Základné pojmy o PC

Čo je to hardvér?

• Technické vybavenie počítača, fyzické komponenty.
• PC sa skladá z troch častí – výpočtová jednotka, vstupné a výstupné zariadenia.
• Vo vnútri počítača sa nachádza základná doska (na nej je procesor, pamäť, rozširujúce karty, …), zdroj, pevné disky, chladiace komponenty.
• Rýchlosť PC závisý od rýchlosti procesora, rýchlosti a veľkosti pamäte, pevných diskov, grafickej karty (hlavne pri 3D priestorových aplikáciách alebo hrách), priepustnosti zbernice a podobne.
• Hardvérová kompatibilita znamená fakt či dané komponenty spolu dokážu komunikovať – fungovať (neplatí to len pre hardvér).

Čo je to softvér?

• Je to programové vybavenie počítača. Sem patrí jednak samotný operačný systém a jednak všetky aplikácie, hry, programy. Sú to vlastne nehmotné komponenty na rozdiel od hardvéru. Softvér a hardvér musia existovať spolu, jedno bez druhého nedokáže fungovat.
• V počítači môže byť nainštalovaných viacero programov – softvéru súčastne a dokonca mnohé môžu súčastne fungovať. Takto sa to deje aj v samotnom operačnom systéme. Je pochopiteľné že čím viac aplikácií beží naraz tým je väčšia záťaž na hardvér a počítač ktorý je preťažený funguje pomalšie.

Základné programové vybavenie počítača

Programové vybavenie sa delí podľa účelu použitia. Presné rozdelenie je niekedy veľmi obtiažne, mnohé programy totiž v sebe zahŕňajú funkcie z viacerých skupín. Základné skupiny sú:

• operačný systém
• užívateľské rozhranie
• aplikačný softvér
• prekladače programovacích jazykov

Časti počítača

Počítač je zariadenie alebo lepšie povedané stroj na realizáciu výpočtov alebo riadenie operácií reprezentovaným číselnými alebo logickými výrazmi. Počítače sa skladajú z komponentov ktoré majú presne definované funkcie. Komplexné vzťahy medzi komponentami dávajú počítačom schopnosti spracovávať informácie.Hoci sa počítače od 40-tych rokov minulého storočia dramaticky zmenili, väčšina z nich používa tzv. von Neumannovu architektúru. Fungovanie je pomerne jednoduché. Počítač je riadený hodinovým cyklom a každú operáciu robím v rámci jedného cyklu. Tieto operácie sa nazývajú inštrukcie a v dnešných počítačoch väčšinou trvajú aj viac cyklov ale urobia viac operácií naraz. Von Neumannova architektúra popisuje počítač pomocou štyroch častí: aritmeticko-logická jednotka (ALU), riadiaca jednotka (CPU), pamäť (RAM, ROM, iné), vstupno-výstupné zariadenia (IO alebo V/V). Tieto časti sú prepojené zbernicou a synchronizované hodinami (hoci môžu byť riadené aj inými udalosťami).

Prvý elektronický počítač na všeobecné použitie – ENIAC, vyrobený v roku 1946:

Nedosahoval ani zďaleka výkon žiadneho dnešného domáceho počítača. Jeho cena v tej dobe bola približne 500 000 dolárov, vážil 27 ton, zaberal plochu 63 metrov štvorcových a spotrebu mal približne 150-180 kW. Dneska by ho bolo možné celý zaintergrovať do jediného čipu s veľkosťou pár milimetrov, frekvenciou jadra 20 MHz a spotrebou 0,5W.

Základná doska má na sebe umiestnený procesor, pamäť a rozširujúce karty vstupno-výstupných zariadení. Jej komponenty sú umiestnené prehľadne, navzájom prepojené tiež sa na doske nachádza niekoľko konektorov na pripojenie ďalších zariadení.

Príklad základnej dosky pre výkonné procesory Intel: MSI MAG Z890 TOMAHAWK WIFI

Základná doska – Intel Z890, socket Intel 1851, rozmer ATX, 4× DDR5, 9200 MHz (OC), 3× PCIe x16, 4× SATA III, 4× M.2, RJ-45 (LAN) 5 Gbps, 4× USB 3.2 Gen 2, 4× USB 3.2.Gen 1 (USB 3.0), 2× Thunderbolt, HDMI 2.1, 7.1 zvuková karta.

Procesor – základná jednotka počítača t.j. logický automat pre spracovanie informácií. Procesor bez periférnych zariadení a bez hlavnej pamäti tvorí srdce a mozog celého počítača. Procesor do značnej miery ovplyvňuje výkon celého počítača. Býva umiestnený na základnej doske a obsahuje rýchle pamäťoveé bunky – registre. Dnešné procesory obsahujú aj malú ale veľmi rýchlu pamäť – tzv. cache ktorá mu slúži na odkladanie medzivýsledkov a rýchly prístup k nim. Pred rokmi sa začali aj do domácich počítačov montovať procesory ktoré majú viacej jadier – inak povedané ako keby bolo viacero procesorov spolu na jednom čipe – integrovanom obvode. V súčastnosti sú to hlavne dvoj, štvor a visac jadrové precesory.

Príklad výkonného procesora súčastnosti: Intel Core Ultra 9 285

Procesor 24-jadrový, 24 vláken, 5,6 GHz (TDP 182 W), Boost 5,6 GHz, 36 MB L3 cache, Intel Graphics 300 MHz, socket Intel 1851, Arrow Lake

Pre dnešné domáce počítače prichádzajú do úvahy procesory od dvoch popredných svetových výrobcov: Intel a AMD.

AMD ponúka napríklad:

• Ryzen pre stolné počítače sú postavené na architektúre Zen 4 a výrazným spôsobom prekonávajú generácie predchádzajúce nielen výkonovo, ale aj z hľadiska efektivity a podpory technológií. Procesory Ryzen 7000 majú 6 – 16 jadier.
• Ryzen Threadripper a Threadripper PRO 7000 radu WX stavajú na osvedčenom výkone a schopnostiach, aby umelcom, architektom a inžinierom poskytli bezkonkurenčný výkon vo všetkých oblastiach. Vďaka až 96 vysokovýkonným jadrám (o 40 jadier viac ako pri konkurenčných procesoroch pre pracovné stanice) a zvýšeným maximálnym boost frekvenciám naprieč celým modelovým radom pomáhajú tvorivým profesionálom s istotou riešiť najrôznejšie zložité výpočtové úlohy. Threadripper PRO navyše ponúka neuveriteľnú rozšíriteľnosť vďaka 128 linkám PCIe pre pokročilé konfigurácie s viacerými grafickými procesormi na tréning, simulácie a vykresľovanie umelej inteligencie.

Intel má pre nás tieto procesory, niektoré majú na sebe aj grafickú kartu, iné nie:

• Core i3, i5, i7 a i9 sú zástupcami poslednej rady procesorov od tohoto výrobcu. Najznámejšími zástupcami sú procesory z rodiny Intel Core, teraz dostupné už v 14. generácii Raptor Lake Refresh.
• Xeon W sú špičkové procesory navrhnuté špeciálne pre pracovné stanice a profesionálne nasadenie. Tieto čipy poskytujú vysoký výkon a spoľahlivosť pre náročné úlohy, ako sú profesionálne grafické práce, vedecké simulácie a náročné výpočty.

Pamäť počítača slúži na uloženie (zaznamenanie) informácií ale aj inštrukcií pre procesor. Môžu to byť aj vstupné alebo výstupné údaje, medzivýsledky ale aj grafické informácie a podobme. Pamäť delíme na operačnú (vnútornú), zabezpečuje uschovanie údajov a programov v dobe, kedy počítač pracuje a na užívateľskú (vonkajšiu), ktorá slúži na dlhodobé uchovávanie údajov a programov v dobe, kedy je počítač vypnutý.Z fyzikálneho hľadiska delíme pamäte na:

• Pamäť RAM (Random Access Memory) alebo tiež RWM (Read-Write Memory) – údaje mäžeme ľubovoľne zapisovať aj ich čítať. Používa sa najmä ako operačná pamať osobného počítača – PC.
• Pamäť ROM (Read Only Memory) – údaje boli do tejto pamäte vložené už počas výroby a mäžeme z nej iba čítať.
• Vonkajšia pamäť – radíme sem najmä diskové jednotky; sú to rôzne druhy pamätí, ktoré sa väčšinou nachádzajú mimo počítača; pri vonkajších pamätiach sú údaje uložené na nosičoch údajov – médiách. Sem patrí ja pevný disk (harddisk) ktorý obsahuje veľké záznamové kapacity, dokáže pomerne rýchlo prenášať údaje do pamäte a naopak. Údaje sa ukladajú na magneticky citlivých platniach. Väčšinou sa nachádza vo vnútry počítača ale radí sa medzi vonkajšie pamäte.

Príklad výkonnej DDR3 RAM: CORSAIR DDR3 2048MB 1600MHz

V súčasných osobných počítačoch (PC) ale aj v notebookoch sa používajú najmä tie typy pamätí:

• SDRAM (skratka z Synchronous Dynamic Random Access Memory) je polovodičová pamäť. Je druhom dynamickej RAM (DRAM), kde prenosu údajov predchádza zápis adresy a nastavenie nasledujúceho režimu. Samotný prenos údajov je riadený hodinovým signálom bez opakovaného zápisu adresy. Tým je umožnený zápis a čítanie údajov v blokoch výrazne vyššou rýchlosťou,
• DDRAM (skratka z Double Data Rate Synchronous Dynamic Random Access Memory) pri ktorej sa na rozdiel od staršiho typu SDRAM prenášajú dáta aj počas nábežnej aj dobežnej hrany jednej periódy hodinového signálu ktorý je pamäť taktovaná a tým pádom je shopná preniesť dva krát viac údaojov za rovnaký čas,
• DDRAM2 (alebo aj DDR2) sú nástupcom predošlého typu, pracujú na vyššej frekvencii a je možné ich používať v pároch a využiť parelelný prístup do dvoch pamäťových modulo naraz,
• DDRAM3, 4, 5 (alebo aj DDR3, DDR4, DDR5) na rozdiel od DDR2 pracujú na vyššej frekvencii, dokonca až 6400GHz, prípadne viac. Aktuálne sa stretávame len s týmito typmi pamätí, staršie sú už len v historických počítačoch.

To isté platí aj pre pamäte v notebookoch, majú ale iné prevedenie z dôvodu úspory priestoru. Platí pochopiteľne že rovnako výkonná pamäť v PC je lacnejšia ako prevedenie pre notebook.

Pevný disk (z angl. hard disk, HD alebo harddisk drive, HDD, predtým tiež Winchester) je zariadenie, ktoré sa používa na uchovávanie dát v počítačoch ale v súčastnosti aj v iných prístrojoch. Dáta na pevný disk sa zapisujú pomocou magnetického záznamu, podobne ako na magnetofónovú pásku. Výhodu má hlavne v tom že dáta sú na ňom uložené natrvalo, teda až pokiaľ nie sú zmazané úžívateľom. Vďaka tejto vlastnosti býva pevný disk často označovaný aj ako energeticky nezávislé pamäťové médium. Uložené údaje totiž uchováva aj po ukončení dodávky elektrickej energie. Používa sa predovšetkým v počítačoch a iných digitálnych zariadeniach, napríklad digitálnych fotoaparátaoch, DVD rekordéroch, video kamerách alebo v prehrávačoch hudby.

Príklad vysokokapacitného pevného disku: WD Red PRO Int. Disk 16TB 3,5″, 7200RPM, SATA3

Pevný 3,5″ disk pre NAS, kapacita 16 TB, vyrovnávacia pamäť 512 MB, rozhranie SATA III (6 Gb/s), rýchlosť 7200 ot./min., Exkluzívna NASware 3.0 technológie, ideálne pre stredné až veľké NAS úložisko s až 24 pozíciami, vyššia stredná doba medzi chybami (MTBF) až 1 milión hodín. Prevádzka 24/7.

Podľa formátu (ide o priemer platní ktorý sa udáva v palcoch, 1 palec (z anglického inch) je približne 2,54 cm) sa pevné disky delia na:

• 1 palcové (1″) pre miniatúrne zariadenia ako napríklad pamäťové karty,
• 1,8 palcové (1,8″) ktoré majú rozmery približne 54mm x 79mm x 8mm, hmotnosť cca 60g a kapacitu môžu mať až 250GB. Používajú sa do mininotebookov ale aj do zariadený ako napríklad iPod,
• 2,5 palcové (2,5″) s rozmermi približne 70mm x 100mm x 9,5mm, hmotnosťou 120g a kapacitou až 1000GB (1TB). To sú bežné ktoré sa používajú v notebookoch,
• 3,5 palcové (3,5″) v rozmeroch približne 102mm x 147mm x 26mm, hmostnosť 650g a kapacitou až 20000GB (20TB). Takéto disky sú dneska najrozšírenejšie v stolných PC ale aj v servroch,
• 5,25 a viac palcové sa používali v minulosti a dneska ich môže nájsť takmer výlučne v múzeách, už sa nevyrábajú.

Podľa rozhrania sa delia na:

• IDE/EIDE/ATA/ATAPI (z angl. Integrated Drive Electronics) – paralelné 16 bitové rozhranie s prenosou rýchlosťou od 160 Mbit/s až po 1330 Mbit/s (ATA133 verzia), staršie stolné počítače,
• SATA (z angl. Serial Advanced Technology Attachment) – sériové rozhranie s rýchlosťou od 1500 Mbit/s (SATA 1.0) cez 3000 Mbit/s (SATA 2.0) až 6000 Mbit/s (SATA 3.0), používa sa s súčastných moderných stolných počítačoch ale aj servroch, verzia na pripojenie externých zariadení, diskov sa volá e-SATA,
• SCSI (Small Computer System Interface) – paralelné rozhranie ktoré je možné využiť nie len pre komunikáciu diskových zariadení, rýchlosti od 40 Mbit/s až po 5120 Mbit/s (Ultra-640 verzia), používa sa hlavne v serverových riešeniach,
• SSA, SAS (Serial-attached SCSI) – sériová verzia SCSI ktorá umožňuje pripojiť až 16256 zariadení na jednu zbernicu (v prípade SCSI je maximum 16 zariadení), rýchlosti od 320 Mbit/s až po 2400 Mbit/s.
• FC-AL (Fibre Channel-Arbitrated Loop) – optická technológia, zariadenia sú pripojené do kruhu, používa sa pre riešenia diskových polí, prenosová rýchlosť až 3600 Mbit/s, je možné pripojiť až 127 zariadení na jednu zbernicu.

Ďalšie podstatné parametre diskov sú:

• rýchlosť otáčania,
• vyrovnávacia pamäť (cache),
• stredná doba medzi poruchami.

SSD – moderné pevné disky – SSD disk (Solid State Drive) je moderné úložné zariadenie na dáta (operačný systém, programy, hry, súbory), ktoré nemá žiadne pohyblivé časti. Dáta ukladá do pamäťových čipov (flash pamäť) – podobne ako USB kľúč, ale oveľa rýchlejšie a spoľahlivejšie.

Ako funguje?
Dáta sa zapisujú do NAND flash pamäte. Prístup k dátam je okamžitý (žiadne točiace sa platne). Riadenie má na starosti radič (controller).

Kľúčové parametre:

• Kapacita: 250 GB – 8 TB
• TBW (životnosť): čím viac, tým lepšie
• IOPS: výkon pri malých súboroch
• Cache (DRAM): výrazne zlepšuje výkon
• Formát: 2,5″, M.2 2280, M.2 2242
• Chladenie: dôležité pri NVMe 4.0/5.0

Typy podľa rozhrania:

1. SATA SSD (2,5″), SATA 3 (6 Gb/s), čítanie: ~500–550 MB/s, zápis: ~450–520 MB/s
2. M.2 SATA SSD, SATA (len iný fyzický formát), rýchlosť rovnaká ako 2,5″ SATA, nejde do NVMe-only M.2 slotu
3. M.2 NVMe SSD (PCIe), PCIe 3.0 / 4.0 / 5.0, rýchlosť: PCIe 3.0: ~3 500 MB/s, PCIe 4.0: ~7 000 MB/s, PCIe 5.0: 10 000+ MB/s
4. PCIe SSD (karta do slotu), workstation, servery, maximálny výkon
5. Externé SSD, USB 3.2 / USB-C / Thunderbolt, rýchlosť: 500 – 3 000 MB/s

Médiá s Flash pamäťou sa vyznačujú malými rozmermi a kedže neobsahujú žiadne pohyblivé časti sú aj veľmi odolné proti poškodeniu a to halvne pádom alebo úderom. Vďaka tomu patria dneska k najpoužívanejším na prenos dát a vďaka neporovnateľne väčšej kapacite a nízkej cene oproti pružným diskom, ktoré už vlastne nahradili. Používajú sa vo forme pamäťových kariet (napr. vo fotoaparátoch, notebookoch), tzv. USB kľúčov ale aj Flash pevných diskov (nahrádzajú klasický pevný disk a umožňujú zmenšovať rozmery notebookov a znižovať ich energetickú náročnosť). Bežná kapacita flash pamätí sa pohybuje od 1GB až po desiatky a dokonca aj stovky GB.

Pamäťová karta s flash pamäťou: SanDisk Extreme PRO SD karta, 1 TB, 200 MB/s, SDXC, UHS-I

USB kľúč s flash pamäťou: SanDisk Dual Drive Extreme PRO, 2TB, USB-C 3.2 Gen2

K zberniciam patrí aj USB (z anglického Universal Serial Bus) – univerzálna sériová zbernica. Je to štandard sériovej zbernice hlavne na pripojenie externých zariadení. Vyznačuje sa pomerne veľkou rýchlosťou (až 80Gb/s pri USB 4 verzii 2.0). Je možné pripojiť na ňu rôzne zariadenia ako napríklad: tlačiarne, myši, klávesnice, joysticky, fotoaparáty, modemy ale je vhodná pre prenos dát z videokamier a pamäťových kariet, MP3 prehrávačov, externých diskov a externých napaľovacích mechaník pričom je tieto zariadenia možné priamo napájať cez túto zbernicu.

Pre ďalšie informácie o USB ako aj o typoch konektorov doporučujeme pekný článok na Wikipédii.

Prídavné karty sa nachádzajú takmer v každom počítači (v niektorých prípadoch sú integrované v základnej doske, hlavne v notebookoch). V bežnom osobnom počítači sa môžeme stretnúť s tromi prídavnými kartami ktoré zabezpečujú základné funkcie počítača:

• karta pre vstup a výstup ktorá ma obvykle sériové a paralelné porty:
  
• grafická karta – slúži na zobrazenie údajov na monitore, príklad supervýkonnej grafickej karty HP NVIDIA RTX 4500 Ada 24 GB 4DP Graphics:
  
• ovládač pevného disku alebo diskov spolu s ovládačom pružného disku:
  

Ďalšie prídavné karty môžu byť:

• game port – na pripojenie hracích ovládačov, joystickov – tie sa ale dneska väčšinou pripájajú cez USB
• sieťová karta – na pripojenie počítača do počítačovej siete (lokálnej – LAN ale aj bezdrôtovej – WiFi):
  
• zvuková karta – reprodukcia zvuku z počítača, hlavne multimediálneho (možno k nej pripojiť sluchátka, reproduktory, mikrofón, zosiľovač a iné):
  
• UPS monitorovacia karta – prepojenie so zdrojom nepretržitého zdroja napájania
• iné karty – napr. pre ovládanie streamera, skenera, faxmodemu …

Staršie typy médií, dnes zriedka používané.

Pružný disk – disketa (po angl. floppy disk) je druh vymeniteľného prenosného záznamového média s magnetickým záznamom. Jedná sa o pružný plastový kotúč s magneticku vrstvou uložený v plastovom púzdre ktoré ho chráni pred mechanickým poškodením.Príklad 3,5″ pružného disku s kapacitou 1,44MB:

Optické médiá v súčastnosti hlavne CD (Compact disc), DVD (Digital Versatile Disk) a BD (Blu-ray) disky. Existujú disky len na čítanie – ROM, na jednorázový zápis R (Recordable) a prepisovateľné RW (Rewritable). Optické disky používajú na čítanie a zápis údajov minuatúrne drázky v záznamovej vrstve. Na ich čítanie alebo zápis sa používa laser. Pôvodne bolo možné na optické disky zapísať dáta len pri výrobe – lisovaním, podobne ako v prípade LP platní. Dneska je však možné dáta na ne zapisovať aj doma – tzv. vypaľovanie alebo napaľovanie.Príklad jedného z posledných typov optického média – Bluray – s kapacitou 25GB: