43.1 Vnitřní stavba počítače (studijní text)

Počítačová skříň

• je hardware, který slouží k mechanickému upevnění všech vnitřních dílů počítače, anglicky "case"
• v současnosti se objevuje několik variant podle provedení počítačové skříně
  1. desktop (skříň je položena na stole a monitor je položen na skříni, podle velikosti se označují: small desktop, mini desktop)
  2. tower (skříň PC je postavena mimo buď na stole, nebo pod stolem, existují obdoby podle velikosti: minitower, miditower, bigtower)
  3. all-in-one (skříň PC a monitor tvoří jeden kus, připojuje se jen klávesnice a myš)

Obr. 1: Počítačová skříň typu "tower".

Vnitřní zařízení počítače

1. Zdroj napájení
2. Základní deska
3. Procesor s chladičem
4. Paměťové moduly
5. Přídavné karty
6. Datové úložiště

1. Zdroj napájení

• zabezpečuje napájení všech součástí uvnitř počítače
• převádí standardních 230 V na nižší napětí (12 V / 5 V / 3,3 V)
• slouží též k odvádění tepla z vnitřku počítače

Obr. 2: Typický zdroj napájení.

2. Základní deska

• též se nazývá motherboard či mainboard
• slouží k vzájemnému propojení všech součástí uvnitř i vně počítače
• skládá se z několika částí, které jsou umístěny na plastové desce s integrovanými obvody (tzv. plošný spoj)
  • sloty - slouží k přímému propojení součástí se základní deskou (rychlejší komunikace)
    • slot pro procesor - tzv. socket či patice
    • sloty pro paměťové moduly,
    • rozšířující sloty zejména pro grafickou kartu a ostatní přídavné karty (zvuková, síťová, televizní).
  • chipset (čipová sada) – soustava čipů zajišťují komunikaci mezi jednotlivými částmi základní desky
  • konektory - slouží pro propojení dalších součástí pomocí kabelu (pomalejší komunikace)
    • datové konektory pro připojení pevných disků, SSD disků a optických mechanik (nejpoužívanější jsou konektory SATA, méně již zastaralé IDE),
    • napájecí konektory pro připojení různých napájecích kabelů ze zdroje napájení, chladičů, atd.
    • konektory pro vnějších (periferní) zařízení - tzv. zadní panel (je viditelný z vnější strany počítače)

Obr. 3.1: Základní deska.

Formát základní desky (form factor)

• určuje hlavně velikost základní desky a též uspořádání slotů, čipové sady a konektorů na samotné desce
• dnes se nejvíce používá formát ATX a jeho menší odvozeniny, zejména microATX
• v mini počítačích se používá formát Mini-ITX
• při výběru základní desky je proto důležité vědět, jaký formát základní desky podporuje příslušná počítačová skříň

Obr. 3.2: Různé formáty základní desky.

Patice procesoru

• speciální slot určený výhradně pro zapojení procesoru, angl. socket
• většinou má čtvercový tvar s otvory, do které přesně "zapadne" spodní strana procesoru, a pojiskou proti vypadnutí
• v současnosti existuje celá řada různých patic, které se dělí podle výrobce procesoru a nejsou navzájem kompatibilní, např:
  • označení patic pro procesory AMD: AM2+, AM3+, AM4, FM2, TR4
  • označení patic pro procesory Intel: 775, 1156, 1155, 1150, 1151

Obr. 3.3: Patice procesoru.

Sloty pro paměťové moduly

• speciální slot určený výhradně pro paměťové moduly (dnes hlavně moduly typu DDR SDRAM)
• má úzký podlouhý tvar, na koncích je vybaven "zaklapávací" pojistkou proti vypadnutí modulu
• na základní desce jsou sloty umístěny v blízkosti patice procesoru (rychlost komunikace) a většinou jsou v páru (2, 4, atd.) pro specifický typ zapojení tzv. dual channel
• sloty dnes nesou označení DIMM (Dual Inline Memory Module) a stejně jako u patice procesoru nejsou navzájem kompatibilní s různými typy paměťových modulů

Obr. 3.4: 3x sloty SDRAM DIMM.

Rozšiřující sloty

• slouží pro zapojení přídavných karet zejména grafických karet
• v minulosti existovalo několik druhů rozšiřujících slotů (ISA, PCI, PCI-X, AGP, atd.)
• dnes již převažuje pouze slot s označením PCI-E (PCI-Express)
• podle rychlosti komunikace se sloty dělí na PCI-E 16x (nejrychlejší, pro grafické karty), PCI-E 4x a PCI-E 1x (pomalejší, pro zvukové karty a aj.)

Obr. 3.5: Sloty PCI-Express (shora: 4x, 16x, 1x, 16x) a slot PCI (dole)

Čipová sada (chipset)

• jedná se o soustavu jednoho či více integrovaných obvodů (čipů), které se starají o základní komunikaci mezi procesorem, paměťovými moduly, přídavnými kartami, datovými úložišti a periferními zařízeními
• v dnešní době existují dva základní čipy: tzv. northbrigde (česky: severní můstek) a tzv. southbridge (česky: jižní můstek)

Obr. 3.6: Čipová sada (chipset).

Konektory základní desky

• slouží k připojení různých zařízeních, ať už interních (pevné disky, chladiče, atd.) či externích (periférií)
• právě podle použití se dělí na interní konektory a externí konektory (tzv. zadní panel)

Externí konektory (zadní panel)

• PS/2 konektory pro klávesnici nebo myš.
• USB konektory - univerzální pro velké množství zařízení (disky, tiskárny, skenery, atd.).
• FireWire konektory -  univerzální pro velké množství zařízení (disky, tiskárny, skenery, atd.).
• HDMI konektor pro připojení zobrazovacího zařízení (např. monitoru).
• DisplayPort konektor pro připojení zobrazovacího zařízení (např. monitoru).
• VGA konektor pro připojení zobrazovacího zařízení (např. monitoru).
• DVI konektor pro připojení zobrazovacího zařízení (např. monitoru).
• RJ-45 pro připojení do počítačové sítě nebo sítě Internet.
• Jack 3,5 mm konektory pro zvuková vstupní a výstupní zařízení (reproduktory, mikrofony, sluchátka).
• Optický S/PDIF konektor pro zvuková zařízení.

Obr. 3.7: Příklad rozložení konektorů na zadním panelu základní desky.

3. Procesor

• zpracovává strojový kód (instrukce) spuštěného počítačového programu
• v dnešní době se používají hlavně procesory od dvou výrobců: AMD nebo Intel,
• osazuje se do speciálního slotu na základní desce, který se často označuje jako patice procesoru či socket,
• o rychlosti zpracování rozhoduje celá řada parametrů, například:
  • typ slotu (socketu) – různé podle výrobce procesoru
  • počet jader – zjednodušeně: více jader = vyšší výkon
  • velikost vyrovnávací paměti (cache) – „odkládací“ paměť procesoru, využívá ji při zpracovávání instrukcí
  • taktovací frekvence – počet instrukcí schopných zpracovat za sekundu
• každý procesor se velmi zahřívá, tudíž je nutné ho vždy chladit pomocí chladiče
• dnes se běžně využívájí dva způsoby chlazení
  • pasivní - hliníkový nebo měděný žebrovaný chladič
  • aktivní - pasivní chladič je osazen větrákem, který pomáhá lepšímu chlazení

Obr. 4: Horní strana procesoru.	Obr. 5: Spodní strana procesoru.

4. Paměťové moduly

• slouží pro potřebu rychlého přístupu k aktuálně potřebným počítačovým datům
• osazuje se do speciální slotu na základní desce, dnes hlavně sloty DIMM (Dual In-line Memory Module), v přenosných počítačích SO-DIMM (Small Outline DIMM)
• paměťové moduly obsahují paměť typu RAM, konkrétně typu SDRAM (Synchronous Dynamic RAM)
• v této paměti jsou nahrány veškeré běžící procesy a úlohy operačního systému, spuštěné aplikace či otevřené (neuložené) soubory
• paměť typu RAM je tzv. volatilní, to znamená, že po odpojení od elektrického proudu vymaže svůj obsah
• paměť je velmi rychlá s kapacitou několik jednotek až desítek GB
• kromě kapacity rozhodují o rychlosti paměťových modulů tyto parametry:
  • typ paměťového modulu - dnes dominují moduly typu DDR (DDR až DDR4), dříve paměti typu SDR
  • frekvence paměti - rychlost zpracování paměťových instrukcí (čím více, tím lépe)
  • časování paměti - čas potřebný na odeslání dat z paměti např. do procesoru (čím méně, tím lépe)

Obr. 6: Moduly pamětí RAM.

5. Přídavné karty

• rozšiřují nebo zlepšují výkon počítače a zapojují se do slotů na základní desce
• mezi nejznámější přídavné karty patří: grafická karta, zvuková karta, síťová karta, televizní karta

Grafická karta

• slouží k vytváření grafického (obrazového) výstupu z počítače do monitoru nebo dataprojektoru
• zapojuje se do speciálního slotu označeného PCI-E 16x (dnešní počítače) nebo AGP (starší počítače)
• má vlastní výkonný procesor, paměť typu RAM (označují se GDDR)
• výkonné grafické karty mají navíc svůj vlastní aktivní chladič a potřebují samostatné napájení z hlavního zdroje napájení
• grafická karta bývá často integrována na základní desce (slabší výkon než samostatná karta)
• možné výstupní konektory: VGA, DVI, S-Video, HDMI, DisplayPort

Obr. 7: Grafická karta.

Zvuková karta

• slouží k vytváření zvukového výstupu z počítače do zvukového zařízení (reproduktory, sluchátka, aj.) nebo pro zpracování zvuku z nahravacího zařízení (mikrofon, aj.)
• zapojuje se do slotů na základní desce označených PCI-E 1x a PCI-E 4x (dnešní počítače) nebo PCI (starší počítače)
• dnes je integrována na základní desce
• má mnoho výstupní či vstupních konektorů, které jsou barevně odlišeny, standardně takto:
  • růžový – vstup pro mikrofon
  • světlezelený – přední stereo reproduktory či sluchátka
  • světlemodrý – univerzální zvukový výstup (např. zesilovač)
  • oranžový – střední reproduktor a subwoofer pro soustavy prostorového zvuku 3.1
  • černý – zadní stereo reproduktory pro soustavy prostorového zvuku 5.1
  • šedý – boční stereo reproduktory pro soustavy prostorového zvuku 7.1

Obr. 8: Zvuková karta.

6. Datové úložiště

• nejčastěji v podobě pevného disku (HDD), SSD disku či optické mechaniky (CD, DVD, BD)
• všechna zařízení se dnes připojují kabelem prostřednictvím rozhraní SATA (Serial ATA)
• dnes se preferuje osazení malým ale rychlým SSD diskem (pro systém a aplikace) a velkokapacitním pevném diskem (pro uživatelské soubory)

Obr. 9a: Pevný disk.

Obr. 9b: SSD disk.

Obr. 9c: Optická mechanika.