52.1 Rozhraní počítače (studijní text)

Rozhraní počítače slouží pro vzájemnou komunikaci počítače a periferního zařízení. Rozhraní má dvě části:

• logickou (protokol, podle kterého probíhá komunikace, určuje hlavně rychlost přenosu dat či signálu)
• fyzickou (typ a tvar konektoru, uživatelsky nejdůležitější).

Rozhraní lze rozdělit podle několika hledisek:

Podle způsobu komunikace

• kabelové
• bezdrátové

Podle směru komunikace

• jednosměrná
• obousměrná

Podle druhu signálu

• analogové
• digitální

Podle účelu

• univerzální (datové)
• grafické
• zvukové
• síťové
• napájecí

Univerzální rozhraní počítače

Universal Serial Bus (USB)

• univerzální a nejpoužívanější rozhraní součastnosti
• slouží k připojení celé řady periferních zařízení nebo datových úložišť (kromě přenosu dat, slouží i k napájení připojeného zařízení)

Přenosové standardy

Přenosový standard kromě jiného definuje hlavně přenosovou rychlost dat mezi zapojenými zařízeními.

• USB 1.0 (dnes se již nepoužívá),
• USB 2.0 (většina dnešních "nenáročných" periférií - klávesnice, myši, tiskárny, skenery aj., starší "flashdisky" a externí disky),
• USB 3.0 (datové náročnější zařízení, hlavně externí disky a novější "flashdisky"),
• USB 3.1, 3.2 (pouze pro zařízení s konektory typu C)

Konektory USB 3.0 jsou většinou od starších odlišeny modrou barvou.

Zakončení kabelů a typy konektorů

• USB type A - vyskytuje v několika velikostech (viz. obrázek 1.1) a najdete jej vždy v počítačích (stolních i přenosných) a u celé řady periferních zařízení (klávesnice, myši, reproduktory, monitory, televizory, herní konzole, aj.), menší varianty v prvních chytrých telefonech či digitálních fotoaparátech a kamerách
• USB type B - vyskytuje v několika velikostech (viz obrázek 1.2) a najdete jej většinou u tiskáren, skenerů, externích datových zařízení, v chytrých telefonech, tabletech, digitálních fotoaparátech či kamerách, aj.
• USB type C - nejnovější typ, vyskytuje se pouze v jedné velikosti, na rozdíl od předchozích má oboustranný konektor; najdete jej hlavně v nových počítačích, chytrých telefonech či tabletech (jako jediný podpoduje standard USB 3.1)

Obr. 1.1: Zakončení USB kabelů typu "A" (Standard, Mini, Micro).

Obr. 1.2: Zakončení USB kabelů typu "B" (Standard, Mini, Micro).

Obr. 1.3: Zakončení USB kabelů standardu 3.0 - 3.1 (Standard A, Standard B, Micro B, Typ C).

Obr. 1.4: Přehled USB konektorů na straně zařízení.

FireWire (IEEE 1394)

• FireWire je též univerzální rozhraní, které se tolik neprosadilo jako USB, i když dosahuje vyšší reálné přenosové rychlosti než USB
• důvodem jsou vyšší výrobní náklady, proto rozhraní mají ve výbavě většinou dražší modelové řady stolních PC či notebooků (např. od firmy Apple)
• dnes se využívá především pro připojení digitálních videokamer či rychlých externích disků
• nevýhodou je i fakt, že novější přenosový standard má jiné zakončení kabelů než starší typ (není zpětně kompatibilní na rozdíl od USB)

Přenosové standardy

• FireWire 400 (starší)
• FireWire 800 (novější, vyšší přenosová rychlost)

Zakončení kabelů a typy konektorů

• FireWire 400 (6-pin) - s napájením pro připojené zařízení
• FireWire 400 (4-pin) - bez napájení pro připojené zařízení
• FireWire 800 (9-pin)  s napájením pro připojené zařízení 

Obr. 2.1: Zakončení FireWire kabelů (6-pin, 4-pin, 9-pin).

  

Obr. 2.2: Přehled FireWire konektorů na straně zařízení.

External SATA (eSATA)

• kabelové rozhraní pro připojení externích datových zařízení (pevné disky, SSD disky, optické mechaniky)
• výhodou je vyšší přenosová rychlost než USB (využívá stejné přenosové standardy jako interní SATA, max. 300 - 600 MB/s)
• nevýhodou je, že rozhraní neumožňuje napájet připojené zařízení na rozdíl od USB (zařízení musí být připojeno samostatným napájecím kabelem)

Obr. 3: Kabelové zakončení rozhraní eSATA a konektor na straně zařízení.

Bluetooth (BT)

• univerzální bezdrátové rozhraní počítače pro připojení různých zařízení, např.: sluchátka, myš, klávesnice, malé reproduktory, handsfree sady, chytré hodinky, aj.
• rozhraní není určené pro přenos velkých objemů dat, jelikož jeho maximální rychlost přenosu je dnes až 3 MB/s a maximální dosah kolem 10 metrů (pro bezdrátový přenos dat je určeno spíše rozhraní WiFi)

Obr. 4: Logo Bluetooth.

Grafická rozhraní počítače

• slouží hlavně pro připojení zobrazovacích zařízení, jako jsou monitory, datové projektory či televizory
• grafických rozhraní se dnes používá celá řada, hlavně tyto:
  • Video Graphics Array (VGA)
  • Digital Visual Interface (DVI)
  • DisplayPort (DP)
  • High Definition Multimedia Interface (HDMI)
• rozhraní DisplayPort a HDMI jsou schopna přenášet kromě videa i audio a data

Video Graphics Array (VGA)

• nejstarším typem rozhraní, pouze analogové
• využívá se hlavně pro připojené dataprojektorů nebo starších monitorů, je vždy v základní výbavě každého počítače
• existuje i rozhraní miniVGA, které měly starší počítače od firmy Apple (do roku 2004)

Obr. 5.1: Kabelové zakončení VGA a konektor VGA na straně zařízení.

Digital Visual Interface (DVI)

• digitální grafické rozhraní, které však neumožňuje přenos audio signálu
• využívá se hlavně pro připojení novějších monitorů a dataprojektorů
• existuje i rozhraní miniDVI, které opět měly ve výbavě starší počítače Apple (do roku 2009)

Obr. 5.2: Kabelové zakončení DVI a konektor DVI na straně zařízení.

Display Port (DP)

• digitální grafické rozhraní, které umožňuje kromě videa přenášet i audio a další data,
• využívá se hlavně v dnešních počítačích pro připojení monitorů či dataprojektorů, které mají ve výbavě zabudované reproduktory
• existuje i rozhraní Mini DP, které se využívá hlavně v počítačích Apple a nese pojmenování Thunderbold

Obr. 5.3: Kabelové zakončení DP a konektory DP na straně zařízení (vč. Mini DP/Thunderbold).

High Definition Multimedia Interface (HDMI)

• digitální grafické rozhraní, které umožňuje kromě videa přenášet i audio a další data,
• využívá se nejen v dnešních počítačích pro připojení monitorů či dataprojektorů, ale také pro propojení s moderními televizory či multimediálními přehrávači
• existuje i varianty Mini HDMI a Micro HDMI, které využívají především chytré telefony, tablety či digitální kamery

Obr. 5.4: Kabelové zakončení HDMI a konektory HDMI na straně zařízení (Standard/Mini/Micro).

 

Zvuková rozhraní počítače

Audio Jack (TRS)

• nejznámější a nejpoužívanější zvukové rozhraní, známé pod pojmenováním Audio Jack
• oficiálně se však rozhraní nazývá Tip Ring Sleeve (TRS)
• rozhraní je pouze analogové a slouží pouze pro přenos zvuku (pro přenos zvuku i obrazu nahrazeno rozhraními DP či HDMI)
• kabelové zakončení rozhraní má dnes tři varianty:
  • Micro Jack (průměr 2,5 mm) - najdete jej u některých kapesních hudebních přehrávačů
  • Mini Jack (průměr 3,5 mm) - najdete jej u většiny audio zařízení (sluchátka, reproduktory, stolní mikrofony)
  • Jack (průměr 6,3 mm) - využívá se hlavně u profesionálních zvukových zařízení
• rozhraní má též i několik standardů, které se odlišují počtem tzv. "mezikroužků" na kabelové koncovce
  • TS (jeden "mezikroužek", pouze mono, využívá se hlavně u profesionální audio techniky)
  • TRS (dva "mezikroužky", stereo zvuk, zapojení reproduktorů či běžných sluchátek)
  • TRRS (tři mezikroužky, stereo zvuk + mikrofon, např. sluchátka u chytrých telefonů)

Obr. 6.1: Různé podoby kabelového zakončení rozhraní TRS.

• jelikož rozhraní používá stejné konektory pro více koncových zařízení (hlavně v případě prostorového zvuku), jsou konektory většinou barevně odlišeny (viz obrázek)
  • světlezelená – výstupní do předních stereo reproduktorů nebo sluchátek
  • světlemodrá – vstupní z různých zvukových zařízení, např. zesilovače
  • růžový – vstupní pro připojení mikrofonu
  • oranžový – výstupní do centrálního a basového reproduktoru
  • černý – výstupní do zadních stereo reproduktorů
  • šedý – výstupní do bočních stereo reproduktorů

Obr. 6.2: Barevné odlišení audio konektorů na straně zařízení.

Síťová rozhraní počítače

RJ45 (Ethernet)

• nejpoužívanější kabelové rozhraní pro připojení do počítačové sítě
• pro zapojení se využívají kabely UTP a STP (tzv. kroucené dvoulinky) a koncovky označované jako RJ45 (oficiální označení je však 8P8C)
• kabely obsahují 8 vodičů, které jsou barevně odlišeny, jelikož se musí zapojit do koncovky ve správném pořadí
• hlavní dva způsoby zapojení vodičů jsou: nekřížený/přímý (pro zapojení do strukturované počítačové sítě, např. škola, firma) a křížený (pro přímé propojení dvou zařízení, např. dvou počítačů)
• dnes se využívají dva rychlostní standardy:
  • 10/100 Mbit/s
  • 1000 Mbit/s (1 Gbit/s)

Obr. 7.1: Kabelové zakončení RJ45.	Obr. 7.2: Zakončení RJ45 na straně PC.

Wi-Fi

• bezdrátové rozhraní pro připojení do počítačové sítě
• rozhraní pracuje ve dvou vysílacích pásmech (2,4 GHz a 5 GHz) s dosahem cca. 100 metrů
• pro rozhraní jsou též stanoveny různé přenosové standardy (oficiální označení IEEE 802.11):
  • 802.11agb (max. 54 Mbit/s, starší síťové karty či modemy)
  • 802.11n (max. 150 Mbit/s, novější, nejběžnější, cenově nejvýhodnější)
  • 802.11ac (max. 867 Mbit/s, nejnovější, avšak cenově náročnější)

Obr. 8: Logo rozhraní Wi-Fi.

Ostatní rozhraní počítače

PS/2

• kabelové rozhraní pro připojení klávesnice nebo polohovacího zařízení (myš, trackball)
• v dnešní době bylo vytlačeno rozhraním USB, avšak občas se ním stále setkáme
• jelikož jsou konektory stejné, byly barevně odlišeny tak, aby nedošlo k záměně při zapojování (fialová pro klávesnici a zelená pro polohovací zařízení)

Obr. 9.1: PS/2 pro myš.	Obr. 14b: 9.2 pro klávesnici.	Obr. 9.3: Duální varianta PS/2.

Paralelní port (LPT)

• starší rozhraní, které bylo nahrazeno USB rozhraním
• dnes se jím propojují starší tiskárny nebo skenery

Sériový port (COM)

• starší rozhraní, které bylo nahrazeno USB rozhraním
• dnes se jím propojují např. starší vědecké měřicí přístroje

Obr. 10.1: Paralelní port (LPT).	Obr. 10.2: Sériový port (COM).