1

Periferní zařízení

osobních počítačů

Část 1

Základy výpočetní techniky

2

Pevný disk – pamět pro ukládání dat

Struktura dat na disku

• data jsou ukládána v soustředných kružnicích, které se nazývají stopy

• každá stopa je rozdělena na určitý počet úseků nazývaných sektory

• všechny stopy na médiu obsahují stejný počet sektorů a všechny sektory umožňují uložení stejného množství dat

• diskové zařízení může využívat více povrchů média (u disket 2, u pevných disků záleží na typu)

3

Struktura dat na disku

4

Struktura dat na disku

Kapacita

Výpočet kapacity: K = NB · NS · NT · NP

NB – počet bajtů připadajících na jeden sektor

NS – počet sektorů na stopu

NT – počet stop jednoho povrchu

NP – počet povrchů disku

5

Pevný disk

• velkokapacitní nevýměnná disková paměť

• tvořen několika kovovými kotouči, na nichž je nanesena vrstva magnetického materiálu

• kotouče jsou umístěny na společné ose v hermeticky uzavřeném pouzdře (ochrana proti prachu) s vlastním pohonem, vybavovacím mechanismem a elektronikou

• každému povrchu disku přísluší jedna kombinovaná čtecí/záznamová hlavička

• na rozdíl od diskety není hlavička v přímém kontaktu se záznamovým médiem, neboť vlivem aerodynamického vztlaku daného vysokými otáčkami média (7200 ot/min a více) plave hlava nepatrný zlomek milimetru nad povrchem média

• nutno chránit před otřesy (především za provozu)

6

Pevný disk

R W

7

Pevný disk

8

Pevný disk - parametry

• označení HDD (Hard Disk Drive)

• skupina stop, které jsou současně přístupné nad sebou umístěným hlavičkám, se nazývá válec (cylindr)

• nejznámějšími výrobci jsou firmy Western Digital, Seagate, Maxtor, Hitachi, Samsung, atd.

• řadič HDD se většinou nachází přímo na základní desce

Parametry současných pevných disků

• kapacita – stovky GB a nově také TB (TeraByte)

• přístupová doba – několik ms

• rychlost otáčení – 7200 otáček za minutu a více

• přenosová rychlost – desítky až stovky MB/s

• velikost paměti cache HDD – 8 MB a více

9

Pevný disk

10

Pevný disk - připojení

Pro připojení pevných disků k počítači jsou používána různá rozhraní.

V osobních počítačích je dnes nejrozšířenější ATA (Advanced Technology Attachment, což synonymum názvu IDE Integrated Drive Electronics), které se někdy pro odlišení od SATA nazývá PATA - „paralelní ATA“. ATA rozhraní je relativně jednoduché a tedy i levné.

ATA rozhraní má max. teoretickou přenosovou rychlost okolo 1Gb/s = 133MB/s, což je při jednom připojeném disku dostačující, protože pevný disk obvykle dokáže vysílat data pouze rychlostí 640Mb/s = 80MB/s. Na jeden ATA kabel se ovšem dají připojit disky dva a pak se již přenosová rychlost ATA stává úzkým hrdlem.

11

Pevný disk – konektor PATA

Paralelní ATA konektor a kabel

Krajní červeně označený vodič se připojuje na konektoru k pinu č. 1!

12

Pevný disk – rozhraní ATA

13

Pevný disk – rozhraní SATA

Dnes se používá sériová verze Serial ATA (SATA).

Výhodou SATA je o něco vyšší rychlost, vyšší inteligence řadiče, umožňující optimalizaci datových přenosů (NCQ); možnost připojování disků za chodu systému a menší rozměry kabelů, které nebrání toku vzduchu ve skříni a tedy zlepšují chlazení počítačů.

Z hlediska operačního systému je řízení disků pomocí tohoto rozhraní shodné s paralelní ATA.

14

Pevný disk – rozhraní SATA

15

Pevný disk – rozhraní SCSI

Pro dosažení vyššího výkonu (především počtu operací za sekundu) používá rozhraní SCSI (čti [skazi], zkratka Small Computer System Interface) nebo novější rozhraní FiberChannel.

Na jedno rozhraní (resp. kabel) je možné připojit více periférií. SCSI navíc podporuje periférie různých typů. Max. délka propojujícího kabelu je u SCSI obecně větší něž u standardu ATA/IDE. SCSI rozhraní je mnohem sofistikovanější než ATA/IDE, což samozřejmě znamená vyšší cenu jak radičů v počítači tak i samotných pevných disků a proto je používáno zejména u serverů a pracovních stanic.

16

Pevný disk – rozhraní SCSI

17

Pevný disk – další možnosti připojení

Pro externí disky (umístěné mimo skříň počítače) se používají rozhraní USB (Universal Serial Bus) či FireWire (IEEE 1394).

18

USB

USB (Universal Serial Bus) je univerzální sériová sběrnice.

Moderní způsob připojení periférií k počítači.

Nahrazuje dříve používané způsoby připojení (sériový a paralelní port, PS/2, GamePort apod.) pro běžné druhy periférií - tiskárny, myši, klávesnice, joysticky, fotoaparáty, modemy atd., ale i pro přenos dat z videokamer, čteček paměťových karet, MP3 přehrávačů, externích disků a externích vypalovacích mechanik.

19

USB

USB konektor:

20

USB

Zapojení konektoru USB:

21

USB

Výhodou je možnost připojování Plug & Play bez nutnosti restartování počítače nebo instalování ovladačů.

Zařízení lze připojit za chodu k počítači a během několika sekund je přístupné. Další zařízení lze připojit také do výstupního portu již připojeného zařízení, nebo pomocí rozbočovače (USB Hub).

Existují dvě hlavní verze:

USB 1.1 (max. přenosová rychlost do 12 Mbit/s)

USB 2.0 (až 480 Mbit/s).

USB 2.0 je zpětně kompatibilní s USB 1.1!

Více o USB na: http://www.usb.org (anglicky)

22

Univerzální propojovací sada pro různá rozhraní

Propojení z USB na IDE/SATA či CD–ROM, DVD

23

Propojení IDE/SATA na USB

Univerzální propojovací sada pro různá rozhraní

24

USB flash disk

USB flash disk je paměťové zařízení dnes převážně používané jako náhrada diskety.

Většinou má podobu klíčenky a je vybaveno pamětí FLASH, která umožňuje uchování dat i při odpojení napájení.

Data se do disku nahrávaji přes sběrnici USB, odtud název. Ačkoli je v názvu slovo disk, médium nemusí být a často také nebývá tvaru disku.

25

CD-ROM

• Compact Disc - Read Only Memory

• výměnné optické paměťové médium s kapacitou obvykle 650 až 800 MB

• pouze pro čtení

• klasické CD-ROM se vyrábějí lisováním stejně jako běžné hudební CD (proto na ně nelze zapisovat)

• na rozdíl od pevného disku, který má soustředné kruhové stopy rozdělené do sektorů, má CD-ROM záznamovou stopu ve tvaru spirály začínající u středu disku, která je také rozdělena na sektory

• spirálovitá stopa má stoupání 1,6 m, šířku 0,6 m a je tvořena různě dlouhými prohlubněmi (tzv. pity)

• záznam je snímán laserovým paprskem

26

CD-ROM

• laserový paprsek přes soustavu čoček dopadá na plochu se záznamem, která je opatřena reflexní vrstvou

• prohlubně zmenšují intenzitu odraženého světla

• odražený laserový paprsek dopadá na fotocitlivý prvek, který intenzitu dopadajícího světla převádí na elektrický signál

Jednotka CD-ROM

• s rozhraním IDE (EIDE, ATAPI) nebo SCSI

• přístupová doba okolo 100 ms

• přenosová rychlost závisí na typu: 1x 150 KB/s,

2x 300 KB/s, 24x 3600 KB/s, …

• umožňuje přehrávat i hudební CD

27

CD-ROM

28

CD-ROM

laserová dioda

fotocitlivý prvek

čočka

29

Výpočet „kapacity“ hudebního CD44 100 × 2 × 2 × 74 × 60 = 783 216 000 B

převod minut na sekundymax. 74 minut hudby

2 kanály (stereo)rozlišení 16 bitů na vzorek, tj. 2 bajty

počet vzorků za sekundu na jeden kanál

CD-ROM

30

CD-R, CD-RW

CD-R• Compact Disc – Recordable

• umožňuje jednorázový zápis dat ve vypalovací mechanice (mechanice CD-RW, „vypalovačce“)

CD-RW• Compact Disc – Rewritable

• umožňuje opakovaný zápis dat (přepisovatelné)

• v současné době asi nejoblíbenější zálohovací média

• lze používat v mechanice CD-ROM

• mají obvykle nižší spolehlivost i životnost oproti lisovaným CD-ROM

31

DVD-ROM

• Digital Video Disc … původně

• Digital Versatile Disc … výstižněji

• vychází z technologie CD

• odlišnosti média DVD od klasického CD: hustější záznam – jiná rozteč stop dvě záznamové vrstvy nad sebou – horní vrstva polopropustná, spodní vrstva odrazová; horní i spodní vrstva se čtou pouhým přeostřením laseru oboustranný disk

• kapacita až 17 GB (asi 480 minut videozáznamu)

• již existují i DVD-RAM, DVD-R

32

DVD-ROM

Srovnání CD a DVD

Záznamová kapacita na jednu vrstvu650 MB 4,7 GB

33

DVD-ROM

• vývoj DVD původně v oblasti videotechniky

• svět rozdělen celkem na 6 regionů, ČR region 2

• každé DVD s filmem určeno pro určitý region, lze přehrávat pouze na přehrávači nastaveném pro tento region

DVD-Video

• obraz asi 3x kvalitnější než u běžných VHS přehrávačů

• až 8 zvukových stop (tj. jazykových verzí)

• titulky až v 32 jazycích

• možnost současného uložení záběrů až z 9 kamer

• „Parental Lock“ – blokování nevhodných scén pro děti

• vhodné pro kvizy, hry, prezentace, …

• levná výroba

34

Blu-ray disk (název z anglického Blue ray, tj. modrý paprsek, označení související s barvou světla používaného ke čtení)

Patří k nejnovějším optickým diskům určeným pro ukládání digitálních dat. Data se ukládají ve stopách tvaru kružnice 0.1 mm pod povrch disku, příčný odstup stop je 0,35 μm. Pro čtení disků Blu-ray se používá laserové světlo s vlnovou délkou 405 nm.

Na technologii pro tento standard se podílela např. firma Philips

Blu-ray disk

35

Tak jako CD, má i blu-ray disk průměr 12 cm v menší variantě 8 cm a tloušťku 1,2 mm.

Disky umožňují záznam dat s celkovou kapacitou až 25 GB u jednovrstvého disku, 50 GB u dvouvrstvého disku až po 100 GB u oboustranné dvouvrstvé varianty.

Díky umístění záznamu 0.1 mm pod povrch je možné vyrobit hybridní disk s DVD i Blu-ray záznamem na jedné straně disku.

Čtecí zařízení pro disky blu-ray jsou vyvíjena s ohledem na kompatibilitu s CD a DVD, tj. mají umožňovat čtení všech tří typů disků.

Blu-ray disk

36

Označení Blu-ray disků:

• BD-ROM (disk pouze pro čtení)• BD-R (jednorázový zápisu)• BD-RE (přepisovatelný disk)

Blu-ray disk

Více na: http://www.blu-raydisc.com

37

Konec první části