uloží do záložní paměti nebo zda se rovnou přepíše
(A=1 znamená, že je to jediný originál v PC)
Převod lineární adresy na adresu fyzickou
1024
x
1024 x 4kB stránka = 4GB
Mechanismus je pomalý z důvodu několikanásobného (3násobného) přístupu do paměti. Proto
se používá rychlá vyrovnávací TLB, která obsahuje fyzické adresy pro 32 stránek paměti.
V86 = Bez stránkování může běžet 1MB proces, při zapnutí může běžet X procesů
(každý do 1MB), maximálně ale do velikosti operační paměti!
-85-
37 - Von Neumannovo schéma počítače:
obvodový a mikroprogramový řadič
Základní de Von Neumannovo schéma bylo navrženo roku 1945 americkým matematikem
Johnem von Neumannem jako model samočinného počítače. Tento model s jistými
výjimkami zůstal zachován dodnes. Procesor má k dispozici jen jednu množinu adres a
preference adres pro uložení programu je v moci programátora. Tím vzniká možnost
zpracovávat instrukce jako data a tak modifikovat program. Při daném rozsahu paměti ji lze
použít jak pro dlouhé programy s malým objemem dat, tak i pro krátké programy s
hromadnými daty. Podle von Neumannovy koncepce se staví téměř všechny větší počítače,
také mikroprocesory a mikropočítače.
Podle von Neumannova schématu se počítač skládá z pěti hlavních částí:
•
•
•
•
•
Operační paměť - slouží k uchování zpracovávaného programu, dat a výsledků
výpočtu.
ALU (Arithmetic-Logic Unit) - (aritmeticko-logická jednotka) - jednotka provádějící
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
prováděné pomocí řídících signálů, která jsou zasílány jednotlivým modulům. Reakce
na řídící signály, 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.
Princip činnosti počítače podle von Neumanna:
Do operační paměti se pomocí vstupních zařízení přes ALU umístí program, který bude
provádět výpočet. Stejným způsobem se do operační paměti umístí data, která bude program
zpracovávat. Proběhne vlastní výpočet, jehož jednotlivé kroky provádí ALU. Tato jednotka je
v průběhu výpočtu spolu s ostatními moduly řízena řadičem počítače. Mezivýsledky výpočtu
jsou ukládány do operační paměti. Po skončení výpočtu jsou výsledky poslány přes ALU na
výstupní zařízení.
-86-
Harwardská koncepce:
•
•
•
•
•
Počítač může pracovat i s více než jedním procesorem.
Počítač může na rozdíl od von Neumannova schématu pracovat nejen pouze v tzv.
diskrétním režimu.
Podle von Neumannova schématu počítač pracuje vždy jen s jedním programem. To
vede k neefektivnímu využití strojového času. Je tedy obvyklé, že počítač zpracovává
paralelně více programů zároveň - tzv. multitasking.
V dnešních počítačích existují navíc 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.
Harwardská koncepce na rozdíl od von Neumannovy předpokládá existenci dvou oddělených
pamětí. V první paměti jsou uloženy programy a v druhé jsou uložena proměnná data.
-87-
38 – Reprezentace dat v počítači
Čísla jsou v počítači zaznamenána ve dvojkové soustavě jako posloupnost jedniček a
nul.Zároveň jsou zobrazena v některém z typů zobrazení a zakódována v některém z
používaných číselných kódů.
Zobrazení čísel
Reálná čísla v počítači neexistují. Ačkoliv používáme čísla deklarovaná jako čísla typu real
(čísla zobrazená v pevné řádové čárce) či čísla float (čísla zobrazená v pohyblivé řádové
čárce), vlastnosti těchto čísel však mají do vlastností reálných čísel mnohdy velmi daleko.
ZOBRAZENÍ ČÍSEL V PEVNÉ ŘÁDOVÉ ČÁRCE
Paměť každého PC se skládá z adresovatelných buněk, které z hlediska práce s pamětí
považujeme za základní prvky. Těmito prvky jsou skupiny osmi bitů, neboli slabiky (Byte).
Proto také slovo, které obsahuje obraz čísla, je uloženo na nějakém určitém počtu slabik. Pro
další potřebu budeme uvažovat slovo o dvou slabikách, tj. 16 bitech.
V tzv. pevné řádové čárce se v počítači zobrazují čísla celá. Toto zobrazení si popíšeme na
zmíněném šestnáctibitovém slově.
Jeden z bitů tohoto šestnáctibitového slova zobrazujícího číslo budeme považovat za
znaménkový bit. Bývá jím nejčastěji bit s nejvyšším řádem (první zleva). Na ostatních
bitech je zobrazena mantisa. Nula ve znaménkovém bitě je příznakem kladného čísla,
jednička příznakem záporného čísla. Předpokládá se přitom, že tzv. strojová desetinná čárka
je umístěna pevně (odtud název zobrazení) za znaménkovým bitem (zobrazujeme tak čísla
<1). Proto musíme k číslu „připisovat“ tzv. měřítko (označuje se písmenem q), které nám
říká, o kolik bitů vpravo bychom museli posunout pevnou (strojovou) desetinnou čárku čísla,
aby se nám shodovala se skutečnou desetinnou čárkou čísla:
Obraz kladného čísla lze nalézt bez problémů. Stačí převést číslo do dvojkové soustavy,
doplnit vyšší řády nulami a znaménkový bit nastavit na nulu (viz př. 1.8).
Př. Zobrazte číslo A = 724 jako číslo v pevné řádové čárce.
Řešení: (724)10 = (1011010100)2
+A: 0, 000 001 011 010 100 q15
Podíváme-li se na obraz čísla v příkladě, je evidentní, že toto konkrétní číslo můžeme na
šestnácti bitech zobrazit celkem šesti různými způsoby (s šesti různými měřítky). Je-li číslo
zobrazeno tak, že za strojovou čárkou je významová číslice (jednička), pak říkáme, že se
jedná o zobrazení v normalizovaném tvaru.
Obraz záporného čísla bude mít ve znaménkovém bitu jedničku (jako smluvený příznak
záporného čísla), mantisa pak bude zobrazena (dle použitého kódu) jako inverze obrazu čísla
kladného, nebo jeho doplněk do „kapacity soustavy“.
-88-
ZOBRAZENÍ ČÍSEL V POHYBLIVÉ ŘÁDOVÉ ČÁRCE
Čísla v pohyblivé řádové čárce se zobrazují pomocí dvou částí: mantisy a exponentu.
Mantisa obsahuje číslo v normalizovaném tvaru, exponent má „funkci měřítka“ a říká, o
kolik bitů vlevo (je-li exponent záporný), nebo vpravo (je-li exponent kladný), bychom museli
posunout pevnou (strojovou) čárku, aby se shodovala se skutečnou desetinnou čárkou
zobrazeného čísla. Mantisa i exponent musí mít vyhrazen znaménkový bit
Rozsah (počet bitů) mantisy i exponentu se liší podle typu počítače. U šestnáctibitových
počítačů je číslo v pohyblivé řádové čárce zobrazeno na dvou slovech (32 bitech), z nichž
bývá zpravidla 24 bitů (1½ slova) vyhrazeno pro mantisu a 8 bitů (½ slova) pro exponent
Z rozsahu mantisy lze zjistit přesnost zobrazeného čísla, z rozsahu exponentu pak rozsah
velikosti čísla. Před některými operacemi (např. sčítání/odčítání…) musíme čísla zobrazit se
stejným exponentem, abychom sčítali/odčítali stejné řády apod.
BINÁRNĚ KÓDOVANÁ DEKADICKÁ ČÍSLA
Dalším možným zobrazením čísel jsou BCD čísla (Binary Coded Decimal ~ binárně
kódovaná dekadická čísla).
U tohoto způsobu zobrazení čísel je každá číslice čísla zakódována ve dvojkové soustavě a
zobrazena na čtyřech bitech (na jednom bytu tak mohou být zobrazeny dvě desítkové,
dvojkově zakódované číslice).Tomuto zobrazení musí být přizpůsobena i aritmetika počítače.
Číselné kódy
Používané číselné kódy: přímý, doplňkový a inverzní.
Číslo kladné je ve všech uvedených kódech zobrazeno stejně. Uvedené kódy se liší
zobrazením čísla záporného. Na způsob jejich zobrazení napovídají již názvy těchto kódů.
- V přímém kódu je u záporného čísla ve znaménkovém bitu jednička, jako příznak
záporného čísla, mantisa je zobrazena přímo ve dvojkové soustavě.
- V inverzním kódu je ve znaménkovém bitu jednička, mantisa je zobrazena jako inverze
bitů obrazu čísla kladného.
- V doplňkovém kódu je ve znaménkovém bitu jednička, mantisa je zobrazena jako doplněk
bitů čísla kladného do „kapacity soustavy“
-89-
39 - Procesory Intel Pentium 1,2,3,4: vlastnosti
Pentium (I. generace)
- Z důvodů licenční ochrany byl číselný název změněn na jméno.
- Rok uvedení na trh 1993.
- Nemá žádné programovatelné registry.
- Ve struktuře jsou využity ve větší míře prvky architektury RISC.
- Procesor má 2 jednotky ALU.
- Superskalární architektura = pipelining – umožňuje provést více než 1 instrukci za 1
hodinový cyklus
- Má 2 instrukční fronty u,v, které ve spojitosti se zdvojenou jednotkou ALU umožňují
realizovat až 2 instrukce paralelně.
- Pracovní frekvence 60 a 66MHz byla shodná pracovní frekvencí základní desky. Výběr
frekvence byl určen procesorem, generátorem hodin a chipsetem AGP.
- Vychází z architektury procesoru I 80486DX.
- Upravený FPU (Floating Point Unit) – až 5tinásobné zrychlení mat. operací v plovoucí
řádové čárce.
- Detekce chyb interním vyhodnocováním parity.
- Vnější paměťové stránky (4kB a 4MB)
- Výpočetní výkon 102 až 112MIPS (million instructions per second)
- Šířka operačních registrů 32bitů.
- Vnější datová sběrnice 64bitů.
- Vnější adresová sběrnice 32bitů.
- Maximální adresový prostor 4GB.
- Napájecí napětí 5V.
- Počet tranzistorů 3,1milionů, 70°C, 13W normální příkon, 16W ve špičce.
- Pouzdro PGA 273 vývodů.
- Implementován mechanismus snažící se dynamicky předpovědět adresu podmíněných
skoků
- Procesor používá 2 paměti cache o velikosti každé z nich 8kB.Jedna z nich je určena pro
data, druhá pro program (instrukce).
- 3 cestný řadič dat optimalizující výměnu dat mezi CPU, pamětí a sběrnicí PC.
- Mechanismus předvídání skoků.
- Zřetězení adres umožňující současný průběh dvou sběrnicových cyklů – lze zahájit
dekódování adresy v době, kdy ještě probíhá předchozí cyklus.
Pentium (II. generace)
- Rok uvedení na trh 1994.
- Externí frekvence hodin 75 až 200MHz.
- Šířka registru 32bitů.
- Šířka datové sběrnice 64bitů.
- Šířka adresové sběrnice 32bitů.
- Maximální adresový prostor je 4GB.
- Napájecí napětí 3,3V.
- Výpočetní výkon 120 až 300 MIPS.
- Pouzdro SPGA s 296 vývody.
- Na čipu je jednotka správy napájení která napomáhá snížení celkové potřeby.Výkonný
systém ladících prostředků.
- Rozvinutý systém testů a detekce chyb.
-90-
Pentium (II)
- Procesor koncepčně vychází z Pentia Pro
- Rok uvedení na trh 1997.
- Podporuje technologii MMX.
- Vnitřní hodinová frekvence 233 až 400MHz.
- IVP 2 x 16kB
- EVP 512kB
- ECC (Error Correcting Code) – kód pro opravu chyb
- Vnější datová sběrnice 64bitů.
- Šířka operačních registrů 32bitů.
- Vnější adresová sběrnice 36bitů.
- Maximální adresa paměti 4GB.
- Počet tranzistorů 7,5 milionů.
- Napájecí napětí 2,8V.
- Procesor má zabudovanou architekturu Dual Independent Bus. To znamená, že na čipu
jsou 2 nezávislé sběrnice. Jedna se používá pro přístup na cache L2, druhá se používá pro
přístup do operační paměti. Tím dochází k celkovému urychlení toku dat.
Celeron
- Rok uvedení na trh 1998.
- Tyto procesory představují levnější typy procesoru firmy Intel.
- Architektura je odvozena od procesorů Pentium(II).
- Vyrábělo se několik variant procesorů.Ty první neobsahovali cache L2.
- Nejnovější verze pracuje s rychlostí 1,4GHz.
- Mají 64bitovou vnější datovou sběrnici a 36bitovou vnější adresovou sběrnici.
- Maximální adresový rozsah=64GB.
- Počet transistorů 7,5 mil
- U varianty CELERONA 19 mil transistorů a CELERON 3 má 28,1 mil. tranzistorů
Pentium (III)
- Rok uvedení na trh 1999.
- Frekvence interních hodin 450 až 1000MHz.
- Snížené napájecí napětí na 1,6V
- Počet transistorů 9,5 mil. U varianty Pentium III E 28,1 mil.
- Velikost paměti cache L2 na čipu je 256kB nebo 512kB pracující na frekvenci procesoru
se schopností udržovat odkazy až na 4GB operační paměti.
- Velikost paměti cache L1 je 16kB pro data a 16kB pro program (instrukce).
- Mají 64bitovou vnější datovou sběrnici.
- Adresová sběrnice je 36bitů.
- Používá technologii SSE (Streaming SIMD[jeden tok instrukcí a vícenásobný tok dat]
Extensions) a SSE II.Tato technologie představuje možnost zvýšení výkonu pro výpočty
v plovoucí řádové čárce.To je základní rozdíl oproti technologii MMX, která se dá použít
pouze pro práci s celými čísly. K dispozici je 70 nových instrukcí pro práci se zvukem,
obrazem a videem.Používá nové registry o šířce 128bitů.
- Technologie SSE II zvětšuje SSE o 5 nových datových typů a příslušné instrukce pro
práci s datovými typy.
- Pro zabezpečení informací obsahuje procesor jedinečné výrobní číslo.
- Implementovaná ochrana proti přetaktování.
-91-
Pentium III XEON
- Rok uvedení na trh 1999
- Maximální frekvence interních hodin je 1MHz.
- Velikost externí paměti cache maximálně 2GB.
- Počet transistorů 9,5 mil
Pentium IV
- Rok uvedení na trh 2000.
- Interní frekvence hodin 1,3 až X GHz
- Díky technologii hyper pipeline se dosahuje vyšších frekvencí.
- Rychlá výkonná jednotka umožňuje práci obou ALU aby pracovaly na frekvenci, která je
dvojnásobkem frekvence jádra. Tím se vykoná řada instrukcí za polovinu hodinového
cyklu.
- Další IVP pro instrukce – uchovává přibližně 12K mikroinstrukcí.
- Datová IVP 8kB s 4 cestným 64 bitovým propojením s jádrem.
- 8 cestná EVP o velikosti 256kB se zvýšenou propustností.
- Prohledávání všech vyrovnávacích pamětí zároveň – až do Pentia III byly všechny
vyrovnávací paměti prohledávány postupně.
- Přenáší data 4x za hodinový cyklus.
- SSE2 – rozšiřuje MMX (všechny registry jsou 128 bitové a zrychluje práci v plovoucí
řádové čárce.
- Díky nové struktuře procesoru může být rozpracováno až 126 instrukcí.
- Vlažení výkonné jednotky pracují na dvojnásobné interní frekvenci, tedy až na 3.4 GHz.
- Používá architektury Net Burst, která umožňuje pracovat na náběžnou i sestupnou hranu
interních hodin.
- Do procesoru je přidáno 144 nových instrukcí.
Itanium
- Rok uvedení na trh 2001
- Jedná se o první 64bitový procesor firmy Intel.
- Využívá architekturu EPIC (Explicity Parallel Instruction Computing).Tato architektura
umožňuje vykonávat několik instrukcí paralelně.
- Používá velmi dlouhá instrukční slova (VLIW).Šířka slova je 128bitů.
-92-
40 – Strojový kód, assembler, zavaděč, spojovací program
Strojový kód – podoba výsledného programu, která je srozumitelná procesoru. Strojový kód
obsahuje zakódované instrukce v řadě za sebou. Do strojového kódu je program překládán
překladačem. Strojový kód je závislý na platformě, pro kterou je určen. Kódy jednotlivých
instrukcí se budou lišit pro jednotlivé druhy procesorů (Intel, AMD, Motorola, PIC, Atmel) a
podle toho se také budou lišit soubory instrukcí pro daný procesor. Programování přímo ve
strojovém kódu je značně pracné a už se používá spíše výjimečně. Nevýhodou je používání
číselných kódů, ale především nutnost přepočítávat adresy skoků po každém vložení nebo
ubrání instrukce.
Strojové kódy
a) s pevnou délkou instrukce – všechny instrukce mají stejnou délku (většina z řady
MCU – PIC, ATMEL, MOTOROLA)
b) s proměnou délkou instrukce – každá instrukce zabírá jen tolik místa, kolik potřebuje,
různé instrukce mají různou délku (např. podle počtu operandů) – procesory pro PC – Intel,
AMD, Motorola
Překladače – programy, které mají za úkol přeložení zdrojového kódu programu do podoby
výsledného strojového kódu pro příslušnou platformu. Má za úkol vyhledat ve zdrojovém
textu syntakt.chyby, přiřadit veškeré podpůrné části programu a vytvořit spustitelný program.
Assembler - programovací jazyk velice blízký strojovému kódu, též se nazývá jazyk
symbolických adres. Název assembler se používá i pro překladač, který tento jazyk překládá
do strojového kódu. Anglické slovo assembler znamená sestavovatel a původně označuje
pouze překladač, program, který sestavuje strojový kód. Programovací jazyk zpracovávaný
takovým překladačem se v angličtině jmenuje prostě assembly language.
Assembler je programovací jazyk nejnižší úrovně, je strojově závislý a v podstatě každý
procesor má svůj vlastní odlišný assembler.
Assembler tvoří pouze zástupné symboly, které přímo odpovídají strojovému kódu.
Mnemotechnické symboly se mnohem lépe zapamatovávají, než nicneříkající čísla strojového
kódu. Další výhodou je používání symbolů pro adresy dat a instrukcí, které se při překladu
nahradí skutečnou aktuální adresou.Překladače také obvykle poskytují tzv. makra, která
nahrazují často používané posloupnosti jednotlivých instrukcí.
Spojovací program se jmenuje linker. Často se volá příkazem link. Teprve po spojení
modulů a připojení knihovních funkcí můžeme spustit proveditelný tvar zdrojového textu v
programovacím jazyce.
Zavaděč operačního systému – krátké programy, které jsou spuštěny pro inicializaci
hardwaru. Jejich úkolem je vyhledat na disku(síti) soubory operačního systému a spustit
zavádění operační systému a tím mu předat kontrolu nad PC. Zavaděče mohou umožňovat i
výběr z několika různých operačních systémů na jednom počítači (f.e. NTLOADER, LILO,
GRUB, Systém Commander), popřípadě vybrat režim spuštění OS nebo výběr parametrů
předávané jádru pro spuštění.
-93-
41 – Operační systémy: přidělování operační paměti
Operační systém se skládá se z několika nezávislých správců, jako je správce času, front,
paměti, procesů, prostředků, úloh, zařízení.
Správce paměti
Operační paměť má správce paměti, který je součástí operačního systému. Správce paměti
zajišťuje několikastupňovou ochranu jíž zajišťuje vzájemnou izolaci programů. Pro
přidělováni části paměti používá některou ze strategii atd. Jeho úkoly jsou následující:
- přidělování operační paměti jednotlivým procesům
- udržovat přehled o aktuálních volných částech operační paměti
- přeřazovat části pamětí uvolněné procesorem do části volné operační paměti
- odebrání operační paměti procesu pokud je to nezbytné
Fragmentace paměti
Vzhledem k tomu, že jsou části operační paměti neustále přidělovány a opět uvolňovány
různým procesům dochází k tomu, že původně souvislá část paměti se rozdrobí na řadu
přidělených a volných bloků. Každá takováto část má velikost rozdílnou od ostatních části.
Dochází tak k fragmentaci (rozdrobení) operační paměti.O tomto stavu musí mít neustálý
přehled správce paměti a následně i operační systém. To znamená, že správce paměti musí
mít o každém použitém bloku následující přehled :
- ke kterému procesu blok patří
- znát délku bloku
Pokud u daného bloku není informace o procesu, znamená to, že tento blok je volný.
Alokační strategie
Pokud správce paměti najde dva či více na sebe navazujících bloků, dokáže je spojit. To však
v mnoha případech nestačí. Fragmentaci je možno jen omezit a to volbou vhodné strategie,
nikoliv však odstranit. Tyto nejvíce používané strategie jsou:
- First fit (výběr prvého bloku dostatečné velikosti)
- Best fit (výběr bloku, který svou velikostí nejlépe odpovídá požadované velikosti).
- Last fit (výběr posledního bloku dostatečné velikosti)
First fit strategy
Správce paměti prochází jednotlivé volné bloky vybere v pořadí první blok, který je
dostatečně velký a uspokojí požadavek. V paměti zůstává různě velký zbytek. Strategie je
jednoduchá, rychlá, ale neomezuje fragmentaci.
-94-
Best fit strategy
Při této strategii správce paměti projde volné bloky a z vhodných bloků vybere ten nejmenší.
Tímto způsobem se snaží zachovat velké volné bloky co nejdéle vcelku. Fragmentace se
částečně sníží, ale též neodstraní.
Last fit strategy
Správce paměti, který prochází jednotlivé volné bloky vybere v pořadí poslední blok,který je
dostatečně velký a uspokojí požadavek. Strategie je rovnocenná strategii first fit, je jen
pomalejší.
Přesun bloků
V případě, že je operační paměť fragmentovaná, musí dojít k přerovnání bloku, nazývanému
setřásání. Přesouvání bloků zabírá čas a tuto činnost obvykle zajišťuje speciální procesor
zvaný blitter (bit block transfer). V případech, kdy správce paměti používá automatický
přesun bloků, musí procesy pracující pod operačním systémem splňovat některé z
následujících řešení:
a) Procesy musí pro přístup do paměti dodržet určité zásady pro adresování, které zajistí
přemístitelnost bloku.
b) Proces před přístupem do paměti musí zjistit okamžitou adresu bloku a poté po celou dobu
práce s tímto blokem zakázat jeho přemístění. Tento proces se nazývá kooperativní metoda.
c) Operační systém informuje proces v okamžiku přemístění bloku. Poté proces přepočítá
ukazatele, které následně budou ukazovat do bloku na nové správné adresy. Tento proces
se nazývá metoda transparentní.
Virtuální paměť je nejoptimálnější strategie správy paměti. Proto, aby to bylo možné je třeba
hardwarového vybavení - jednotka řízení paměti. Jedná se o speciální obvod umístěný mezi
procesorem a operační pamětí. Tento systém umožňuje pracovat s dojmem, že k dispozici je
mnohem více operační paměti, než je ve skutečnosti
-95-
42 - Porovnání různých technologií (TTL, STTL, ECL, MOS)
-96-
-97-
-98-
-99-
43 - Systém ochran operační paměti, přístupová práva
Jedná se zásadně o ochrany v chráněném režimu procesoru. Mechanismus ochrany paměti
musí chránit programy a data před neoprávněnými zásahy a všechny úlohy vzájemně izolovat.
Systém ochrany musí přidělit různým úkolům různou prioritu. Z toho vyplývá, že např.
operační systém musí mít větší prioritu než uživatelský program. Též každá instrukce musí
být ověřována a kontrolována dříve než se vykoná. Tím se předchází přepsání programu a dat.
Systém ochrany zajišťuje:
▪ oddělení uživatelského a systémového programového vybavení
▪ vzájemné oddělení jednotlivých uživatelů či procesů včetně kontroly typů dat a jejich
užití (např. nelze spustit data či upravit program)
Segmentace slouží hlavně pro snadnou přemístitelnost programů a zkrácení adres ale i přesto
ji lze označit jako první stupeň ochrany paměti, která zabrání v přístupu mimo segment.
Nechrání ale před chybným umístěním segmentu v paměti, ani chybám uvnitř segmentu.
Hardwarová ochrana paměti a správa paměti (AU) v procesoru umožňují rozdělit virtuální
adresový prostor na části pro jednotlivé uživatelské programy. Současně existuje jediný
společný adresový prostor pro všechny úkoly (globální adresový prostor) umožňující použití
jediné instrukce pro volání jak operačního systému, tak i podprogramů, a to instrukci CALL.
K ochraně operačního systému před uživatelskými programy se používají 4 úrovně oprávnění
ve virtuálním adresovém prostoru každého uživatele. Operační systém, ačkoliv se nachází v
adresovém prostoru uživatelského programu, je ale tímto systémem ochrany aktivně chráněn.
Procesor rozeznává 4 typy segmentů pro účely jejich ochrany:
▪
▪
▪
▪
segmenty, které lze jen provádět,
segmenty, které lze jen číst,
segmenty, které lze jen číst nebo provádět,
segmenty, do kterých lze jen zapisovat nebo z nich číst.
Pomocí příznakových bitů je ošetřován datový, instrukční, systémový segment včetně
popisovače brány. Mimo to procesor povoluje programově volit 4stupňovou ochranu virtuální
paměti. Úroveň oprávnění každého segmentu je v popisovači segmentu. Jsou chráněny více
privilegované úrovně a program má proto přístup jen k datům stejné nebo nižší úrovně. Pro
každou úroveň je použit zvláštní zásobník a ukazatel zásobníku, což umožňuje ochranu před
poškozením a nevhodnými zásahy. Úrovně oprávnění jsou:
úroveň 0 - má nejvyšší oprávnění, což má "jádro" (kernel) operačního systému (řízení procesoru),
úroveň 1 - mají služby poskytované operačnímu systému jako je organizace I/O či přidělování
prostředků,
úroveň 2 - mají systémové programy a podprogramy knihoven,
úroveň 3 - mají uživatelské aplikace.
Přístup k datům v datovém segmentu je povolen, jen je-li úroveň oprávnění procesu alespoň
rovna úrovni oprávnění zpřístupňovaného datového segmentu. Tato kontrola se provádí vždy
je-li naplněn segmentový registr.
Předání řízení do instrukčního segmentu může procesor bez použití dalších prostředků předat
jen segmentu se stejnou úrovní oprávnění. To lze uskutečnit instrukcemi skok, volání
podprogramu či návrat z podprogramu. Předání řízení do instrukčního segmentu se
uskutečňuje pomocí speciálního systémového segmentu - brány (nikoliv tedy brány I/O).
-100-
Brány jsou 4 a to:
▪
▪
▪
▪
brána pro předání řízení do segmentu vyšší úrovně oprávnění,
brána pro nemaskovatelná přerušení,
brána pro maskovatelná přerušení,
brána zpřístupňující segment stavu procesoru.
Instrukce, které je možno provádět jen na nejvyšší úrovni oprávnění, patří do skupiny
privilegovaných instrukcí. Pokus o provedení těchto instrukcí na jiné úrovni způsobí vnitřní
přerušení. V chráněném režimu pak rozlišujeme ještě jeden typ privilegovaných instrukcí, a to
instrukce, které se nesmějí vykonávat na nižší úrovni oprávnění, než je úroveň oprávnění v
příznakovém režimu.
-101-
44 – BIOS: Základní části, funkce, provedení a uložení
BIOS = Basic Input/Output System (systém základních vstupů a výstupů).
BIOS je článkem propojujícím hardware a software, tedy je tvořen sadou ovladačů základních
komponent systémů. Jeho základní část je vypálena do čipu ROM základní desky, další části
jsou v čipech ROM na rozšiřujících kartách, dále je tvořen ovladači pro spouštění v průběhu
zavádění systému a je uložen na pevném disku. BIOS se pak skládá z různých ovladačů
pracujících mezi operačním systémem a skutečným hardwarem.
BIOS je uložen v ROM, protože ROM je pamětí, která je schopna trvale uchovat data. Je
podmnožinou systémové RAM, protože část adresového prostoru systémové RAM je
mapována do jednoho či více čipů ROM a to kvůli udržení softwaru pro spouštění PC. To
znamená, že procesor po zapnutí systému automaticky přečte obsah adresy FFFFOh. Zde pak
procesor najde instrukce, podle kterých pak pokračuje dál. (na RAM by se po vypnutí tyto
instrukce vymazaly).
BIOS základní desky je propojen přímo s hardwarem a obsahuje ovladače pro základní
součásti systému. Společně s BlOSem na rozšiřujících kartách slouží pro ovladače, které musí
být spuštěny ihned jako pevné disky či videa. Pro další hardwarové součásti slouží ovladače
uložené na pevném disku, které se zavádějí v průběhu spouštění PC a tím zajišťuje podporu
CD¬ROM, zvukových karet, tiskáren apod. ROM BIOS základní desky je navržen tak, aby
prohledal všechny rozšiřující sloty a vyhledal v nich karty s pamětí ROM. Následně pak před
spuštěním operačního systému načte obsah těchto pamětí: videokarty, řadiče SCSI, síťové
karty, desky s aktualizacemi IDE či disketových mechanik,což jsou speciální desky zajišťující
v systému podporu mechanik, které nejsou podporovány samotnou základní deskou.
BIOS počítačů má dále tyto čtyři základní funkce:
POST - provádí základní otestování procesoru, paměti, čipové sady, grafické karty, řadičů
disků, klávesnice a dalších důležitých komponent.
SETUP - slouží ke konfiguraci systému. Obsahuje řadu nabídek, které lze spustit po stisknutí
určité klávesy v průběhu testu POST(konfigurace datu a času, hesel, pevných
disků...)
Zavaděč - program vyhledávající na pevných discích platný hlavní spouštěcí sektor (master
boot sector). Je-¬li nalezen je proveden kód v tomto sektoru obsažen. Kód načte
spouštěcí sektor operačního systému, který následně začne načítat základní
soubory OS.
BIOS-sada základních ovladačů potřebných k vytvoření rozhraní mezi OS a hardwarem v
průběhu spouštění systému.
-102-
45 - Služby BIOSu: mechanismus poskytování služeb,
obsluha klávesnice, video, disk
Anglicky Basic Input Output System (základní vstupně/výstupní systém) neboli BIOS je
základní programové vybavení, které je součástí každého počítače kategorie PC. Základ
tohoto programu je hardwarově závislý, ale poskytuje jednotné softwarové rozhraní pro každý
konkrétní hardware. Také proto jsou aplikace pro počítače PC velmi dobře přenositelné.
Služby BIOSu používají programátoři, protože se jedná o výhodnější metodu než používat
služby na "fyzické" úrovni každého hardware (pro každou volanou službu by museli vyvíjet
vlastní programy). SETUP umožňuje zadat parametry hardwarových komponent.
Většinou je BIOS rozdělen na dvě částí:
Základní BIOS je umístěn v paměti ROM (EPROM) - má k dispozici obvody CMOSRAM napájené baterií. Je možné ho zálohovat např. exportem do souboru (to některé
antivirové programy umožňují). BIOS obsahuje všechny základní funkce systému.
Obvykle začíná na adrese FOOOOh a je velký přesně 64kB. Obsahuje však obsluhu
pouze základních periferií (např. z grafických karet pouze MOA a COA) a především
neobsluhuje zařízení s novými technologiemi.
Rozšíření BIOSu obsahuje další služby. Je obsaženo v pamětí ROM (EPROM)
příslušné přídavné karty (např. BIOS videokarty).
Nahrávání BIOSu je prováděno inicializační rutinou po ukončení POST testů. POST testy
kontrolují jednotlivé hardwarové komponenty a zároveň o jejich stavu vypisují hlášení na
obrazovku (často také informace o základním hardwarovém vybavení). Výpis je možné
pozastavit klávesou <Pause>. Při neúspěšné detekci je vypsáno chybové hlášení očekávající
reakci uživatele. Při inicializaci základního BIOSu přebírá (pokud je přítomno) rozšíření
BIOSu obsluhu odpovídajících funkcí namísto základního BIOSu. Rozšířený BIOS
grafických adaptérů má poněkud zvláštní postavení, protože je nainstalován bezprostředně
poté, co POST zjistí nejzákladnější funkčnost systému. Je to proto, aby následná hlášení
POSTu mohly být správně zobrazena na monitoru. BIOS grafických adapterů se nachází na
adrese COOOOh a je dlouhý až 32kB.
Jednotlivé služby BIOSu se vyvolávají pomoci softwarových nebo hardwarových přerušení
(angl. Interrupt). Hardwarové přerušení vyvolá požadavek na softwarové přerušení. Každému
kódu přerušení odpovídá příslušná rutina BIOSu.
Nejpoužívanější služby a přerušení BIOSu a DOSu
Přerušení: Dělení nulou, Jednoduchý krok, Nemaskovatelné přerušení, Bod přerušení…
Služby:Diskové I/O, I/O sériového portu, I/O klávesnice, Služby DOSu, Časovač, Přetečení
Volání služeb video
Pro volání této funkce se používá interrupt 10H. Toto přerušení je používáno k obsluze
požadavků VIDEO. Obsahuje řadu různých funkcí, jejíž volání se provádí přiřazením čísla
funkce do registru AH. Tyto služby jsou pak prováděny jak ROM BIOSem, tak i BIOSem na
video kartě.
-103-
46 - Startovací sekvence PC: průběh, důležité oblasti
v paměti RAM, paměť CMOS RAM
1. Před-bootovací sekvence
Po stisknutí tlačítka Power zdroj energie provede autotest, ve kerém zkontroluje zda jsou v
pořádku všechna napětí a hodnoty. Pokud ano, vyšle procesoru signál „Power Good“a jde se
dál. Pokud ne, PC nenaběhne. S příchodem signálu „Power Good“ ukončí časovač zasílání
signálu RESET, čímž povolí procesoru začít s prací. Procesor v tu chvíli začne zpracovávat
kód ROM BIOSu, který se nachází se v nejvrchnější části paměti ROM na adrese FFFF:0000.
ROM BIOS nařídí základní test hardwaru pro ověření základních funkcí. Chyby, které by se v
tomto bodě bootovacího procesu vyskytly, by byly oznámeny pípáním, protože dosud není
inicializovaný systém videovýstupu. Vyhledávač zařízení může vyžadovat zavedení vlastních
ROM BIOS rutin přímo z připojeného zařízení. Takto zavádí své ovladače většina grafických
karet. Startovací rutiny BIOSu poté kontrolují paměťový prostor.
ROM BIOS zjistí zda jde o teplý nebo studený start. V případě, že jde o studený start
provede ROM BIOS úplný test POST (Power On Self Test). V opačném případě, když jde o
teplý start je v POST testu vypnut test paměti. POST provede tyto tři testy:
- Zinicializuje videokartu a zobrazí konfigurační informace nebo chybu
- Identifikuje BIOS a zobrazí jeho verzi, výrobce a datum.
- Otestují se všechny paměťové čipy, přičemž se zobrazuje průběh načítání instalované paměti
Chyby, které se během POST testu vyskytnou mohou být klasifikovány jako kritické nebo
nepodstatné. Nepodstatné chyby většinou zobrazí chybovou zprávu a povolí systému
pokračovat v bootovacím procesu. Kritické chyby naopak ukončí bootovací
proces počítače a jsou nejčastěji signalizovány pípáním beep kódů..
BIOS dále vyhledá a přečte konfigurační informace uložené v CMOS. CMOS je malá oblast
paměti (64bytů), která je napájena z malé baterky umístěné na základní desce. Nejdůležitější
informací v CMOS je z hlediska bootovacího procesu pořadí zařízení, která budou zkoušena
pro zavedení operačního systému. Po načtení dostaneme na chvilku tabulku s konfigurací
počítače, ve které je například typ procesoru či seznam disků a mechanik.
2. Bootovací sekvence
Pokud je prvním bootovatelným zařízením pevný disk, zkouší BIOS zjistit, zda úplně první
sektor na tomto disku obsahuje Master Boot Rekord (MBR). Stejně postupuje i v případě
bootování z diskety. Master Boot Rekord je úplně první sektor na disku, na cylindru 0, hlavě
0, sektor 1 a zabírá 512 bytů. Pokud je tento sektor nalezen, je nahrán do paměti.
MBR je rozdělen na dvě části. Partition tabulku, která popisuje rozvržení pevného disku a
Partition loader, což je program potřebný pro pokračování v bootovacím procesu. Partition
loader zjistí v partition tabulce zda je oddíl označen jako aktivní a poté prohlédne první sektor
této oblasti, zda obsahuje Boot Rekord. Boot Rekord obsahuje tabulku, které popisuje daný
oddíl (počet bytů na sektor, počet sektorů na cluster, apd.). Aktivní Boot rekord oddílu je
zkontrolován a je vyhledán sektor, ve kterém se nachází první ze souborů operačního systému
Zavádění Windows 2000/XP je řízeno souborem NTLDR. Jde o skrytý systémový soubor,
který se nachází v kořenovém adresáři systémového oddílu. Windows provedou NTLDR ve
čtyřech fázích.
-104-
- fáze inicializace bootovacího loaderu
- výběr operačního systému
- detekce hardware
- výběr konfigurace
3. Natáhnutí kernelu (jádro systému)
Během nahrávání kernelu (ale před jeho inicializací) řídí počítač i nadále NTLDR. Obrazovka
je černá a v její spodní části narůstá bílý pruh. NTLDR v tuto chvíli také zavádí HAL.DLL
(Hardware Abstraction Layer), který bude oddělovat kernel od hardware. Společně zapíší
informace o konfiguraci do registru. NTLDR dále zavede ovladače zařízení, které jsou
označeny jako bootovací. Nahráním těchto ovladačů opustí NTLDR řízení počítače.
4. Spouštěcí sekvence kernelu
Inicializací I/O manažeru začíná proces nahrávání všech souborů systémových ovladačů.
Následuje spuštění SMSS (Session Manager Subsystem), který je zodpovědný za vytvoření
uživatelského viditelného prostředí Windows. Ve chvíli kdy už běží smss.exe se mohou
dokončovat instalace, které nemohly být dokončené bez restartu
SMSS spustí grafický subsystém a přihlašovací proces zavedením ovladače Win32k.sys. Po
nastartování Win32k.sys se obrazovka přepne do graf. režimu. Všechna zařízení a služby nyní
běží a bootovací proces se považuje za zdárně dokončený. Aktuální konfigurace se uloží.
5. Přihlašovací sekvence
Nyní zbývá pouze přihlášení uživatele do systému, které nám zprostředkuje soubor
WINLOGON.EXE. Uživatel se přihlásí a aktualní stav se uloží jako Last known
configuration.
Důležité oblasti v 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“ („Dynamic RAM“) a
„SRAM“ („Static RAM“).
Od adresy 0 – tabulka vektorů přerušen
Oblast 0-640 KB – základní (konvenční) paměť,
využívaná programy
Oblast 640 KB- 1 MB – rozšířená (rezervovaná) paměť,
BIOS, paměť videoadaptéru, volný prostor
UMB (Upper Memory Block) – přiřazená RAM
z rezervované paměti
HMA (High Memory Area) – pomocí technických
prostředků (jednočipového procesoru 8042) je možné
číst prvních 64KB nad 1MB.
Expanded memory – pomocí volného paměťového
prostoru v rozšířené paměti adresujeme tzv. stránky
v paměti souběžné. Tuto paměť je možné použít pouze
pro uložení dat
-105-
47 - Programovací jazyk PASCAL: struktura jazyka,
procedury a funkce, definice typů
Struktura programu v jazyce Pascal
1. hlavička
2. deklarační část
3. příkazová část
Hlavička
Začíná klíčovým slovem program, za nímž následuje název programu, který musí začínat
písmenem a může obsahovat písmeny anglické abecedy a číslice. Hlavička je nepovinná. Dále
sem patří volání programových jednotek pomocí klíčového slova uses.
Deklarační část
popisuje (deklaruje) objekty, se kterými bude program pracovat. Každý objekt musí být
nejprve deklarován a potom teprve použit!
Deklarujeme: konstanty, typy, proměnné, procedury a funkce
Příkazová část
Začíná klíčovým slovem begin a končí end.
popisuje vlastní výpočetní proces a co se s deklarovanými objekty bude dělat
obsahuje příkazy oddělené středníkem
Způsob zápisu
volný, využití odsazení, mezery, nezáleží na velikosti písmen
komentáře - posloupnost libovolných znaků v {}nebo (* *)
nedělitelnost některých objektů (klíč. slova, identifikátory, speciální víceznakové symboly…)
Procedury
-
umožňují řešit dílčí úlohy v programu zcela nezávisle na ostatních částech programu
proměnné a konstanty definované uvnitř procedury nejsou přístupné dalším částem
programu – mají tzv. lokální charakter. Mohou tedy používat stejná jména.
vstupní parametry je možno uvést v kulatých závorkách za jménem procedury
každý parametr má jméno a datový typ. Všechny parametry procedury jsou pro
příkazy uvnitř jako proměnné.
rekurze - takový způsob volání procedury, kdy procedura volá buď sama sebe (přímá
rekurze) nebo se vzájemně volají 2 nebo víc procedur. Musí být ukončeno podmínkou
vedoucí k ukončení volání.
-106-
procedure Jmeno_procedury(parametr:typ);
const Jmeno_konstanty = hodnota;
var Jmeno_promenne:datovy_typ;
procedure ...
function ...
begin
{tělo procedury}
end;
Volání procedury má tvar:
Jmeno_procedury(parametry);
Funkce
-
Struktura funkce je podobná proceduře
Narozdíl od procedury funkce vrací hodnotu. Datový typ této hodnoty musí být
uveden za jménem funkce
function jmeno(jmeno_parametru:typ):typ;
const Jmeno_konstanty = hodnota;
var Jmeno_promenne:typ;
procedure ...
function ...
begin
{tělo funkce}
end;
Význam procedur a funkcí je v tom, že pokud se nějaká činnost vyskytuje v programu na více
místech, uvede se pouze volání procedury nebo funkce, která provádí požadovanou činnost.
Není tak nutné několikrát opisovat stejné části programu, ten je pak kratší a přehlednější.
Číselné datové typy
Celočíselné typy
- souvislá omezená podmnožina celých čísel
typ
byte
shortint
word
integer
longint
počet bajtů
1
1
2
2
4
rozsah v Pascalu
0-255
-128..127
0-65 535
-32 768..32767
-2 147 483 648..2 147 483 647
Reálné datové typy
-
nesouvislá omezená podmnožina reálných čísel
real, single, double, extended
-107-
Datový typ boolean
logické hodnoty - true (je pravda) a false (není pravda)
paměťové nároky - 1 bajt (stačil by 1 bit, ale nelze adresovat)
operace - relační, logické (booleovské)
Datový typ char
-
jeden znak
zápis pomocí apostrofů
kódová tabulka - ASCII
Datový typ string
-
řetězec max 255 znaků dlouhý
zápis pomocí apostrofů
Typ interval
-
neprázdná souvislá podmnožina hodnot nějakého ordinálního typu
např.
Pocet:1..100;
Ordinální datové typy
-
patří mezi ně všechny celočíselné typy a typ char a boolean
lze použít i další uživatelem definované ordinální typy - výčtový typ a typ interval
hodnoty ordinálního typu jsou uspořádanou množinou hodnot
lze použít následující funkce:
•
•
•
•
Ord( ) vrací ordinální hodnotu argumentu
Pred( ) vrací předchůdce hodnoty ordinálního typu
Succ( ) vrací následovníka hodnoty ordinálního typu v argumentu
Chr( ) vrací znak, který odpovídá ordinálnímu číslu v argumentu funkce
Datový typ array
Někdy bývá výhodné vytvářet indexované pole. K tomu slouží datový typ array. Indexované
pole má všechny prvky jednoho typu a index pole je vždy typu integer.
type pole = array [1..20] of real;
Je možné vytvořit i vícerozměrné pole.
type sit = array [1..10,1..10] of integer;
Datový typ soubor
-
tvoří posloupnost záznamů typu složka
zvláštním typem souboru je text, v něm nejsou zaváděny žádné složky ale znaky jsou
organizovány přímo do řádků
k práci se soubory slouží jednotka system
-108-
48 – Předávání a potvrzování zpráv v síti
Zprávy přenášející ucelenou informaci, jejímž obsahem mohou být jak data některého
diskového souboru, tak i žádost o jejich zaslání, potvrzení správného příjmu nebo jiné datové
a řídicí informace. Délka zprávy může být velmi rozdílná. To je z hlediska provozu po síti
nevhodné a proto se zprávy u většiny sítí přenášejí po úsecích pevné nebo omezené délky,
nazývaných pakety. Delší zprávy se dělí na více kratších paketů, naopak velmi krátké zprávy
mohou být doplňovány na minimální délku. Aby mohl být paket přenesen po síti mezi dvěma
stanicemi, musí být doplněn o další údaje. Typicky se jedná o synchronizační posloupnost,
cílovou a zdrojovou adresu a o kontrolní znak. Takto rozšířený paket se označuje jako rámec.
Cílová adresa informuje o tom, která stanice má paket přijmout a zdrojová adresa identifikuje
vysílací stanici. Kontrolní znak umožňuje přijímací straně rozhodnout, zda byl paket přenesen
bez chyby. Používá se většinou zabezpečovacího kódu CRC, což je v podstatě zbytek po
dělení bitů rámce stanoveným polynomem.
Kolizní metoda (síť ethernet)
Stanice odesílající zprávu tzv. naslouchá na spojovacím vedení a s odesláním čeká tak dlouho,
dokud není na vedení klid. Když dvě stanice vyšlou zprávy současně, způsobí to vzájemnou
kolizi. Elektronické obvody to rozpoznají a ztracené zprávy jsou odeslány znovu.
Metoda token (sítě ARCNET a TOKENRING)
Token je speciální elektronický signál, který indikuje stanici, že má práva vysílat i přijímat. V
sítích je toto znamení předáváno od první stanice k poslední. Zprávy, které se mají ze stanice
vysílat, jsou na ni udržovány až do okamžiku, kdy obdrží toto znamení. Po korektním předání
je znamení uvolněno pro předávání dalších zpráv.
-109-
Routing
Způsob předávání zprávy po síti nebo více sítích prostřednictvím nejvhodnější cesty. Routing
je ve svém principu jednoduchý, ale technicky a vědecky velmi složitý a propracovaný systém
co nejvýhodnějšího předávání zpráv.
Store-and-forward
(ulož a pošli) Metoda používáná při zpracování a předávání zpráv zejména ve velkých sítích.
Spočívá v tom, že se zpráva zadrží v určeném místě a pak se ve vhodný čas a vhodným
způsobem posílá na místo určení. Přes zdlouhavější přenos je tato metoda robustní, eliminuje
se přetížení sítě a zprávy jsou posílány nejefektivnějším způsobem.
Metody potvrzování
Pozitivní potvrzování
Pracuje principu, že vysílací stanice vyšle paket a přijímací stanice pošle potvrzení, zda paket
došel v pořádku. Jestliže se vysílací stanice nedočká po určenou dobu (time-out) potvrzení tak
paket vysílá znovu.
Negativní potvrzování
Je zde určená doba (time-out), po kterou počítač čeká jestli nepřijde negativní potvrzení že
vysílaná informace dorazila v nesprávném tvaru - potom vysílá dále. Toto potvrzování je
rychlejší než předchozí případ ale protože by se mohlo stát že paket dorazí poškozen a zpráva
od přijímací stanice nedorazí zpět k vysílací stanici, musí se tato metoda musí kombinovat
ještě s jiným potvrzováním.
Skupinové potvrzování - okénkové potvrzování
Jedná se vlastně o takové potvrzování, kdy se například po každých 20 paketech vyšle
potvrzení. Když je pozitivní tak se pokračuje dále, jestliže je negativní, tak se oznámí číslo
porušeného paketu a vysílací stanice začne vysílat znovu od porušeného paketu dále. Tento
systém se opakuje dokud neskončí přenos. Pokud je spojení mezi počítači kvalitní může se
nastavit velké okno (1000 paketů), pokud je linka nekvalitní nastaví se malé okno, aby se
nemuselo moc opakovat.
Nesamostatné potvrzování
Je to typ potvrzování, při kterém je k odeslanému paketu přiložen určitý typ zprávy, která
obsahuje číslo poslaného paketu. Přijímací stanice toto číslo odešle zpátky jako potvrzení.
Používá se to vždy po více paketech. Když je vše v pořádku, vysílací stanice pokračuje.
Jestliže to nedojde v pořádku, odešlou se pakety znovu. Protože je potvrzení posíláno
společně s daty ušetří se přenosová rychlost.
-110-
49 – Vysvětlete pojmy:
Dynamic Execution, Net Burst, MMX, SSE
Dynamic execution
- Dynamické vykonávání činnosti
- Jedná se o vylepšený out-of-order (mimo pořadí) mechanismus pro vykonávání instrukcí.
- Objevuje se prvně u Pentia Pro
- Je založen na třech základních principech:
o předpovědi skoku
o analýzy toku dat - zkoumá v předstihu závislost na výsledcích a datech
o spekulativní operace - dává zprávu procesoru o přednostně vykonávaných
instrukcích, zajišťuje maximální využití procesoru
Net Burst
- Architektura použitá u procesuru Pentium 4
- Využívá jak náběžnou, tak i sestupnou hranu.
Jedná se zejména o tyto výrazné změny :
• Díky technologii hyper pipeline se dosahuje vyšších frekvencí jádra,
• Rychlá výkonná jednotka umožňuje práci obou ALU na frekvenci, která je dvojnásobkem
frekvence jádra. Tím je umožněno vykonání řady instrukcí za ½ hodinového cyklu,
• Mimo vyrovnávacích pamětí, které zůstávají zachovány je zde další IVP pro instrukce
• Prohledávání všech vyrovnávacích pamětí zároveň. Jde o podstatnou změnu, neb až do
Pentia III byly vyrovnávací paměti prohledávány postupně.
Technologie MMX
Procesory 5. generace se vyznačují technologií MMX, která zde byla prvně zavedena.
Tato technologie usnadňuje práci s obrazem, operace I/O a kompresi a dekompresi videa.
Navíc jsou zde aplikovány dvě vylepšení architektury :
mají větší IVP (cache L1)
• procesor umožňuje práci v SIMD (Single Instruction Multiple Data – Jeden tok instrukcí a
vícenásobný tok dat). Z toho vyplývá že je umožněna realizace jedné instrukce na několika
množinách dat. Nevýhodou je, že může pracovat jen v pevné řádové čárce.
•
Technologie SSE
Technologie SSE je modernizací technologie MMX. Obsahuje 70 nových instrukcí pro práci
se zvukem a grafikou. Umožňuje již i práci v plovoucí řádové čárce avšak jen v jednoduché
přesnosti. Je zabudována ve speciální jednotce procesoru.
Má následující výhody :
• snížení zátěže procesoru, vyšší přesnost a kratší čas při rozpoznávání řeči,
• vyšší rozlišení a vyšší kvalitu při práci s grafikou,
• vyšší kvalitu při přehrávání videa (MPEG2) a zvuku
• umožňuje provedení až 4 operací v plovoucí řádové čárce během jednoho cyklu
• umožňuje softwarové dekódování MPEG 2 při plné rychlosti,
• zlepšené načítání dat do vyrovnávací paměti, kdy se data umisťují dříve, než jsou potřeba.
-111-
50 - Základní rozhraní pro přenos dat:
Centronics, RS - 232,USB, Fire Wire
Rozhraní je propojovací systém, který realizuje přechod mezi prostředími. Je realizováno
hardwarově i softwarově. Může být vnější a vnitřní. Z hlediska přenosu bitů můžeme rozhraní
rozdělit na sériové a paralelní.
Centronics
• Nejrozšířenější paralelní rozhraní, pracuje se signály v úrovni TTL. V jednom okamžiku se
přenáší více bitů najednou, je proto asi 10 krát rychlejší než sériové rozhraní
• Realizuje běžně jednosměrnou komunikaci směrem z počítače k periferii s paral. vstupem
• Na počítače je toto rozhraní tvořeno konektory typu female (zástrčka), nejčastěji FD25.
• U počítačů PC se paralelní porty označují LPT1-3
• Používá se hlavně pro připojení tiskáren
RS-232
• Sériové rozhraní, patří mezi nejrozšířenější rozhraní u počítačů
• Bity se přes něj přenášejí jednotlivě, postupně jeden za druhým
• Výhoda spočívá v možnosti zabezpečení informací, nutnosti menšího počtu vodičů
• Konektor na zadní straně počítače je typu male, tj. trčí z něj 25 kolíků (12 V)
• U PC se sériové porty označují COM1-4 (Komunikační porty)
USB
USB bylo vyvinuto skupinou velkých firem jako otevřený nelicenční standard, který pracuje
systémem plug & play. Slouží k připojení periferií jako jsou myš, klávesnice, tiskárny,
skenery a podobně. Zařízení lze připojovat za provozu, lze připojit až 64 zařízení. Zařízení se
identifikují a nakonfigurují po výměně dat, kterou řídí počítač.
Přenášené pakety jsou proměnné délky a mohou být přenášeny rychlostí až 12 Mb/s.
Topologie USB je vystavěna relativně jednoduše. V počítači je rozhraní, které přebírá úlohu
hostitele. Odtud proudí data do monitoru nebo klávesnice, které fungují jako rozbočovače a
poskytují možnost připojení ostatních koncových zařízení. USB řídí výhradně hostitel. Každý
rozbočovač je současně opakovačem, který zesiluje signály posílané po sběrnici. Kabely pro
USB jsou na bázi kroucené dvoulinky a mají 4 vodiče - dva signální (3,3V) a 2 napájecí (5V).
FireWire
Toto rozhraní původně vyvinuté u firmy Apple počátkem devadesátých let, bylo přijato jako
oficiální standard pod názvem IEEE 1394. Jedná se o univerzální rozhraní, které je využíváno
nejen v počítačích, ale i spotřební elektronice. Je navrženo tak, aby umožňovalo komunikaci
mezi více zařízeními a aby mohlo přenášet libovolné množství signálů najednou. Je proto
možné spolu navzájem propojit například PC, skener, televizor či video kameru atd.
Bez použití dalších prvků, lze do jednoduché sítě FireWire připojit 63 zařízení. Kromě dat se
přenáší i napájení, což umožňuje u jednoduchých zařízení odstranění vlastních síťových
zdrojů. Mezi další výhody tohoto standardu patří možnost připojovat zařízení do sítě za
chodu, není nutné pracující přístroje vypínat před přidáním dalšího zařízení. Na rozdíl od
USB má i větší propustnost dat a to 100 Mb/s, což je téměř desetkrát více. Samozřejmě cena
FireWire je oproti USB vyšší.
V audiovizuální technice se někdy používají jiné označení FireWire a to DV nebo i.Link.
-112-
51 – Programovací jazyk PYTHON, vlastnosti, použití
Python je platformově nezávislý jazyk, jehož vývoj je stále otevřený a je zdarma.
Nevýhodou je, že není plně kompilovaný. Je nejprve předkompilován do bytového tvaru a pak
následně interpretován překladačem Pythonu. Jeho rychlost je srovnatelná s jazykem Perl,
Java je o něco rychlejší. Rychlost pořízení zdrojového kódu je vysoká podobně jako v Perlu.
Pouze v grafice jsou tyto jazyky dostiženy jazykem Visual Basic.
Je to jazyk objektový srovnatelný schopnostmi pouze s C++ a Javou. Grafické uživatelské
rozhraní je při použití knihovny Tk na slušné úrovni i když nedosahuje VB ani Javy.
Vývojové prostředí trpí zatím nedostatky. Lze použít jakýkoliv editor nebo trvale vyvíjené
prostředí IDLE (pro Win i Linux), které je poměrně slušné.
Python je vhodný i pro vývoj velkých projektů a má k disposici dobré programové balíky a
knihovny. Obecně platí, že výpočetně náročné části úlohy by se měly implementovat v C++
(C) a všechno ostatní v jazyce Python. Python lze propojovat s jazyky C,C++ a Java a pomocí
balíku COM i s VB, Visual C++ nebo Delphi. Je stabilní a spolehlivý.
Python má automatické řízení paměti. Typy jsou spojeny s objekty a nikoliv s proměnnými a
není je nutno předem deklarovat. Operace jsou na vyšší úrovni abstrakce než u C++ a pravidla
syntaxe jsou velmi jednoduchá. Podobně jako Perl a VB je vhodný jako skriptovací jazyk, ale
je srozumitelnější a lépe se učí.
Instalace je velmi jednoduchá, neboť stačí pouze stáhnout nejnovější distribuci pro zvolený
OS a pak ji spustit. Doporučuje se nainstalovat IDLE i s knihovnou Tcl/Tk.
Překladač obsahuje dvě možnosti a to spouštění z příkazové řádky a spouštění z prostředí
IDLE. Z příkazové řádky zavoláme Python (pokud jej máte v cestě) jinak cesta\Python.
Práce v IDLE je příjemnější a spustíme ji poklepáním na Ikonu IDLE nebo z programů
PythonWin. Pokud potřebujeme poradit funguje poměrně kvalitně funkce help(), do jejíchž
závorek napíšeme objekt nebo knihovnu na které se ptáme.
Práci ukončíme v IDLE pomocí Exit (File) a v příkazovém řádku pomocí Ctrl-Z ve WIN a
Ctrl-D v Unixech.
Práce v okně IDLE
Obvykle se začíná v nabídce Edit. IDLE zajišťuje automatické odsazování a barevné
rozlišování klíčových slov. (Lze to upravit ve volbách.) Protože celý text je ukládán do
vyrovnávací paměti, je možné jím procházet a zvolený řádek stiskem ENTER překopírovat na
nový řádek a tam jej případně upravit. Další stisk ENTER řádek vykoná. Stisky Alt-P a Alt-N
posouvají v textu nahoru a dolů. Tak můžeme snadno překopírovat příkazy z libovolné části
napsaného textu.
Struktura zápisu příkazů i zdrojového skriptu není vytvářena pomocí závorek či vyhrazených
slov ale zásadně odsazováním od levé strany, tj. pomocí mezer. Výhodou je to, že není nutno
počítat závorky, že je vidět názorně struktura programu a že zápisy jsou podobné i když je píší
různí autoři. Prostředí IDLE vytváří tuto strukturu automaticky a vracet se o úroveň zpět je
možné pomocí Backspace. Hned je třeba upozornit, že při psaní řádkových příkazů nesmíme
za výzvu Pythonu (>>>) vkládat žádnou mezeru, byla-by hlášena chyba. Komentáře
v Pythonu začínají „křížkem“ # na začátku řádku.Takový řádek je překladačem ignorován.
-113-
Proměnné není nutno deklarovat a mohou být přiřazeny libovolnému objektu. Přiřazovacím
příkazem je prosté rovnítko (=). Jazyk si automaticky vyhradí potřebnou paměť.
Interní datové typy:
•
•
•
•
•
•
Čísla
Seznamy (list)
N-tice (tuple)
Řetězec (string)
Slovník (dictionary)
Souborový objekt
-114-
52 – Operační systém DOS, vlastnosti, správa paměti,
souborový systém
Operační systém zajišťuje komunikaci s uživatelem a obsahuje základní funkce pro činnost
počítače, přiděluje jednotlivým uživatelským programům systémové prostředky, komunikuje
s vstupně-výstupními zařízeními, zajišťuje ošetření chyb vzniklých během programu.
Operační systém MS-DOS (MicroSoft Disc Operating System)
Vlastnosti:
•
•
•
•
•
•
modulární = rozdělen do několika modulů
diskový – je celý umístěn na disku
hierarchický –vrstvový, jeho složky na sebe navazují ve vrstvách
jednouživatelský
jednoúlohový
pracuje v textovém režimu v příkazové řádce.
Nejvyšší verze MS-DOSu je verze 6.22
V sytému Windows 95/98 je možnost se přepnout do systému MS-DOS, který má verzi 7.0
MS-DOS je 16-ti bitový OS, vznikl ze systému CP/M pro osmibitový procesor i8080.
Nezávisle ho vyráběly i jiné firmy IBM –PC DOS, Novell – DR DOS –umožňoval přepínání
úloh. Bylo pro něj vytvořeno mnoho rozšiřujících nástrojů. Např. DOS Extenders, který
dokázal spustit pod DOSem 32 bitové programy v chráněném módu.
Výhody – je úsporný, průhledný, nemá velké nároky na hardware.
Nevýhody – jednoúlohovost, je pouze 16-ti bitový, práce s příkazovým řádkem v době
graf. rozhraní rovněž není ideální, pracuje pouze v reálném módu procesoru.
Systémové soubory :
IO.SYS – rozšíření BIOSu, komunikace s obrazovkou, klávesnicí, diskem, myší, ...
MSDOS.SYS - jádro systému, zavede vektory přerušení DOSu.
COMMAND.COM – interpret příkazů, zprostředkovává styk s uživatelem, základní příkazy.
Konfigurační soubory :
CONFIG.SYS – textový soubor. Určitou syntaxí je v něm nastavena konfigurace počítače
jako například správa paměti, velikosti bufferu, ovladače vstupních a
výstupních zařízení (CD-ROM)
AUTOEXEC.BAT – textový spustitelný (dávkový) soubor – nastaví jazyk, cesty, paměťové
proměnné a spustí potřebné programy.
Souborový systém: FAT16
-115-
53 - Operační systém Windows, vlastnosti, správa paměti,
souborový systém, procesy, služby
Základní vlastnosti
Byl navržen tak, aby s ním byl schopen pracovat kdokoliv už při prvním použití. V základním
stavu je jednouživatelský a pokud chceme, aby pracoval síťově, jeho náročnost roste lineárně,
co se týče počtu připojených počítačů. V tomto operačním systému je hodně věcí
přednastaveno a nedají se změnit. Vyžadují grafické rozhraní a mají systém oken pevně dán,
což je jejich nevýhoda.
Správa paměti
Ve Windows můžeme fyzický disk rozdělit na části – logické disky, které jsou pojmenovány
písmeny velké abecedy. Maximální velikost logického disku je zde omezena velikostí
fyzického disku. Souborový systém je pevně dán a je reprezentován FAT tabulkou, která nám
omezuje minimální velikost zabíraného místa na disku jedním, třeba i jednobitovým
souborem. Názvy souborů nejsou „case – sensitive“ (nerozlišují velikosti písmen).
Stabilita
Jsou známy velmi jednoduché triky, jak „kousnout“ starší verze Windows, např. 95. Pokud se
zakáže přerušení a za něj se vloží smyčka, pak jsou Windows odsouzeny k věčnému spánku.
Jádro operačního systému se má starat o spojení mezi programem a vnějšími zařízeními
(obrazovka, paměť) a pokud program chce přistoupit přímo, jádro by mu to mělo zakázat. Ve
Windows však existují díry v jádru, díky nimž se to programu občas podaří a pokud zapisuje
někam, kam nemá, Windows spadnou.
WINDOWS 1.0
V srpnu 1985 vyšla první oficiální verze Windows. Umožnila uživateli používat myš a
spouštět více programů dohromady, a to v oknech. Windows dokázal zobrazit až 256 barev,
což bylo vzhledem ke strohému DOS slušné. U oken bylo možné měnit velikost, ale jen
vertikálně. Samozřejmostí byla minimalizace a maximalizace. Okna se minimalizovala do
ikon, které se umístily do vymezeného prostoru v dolní části obrazovky. Chybí zde však
možnost překrývání oken.
WINDOWS 2.0
Byly vydány v listopadu 1987. Druhá verze obsahuje drobná vylepšení. Na první pohled je to
změna barevného schématu (např. zelené pozadí je nyní modré), při důkladnějším pohledu je
zde nová funkce – umožňuje překrývání oken a změnu jejich šířky. Příjemnou novinkou byla
také podpora klávesových zkratek, jako např. Alt-F4 nebo Alt-Tab. Programové vybavení
zůstalo stejné. Nyní bylo však možné k Windows dokoupit software jako Word či Excel.
WINDOWS 3.1
Grafický 16-bitový operační systém kooperativního typu – (4 MB RAM) – Start z DOSu.
WINDOWS 95
Po dlouhodobém vývoji přišel následovník Windows 3.11 na svět. Původně byl zamýšlen
jako plně 32-bitový systém s podporou úplného multitaskingu. Microsoft však nezměnil celý
systém, části zůstaly 16-bitové kvůli kompatibilitě a době vývoje. Tento fakt se dotkl
výkonnosti a pevnosti Windows. DOS byl stále vyžadován – je součástí systému. Windows
95 dostal zcela nové uživatelské rozhraní, v němž se základní příkazy přesunuly do Nabídky
Start. Plocha byla změněna na stále otevřenou složku určenou k ukládání zástupců. Přibyl
také koš.
-116-
Microsoft uvolnil celkem 5 verzí Windows 95. První byla následována Windows 95 A, který
byl obohacen o balík OEM Service Release. Jako třetí Microsoft vydal Windows 95 B
zahrnující Internet Explorer 3.0 a nový systém souborů FAT 32 (umožňoval vytvořit diskovou
jednotku větší než 2 GB). Čtvrtý Windows 95B USB byl obohacen o podporu USB zařízení.
Výčet zakončuje Windows 95 C, který přinesl Internet Explorer 4.0 a byl nabízen jako
bezplatná aktualizace. Je možno si vybrat souborový systém FAT 16 nebo FAT 32. Tabulka
FAT 32 je vylepšený souborový systém FAT 16, lépe využívá prostor na disku a má menší
velikost clusteru. Vyznačuje se následujícími vylepšeními – velikost logického disku může
být až 2 TB, disk obsahuje jedinou tabulku FAT, má menší velikost clusterů a tím i větší
využitelnost disku. Grafický 32-bitový operační systém preemptivního typu pro 32-bitové
aplikace (spouští 16-bitové aplikace kooperativním způsobem) – DOS je vnitřní součástí
systému – (8 MB RAM).
WINDOWS 98
V červnu 1998 přichází Windows 98, který je pokládán za menší úpravu Windows 95. Tato
úprava obsahovala např. nové ovladače zařízení, FAT 32 a Internet Explorer. Přibyl nový
Media Player s podporou MPEG (video, hudba v MP3). Pro snazší údržbu počítače byly
dodávány jednoduché aplikace (např. průvodce údržbou systému, vyčištění disku). O rok
později vydal Microsoft Windows 98 SECOND EDITION, který obsahoval sdílení připojení
k internetu v síti. Je možno si vybrat souborový systém FAT 16 nebo FAT 32.
WINDOWS MILLENIUM EDITION
Microsoft se ještě rozhodl vydat po Windows 2000 posledního zástupce založeného na DOSu.
Byla vylepšena podpora hardware a uživatelská práce byla zjednodušena průvodci. Uživatele
přitáhl nový Windows Media Player 7 a Windows Movie Maker pro stříhání videa.
Bezpečnost se zvýšila díky funkci obnovení systému, automatickým aktualizacím nebo
ochrany systémových souborů. Některé funkce byly převzaty z Windows 2000, ale stabilita a
bezpečnost zůstala na nízké úrovni. Tím byl vývoj Windows založený na DOSu ukončen.
WINDOWS NT 3.1
Výsledné Windows NT 3.1 mělo nahradit Windows 3.1 založené na DOSu. Proto první verze
NT (New Technology) nesla číslo 3.1, aby se zdálo, že se jedná o vylepšené 3.1. Přestože
byly založené na úplně jiném principu, Windows 3.1 byla pouze grafická nadstavba, zatímco
Windows NT je operačním systémem (nepotřebuje DOS). Jednalo se o velice náročný systém
– jak hardware, tak na ovládání. Pro běžného uživatele neměl Windows NT žádný význam.
Obsahuje souborový systém NTFS. Není založen na základech DOSu. Z tohoto důvodu není
možno pracovat DOSovými programy. Systém je založen na stromové struktuře a základní
částí je MFT (Master File Table). Pro případ poškození této tabulky je MFT umístěn jako
záloha tzv. zrcadlící soubor. Celý systém průběžně sleduje všechny změny ve struktuře disku
a v případě kolapsu systému se MFTS automaticky vrací k poslední platné struktuře disku.
Oproti FAT 32 má bezpečnostní systém a správu dat.
Hlavní znaky tohoto systému jsou - MFT je na disku uložena ve více kopiích, názvy souborů
mohou být dlouhé až 256 znaků, maximální velikosti jednotky je 1024 GB.
Grafický 32-bitový síťový operační systém preemptivního typu – pro své nároky není vhodný
pro sólové počítače – (16 MB RAM) – stabilní a výkonný.
WINDOWS 2000
S jejich příchodem se objevuje nová verze souborového systému zvaná NTFS 5, která má
vylepšené sledování všech aktivit probíhajících v systému, data je možno šifrovat a dešifrovat
v reálném čase, a to jak při čtení, tak i při zápisu na disk, administrátor může vymezit velikost
místa pro jednotlivé uživatele.
-117-
Verze Windows pod Dos
Oficiální název
Rok vydání
1.01 1.02 1.03 1.04
2.03
3.1 3.11
4.0
4.1
4.9
Windows 1.0x
Windows 2.0
Windows 3.1
Windows 95a,b,c
Windows 98,98 SE
Windows ME
1985-7
1987
1992-3
1995-7
1998
2000
Verze Windows NT
3.1
5.0
5.1
Oficiální název
Windows NT 3.1
Windows 2000
Windows XP
Rok vydání
1993
1999
2001
Microsoft Windows je řada grafických multitaskingových operačních systémů společnosti
Microsoft. Až na výjimky jsou určené pro osobní počítače (PC) s procesory Intel
kompatibilními; kombinace tohoto hardware a systémů Microsoft Windows se někdy nazývá
platforma Wintel.
Microsoft uvedl první Windows na trh v roce 1985, tehdy jen jako nadstavbové grafické
uživatelské prostředí (GUI; odtud i název - "okna") nad svým tehdejším standardním
operačním systémem MS-DOS. První verzí, která došla mezi dobovou konkurencí podobných
produktů skutečného rozšíření mezi uživateli, byla verze 3 (1990). Verze Windows 3.11
(1992) je doposud mnohde používána na starších počítačích.
Následně vývoj pokračoval ve dvou větvích: větví Windows NT (New Technology - nová
technologie), která byla samostatným operačním systémem částečně odvozeným od OS/2 byla
určena k profesionálnímu použití a větví Windows 95 pro domácí uživatele, která byla stále
založena na DOSu a byla známá nízkou stabilitou. Jejím dalším vylepšením byla verze
Windows 98, kterou doposud používají desítky procent uživatelů.
Vývoj větve NT pokračoval do verze 4.0. Následně Microsoft vydal verzi Windows 2000,
která je pokračováním větve NT, nicméně měla spojovat i některé vlastnosti verzí 95 a 98.
Příslib, že tím dojde ke spojení obou větví, ale nebyl naplněn a Microsoft uvedl dílčí
vylepšení verze 98 pod názvem ME (Millennium Edition - vydání k novému tisíciletí).
V roce 2001 Microsoft vydal verzi Windows XP (eXPerience - zkušenost), která je
vylepšením Windows 2000; s vývojem řady 9x již nepokračuje.
Dalším pokračovatelem řady NT je verze Windows Server 2003, určená pro serverové
nasazení. V současné době vyvíjí novou verzi s názvem Windows Vista (známější spíše pod
kódovým označením Longhorn).
Mimo to existuje řada Windows určená pro malé kapesní počítače (PDA) a jiné elektronické
přístroje označovaná původně CE. Dříve se tato řada jmenovala Windows Pocket PC Edition,
později došlo k přejmenování na Windows Mobile.
-118-
54 – Operační systém Linux
Základní vlastnosti
Linux je operační systém, který vychází z Unixu a přejímá všechny jeho podstatné rysy.
Znamená to, že podporuje paralelní zpracování několika úloh (tzv. multitasking). U jednoho
počítače může pracovat neomezený počet uživatelů. Bez uživatelského účtu a hesla se do
systému vůbec nedostanete. Systém nabízí několik uživatelských rozhraní: textovou konzoli
nebo nějaké z grafických rozhraní (neznámější je KDE a GNOME). Systém je možno
spravovat i vzdáleně po síti, stejně jako je možné se k počítači s Linuxem vzdáleně hlásit a
spouštět si na něm nejrůznější programy.
Linux je systém založený na textových souborech. Všechna nastavení, konfigurace, vlastnosti
uživatelů a jiné důležité systémové informace jsou uloženy v obyčejných textových
souborech. Pro správu systému tedy na nejnižší úrovni nepotřebujete nic jiného, než jen
obyčejný textový editor a znalosti. A na závěr ještě jedna nezanedbatelná vlastnost Linuxu:
dostupnost dokumentace. Všechny příkazy operačního systému stejně jako konfigurační
soubory jsou podrobně dokumentovány. Dokumentace je dostupná přímo jako součást
operačního systému.
Jednou ze základních vlastností Linuxu je podpora více uživatelů. Každý z nich má v systému
svůj účet chráněný uživatelským jménem a heslem. Nad uživateli systému vždy vládne jeden
nejmocnější uživatel, který se jmenuje root (někdy se používá termín superuživatel). Jako
jediný smí opravdu všechno a jako jediný má také právo přístupu ke všem částem diskového
prostoru
Souborový systém
Linux používá souborový systém ext2, ale dokáže pracovat i s jinými typy. Proto lze v Linuxu
bez větších problémů pracovat s disky formátovanými pro Windows či jiné operační systémy.
(Ve Windows ale bez nějakého pomocného programu disk se souborovým systémem ext2
vůbec neuvidíte.)
V Linuxu existuje jen jeden kořenový adresář, ze kterého dále vyrůstá vlastní struktura
vnořených adresářů - adresářový strom. Cestu k souboru je možno vyjádřit buď absolutně,
tedy se začátkem v kořenovém adresáři, nebo relativně, se začátkem v adresáři, kde se právě
nacházíte. Absolutní cesta vždy začíná lomítkem. Aktuální adresář se označuje jednou tečkou,
nadřazený dvěma tečkami.
Díky souborovému systému ext2 také v Linuxu vždy poznáte, komu který soubor či adresář
patří. Informace o majiteli je totiž nedílnou součástí souboru. Pro každý soubor a adresář se
nastavují práva ve třech úrovních: pro samotného vlastníka, pro skupinu uživatelů, do níž
vlastník patří a pro všechny ostatní uživatele.
Kromě vlastního souborového systému určujícího jak fyzicky soubory ukládat existuje ještě
dohoda, kam je ukládat. V každém Linuxu proto najdete v kořenovém adresáři podobnou
strukturu adresářů. Zde jsou ty nejdůležitější:
-119-
•
•
•
•
•
•
•
bin obsahuje příkazy operačního systému, které mají právo spouštět všichni uživatelé.
sbin je naopak zaplněn příkazy, jež smí spouštět jen správce systému (tzv. root)
etc obsahuje nejrůznější konfigurační soubory a nastavení. Zpravidla sem smí
zapisovat jen root
dev slouží pro práci se všemi zařízeními systému: disky, porty nebo terminály
home obsahuje domovské adresáře jednotlivých uživatelů systému
mnt slouží k připojení nejrůznějších externích zařízení
usr obsahuje vše co se nějak týká vlastního počítače
Distribuce
V Linuxu není na rozdíl od jiných systémů k dispozici jen jedna instalovatelná verze systému.
Každý má právo si vzít jádro Linuxu, základní programy a postavit si kolem nich vlastní
systém - distribuci. Distribuce je tedy Linux připravený k instalaci doplněný zpravidla řadou
dalších programů, dokumentace a konfiguračních nástrojů. Všechny nejpopulárnější
distribuce jsou vybaveny instalačním programem, který Linux nainstaluje bez větších
problémů a velmi rychle.
Mezi nejznámější patří například MandrivaLinux (dříve Mandrake), která je nejsnazší na
použití i pro linuxové začátečníky. Dále distribuce Debian, která se stala inspirací pro řadu
dalších, jako je například Corel Linux od firmy Corel. Používá vlastní systém balíčků pro
instalaci programů, je vybavena grafickým rozhraním GNOME i KDE. V Čechách
pravděpodobně nejrozšířenější distribucí je RedHat nejspíš také proto, že byl jednou z prvních
distribucí s bezproblémovou češtinou. Používá vlastní systém balíčků pro programy (rpm),
který přebírají rovněž všechny odvozené distribuce (Turbo Linux, Mandriva). SuSE Linux je
velmi rozšířený v Evropě, zejména v Německu. S češtinou nemá žádné problémy, součástí
balíčku s instalačními médii je i česká instalační příručka.
-120-
55 – Porovnejte vlastnosti OS DOS, Windows a Linux
MS-DOS
Je jednouživatelský, je schopen používat informace pouze z jednoho vstupního zařízení. Je
jednoprogramový, podporuje spuštění a běh pouze jedné úlohy (výjimku tvoří služební
programy PRINT). Tvoří hierarchickou strukturu - systém je rozdělen do několika částí, mezi
kterými je definováno rozhraní,jehož prostřednictvím mezi sebou jednotlivé části komunikují.
Používá se souborový systém FAT16.
Linux
Operační systém Linux je víceúlohový, víceuživatelský volně šiřitelný OS typu UNIX. Jeho
autorem je Linus Torvalds a mnoho dalšich programátorů v Internetu. Jádro Linuxu je volně
šiřitelné (public domain) podle pravidel GNU General Public License. Linux byl původně
psán pro architekturu IBM PC s procesorem i386 a vyšším, v současné době existují i verze
pro některé další architektury. Jednou z hlavních výhod oproti komerčním UNIXům je
jeho nulová cena, dále snadno dostupný základní software a v neposlední řadě také nízké
nároky na hardware a velmi příznivý výkon. Často je také k dispozici více dokumentace než k
jiným systémům. Má textový a grafický režim. Výhodou systému Linux je, že jakmile někdo
objeví chybu systému, ohlásí ji ostatním nebo ji sám přeprogramuje a opraví. Nevýhodou je,
že nejsou pro všechen hardware k dispozici i ovladače pro Linux. Používá se souborový
systém ext2.
Windows
Nejrozšířenější Operační systém na světě. Je vyroben firmou Microsoft v čele s Billem
Gatesem. Pracují v grafickém režimu. Windows jsou velice jednoduché na ovládání. Jsou
méně spolehlivé něž Linux a stále více lidí od nich ustupuje. Používá se souborový systém
FAT32 a NTFS.
Porovnání vlastností
OS
jednouživatelský Víceuživatelský
DOS
X
WIN 3.11
X
WIN 95/98/ME
X
WIN NT/2000
X
UNIX/LINUX
X
-121-
Víceúlohový
X
X
X
X
Rozhraní
Text
Graf
Graf
Graf
Text/Graf
Porovnání Windows 9x a Linux:
Windows 9x: adresáře se odděluji \
Linux: adresáře se odděluji / (normální lomítko)
Windows 9x: nerozlisuji se písmena
Linux: rozlisuji se velká a malá písmena
Windows 9x: disky C:, D:, E:, atd.
Linux: "/" je kořenový adresář kde je všechno
Windows 9x: disketa A:
Linux: /mnt/floppy
Windows 9x: CD-ROM mechanika
Linux: /mnt/cdrom
Windows 9x: C:\My Documents
Linux: /home/uzivatel, zkrácená často "~/"
Windows 9x: C:\Windows\Plocha
Linux: ~/Desktop (nebo ~/.gnome-desktop)
Windows 9x:Alt+Tab přepíná okna
Linux:V prostředí X11 to funguje taky, ovšem dále existuji virtuální konzole Alt+F1..
Alt+F6, a grafická (X11) konzole Alt+F7, zpět z grafické konzole na textovou je možné se
přepnout: Ctrl+Alt+F1 ... Ctrl+Alt+F6
-122-
56 – Realizace přenosového kanálu
Přenosový kanál: soubor technických prostředků nutných k zabezpečení přenosu signálu od
zdroje k příjemci
V síti Internet se pro realizaci přenosu mezi počítači vytvářejí přenosové kanály někdy také
charakterizované jako virtuální přenosové kanály. Virtuální - což znamená pomyslné - proto,
že o jejich existenci vědí pouze počítače, mezi nimiž je přenosový kanál vytvořen. Vytvoření
přenosového kanálu nedefinuje jeho kapacitu, neurčuje konkrétní přenosové linky, kudy bude
komunikace probíhat, není ani zabezpečeno, aby v případě výpadku linky byla tato informace
předána na dotyčné počítače. Původní koncepce přenosu na lince spojující dva počítače
vychází z toho, že pokud to její kapacita dovolí, jsou zde přenášeny IP-datagramy, aniž se
přitom zkoumá, k jaké funkci patří. Takže potom není ani dost dobře možné kontrolovat
všechny virtuální kanály, které by přes tuto linku mohly vést.
Přenosový kanál je definován čtveřicí číselných hodnot.
IP-adresou počátečního počítače a IP-adresou cílového počítače a dále porty cílového a
počátečního počítače.
Port je číslo, které má rozlišit různé funkce, ke kterým byl přenosový kanál vytvářen.
Obrazně řečeno má vyjádřit způsob, jímž je přenosový kanál "ukotven" k počátečnímu
i cílovému počítači.
Pro běžné funkce se v Internetu standardně používají pro port tyto implicitní hodnoty:
funkce
FTP
TELNET
SMTP
-----Gopher
WWW
port funkce + popis
Tento protokol provádí zprostředkování přenosu dat mezi počítači různých
operačníchsystémů.
Lze se s ním připojit prakticky kamkoliv němu lze pracovat se vzdáleným
23 počítačem, stejně jako bychom pracovali s terminálem k němu
připojeným.
slouží k přenosu elektronické pošty poštovním klientem. Je to poštovní
25 protokol pomocí něhož se posílají jak jednoduché, tak i multimediální
zprávy
21
70
80
FTP,SMTP,WWW - jsou aplikace TCP-přenos
Již hodnoty implicitně stanovených portů v Internetu dávají tušit, proč právě tyto funkce byly
v předchozím ( na rozdíl od funkcí jiných ) uvedeny jako charakteristické pro funkční pohled
na počítač připojený do Internetu. Jen dodejme, že podle SMTP - zkratka Simple Mail
Transfer Protocol - pracují v pozadí programy přenášející dopisy.
-123-
Přitom první tři (historické) funkce představují tzv. spojovanou spolupráci programového
vybavení na dvou počítačích. To znamená, že virtuální kanál je otevřen po celou dobu seance
( zakončované explicitně příkazy jako quit , bye , logout a podobně ).
Gopher a WWW naopak představují typickou nespojovanou spolupráci klient-programu se
server-programem. Přenosový kanál se vždy znovu vytváří pro každý požadavek zadávaný
serveru. Po odpovědi serveru je kanál zrušen. ( To zároveň vysvětluje, proč se v těchto
případech někdy hovoří o síti Gopher serverů nebo WWW serverů .) Je potřeba zdůraznit, že
pro určení přenosového kanálu je možné implicitní hodnotu portu používat pouze pro cílový
počítač!
Představme si, že by ve výše zmiňovaném příkladu současně s uživatelem User1 otvíral
funkci TELNET ve stejném směru i třeba uživatel User4. Pokud bychom i pro port na
počátečním počítači použili standardní hodnotu 23 , nemohli bychom tyto dva virtuální kanály
rozlišit. Proto je port počátečního počítače generován (jeho) systémem, aby bylo zaručeno, že
v každé čtveřici definující virtuální kanál je alespoň jedno číslo odlišné. Jakým způsobem je
zajišťováno generování odlišné hodnoty počátečního portu závisí na způsobu implementace v
operačním systému. V našem příkladu to zajišťuje část TCP a IP , která obhospodařuje
veškerou komunikaci do sítě.
Je-li přenosový kanál otevřen, nemusí být určující čtveřice čísel - dvakrát 32-bitová hodnota
adres počítačů a dvakrát 16-bitová hodnota portů - po celou dobu konstantní. V Internetu
existují prostředky, aby bylo možno ( v průběhu seance ) změnit port, lze vzájemně zaměnit
roli cílového a počátečního počítače, otevírat další virtuální kanály a podobně.
Například FTP vytváří pro vlastní přenos souboru ještě druhý virtuální kanál, a to opačným
směrem. Přitom tento druhý, tzv. datový kanál, může být otevřen buď po celou dobu seance
anebo jen po dobu přenosu některého souboru.
-124-
57 – Model OSI : popis vrstev
Model RM OSI je referenční komunikační model označený zkratkou slovního spojení
Reference Model of Open Systems Interconnection definovaný organizací ISO. Rozděluje
vzájemnou komunikaci mezi počítači do sedmi souvisejících vrstev. Zmíněné vrstvy jsou též
známé pod označením Sada vrstev protokolu.
Úkolem každé vrstvy je poskytovat služby následující vyšší vrstvě a nezatěžovat vyšší vrstvu
detaily o tom jak je služba ve skutečnosti realizována. Komunikace probíhá definovaným
způsobem mezi sousedními vrstvami modelu. Než se data přesunou z jedné vrstvy do druhé,
rozdělí se do paketů. V každé vrstvě se pak k paketu přidávají další doplňkové informace
(formátování, adresa), které jsou nezbytné pro úspěšný přenos po síti.
Uvedený model obsahuje následující vrstvy (každá vyšší vrstva využívá funkce vrstvy nižší.)
1. Fyzická vrstva
Definuje prostředky pro komunikaci s přenosovým médiem a s technickými prostředky
rozhraní. Dále definuje fyzické, elektrické, mechanické a funkční parametry týkající se
fyzického propojení jednotlivých zařízení. Je hardwarová.
2. Linková vrstva
Zajišťuje integritu toku dat z jednoho uzlu sítě na druhý. V rámci této činnosti je prováděna
synchronizace bloků dat a řízení jejich toku. Je hardwarová.
3. Síťová vrstva
Definuje protokoly pro směrování dat, jejichž prostřednictvím je zajištěn přenos informací do
požadovaného cílového uzlu. V lokální síti vůbec nemusí být pokud se nepoužívá směrování.
Tato vrstva i všechny vyšší vrstvy jsou již softwarové.
4. Transportní vrstva
Definuje protokoly pro strukturované zprávy a zabezpečuje bezchybnost přenosu (provádí
některé chybové kontroly). Řeší například rozdělení souboru na pakety a potvrzování.
Je softwarová
5. Relační vrstva
Koordinuje komunikace a udržuje relaci tak dlouho, dokud je potřebná. Dále zajišťuje
zabezpečovací, přihlašovací a správní funkce. Je softwarová
-125-
6. Prezentační vrstva
Věnuje se řízení sítě. Specifikuje způsob, jakým jsou data formátována, prezentována,
transformována a kódována. Provádí převod informace do tvaru vhodného pro přenos. Řeší
například háčky a čárky, CRC, kompresi a dekompresi, šifrování dat. Je softwarová.
7. Aplikační vrstva
Je to v modelu vrstva nejvyšší. Realizuje funkce přístupné uživateli. Jedná se například o
přenos souborů, elektronickou poštu, vzdálené spouštění úloh atd. V ní se pomocí programů
převádějí data do vhodné podoby pro počítač. Používá služby nižších vrstev a díky tomu je
izolována od problémů síťových technických prostředků.
-126-
58 – Topologie sítě: typy, základní vlastnosti,použití
Všechny návrhy sítě vycházejí ze tří základních topologií:
•
•
•
sběrnicová topologie
hvězdicová topologie
kruhová topologie
Zatímco tyto tři základní topologie jsou samy o sobě jednoduché, v praxi používané varianty
často kombinují vlastnosti více než jedné topologie. Další možnosti topologie sítě:
•
•
•
hvězdicový kruh
polygonální struktura
stromová struktura
Sběrnicová topologie
Sběrnicová topologie je nejjednodušší a nejčastější způsob zapojení počítačů do sítě. Skládá
se z jediného kabelu nazývaného hlavní kabel (také páteř nebo segment), který v jedné řadě
propojuje všechny počítače v síti. Počítače v síti se sběrnicovou topologií komunikují tak, že
adresují data konkrétnímu počítači a posílají tato data po kabelu ve formě el. signálů.
Výhody:
+
+
+
+
Ekonomické využití kabelu
Média nejsou drahá a snadno se s nimi pracuje
Jednoduchá, spolehlivá
Snadno se rozšiřuje
Nevýhody:
− Síť může při velkém provozu zpomalit
− Problémy se obtížně izolují
− Porušení kabelu může ovlivnit mnoho uživatelů
-127-
Hvězdicová topologie
Ve hvězdicové topologii jsou počítače propojeny pomocí kabelových segmentů k centrálnímu
prvku sítě, nazývanému rozbočovač (HUB). Signály se přenáší z vysílacího počítače přes
rozbočovače do všech počítačů v síti. Tato topologie pochází z počátků používání výpočetní
techniky, kdy bývaly počítače připojeny k centrálnímu počítači mainframe. Mezi každými
dvěma stanicemi musí existovat jen jedna cesta!
Pokud ve hvězdicové síti selže jeden počítač nebo kabel, který ho připojuje k rozbočovači,
pouze tento nefunkční počítač nebude moci posílat nebo přijímat data ze sítě. Zbývající část
sítě bude i nadále fungovat normálně.
Výhody:
+ Snadná modifikace a přidávání nových počítačů.
+ Centrální monitorování a správa
+ Selhání jednoho počítače neovlivní zbytek sítě
Nevýhody:
− Pokud selže centrální prvek, selže celá síť
Polygonální struktura
Polygonální struktura počítačové sítě (obr. 11.6) je taková struktura u níž je každý uzel
počítačové sítě propojen s každým dalším uzlem. Takováto počítačová síť je nejspolehlivější,
má nejvyšší výkonnost, ale je též nejdražší díky vedení mezi jednotlivými uzly. Počet vedení
roste dle vzorce
N = [n * (n-1)]/2
-128-
Kruhová topologie
Prstencová topologie propojuje počítače pomocí kabelu v jediném okruhu. Neexistují žádné
zakončené konce. Signál postupuje po smyčce v jednom směru a prochází všemi počítači.
Narozdíl od pasivní sběrnicové topologie funguje každý počítač jako opakovač, tzn. že
zesiluje signál a posílá ho do dalšího počítače. Protože signál prochází všemi počítači, může
mít selhání jednoho počítače dopad na celou síť.
Předávání známky
Jeden způsob přenosu dat po kruhu se nazývá předávání tokenu. Token se posílá z jednoho
počítače na druhý, dokud se nedostane do počítače, který má data k odeslání. Vysílající
počítač známku pozmění, přiřadí datům elektronickou adresu a pošle ji dál po okruhu.
Data procházejí všemi počítači, dokud nenaleznou počítač s adresou, která odpovídá jim
přiřazené adrese. Přijímací počítač vrátí vysílacímu počítači zprávu, že data byla přijata. Po
ověření vytvoří vysílací počítač novou známku a uvolní ji do sítě.
Může se zdát, že oběh tokenu trvá dlouho, ale ve skutečnosti se přenáší přibližně rychlostí
světla. Používá se ještě dvojitý kruh, který snese vyšší zatížení při ceně ne o mnoho vyšší a je
vhodný pro páteřní sítě.
Výhody:
+ Rovnocenný přístup pro všechny počítače
+ Vyvážený výkon i při velkém počtu uživatelů
Nevýhody:
− Selhání jednoho počítače může mít dopad na zbytek sítě
− Problémy se obtížně izolují
− Rekonfigurace sítě přeruší její provoz
-129-
59 - Kódování a modulace
Kódování: převedení zprávy na signály, které se dají šířit po přenosovém kanálu
Běžný neupravený datový signál obsahuje stejnosměrnou složku a proto není vhodný pro
přímý přenos datovým kanálem. Tato složka činí při přenosu potíže a to ať jde o elektrické
vlastnosti kanálu nebo pro nutnost galvanického oddělení kanálu transformátorem. Další
vlastností původního datového signálu je nezaručený výskyt elektrických změn, o které se lze
opřít při vzorkování na straně přijímače.
Stejnosměrnou složku lze z datového signálu lze odstranit vhodným kódováním a navíc
doplnit o změny usnadňující jeho příjem.
Používané kódování je následující:
•
•
•
Kód NRZI je používán u sítí pracujících v základním pásmu a ve spojení s modulací i v
sítích širokopásmových.
Fázovou modulaci NRZ (kód Manchester) používá například síť Ethernet.
Diferenciální fázová modulace NRZ (diferenciální Manchester) je použita v lokálních
sítích podle doporučení IEEE 802.5.
Dalším úkolem kódování je dát signálu na médiu pseudonáhodný charakter, což se označuje
jako scrambling.
Zajištění vzájemné synchronizace vysílače a přijímače mají za úkol metody bitové synchronizace. Tu lze zajistit několika způsoby. Mohli bychom například vedle vlastního datového
signálu přenášet signál hodinový, který označuje místa, ve kterých máme vzorkovat.
Rozumnější je však vybavit přijímač samostatným generátorem hodin a tento generátor
fázově synchronizovat s přijímaným signálem. Podmínkou správné funkce fázového závěsu je
dostatečný výskyt změn v přenášeném signálu, což zajistí vhodné kódování (např. kódy
Manchester) používané u starších lokálních síti
Obr. - Kódování datového signálu v lokálních sítích
-130-
Dalším úkolem přijímače je určení začátku jednotlivých rámců v přenášené bitové
posloupnosti, neboli rámcová synchronizace. U starších sítí se obvykle zajišťuje
porovnáváním úseku přijímané bitové posloupnosti se synchronizačním znakem nebo
rámcovou značkou (křídlová značka, flag). Novější řešení jsou založena na použití
nedatových prvků v signálu nebo nedatových kombinacích bitů v kódech 4B5B a 5B6B.
Přenos kódovaného datového signálu označujeme jako přenos v základním pásmu. Pokud
chceme pro přenos využít kmitočtového pásma, které neobsahuje základní harmonické
přenášeného datového signálu, musíme sáhnout k modulaci.
Je-li nosným signálem harmonický signál u(t) = Usin(ω.t +φ) , můžeme modulací ovlivnit
jeho amplitudu U, kmitočet ω, nebo fázi φ.
V lokálních sítích využívajících elektrických signálů používáme nejčastěji kmitočtovou nebo
fázovou modulaci, v lokálních sítích optických používáme modulaci amplitudovou.
Kmitočtové spektrum modulovaného harmonického signálu leží v jiné kmitočtové oblasti než
spektrum signálu modulačního - mluvíme o přenosu v přeloženém pásmu.
Modulace
Modulace je proces, kterým musí projít každý analogový i digitální signál předtím, než je
odvysílán. Modulace je ovlivňování některého vysokofrekvenčního (VF) parametru signálu
přenášenou informací. Zařízení, které provádí modulaci se nazývá modulátor. Opakem
modulace je demodulace, která se provádí v přijímači
Pojmy:
•
•
•
modulační signál - signál, který chceme modulovat, neboli vstupní signál
modulovaný signál - signál po procesu modulace, neboli výstupní signál
nosný signál - většinou stálý signál na který modulujeme, neboli přidáváme data
Amplitudová modulace
V závislosti na okamžité hodnotě
modulačního signálu se mění i amplituda
nosného signálu. Frekvence ani fáze se u
této modulace nemění.
Frekvenční modulace
Frekvenční modulace signálu y v
závislosti na čase tV závislosti na
okamžité hodnotě modulačního signálu
se mění i frekvence nosného signálu.
Amplituda ani fáze se u této modulace
nemění.
Fázová modulace
V závislosti na změně modulačního signálu se mění i fáze nosného signálu. Amplituda ani
frekvence se u této modulace nemění.
-131-
60 - Typy sítí: dělení podle velikosti, přístupové metody
Dělení podle rozlehlosti sítě:
LAN (Local Area Network)
•
•
•
•
•
•
lokální datová síť pokrývající území např. podniku nebo dané lokality s dosahem do 10km
pro řešení úkolů, které řeší větší počet počítačů vzdálených od sebe (např. v objektu)
pevné propojení kabelem, nikoliv dočasné připojení (modemem)
mohou být připojeny osobní PC, pracovní stanice nebo střediskové počítače
všechny vybaveny příslušným síťovým adaptérem
výkonný komunikační systém, sdílení prostředků, RAID, tiskárny, periferie, společné
informace, zvýšení spolehlivosti, zálohování, …
základní vlastnosti:
•
•
•
•
•
•
•
využití jediné společné přenosové cesty pro větší počet zařízení
sériový způsob přenosu dat
datová komunikace bez nutnosti navazování spojení a přenosem bitových posloupností
proměnné délky (rámců)
relativně vysoké přenosové rychlosti
omezený dosah
uzavřená síť pro skupinu účastníků; soukromá síť
přenos dat signály v základním pásmu, nebo modulované signály v proloženém pásmu
MAN (Metropolitan Area Network)
•
•
•
•
•
městské datové sítě pokrývající území města, přičemž se skládají ze vzdálených sítí
města či areály budov s počtem do 500 uzlů a na vzdálenost do 100km
především jako prostředek pro vysokorychlostní propojení jednotlivých sítí LAN,
sálových počítačů či pracovních stanic (oproti WAN víceméně nesnižuje výkon při
běžných aplikacích)
používají se distribuovaná datová rozhranní s optickými vlákny (FDDI – Fiber Distributed
Data Interface), která používají k řízení přístupu předávání tokenu.
slouží většinou jako páteřní síť
základní vlastnosti:
•
•
•
•
•
vysoká propustnost
přenosové rychlosti větší než 140Mb/s
společné používání přenosové cesty uživateli sítě
malé zpoždění přenosu
podpora hybridního přenosu
WAN (Wide Area Network)
•
dálková počítačová síť není omezena rozsahem, zpravidla propojuje jednotlivé místní sítě
LAN na vzdálenosti desítek až tisíc kilometrů
-132-
•
•
nejznámější realizací je celosvětová síť Internet (protokol TCP/IP, předchůdcem
ARPAnet)
vytvářeny též velkými podniky kvůli celopodnikovému informačnímu systému (firma
FORD)
základní vlastnosti:
•
•
•
•
neomezený dosah
přenosový výkon v řádu Mb/s
přenosová média nejsou ve vlastnictví koncových uživatelů (pronájem)
koncové uzly sítí WAN jsou centrální počítače, terminály a sítě LAN
Přístupové metody:
Kolizní (stochastická)
- používá ji Ethernet
Každý počítač pracuje samostatně, nezávisle na dalších počítačích v síti, takže
neexistuje žádný arbitr. Vysílání může začít až po uvolnění příslušného přenosového média
(sběrnice). Pracuje tak, že uzel sleduje, co se děje v síti. V okamžiku, kdy v síti neprobíhá
komunikace, je tam "díra" v přenosu, zahájí vlastní potřebný přenos. Tato přístupová metoda
pro lokální sítě se nazývá CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection). V
případech, kdy se v přenosech objeví "díra", může se o přenos pokusit více uzlů. V případě,
že se o přenos pokusí více uzlů dojde ke kolizi. Kolize je neshoda vysílaných dat s daty na
médiu. Ten uzel, který kolizi rozpoznal jako první, vyšle signál JAM a všechny uzly
zúčastněné v tomto okamžiku přeruší vysílání. O nové vysílání se pokusí uzly po náhodně
generovaném časovém úseku. To z toho důvodu, že kdyby tomu bylo po stejném časovém
úseku, došlo by opět ke kolizi stejných uzlů. Ani tento způsob nemusí však vést k výsledku,
protože více uzlů může mít náhodně stejně velkou prodlevu. Nejsou tím ani bezpečně
eliminovány následné kolize, jen se snižuje jejich pravděpodobnost. Pokud se uzel dostane do
opakované kolize, zvětší se pak vždy na dvojnásobek interval, ze kterého se volí vyčkávací
doba. Takto postupuje uzel až 10x a poté hlásí vyšším vrstvám neúspěch v navázání
komunikace.
Další problém je v rozpoznání kolize. Může se stát, že dojde u 2 uzlů ve stejném okamžiku
k testu volné sítě a poté oba uzly začnou naráz vysílat. Proto má kolizní okno šířku 45 μs, což
je doba pro spolehlivou detekci kolize a která je závislá na rychlosti šíření signálu. První uzel,
který zjistí kolizi musí i nadále vysílat, aby i ostatní uzly díky rychlosti šíření signálu
dokázaly tuto kolizi rozpoznat.
Tato kolizní metoda je velmi vhodná pro přístup k přenosu pro sběrnicovou strukturu sítě.
Nevýhodou této metody je, že při zvýšeném přenosovém zatížení vzrůstá počet kolizí a tím se
začne snižovat přenosový výkon sítě. Systém je spolehlivý, protože hardwarové řešení je
jednoduché. Umožňuje dosáhnout vysokých přenosových rychlostí a tím velkého výkonu i při
přenosu velkých souborů. K této síti existuje rozsáhlý soubor hardwarových i softwarových
produktů.
-133-
Nekolizní (deterministická)
- používá ji Token Ring
V síti je vždy jeden uzel, nazývaný aktivní monitor vykonávající speciální řídící a kontrolní
funkce, které jsou:
-
vygenerování nového Tokenu,
-
odstraňování bloudících rámců a Tokenů,
-
generování hodinového signálu pro kruh, sledování ztráty Tokenu při které nuluje celý
kruh,
-
informace o přítomnosti monitoru ostatním uzlům.
V případě výpadku monitoru jsou ostatní stanice schopny tuto funkci převzít.
Přístupová metoda Token Pasing
Jedná se o bezkolizní metodu pro předávání povolovacího vysílacího práva. V okamžiku, kdy
žádný uzel nepožaduje právo na vysílání, putuje rámec Token kolem dokola. Kterýkoliv uzel,
může začít s vysíláním v okamžiku, kdy získá vysílací právo. Vysílač může vyslat vždy jen 1
rámec a předá vysílací právo dál. Po úplném cyklu v kruhu může vyslat další rámec. Rámce
postupují přes jednotlivé uzly sítě a rekonstruují se až se dostanou k adresátovi.
Přístupová metoda ETR (Early Token Ring – Předčasně uvolněný Token)
Tato metoda umožňuje dosáhnout přenosové rychlosti až 16 Mb/s. Toho se dosahuje tak, že je
v kruhu přenášeno více datových rámců naráz.
Token bus – logický kruh, kde každá stanice zná oba své sousedy
-134-
61 – Ethernet: popis, charakteristika, typy
-135-
Standardy Ethernetu
10 Mb/s
Optická vedení“ 10Base – F
Metalická vedení: Thick coax – 10 Base 5, Thin coax – 10 Base 2, Twisted pair 10Base T kroucená dvoulinka stíněná nebo nestíněná, max 200m
100 Mb/s
Optická vedení: (100 Base - FX) optický kabel max 2 km
Metalická vedení: 100 Base TX - Kroucená dvoulinka stíněná nebo nestíněná, max 100 m
1000 Mb/s
Optická vedení: 1000 Base-X (1000Base-SX, LX a CX) až 5 km
Metalická vedení: 1000 Base-T - max 100 m
-136-
62 – Token Ring: popis, charakteristika
Síť token ring uvedla firma IBM až v roce 1985. Koncepce sítě je podpořena normou IEEE
802.5 a je velmi perspektivní.
Jednoduchý kruh
Dvojitý kruh
Základní vlastnosti této sítě:
- rychlost přenosu 4Mb/s (při omezení délek kabelů až 16 Mb/s)
- maximální počet stanic v síti 250
- maximální vzdálenost je dána uspořádáním
- přenosové médium je symetricky buzená stíněná kroucená dvoulinka (STP)
- topologie je kruhová s propojovacími jednotkami (MAU)
- přístupová metoda je distribuována pomocí předávaného pověření v kruhu
Stanice jsou v této síti propojeny do fyzického kruhu s definovaným směrem toku dat, což
znamená, že rámce procházejí posuvnými registry všech stanic. Právo k vysílání se předává
pomocí speciálního rámce ,,token,, v pořadí stanic v kruhu takto:
1) Stanice sleduje procházející rámec a zachytí-li rámec ,,token,, pak jej buď nechá projít dále
(nemá data k vyslání) nebo změní hlavičku rámce ,,token,, na hlavičku datového rámce,
rozpojí kruh a připojí k rámci datové pole příslušející datovému rámci. Pak již jen sleduje
vracející se rámec
2) Vyslaný rámec prochází kruhem a stanice testují jeho adresní pole. Pokud se adresa
shoduje s adresou stanice, pak je obsah rámce nekopírován do vyrovnávací paměti a v
procházejícím rámci je uměněn příznak označující úspěšné přijetí nebo nastaven příznak
chyby.
3) Vysílající stanice přijme vracející se rámec a podle úspěšnosti přenosu si poznamená
odeslání (nebo neodeslání). Pak datový rámec odejme z kruhu a jako ,,token,, jej odešle do
kruhu k další stanici. Samozřejmě propojí opět kruh a sleduje procházející rámce.
V síti typu token ring musí být jedné z aktivních stanic přidělena funkce MONITOR. Tato
stanice generuje hodinový signál, sleduje ztrátu ,,token,, a generuje nový, odstraňuje
,,bloudící,, rámce, vyrovnává délku kruhu a kmitočtové odchylky. Aktivní MONITOR
oznamuje svou přítomnost pravidelným vysíláním rámce ,,monitor přítomen,, . Při ztrátě
tohoto vysílání začnou stanice ,,hledat nový MONITOR mezi aktivními stanicemi a po je jeho
nalezení (stanoveným algoritmem) tato nová stanice převezme řízení.
Síť token ring je velmi kvalitní, ale taky velmi drahá.
-137-
63 - Vysvětlete pojmy: charakteristický interval, modulační
rychlost, přenosová rychlost, přenosový výkon
charakteristický interval je doba mezi dvěma za sebou následujícími charakteristickými
okamžiky. Když je přenos nezkreslený, charakteristický interval je na straně přijímače rovný
jednotkovému intervalu.
charakteristický okamžik je okamžik, v kterém přechází datový signál z jednoho char.
stavu do druhého.
modulační rychlost (frekvence FM ) - je definována maximální možným počtem změn stavu
vysílaného signálu za sekundu (souvisí s tzv. charakteristickým intervalem Td ,který udává
nejkratší možnou dobu konstantního stavu, vztahem FM = 1/Td - udáváno v Baudech (Bd)
přenosová rychlost - udává počet přenesených bitů za sekundu a měří se v bit/s. U
dvoustavové modulace se shoduje s modulační rychlostí u vícestavové je vyšší
(log2S) x FM - S je počet stavů, FM modulační rychlost
přenosový výkon - udává množství skutečně přenesené informace za sekundu a měří se opět
v bit/s. Přenosový výkon čistá je informace bez služebních dat. Při komprimaci dat může
převýšit přenosovou rychlost. Přenosový výkon udává jak dlouhá musí být přenosová relace
pro přenesení dat. Modulační rychlost s přenosovou rychlostí pak definují nároky na
přenosovou cestu a druhy modulace. Je to standarta RS xxx.
S přenosovou rychlostí souvisí tzv. kapacita přenosového kanálu - udává kolik informace lze
přenést vedením za jednotku času. Je zhruba dána maximální frekvenční šíří kanálu (definuje
maximální modulační rychlost) a maximálním poměrem signál/šum (definuje maximální
možný počet stavů signálu).
S otázkou využití spojového vedení souvisí "scrambling", pomocí kterého se dosahuje
rovnoměrnějšího rozložení vysílané energie ve frekvenčním spektru. Tím se umožní zvýšení
počtu možných stavů, neboť snížením výkonových špiček, lze zvednout efektivní podíl
signál/šum. (Jestliže jsou např. vysílány dvě frekvence, pak jejich amplituda je omezena a
přitom je využito úzké pásmo sdělovacího kanálu. Pomocí skrambleru lze pásmo rozšířit a tak
i zvýšit amplitudu. Descramblerem na přijímací straně je signál opět zrekonstruován.)
-138-
64 - Přerušení: funkce, tabulka vektorů přerušení, rezerv.
přerušení, přerušení v reálném a chráněném módu
Funkce přerušení
Zdokonalení programové obsluhy je přerušení, kdy procesor na vnější popud přeruší svoji
práci a na nezbytnou dobu se věnuje obsluze komunikace s propojenou jednotkou.
Mechanismy přerušení jsou obvodově řešeny řadou způsobů , ale vždy se stejným výsledkem,
kdy je generován nucený skok na adresu kde je program obsluhy uložen – pomocí tabulky
vektorů přerušení. Je nezbytné, aby hardwarově přiřazená váha zařízení odpovídala umístění
vektoru v tabulce vektorů přerušení. Vektor přerušení je vlastně ukazatel na příslušnou
obsluhu přerušení. Dále je nezbytné, aby podprogram přerušení neměl žádné další účinky na
přerušený program.
Princip získání adresy vektoru přerušení
Vnější signál je zachycen na vstupu obvodu přerušovacího systému (obr. 4.6), který uchová
informaci o příchodu přerušení. Pokud je signál propuštěn přes masku přerušení (například je
blokován vyšší prioritou), dostává se k dekodéru, kde je váha přerušení převedena na binární
číslo. To se pak používá jako ukazatel umístění vektoru v tabulce vektorů přerušení při
přípravě ukazatele na příslušný vektor.
Rezervovaná přerušení u procesoru 80286
V chráněném režimu je přerušení realizováno jiným způsobem než v reálném režimu. Tabulka
vektorů přerušení je nahrazena tabulkou podobnou tabulce popisovačů globálního adresového
prostoru - tabulkou popisovačů segmentu obsluhy přerušení IDT (Interrupt Descriptor Table),
která má až 256 ukazatelů na programy obsluhy přerušení. Adresa IDT je uložena ve
speciálním registru IDTR (Interrupt Descriptor Table Registr). Registr obsahuje 24bitovou
bázi a 16bitovou velikost segmentu.
Rezervovaná přerušení lze rozdělit do 3 skupin :
TRAP
- Jde o přerušení buď vnitřní či hardwarové a instrukce byla úspěšně vykonána. Do
zásobníku se ukládá návratová adresa (adresa následující za adresou, která
přerušení způsobila) – CS:IP.
FAULT - Vnitřní přerušení, které nebylo úspěšně dokončeno. Pak se do zásobníku ukládá
adresa instrukce, která přerušení způsobila – CS:IP.
ABORT - Přerušení způsobí, že v programu nelze dále pokračovat a činnost procesoru musí
být násilně přerušena. Neukládá se žádná návratová adresa.
V reálném režimu pracuje systém přerušení procesoru 80286 stejně jako u procesoru 8086.
Oproti procesoru 8086 využívá ještě rezervovaných přerušení typu 5 - 7, 9 a 16.
-139-
Informace o tom, kde se nacházejí obslužné programy jednotlivých přerušení, je v tabulce
vektorů přerušení. Počáteční adresa tabulky je 0000 0000H a má délku 1 kB.
Další rozvádění tématu je již mimo rámec výkladu
Přerušení v chráněném režimu
Systém přerušení
Základní principy systému přerušení jsou shodné se systémem přerušení procesoru 80286. V
IDT mohou být uloženy tyto popisovače :
• brána pro maskující přerušení,
• brána pro nemaskující přerušení,
• brána zpřístupňující segment stavu procesu (TSS).
Oproti všem předchozím rezervovaným přerušením má navíc typ 14. Aplikace některých
dalších typů mají pak různé odchylky.
Přerušení v reálném režimu
Procesor 80386 má 256 typů přerušení. Pro každý typ je definován obslužný program.
Procesor obsahuje tabulku rezervovaných přerušení (typ 0 - 16), dále blok rezervovaný pro
další použití firmou Intel (typ 17 - 31) a blok přerušení, které jsou k dispozici uživateli (typ 32
- 255). Tabulka začíná na adrese 00000H a její délka je 1 kB. V tabulce jsou uloženy
počáteční adresy obslužných programů (obr. 6.10a). Umístění a velikost tabulky lze změnit
pomocí v registru IDTR.
Po přijetí žádosti o přerušení se provádí činnosti v následujícím pořadí :
1. do zásobníku je uložen registr příznaků,
2. provede se vynulování příznaků IF a TF,
3. do zásobníku je uložen registr CS,
4. registr CS je naplněn 16bitovým obsahem adresy,
5. do zásobníku je uložen registr IP ukazující na neprovedenou instrukci,
6. registr IP je naplněn 16 b obsahem adresy.
Návrat do procesu je proveden instrukcí IRET, která provede následující činnost :
1. ze zásobníku obnoví registr IP,
2. ze zásobníku obnoví registr CS,
3. ze zásobníku obnoví registr příznaků.
Pro adresy ukládané do zásobníku mohou opět nastat 3 případy : TRAP, FAULT a ABORT
-140-
65 - Přepínání úloh (multitasking): princip, použití
Přepínání úloh se provádí pomocí registru TR (Task Registr), který ukazuje na segment TSS
(Task State Segment), který obsahuje popis stavu aktuální úlohy. Segment obsahuje obsahy
univerzálních registrů, selektorů pro přístup do příslušného LDTR, zásobník a návratové
adresy při vnořených úkolech. Task Registr TR má stejnou strukturu jako LDTR, tj. 64 bitů
dělených na selektor, práva přístupu, bázovou adresu a délku segmentu. Přepínaní nebo
přerušování úloh je velmi rychlé( při 10MHz asi 17 μs). Registr IDTR se používá při
přerušování jednotlivých úkolů. Strukturu má stejnou, jako registr GDTR, tj. 40 bitů dělených
na 24 bitů bázové adresy a 16 bitů určení délky. Všechny potřebné informace pro přepnutí
úlohy jsou v registru TSS.
Přepínání procesů:
Operace přepnutí procesu sestává z těchto elementárních akcí:
1. Současný stav procesu (registry procesu) se uloží do TSS, jehož adresa je v TR
2. Procesor naplní TR selektorem popisovače TSS nového procesu.
3. Procesor naplní všechny své registry obsahem TSS, na který ukazuje TR.
4. Procesor předá řízení nového procesu
Pozn.: Přerušený proces a proces přerušením aktivovaný jsou od sebe plně izolovány.
Jedním z hlavních rysů chráněného režimu od procesoru 80286 je možnost mít v paměti naráz
uloženo více procesů a přepínat mezi nimi tak, že v daném okamžiku se provádí právě jeden.
Přepínání procesů zajišťuje procesor ve vlastní režii, aniž by pro přepnutí bylo nutné
provedení speciálních instrukcí.
Je třeba zabezpečení úloh před vzájemným poškozením. To znamená následující :
•
•
•
nedostupnost dat jinými úlohami, což je splněno oddělením adresových prostorů
jednotlivých úloh
úloha nemá možnost přístupu mimo paměť, která ji byla přidělena
několikastupňová kontrola oprávněnosti přístupu, kdy je porovnáván offset operandu
s délkou segmentu proto, aby žádný byte neležel mimo definovaný rozsah segmentu
Multitasking z hlediska OS – viz část otázky 13
- kooperativní multitasking přepíná procesy procesor sám
- preemptivní multitasking přepíná procesy OS
-141-
66 – Optické vlákno,
vlastnosti a použití v počítačových sítích
Možnosti optických vláken jsou dnes využívány jen z malé části protože pracují s vysokými
frekvencemi (viditelné světlo cca 108MHz!!) Nabízí obrovskou šířku přenosového pásma, dle
Shannonova teorému mohou dosahovat velmi vysokých přenosových rychlostí
Přenášená číslicová data můžeme reprezentovat pomocí světelných impulsů - přítomnost
impulsu může představovat např. logickou 1, zatímco jeho nepřítomnost logickou 0. Pro
praktickou realizaci potřebujeme ovšem celý optický přenosový systém, složený ze zdroje,
přenosového média a přijímače
Úkolem přenosového média je dopravit světelný paprsek od jeho zdroje k detektoru s co
možná nejmenšími ztrátami. K tomuto účelu se používá optické vlákno s tenkým jádrem
obaleným vhodným pláštěm. Jádro má průměr v řádu jednotek až desítek mikrometrů a je
vyrobené nejčastěji z různých druhů skla, eventuelně i z plastu. Optická vlákna jsou velmi
citlivá na mechanické namáhání a ohyby. Jejich ochranu proto musí zabezpečovat svým
konstrukčním řešením optický kabel, který kromě jednoho či více optických vláken obvykle
obsahuje i vhodnou výplň, zajišťující potřebnou mechanickou odolnost
Schnellův zákon lomu: Část paprsku která dopadá na rozhraní dvou prostředí s různou
optickou hustotou se odráží zpět a část prostupuje do druhého prostředí. Pokud ale dopadne
pod dostatečně malým úhlem, pak se celý paprsek odrazí.V optickém vlákně tedy dochází jen
k samým úplným odrazům.
Díky tzv. vlnovému multiplexu lze jedno vlákno rozdělit na několik částí, využitelných pro
samostatné přenosy.
Výhody:
+
+
+
+
+
+
+
velké přenosové rychlosti
necitlivost na vnější elektromagnetické rušení lze použít kdekoli
velká bezpečnost proti odposlechu
velmi malý odpor / nízký útlum
dosah až desítky/stovky kilometrů
malý průměr a malá hmotnost optických kabelů
žádné elektromagnetické vyzařování
-142-
Nevýhody:
–
–
–
vyšší cena
křehkost, malá mechanická odolnost
náročné konektorování
Pro počítačové sítě jsou optická vlákna atraktivní především pro vysokou přenosovou
rychlost, kterou umožňují dosáhnout s poměrně nízkými náklady. Jde tedy o technologii
velmi perspektivní (a to nejen pro počítačové sítě). V současné době již existují dva
standardy, které se týkají použití optických vláken v počítačových sítích: FDDI (Fiber
Distributed Data Interface) pro lokální sítě typu s kruhovou topologií, s přenosovou rychlostí
100 Mbit/sekundu, a DQDB (Distributed Queue Dual Bus) pro tzv. metropolitní sítě, s
přenosovou rychlostí až 155 Mbit/sekundu.
-143-
67 - Matematický koprocesor, vlastnosti, použití
Numerický (matematický) koprocesor 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 v určitých operacích, jako jsou například výpočty hodnot některých
funkcí (sinus, kosinus, logaritmus), je 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
80186/80188
80187
DIP
10
80286
80287
DIP
12
80386
80387
PGA
33
80386SX
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 a Pentium II 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).
-144-
68 – Operační systémy:
historický vývoj, základní funkce, typy OS
OS je množina automatizovaně a manuálně spouštěných programů a podprogramů, které
umožňují uživateli efektivně sdílet výpočetní systém. Základ OS tvoří tzv. jádro (Kernel,
Nucleus), které obsahuje adresář všech programů OS. Součást jádra bývá i interpret řídících
příkazů. Obecně se tomuto interpretu říká jazyk JCL (Job Control Language). Základní funkcí
OS je vytváření strategie a řízení:
1) při rozdělování paměti
2) při přidělování procesoru
3) při přidělování periferních zařízení
Kromě těchto základních strategií OS zajišťuje synchronizaci jednotlivých procesů,
vzájemnou komunikaci mezi procesy, řízení tzv. kritických sekcí.
Historický vývoj
Ze začátku však počítače vůbec operační systém neměly a programátor musel se strojem
rozmlouvat v jeho řeči, tedy zadávat přesně jedničky a nuly. Poté se pro práci s počítačem
vytvořily programovací jazyky.
V 60. letech však šel vývoj ještě dál. Vznikla potřeba programu, který by základní funkce
systému obstarával sám a ulehčil tak programátorovi práci. Vznikly tak první operační
systémy, nejprve firmy IBM
V 70. letech došlo ke vzniku dvou dnes již legendárních operačních systémů. První z nich se
jmenoval VMS, vytvořila pro své počítače VAX firma DEC. Tím druhým byl ještě slavnější
UNIX firmy AT&T. Unix měl postupem času mnoho klonů jako například BeOS, MacOS X.
Na bázi unixu vznikly také známé operační systémy IBM AIX či Sun Solaris. Nejnadějnějším
klonem Unixu pro PC se však stal Linux, výtvor finského studenta Linuse Torvaldse.
Když IBM roku 1981 vrhla na trh svoje PC (Personal Computer), operačním systémem MSDOS (Microsoft Disk Operating System) ho vybavila právě firma Microsoft. MS-DOS
narozdíl od Unixu podporoval pouze jednoho připojeného uživatele, který mohl pracovat
s jedním jediným programem v daném čase. Navíc měl MS-DOS nepříjemná hardwarová
omezení, např. nedokázal pracovat s pamětí větší než 640 kB nebo s disky většími než
30 MB. Tyto strašlivé nedostatky vedly k tomu, že se samotná IBM pokusila vytvořit svou
verzi Dosu, PC-DOS, který se však od originálního MS-DOSu lišil jen v maličkostech.
Podobně své Dosy vyvíjely i jiné firmy, asi nejproslulejším se stal DR-DOS.
V roce 1985 se objevil Windows 1.0, o tři roky později Windows 2.03, ale teprve Windows
3.0 z roku 1990 se ukázal jako přijatelně funkční.
IBM ve spolupráci s Microsoftem vytvořila nový operační systém pro PC. V roce 1987 se tak
objevil OS/2. Spolupráce obou firem rozpadla a každá z nich si vyvíjela svou vlastní verzi
OS/2 (Microsoft tu svou záhy přejmenoval na Windows NT).
-145-
V závěrečném desetiletí 20. století na PC zcela kraloval Microsoft s Dosem a Windows,
kterému čím dál tím méně zdatně konkurovala IBM s OS/2. Microsoft vydal dvě nové verze
své grafické nadstavby Windows 3.1 a Windows 3.11 for Workgroups (měl lepší podporu sítí)
V roce 1995 přišel Microsoft s výrazně odlišnou verzí Windows, nazvanou Windows 95 .
V roce 1996 se také objevily nové verze operačních systémů a to Windows NT a OS/2 Warp.
Windows NT 4.0 se vyznačoval grafickým rozhraním stejným jako u Windows 95, ale to byl
jediný společný prvek. Co se týče OS/2 Warp, jeho nová verze v4 ani neměla vzniknout, ale
obrovský tlak jeho uživatelů donutil IBM k tvorbě nové verze.
V roce 1996 vydal verzi Windows 95 OSR2, jejímž hlavním přínosem bylo kromě balíku
oprav zavedení nové verze (jménem FAT32).
V roce 1998 se objevily Windows 98. Poté Microsoft uvedl na trh druhou verzi Win 98 SE.
V roce 1999 také IBM uvolnila novou verzi OS/2, nazvanou OS/2 Warp Server for eBusiness. OS/2 nyní dostala název eComStation a byla obohacena o některá drobná
vylepšení, ale v zásadě je to stále systém z roku 1996.
Další verze Windows byla pod názvem Windows 2000 s uvedena v roce 2000.
Pro běžné uživatele byl určen poslední systém postavený na Dosu - Windows Me
V roce 2001 Microsoft konečně uvedl na trh operační systém pro domácí uživatele postavený
na technologii NT, nazvaný Windows XP (eXPerience). V podstatě se jedná jen o vylepšené
Windows 2000. Rozdíly "uvnitř" jsou velmi nepatrné.
Základní funkce:
Přidělování paměti
Používají se dvě základní strategie: 1) segmentace
2) stránkování
1) Segmentace
a) souvislé segmenty -
Tvoří nejjednodušší strategii při přirozdělování paměti.
Problémem je, že jednotlivé procesy končí v různých částech.
Z tohoto důvodu se může stát, že brzy vyčerpáme volnou paměť,
kterou máme k dispozici.
b) první možné umístění -
Při této strategii prohlížíme sekvenčně paměť až najdeme první
vhodný prostor. Výhodou je jednoduchost této strategie a rychlé
řešení problému. Nevýhodou je špatné hospodaření s pamětí.
c) nejúspornější umístění -
Nejvýhodnější metoda z hlediska hospodaření s pamětí, neboť
přiřazuje programu paměť, která nejvíce odpovídá jeho
potřebám z hlediska velikosti. Je časově náročná. Algoritmus
musí vždy prohlížet celou tabulku přiřazení segmentů a až
teprve potom může rozhodnout, z tohoto důvodu se tato metoda
méně používá.
-146-
2) Stránkování
Předpokládá že program je rozdělen na malé úseky pevné délky (mocniny čísla 2, nejčastěji
4kB) a fyzická paměť je rozdělena na tzv. fyzické stránky stejné velikosti. Algoritmus poté
přiřazuje každé stránce fyzickou stránku. To je výhodnější než segmentace. Nevýhodou je tzv.
vnitřní fragmentace: předpokládá, že poslední stránka programu není zcela zaplněna.
Z hlediska pravděpodobnosti je zaplněna cca z 50%. Zbývá část prostoru uvnitř této stránky,
která není využita. Při větším počtu zpracovávaných úloh může být tento problém významný.
3) Stránkování na žádost
Při přidělování paměti se používá segmentace. V případě, že nelze přiřadit souvislou oblast o
velikosti požadovaného segmentu se provede stránkování. O tom, že došlo ke stránkování nás
informuje booleovská proměnná, která je přidělena ke každé stránce.
Přidělování procesoru
Modul přidělování procesoru je složen z těchto částí:
a) Spooling – zařazuje všechny požadované úlohy, tak aby mohly být zpracovány
plánovačem úloh
b) Plánovač úloh – sleduje všechny úlohy systému a vybírá úlohu, která bude probíhat
a také vytváří odpovídající procesy
c) Plánovač procesů – přiděluje procesům procesor podle určité strategie
d) Dispečer – sleduje stav každého procesu, provádí změny stavu procesů,
synchronizuje procesy a jejich komunikaci
Přidělování periferních zařízení
Používají se dvě základní strategie:
1) Kooperativní multitasking – používá se jako nejjednodušší nástroj pro přidělování
prostředků. Po svém startu si proces sám definuje
všechny prostředky. Ty mu OS přidělí. Jedná se o
jednoduchou a snadno naprogramovatelnou strategii,
časově nenáročnou. Je zde ale zásadní problém. Při
abnormálním konci procesu nejsou prostředky
navráceny zpět OS > snadná havárie systému.
2) Preemtivní multitasking - veškeré požadované prostředky jsou odebírány a
předávány pomocí OS. Stabilní OS, náročnější na
programování a odladění > vyšší spotřeba času a vyšší
náklady při vytváření.
OS reálného času
- mají vlastnosti klasických OS
- jsou provozovány jako víceúlohové (víceuživatelské)
- vyžadují aby HW počítače měl hodiny reálného času (TBG, Time Base Generator)
OS reálného času poskytují odezvu na změnu vstupních dat (výpočet) v reálném čase, tedy tak
abychom pomocí jejich výstupu mohli řídit reálné prostředí např. let letadla. Přepínání
procesů realizuje v malých časových kvantech (25 ms).
-147-
Základní struktura operačního systému
•
•
•
•
•
•
•
•
řízení procesů a přidělování prostředků (přidělování paměti, semafory, roury - viz
meziprocesová komunikace)
správa souborového systému (jeden nebo většinou více typů)
správa pamětových datových médií
správa textových a grafických rozhraní
interakce s uživatelem (textová, grafická)
správa síťových rozhraní
správa vstupně výstupních rozhraní (USB,RS-232,...)
správa multimediálních rozhraní (zvuková karta, ...)
Typy OS:
•
•
•
•
jednoúlohové – MS-DOS
víceúlohové – Windows
s příkazovým řádkem – MS-DOS
s grafickým prostředím – UNIX, Windows
-148-
69 - Propojování počítačových sítí, používaná zařízení,
vlastnosti
K propojení sítí slouží tyto prostředky :
•
opakovač
•
mosty (Bridge) – propojují sítě LAN na úrovni linkové vrstvy
•
směrovače (Router) - propojují sítě LAN prostřednictvím síťové vrstvy
•
brány (Gateway) – propojují sítě LAN na transportní až aplikační vrstvě
Propojovací prvky podle vzdálenosti a používání protokolů pro sítě LAN můžeme rozdělit na
:
•
lokální (Local), které propojují sítě s dosahem LAN
•
vzdálené (Remote), které propojují sítě přesahující dosah LAN
•
homogenní, které propojují sítě se shodnými LAN protokoly
•
heterogenní, které propojují sítě s různými LAN protokoly
Brána (gateway)
- slouží k propojení počítačových sítí
- sítě vytvářející jedinou síť (propojené bránou) se nazývají podsítě. Při vzdálených sítích se
brána rozdělí na 2 poloviny - polobrány (half gateway).
Opakovač (repeater)
Do opakovače přichází z jedné strany signál, který se jen zesílí a natvaruje. Poté je tento
signál vyslán na druhou stranu. V síťové architektuře propojují opakovače 2 lokální sítě jen na
úrovni fyzické vrstvy.
Vlastnosti:
•
elektricky se oddělují segmenty sítě
•
zabezpečují přenos signálů
-149-
Nevýhody :
•
zvětšují zpoždění signálu
•
přenášení se přes ně všechny zprávy, tj. i ty, které nejsou adresovány účastníkům
připojeným na druhý segment
Most (bridge)
- slouží pro propojení 2 lokálních sítí, které se liší ve svých dvou nejnižších vrstvách.
Propojení je realizováno na úrovni linkové vrstvy. Most přijme data z jedné sítě, detekuje
obsažené adresy a rozhodne, zda je pošle dále do druhé sítě či nikoliv. Prochází jím jen ta
data, která jsou určena stanicím ve druhé síti. Umí rozlišit MAC adresy , propojuje segmenty
sítě a propouští data podle segmentů.
Most spojující 2 rozdílné sítě
Druhy mostů:
•
místní mosty - spojují 2 sítě přímo,
•
vzdálené mosty - spojují 2 sítě přes datový okruh. Datový okruh však omezuje
propustnost systému,
•
transparentní mosty - pro obě sítě se jeví jako průchozí (jakoby nespojovaly).
•
přepínače LAN - mosty s větším počtem portů. Ty ale nečekají na příjem celého rámce,
ale ještě v průběhu příjmu předávají výstupním portem zprávu dále dle vstupních údajů.
Transparentní mosty
- jsou pro ostatní uzly neviditelné a všechny propojené sítě se uzlům jeví jako jeden jediný
celek. Činnost mostu je zde založena na analýze přenášených rámců a vytváření filtrační
tabulky. Na principu samoučení. Tvorbu a případnou aktualizaci filtrační tabulky zabezpečuje
speciální algoritmus TRA (Transport Roading Algoritmus). Jinak řečeno na základě
účastnických adres si vytváří svou tabulku adres na jejímž základě je zpráva poslána do druhé
sítě. V případě, že cílová stanice není v tabulce, pak most rozešle zprávu do všech směrů
s výjimkou směru ze kterého zprávu dostal. Mezi další vlastnosti patří učení (Learning),
filtrace (Filtering), přenos rámců (Forwarding)
Směrovač (router)
- uplatňují ve složitějších sítích (například polygonálních)
- umožňují logické členění sítě
- jsou nevýhodné z důvodu protokolové závislosti, nižšího přenosového výkonu a
nepropustnosti nesměrovaných protokolů.
-150-
Vlastnosti:
• směrování paketů,
• fragmentaci
• výběr optimálních přenosových cest
• propojení různorodých sítí LAN
Směrovač propojuje sítě LAN na úrovni síťové vrstvy a z toho vyplývá, že používá informace
umístěné v záhlaví paketů příslušné síťové vrstvy. Zde získá logické adresy spojovacích sítí a
uzlů. Ty jsou podkladem jednak pro logické členění sítě a jednak jsou nezbytné pro budování
směrovacích tabulek. Podle těchto tabulek pak směrovače směrují pakety na jejich cílové
síťové adresy. Rozlišuje se směrování:
•
•
přímé (Direct Routing) v případech, kdy je cílová logická síť ve které se nachází uzel
dostupná přímo na některém portu směrovače,
nepřímé (Indirect Routing) v případech, kdy je třeba jednoho či více mezilehlých
směrovačů.
Základní funkce směrovače :
•
logická adresace sítí a uzlů
•
údržba směrovacích tabulek
•
komunikace se směrovači sítě
•
odebírání a přidávání hlaviček linkové vrstvy u paketů
•
výběr optimální cesty pro paket
•
zpracování paketů různé délky
Směrovací tabulka obsahuje :
•
logické adresy cílových sítí,
•
informace o nejbližším směrovači v cestě,
•
čísle portu síťového rozhraní.
Druhy směrování:
•
statické směrování - směrovací tabulky vyplní správce sítě a tím určí všechny cesty
v síti.
•
dynamické směrování - pro aktualizaci směrovacích tabulek používají směrovací
algoritmy a směrovací protokoly.
Směrovač
-151-
Rozvětvovač
- mohou být jak pasivní, tak i aktivní. Používají se u sítě ARCnet. Jeden z nich slouží jako
vstup, ostatní jako výstup.
Pasivní rozvětvovač se čtyřmi vývody typu BNC
Rozbočovač (Hub)
- aktivní prvek. Jedná se vlastně o centrální síťový kontroler, který kontroluje přístup k síti.
Přicházející signál je v něm zesílen, natvarován a přenášen. Navíc udržuje časování.
Protože je k rozbočovači možno připojit až 8 uzlů,, je nutno rozhodnout při připravenosti více
uzlů k přenosu o jejich prioritě. Jedná se o rozhodovací metodu Round-robin. Při ní
rozbočovač postupně vyzývá připojená zařízení a sleduje která z nich jsou připravena
k přenosu. Jednotlivé vstupy mají přiřazena čísla. Čím je číslo menší, tím větší je priorita.
2 skupiny portů :
• s normální prioritou
• s vysokou prioritou (má přednost před skupinou s normální prioritou)
-152-
70 – Napájení a chlazení procesorů
Napájení procesoru
U dnešních procesorů je dvojí. Napájení části komunikující s chipsetem napětím 3.3V (až
3.6V) 1-2A, a napájení jádra procesoru typicky 1.5-2.8V 5-20A.
Výrobci většinou neví jaké napájení budou mít budoucí procesory, a proto vybavují desky
programovatelnými zdroji napětí pro jádra procesorů. Správnou volbu napětí zajistí PnP
detekce procesoru. U lepší desek je možnost volit velikost napětí jádra procesoru v BIOSu
(zejména pro účely stability při přetaktování) nebo přímo na desce.
Chlazení procesoru
Dnešní procesory bez chladiče nemohou existovat, přestože jsou napájeny stále nižším
napětím. Za několik vteřin bez chlazení se procesor dokáže zahřát natolik, že může dojít k
jeho poškození. Kvalitnější modely procesorů obsahují teplotní čidlo, které při kritické teplotě
činnost procesoru zastaví. Z výše uvedeného důvodu proto používáme chladiče.
Chladiče lze obecně rozdělit na pasivní a aktivní. Pasivní chladič nepotřebuje žádné napájení.
Tvoří ho většinou měděný, složitě tvarovaný výlisek, který umisťujeme na čip, který chceme
chladit. Teplo z povrchu čipu přechází do chladiče a ten se okolním vzduchem ochlazuje.
Tento způsob chlazení se dříve využíval u starých méně výkonných procesorů, dnes se
uplatňuje především jako chlazení procesoru grafických karet, nebo pamětí grafické karty.
Aktivní chladič má navíc ventilátor vytvářející proud vzduchu, který ochlazuje pasivní
chladič. Tímto způsobem se dnes chladí všechny typy procesorů a některé výkonné grafické
karty. Ventilátor samozřejmě potřebuje ke své činnosti napájení. Většina ventilátorů je také
vybavena snímačem otáček, díky němuž můžeme sledovat a řídit otáčky větráčku.
Chladič se na procesor připojuje nasunutím, nebo přilepením prostřednictvím tepelně vodivé
pasty (poté se musí ještě uchytit nebo přišroubovat). Investicí do kvalitního chladiče rozhodně
nic neztratíme – naopak, můžeme získat větší stabilitu procesoru, zvláště při přetaktování na
vyšší frekvenci.
Aby chladič fungoval, musíme jej připojit k napájení. Chladiče určené pro nové procesory se
připojují do konektoru na základní desce, chladič pro Socket 7 zpravidla obsahuje rozdvojku
pro standardní napájecí kabel – nasadíme ji na volný konec napájecího kabelu. Do chladiče
tak vedou dva vodiče a k dispozici máme stejný počet konektorů.
-153-
71 - Sítě typu peer to peer a klient - server
Lokální sítě se dále dělí na sítě typu client – server a na sítě typu peer-to-peer.
Klient-server
V této architektuře spolupracuje řada nezávislých serverů, které zabezpečují aplikace, data
z databází, zpracování a prezentaci dat. Proto se úlohy rozdělují mezi databázový, aplikační a
prezentační server. Jedná se vlastně o distribuovanou architekturu kde jednotlivé servery
zabezpečují :
•
datový server práci s databází a podle požadavků prohledání údajů s potřebnými
vstupy a výstupy,
•
aplikační server zabezpečuje zpracování údajů,
•
prezentační server zprostředkovává údaje, spolupracuje s uživateli, obsluhuje menu
atd.
Z toho vyplývá, že se práce v síti rozděluje mezi jednotlivé servery a klienta, což zajišťuje
flexibilitu celého systému a též variabilitu jednotlivých částí od různých výrobců.
Peer-to-peer (rovný s rovným)
Myšlenka je zde taková, že to co je vhodné sdílet, se nepřesouvá na centrální počítač (který
pak ani nemusí existovat), ale ponechává u svého vlastníka - tedy na jeho počítači. Ten pak
může vystupovat současně v roli serveru i v roli klienta (resp. pracovní stanice) - tj. nabízet
ostatním to, co vlastní sám (disky, tiskárny,…) a je ochoten poskytnout formou sdílení, a
současně využívat to, co nabízí ostatní. V jistém smyslu jsou pak všechny uzly sítě
rovnocenné (každý může dle svého uvážení vystupovat v roli serveru, v roli klienta i v obou
rolích současně), a proto se toto řešení označuje přívlastkem "peer-to-peer". Nevýhodou je ale
těžší zajištění bezpečnosti celého systému.
Jednou ze základních výhod P2P sítí je fakt, že s rostoucím množstvím uživatelů celková
dostupná přenosová kapacita roste, zatímco u modelu client-server se musí uživatelé dělit o
konstantní kapacitu serveru, takže při nárůstu uživatelů klesá průměrná přenosová rychlost.
Útoky proti P2P sítím
P2P sítě mají už z definice některá slabá místa, která jsou zvýrazněna tím, že kromě právních
kroků někdy zástupci umělců podnikají také přímé útoky proti P2P sítím. Kromě toho jsou
P2P sítě předmětem „tradičních“ útoků. Mezi slabiny P2P sítí a metody útoků patří:
•
•
•
•
•
•
•
„otrava sítě“ – poskytování souborů, které obsahují něco jiného (např. zcela
neužitečná data) než tvrdí,
DoS útoky – přetěžování sítě či jiné útoky, které síť zpomalují popř. úplně znefunkční,
neužiteční uživatelé – pouze získávají obsah od jiných, ale sami žádná užitečná data
nenabízejí,
počítačové viry v nabízených souborech,
filtrování protokolů – poskytovatelé mohou blokovat přenos dat pomocí P2P
protokolů,
útoky proti soukromí – zjišťování osobních údajů uživatelů, popř. jejich obtěžování,
spam – rozesílání nevyžádaných informací pomocí P2P sítě.
-154-
72 - Radiové sítě: vlastnosti, přístupové metody, použití
Bezdrátové sítě
V některých případech nelze použít kovové ani optické kabely a je nutno použít bezdrátovou
síť. Používá se pro bezdrátové propojení počítačových sítí většinou na velké vzdálenosti.
Pokud se hovoří o bezdrátových sítích, pak pro jejich označení se používá WLAN (Wireless
Local Area Network).
Radiové přenosové cesty
Tyto přenosové cesty rozlišujeme podle uspořádání :
•
•
•
všesměrové pokrývající určitá území signálem (například rozhlas, TV, mobilní telefony),
úzce směrové pro přemostění určité vzdálenosti,
družicové pro telekomunikační družici.
Při rádiovém přenosu digitálních signálů je nezbytné při modulaci vyjádřit několik stavů
z konečné množiny hodnot. Běžně se při modulaci používá více stavů než 2. Tím se ale při
dané přenosové rychlosti sníží modulační rychlost a signál po modulaci zabere užší kmitočt.
pásmo v rádiovém spektru. Rádiový signál je překódován, modulován do vysokofrekvenčního
pásma a vysílán za pomocí vysílacích obvodů anténou. Na straně přijímače je přijat, přechází
přes propust a zesilovač. Zesilovač zesílí signál na zpracovatelnou úroveň dalšími obvody.
Následně je signál dekódován a zpracován. Jednotlivé rádiové vysílače mají přiděleny radiové
signály (tj. frekvenci a šíři pásma) tak, aby se nerušily s okolními vysílači.
Radioreléové spoje díky úzce směrovým anténám vyzařují hlavní výkon ve velmi úzkém
směru a to jen na viditelnou vzdálenost. Z tohoto důvodu se používá mikrovlnné pásmo
v řádech GHz. Antény vyzařují většinou signál na více kanálech.
Vzdálenost vysílače a přijímače je až desítky km. Pokud se jedná o vzdálenosti větší, vkládají
se do trasy na vyvýšená místa retranslační stanice.
Pokud se jedná o družicové spoje, pak existují 2 typy družicových systémů :
•
•
pevná družicová služba – hlavně používané mezikontinentální spojení,
pohyblivá družicová služba - zajišťuje spojení prostřednictvím celé sítě vzájemně
propojených družic.
Příkladem radiového spojení je systémem například firmy MicroLan, který se skládá ze 2
částí zajišťujících :
•
datovou komunikaci (připojení na komunikační port)
•
přenos dat (mikrovlnná část)
Propojení obou výše zmíněných částí se provádí optickým kabelem, čímž je zabezpečena
datová jednotka proti atmosférickým poruchám a navíc je ji možno umístit až do vzdálenosti
800 m od mikrovlnné jednotky (obr. 1).
-155-
Datová komunikace
Tato část plní funkci přípojného místa pro komunikační zařízení na něž lze připojit až 4
takovéto zařízení). Datová jednotka je tvořena mostem/směrovačem na bázi PC. Přes
mikrovlnný spoj se přenášejí jen data určená pro druhou stranu spojení. Na této úrovni
(podvrstva MAC) je zajištěno spojení bez omezení topologií sítí.
Směrovač je možno kombinovat s mostem pro ostatní protokoly a zajistit tak propojení
nejpoužívanějších protokolů. Výhoda směrovače spočívá v zachování identity jednotlivých
sítí, takže jejich spojením lze vytvořit hierarchickou strukturu WAN.
Obr. 1 Systém bezdrátového propojení v síti
Přenos dat
Mikrovlnná část provádí obousměrný přenos dat prostřednictvím elektromagnetického pole.
Spojení bývá úzce směrové, čímž se snižuje možnost zarušení a též případného odposlechu.
Tuto část tvoří anténní systém spolu s vysilačem, přijímačem a deskou vf. modemu.
Bezdrátové sítě WiFi
Americký regulátor FCC vymezil pásmo 2,4 GHz nazvané ISM (Industrial Scientific and
Medical) pro průmyslové a lékařské potřeby.
•
•
•
802.11b jako síť pracující v pásmu 2,4 GHz s přenosovou rychlostí 11 Mb/s,
802.11a jako síť pracující v pásmu 5 GHz s přenosovou rychlostí 54 Mb/s,
802.11g jako síť pracující v pásmu 2,4 GHz s přenosovou rychlostí 54 Mb/s.
Ve velkých městských aglomeracích se proto dnes budují bezdrátové sítě pracující na
frekvenci 2,4GHz. Síť funguje podobně jako u mobilních telefonů. Pokrytí je vytvářeno sítí
„buněk“ v jejichž středu je umístěn vysílač.
-156-
Základy sítí 802.11 (WiFi)
Tyto sítě jsou velmi podobné síti Ethernet. Každá síť obsahuje 4 hlavní části :
•
•
•
•
distribuční systém, což je část sítě používaná k přesměrování datového toku na stanici
podle její aktuální polohy v síti.
přístupový bod, což je vlastně realizace přechodu mezi sítí tvořenou kabelem a sítí
bezdrátovou,
bezdrátové médium, což je nosič dat mezi stanicemi a je tvořeno frekvencemi 2,4 a 5 GHz
včetně infračervené fyzické vrstvy,
stanice, kterou může být libovolné zařízení jako počítač, notebook či PDA. Z toho
vyplývá, že stanice nemusí být mobilní.
Typy sítí
Základem sítě je základní soubor služeb (Basic Service Set – BBS), což jsou vzájemně
komunikující stanice. Tyto stanice spolu komunikují na ohraničeném prostoru (Basic Service
Area – BSA), tj. v dosahu stanic. Pokud se stanice nachází v tomto prostoru, pak může
s ostatními stanicemi komunikovat. Komunikace mezi členy může probíhat pomocí některého
typu sítě a to sítě :
•
Ad-hoc, neboli nezávislé sítě (obr. 2). V nezávislé síti komunikuji stanice mezi sebou
nezávisle na prostředníkovi, což však znamená, že musí být ve vzájemném radiovém
dosahu. Z toho však vyplývá, že nemohou být rozsáhlé a jejich vytvoření vyžaduje
správnou konfiguraci sítě. Tato komunikace bude vždy představovat větší nároky na
klientskou stanici, protože musí udržovat spojení s každou stanicí se kterou právě
komunikuje.
•
Infrastukturní sítě (obr. 3) mají přesně organizovanou strukturu, kdy spojovací
článek tvoří přístupový bod. Přístupový bod je schopen komunikace s jednou či více
stanicemi nacházejícími se v jeho dosahu. Při Bezdrátové komunikaci mezi 2
stanicemi se provádí spojení vždy s přístupovým bodem, který realizuje přenos z jedné
stanice na stanici druhou. Přístupový bod je schopen též rozeznat, zda stanice přešla
do úsporného režimu a pak pro ni ukládá data a vyčkává s přenosem až do aktivace
stanice.
Obr. 2 - Síť Ad-hoc
Obr. 3 - Síť infrastrukturní
-157-
Pro práci se stanice musí připojit k přístupovému bodu. Pokus o připojení realizuje stanice a
přístupový bod s tím vyjadřuje souhlas či nesouhlas. Pro stanice je připojení možné jen
k jednomu přístupovému bodu i když jich je v dosahu celá řada. Pro připojení k druhému
přístupovému bodu je třeba druhé WiFi. U přístupového bodu takovéto omezení není.
Přístupové body umí většinou zvládnout až 253 připojených stanic najednou, ovšem za cenu
pomalého přenosu (max. 40 kb/s). Přístupové body neomezují přenos dat mezi jednotlivými
stanicemi, takže může dojít k jejich zahlcení.
Dálková síť WAN
Dálková počítačová síť WAN není omezena plošně a zpravidla navzájem propojuje jednotlivé
místní neboli lokální sítě (LAN) i individuální účastníky na vzdálenost desítek až tisíců
kilometrů. Praktická a též nejznámější realizace je celosvětová síť Internet.
Základní vlastnosti sítě WAN jsou :
•
•
•
•
neomezený dosah,
přenosový výkon v řádu Mb/s,
přenosová média nejsou vlastnictvím koncových uživatelů,
koncové uzly sítí WAN jsou centrální počítače, terminály a sítě LAN.
Tyto sítě jsou budovány za účelem :
•
•
•
•
propojení centrálních počítačů a vzdálených terminálů,
propojení vzdálených lokálních sítí LAN,
budování celopodnikových a globálních informačních systémů,
poskytování služeb veřejné datové sítě.
-158-
73 – Internet: charakteristika, vlastnosti
Historie Internetu
ARPENet byl pokusným projektem vojenské organizace DARPA (U.S. Department of
Defense Advanced Research Project Agency) a byl vytvořen v období studené války na
základě požadavku funkčnosti i pro případ výpadku či zničení libovolné části sítě.
Internet není jednolitá síť, ale jedná se o různorodý souhrn komunikačních protokolů, aplikací
a infrastruktury. Propojení je provedeno pomocí bran a směrovačů tak, že jeho části nejsou na
sobě závislé. Cesta přenosu přes síť Internetu není jednoznačně definována. Jednotlivé pakety
jsou vedeny z jednoho bodu do druhého bodu různými cestami, což však uživatel jen tak
nezjistí. Přenos dat je řízen protokoly, které se starají o následující činnost :
•
•
•
rozdělují data na pakety
opatřují pakety hlavičkou (header)
odesílají pakety
Aby si počítače mezi sebou rozuměli, musí používat stejný protokol pro přenos dat, který se
v Internetu nazývá TCP/IP (Transmission Control Protocol/ Internet Protocol). Data jsou
protokoly TCP/IP rozdělena na pakety a přes směrovače (routery) rozesílána k uživatelům. U
příjemce pak tyto protokoly sestaví pakety opět do úplné zprávy. Při přenosu mohou
vzniknout chyby a proto řada protokolů umí tyto chyby nejen identifikovat, ale i opravit.
Síťové vrstvy podle modelů OSI a TCP/IP
Model TCP/IP vychází ze 4 základních vrstev a to :
•
•
•
•
Vrstva síťového rozhraní – zajišťuje fyzickou komunikaci uzlů sítě. Slouží jako rozhraní
pro přenos paketů IP různorodým prostředím.
Vrstva Internet – zabezpečuje funkčnost na bázi síťové vrstvy modelu RM-OSI, tj.
adresování sítě a nezabezpečenou výměnu paketů protokolem IP v síti.
Transportní vrstva – zabezpečuje spolehlivou transportní službu mezi komunikujícími
aplikacemi TCP a odpovídá transportní vrstvě modelu RM-OSI (případně UDP pro
nespolehlivý přenos datagramů).
Aplikační vrstva pak nahrazuje vrstvy relační, prezentační a aplikační z modelu RM-OSI.
Jednotlivé aplikační programy komunikují přímo s transportní vrstvou. Každá aplikace si
sama zajistí, co potřebuje a co ji nižší vrstvy neposkytnou. Většina aplikací a protokolů je
založena v rámci TCP/IP na modelu klient – server. Klient žádá konkrétní služby a
zahajuje komunikaci. Server služby poskytuje ale jen na žádost klienta – sám nemá vlastní
iniciativu.
-159-
K identifikaci počítačů v síti se používají následující systémy :
•
•
IP adresa
DNS (Domain Name System) – dává IP adresám jména
Vícemístné top-level domény: com (commercial), edu (education), gov (government), int
(international), net (síťov provozy), org (organization)
Poskytovatelé připojení k interentu
Poskytovatel připojení je subjekt (ISP Internet service provider), který umožní připojit se k
Internetu. Je mu většinou přidělen nějaký rozsah IP adres, se který pronajímá.
Primární poskytovatel - Primární poskytovatel připojení většinou vlastní přenosové trasy do
zahraničí a je tak připojen k hlavním přenosovým páteřním linkám (backbone) v Evropě, příp.
v USA. Působí celostátně a má vybudované vlastní přenosové trasy na území státu. Primární
poskytovatel poskytuje připojení sekundárním poskytovatelům nebo koncovým zákazníkům.
Sekundární poskytovatel - Sekundární poskytovatel připojení nevlastní žádné přenosové trasy
do zahraničí. Působí většinou lokálně v určitém regionu a sám je připojen k Internetu přes
primárního poskytovatele. Má od něj přidělen určitý rozsah IP adres, které pronajímá.
Většinou nevlastní žádné spojové trasy. Sekundární poskytovatel prodává a zajišťuje připojení
k Internetu koncovým uživatelům.
Internetové vyhledávací portály
Dnešní portály nabízejí fulltextové vyhledávání a řadu služeb jako například zpravodajství,
TV program, zákony, nabídky služeb, předpovědi počasí a mapy. Některé služby přitom
portály vyvíjejí a spravují samy, jiné přebírají od třetích.
Zahraniční portály
www.google.com - Patří mezi nejoblíbenější vyhledávač současné doby.
www.altavista.com «» www.yahoo.com
České portály
www.seznam.cz «» www.centrum.cz
Centrum a Seznam patří mezi dva největší portály v české republice.
www.atlas.cz «» www.redbox.cz «» www.tiscali.cz «» www.quick.cz «» www.volny.cz
Služby
Elektronická pošta (e-mail)
Je to nejpoužívanější služba Internetu, která je určena ke komunikaci, která umožňuje
předávat zprávy uživatelům. Pomocí této služby lze posílat jak textové, tak i multimediální
dokumenty.
Novinky (News)
Tato služba v sobě obsahuje diskusní fóra(NetNews), aktuální zprávy všeho druhu apod..
-160-
Reklamy
Tyto reklamy jsou v nejčastěji ve formě obrázků, tzv banneru. Nebo ve formě kontextové
reklamy, kde se stránka napřed prohledá a podle jejího obsahu je vybrán z databáze reklam
tématicky nejvhodnější. Tohoto typu reklamy využívá například Google, Seznam, Centrum a
jiné další portály.
Inzeráty
Existují firmy umožňující si podat inzerát na WWW jakéhokoliv typu. Nejznámější aukčním
portálem je eBay.
Nabízení zboží a služeb
Nabídka zboží a služeb je realizována pomocí multimediálního media WWW. Stránky WWW
lze pak zveřejnit na různých serverech. Výhoda je, že stránky lze jednoduše aktualizovat s
jinou cenou, novou službou atd. Takže zákazník má vždy po ruce aktuální nabídku.
Nákupy online
Řada firem se nejen v zahraničí, ale i u nás pokouší o nabídku zboží a služeb online. Po
výběru zboží se do formuláře jen vyplní číslo kreditní karty, popřípadě zadá jiná platební
metoda, například šekem, peněžním příkazem nebo na dobírku.
Servery
WWW servery používají protokol HTTP (Hypertext Transfer Protocol - hypertextový
přenosový protokol).
Informace do světa se rozšiřují prostřednictvím serverů :
•
•
FTP (Fail Transfer Protocol)
NNTP (Networks News Transport Protocol)
Servery FTP se používají tehdy, pokud je zapotřebí zpřístupnit dálkově binární soubory nebo
rozsáhlé texty. Koncový uživatel pak vidí obsah serveru jako standardní souborovou
strukturu.
Servery NNTP se používají tehdy, pokud je třeba podporovat službu přes rozhraní
navazovaných zpráv diskusních skupin Usenetu. V současnosti se používá pro streamované
video. Technologie streamingu využívajá specializovaný server na druhém konci linky, která
přehrává plynulý datový proud přicházející na osobní počítač. Tato technologie přináší po síti
proud dat, neukládá je a přes filtr zpracovává. Zpracovaná data pak průběžně předává na
zvukovou kartu nebo videokartu.
Databázové servery se používají při komplexních databázových řešeních, kde je nutné, aby
databáze měla vlastní počítač. Zde se používá hlavně databáze firmy Oracle, která je z
databázových aplikací nejlepší. Pro méně náročnější řešení lze použít třeba MicroSoft SQL
Server. K databázi se přistupuje pomocí rozhraní ODBC nebo vlastního rozhraní databáze,
pro komunikaci se používa jazyk SQL.
-161-
74 – Elektronická pošta a související protokoly
E-mail je nejpoužívanější služba Internetu, která umožňuje odesílat a přijímat poštovní zprávy
mezi všemi uživateli sítě Internet i v jejich nepřítomnosti. Pomocí této služby lze posílat jak
textové, tak i multimediální dokumenty.
Tato služba má následující výhody :
•
•
•
•
může přenášet libovolné typy souborů
zprávy z e-mailů lze uložit, zpracovat či zaslat kamkoliv jinam
je rychlejší než dopis
zpráva bude doručena prakticky vždy
Má též nevýhodu a to pokud je používána bez ochranného zakódování, lze ji na mnoha
místech přečíst !
Oba protokoly pro práci s poštou se nachází ve IV. vrstvě modelu TCP/IP
POP3
Post Office Protocol (verze 3)
Slouží k přijímání elektronické pošty poštovním klientem, tj. z poštovního boxu MTA do
poštovního adresáře vzdáleného klienta. Využívá port 110.
SMTP
Simple Mail Transfer Protocol
Slouží k přenosu elektronické pošty poštovním klientem. Je to poštovní protokol pomocí
něhož se posílají jak jednoduché, tak i multimediální programy (port 25). Definuje jen způsob
komunikace koncových uzlů MUA (Mail User Agent) a poštovních serverů MTA (Message
Transfer Agent
K určení adresáta stačí uvést jen poštovní adresu tvořenou jménem adresáta a za @
doménovým jménem například „ [email protected]“ Zcela výjimečně se píše adresa celé cesty
kudy půjde pošta.
-162-
75 – Internet: Používané protokoly
Co se týká síťové a transportní vrstvy, síť internet je postavena na protokolu IP (síťová vrstva)
a TCP (transportní vrstva). Základní filosofií je decentralizace, přenos dat po paketech a jejich
směrování.
Protokol IP (InterNet Protokol)
Funkcí protokolu je dopravovat datagramy mezi jednotlivými sítěmi. Je tvořen několika
dílčími protokoly. Základní je protokol IP a služební protokoly ICMP (signalizace
mimořádných stavů), IGMP (doprava adresných oběžníků). Patří sem i protokoly ARP a
RARP avšak jejich rámce nemají IP záhlaví.
Protokol TCP (Transmission Control Protocol)
je protokolem transportní vrstvy a představuje spolehlivý protokol (transportní služba se
spojením). Protokol IP zajišťuje spojení mezi jakýmikoli datovými stanicemi na Internetu a
protokol TCP pak spojení mezi příslušnými aplikacemi běžícími na těchto stanicích.
Protokol TCP plní tyto funkce :
•
•
•
•
•
asociuje porty se spojeními
navazuje a ukončuje spojení
řídí tok dat (segmentuje a čísluje data, potvrzuje příjem)
reguluje tok dat
signalizuje urgentní data
Čísla portu mohou nabývat hodnot O až 65535. Hodnoty menší než 1024 jsou porty
privilegované a používají se pouze privilegovanými uživateli (servery). Hodnoty větší může
použít kdokoli, avšak pouze tehdy, je-li port volný. Položka velikost okna určuje kolik bajtu je
možné přenést bez potvrzení (potvrzování přijetí každého segmentu by bylo dosti neefektivní)
Protokol UDP (User Datagram Protocol)
poskytuje nespolehlivou transportní službu. Existují aplikace nepotřebující zabezpečení v
takovém rozsahu jak to provádí TCP nebo jsou transakčně orientovány (dotaz-odpověď) a
navazování spojení je ně příliš zdlouhavé Protokol dovoluje vysílat na všeobecnou IP adresu
(255.255.255.255).
HTTP
Protokol, kterým komunikuje webový prohlížeč s webovým serverem. Komunikace se skládá
z připojení, zaslání požadavku k serveru, obdržení požadovaného dokumentu a odpojení.
Požadavek obsahuje kromě jiného URL požadovaného dokumentu, hlavička odpovědi pak
MIME typ vraceného dokumentu.
FTP
Zprostředkovává přístup ke vzdáleným počítačům v síti Internet. Nabízí s nimi interaktivní
práci, různé způsoby vyhledávání informací a jednoduchý přenos souborů ze vzdálených
serverů rozmístěných po celém světě. Od 70. let se téměř nezměnil. Navazuje se jedno spojení
pro řídicí operace a při vlastním přenosu souboru se vytváří spojení nové - datové.
-163-
POP3
Protokol pro stahování elektronické pošty z poštovního serveru. Komunikace probíhá
interaktivně, klient po připojení serveru posílá jednoduché příkazy, které server plní. Je-li
výsledek bez chyb, začíná řetězec odpovědi písmenem +, vyskytla-li se chyba, server jí hlásí
znaménkem – na začátku.
SMTP
Protokol určený pro odesílání elektronické pošty.
Copyright © 2006 Radek Klein – [email protected]
-164-