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)

počítačová skříň

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

Zdroj napájení

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)

základní deska

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

patice procesoru

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.)

pci-express

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)

chipset

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.

zadni-panel

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
Procesor Procesor
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)

Paměť RAM

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

Grafická karta

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

Zvuková karta

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)

Pevný disk

Obr. 9a: Pevný disk.

ssd disk

Obr. 9b: SSD disk.

Optická mechanika

Obr. 9c: Optická mechanika.

Použité zdroje

Obr. 1: Počítačová skříň typu "tower". [on-line]. [cit. 2012-07-08]. Dostupný pod licencí Wikipedia Commons na WWW:
<Autor: Baran Ivo – Vlastní dílo, Volné dílo, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=2939974>.
Obr. 2: Běžný zdroj napájení. [on-line]. [cit. 2012-07-08]. Dostupný pod licencí Wikipedia Commons na WWW:
<Autor: User Smial on de.wikipedia – Vlastní dílo, CC BY-SA 2.0 de, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=33037977>.
Obr. 3.1: Základní deska. [on-line]. [cit. 2012-07-08]. Dostupný pod licencí Wikipedia Commons na WWW:
<CC BY-SA 2.5, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=235545>.
Obr. 3.2: Různé formáty základní desky. [on-line]. [cit. 2017-02-01]. Dostupný pod licencí Wikipedia Commons na WWW:
<Autor: VIA Gallery from Hsintien, Taiwan - VIA Mini-ITX Form Factor Comparison uploaded by Kozuch, CC BY 2.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=3928561>.
Obr. 3.3: Patice procesoru. [on-line]. [cit. 2017-02-01]. Dostupný pod licencí Wikipedia Commons na WWW:
<Autor: I, FxJ, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=2402326>.
Obr. 3.4: 3x sloty SDRAM DIMM. [on-line]. [cit. 2017-02-01]. Dostupný pod licencí Wikipedia Commons na WWW:
<Autor: Benjamin albert - Vlastní dílo, Public Domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=5390935>.
Obr. 3.5: Sloty PCI-Express (shora: 4x, 16x, 1x, 16x) a slot PCI (dole). [on-line]. [cit. 2017-02-01]. Dostupný pod licencí Wikipedia Commons na WWW:
<Autor: w:user:snickerdo – come from en.wikipedia, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=923562>.
Obr. 3.6: Čipová sada (chipset). [on-line]. [cit. 2017-02-01]. Dostupný pod licencí Wikipedia Commons na WWW:
<Autor: Gyga – Vlastní dílo, Volné dílo, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=970750>.
Obr. 3.7: Příklad rozložení konektorů na zadním panelu základní desky. [citováno 2017-12-08]. Dostupný pod licencí Wikipedia Commons na WWW:
<Autor: Hitachi-Train (talk) - Vlastní dílo, Public Domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=8473494>.
Obr. 4: Horní strana procesoru. [on-line]. [cit. 2012-07-08]. Dostupný pod licencí Wikipedia Commons na WWW:
<CC BY-SA 2.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=406963>.
Obr. 5: Spodní strana procesoru. [citováno 2012-07-08]. Dostupný pod licencí Wikipedia Commons na WWW:
<CC BY-SA 2.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=406957>.
Obr. 6: Moduly paměti RAM. [citováno 2012-07-08]. Dostupný pod licencí Wikipedia Commons na WWW:
<Autor: No machine-readable author provided. Cyberdex assumed (based on copyright claims). - No machine-readable source provided. Own work assumed (based on copyright claims)., Public Domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=647267>.
Obr. 7: Grafická karta. [citováno 2012-07-08]. Dostupný pod licencí Wikipedia Commons na WWW:
<Autor: Leon G from Tel Aviv, Israel – Radeon X850 XT PLatinum Edition 256MB PCI-E, CC BY 2.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=8650852>.
Obr. 8: Zvuková karta. [citováno 2012-07-08]. Dostupný pod licencí Wikipedia Commons na WWW:
<Copyrighted free use, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=213502>.
Obr. 9a: Pevný disk. [citováno 2012-07-08]. Dostupný pod licencí Wikipedia Commons na WWW:
<Autor: Christian Jansky – Vlastní dílo, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=5063455>.
Obr. 9b: SSD disk. [citováno 2016-12-21]. Dostupný pod licencí Wikipedia Commons na WWW:
<Autor: D-Kuru – Vlastní dílo, CC BY-SA 3.0 at, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=19623983>.
Obr. 9c: Optická mechanika. [citováno 2016-12-21]. Dostupný pod licencí Wikipedia Commons na WWW:
<Autor: Evan-Amos – Vlastní dílo, Volné dílo, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=39729457>.