Informatika
Informatika je věda o informacích. Zabývá se jejich sběrem, uchováváním, rozšiřováním, zpracováním a využíváním, teorií algoritmů, programovacích jazyků a architekturou počítačů.
Informatika je věda o informaci a jejím automatickém zpracování.
Hlavním předmětem studia informatiky je struktura, vytváření, řízení, uchování, získávání, rozšiřování a přenos informací. Informatika také zahrnuje studium aplikací informatiky v organizacích, její využití a interakci mezi lidmi, organizacemi a informačními systémy.
Informační technologie (IT) jsou různé prostředky a zařízení, pomocí kterých může člověk shromažďovat, zpracovávat, ukládat a využívat informace různých druhů a určení.
Typickým prvkem a představitelem IT je počítačový systém, nebo jednoduše počítač, který se skládá z hardwaru a softwaru.
Hardware tvoří všechny vnitřní i vnější fyzické části počítače, tj. ty, které vidíme nebo kterých se můžeme dotknout.
Software je programové vybavení – zkráceně program, který říká hardwaru, co má kdy udělat. Software je vlastně algoritmus – postup řešení, který musí být vyjádřen ve formě, které hardware rozumí. Programové vybavení se dělí na operační systémy a aplikační programy.
Vědní obor, který zkoumá zákonitosti vzniku, zpracování a využívání informací, se nazývá informatika.
Generace počítačů
0. generace počítačů
Počítače nulové generace jsou považovány za elektromechanické počítače, jejichž základem byla součástka nazývaná elektromagnetické relé. Tyto počítače pracovaly většinou s taktovací frekvencí okolo 100 Hz (100 operací za sekundu).
V roce 1938 Konrad Zuse dokončil první experimentální model počítače V1, který byl později přejmenován na Z1, v roce 1941 Z2 a Z3 a o rok později Z4. V roce 1943 Howard Aiken a Grace Hopper dokončili počítač MARK 1 a v roce 1947 Aiken sestavil MARK 2.
Nevýhodou reléových počítačů byly velké rozměry a vysoká hlučnost. Také se mechanické části elektromagnetického relé opotřebovávaly třením. Na chlazení bylo denně potřeba několik tun ledu.
1. generace
Počítače první generace jsou označovány počítače sestavené pomocí elektronické součástky, která se nazývá vakuová elektronka.
Počítač COLOSSUS Mark 1, vyrobený koncem roku 1943, byl použit k dešifrování zpráv německého šifrovacího stroje Enigma.
V roce 1945 byl sestaven první univerzální plně elektronický počítač s názvem ENIAC – Electronic Numerical Integrator and Computer. Byl chlazen dvěma leteckými motory. Programování spočívalo v přepojování drátů a nastavování přepínačů, což mohlo trvat od půl hodiny až do jednoho dne. Bez přestávky mohl být zapnutý pouze hodinu, během které spotřeboval proudovou pojistku elektroněk.
V roce 1945 John von Neumann navrhl schéma počítače, které je používáno dodnes. Navrhl, aby se program i data ukládaly do stejné paměti. Návrh jeho počítače EDVAC – Electronic Discrete Variable Automatic Computer umožnil ukládání příkazů do paměti pomocí děrných štítků namísto nutnosti nastavovat je přepínači.
John von Neumann – binární (dvojhodnotový) systém tvoří základ i dnešních počítačů. Zavádí pojem počítače s uloženým programem, kde program sdílí stejnou paměť jako data a provádí se sekvenční zpracování programu.
Von Neumannova schéma počítače
Počítač se skládá z pěti základních částí:
- Operační paměť – slouží k uchování zpracovávaného programu, dat a výsledků výpočtů.
- ALU – Arithmetic Logic Unit – aritmeticko-logická jednotka, která provádí všechny aritmetické výpočty a logické operace.
- Řadič – řídicí jednotka, která koordinuje činnost všech částí počítače. Řízení probíhá pomocí řídicích signálů zasílaných jednotlivým modulům.
- Vstupní zařízení – slouží pro zadání programu a dat.
- Výstupní zařízení – určena pro výstup výsledků zpracovaných programem.
- 1. generace
- do roku 1956
- základním stavebním prvkem byly elektrony
- procesor zajišťoval všechny vstupní i výstupní operace
- rychlost operací byla v řádu milisekund
- paměť tvořil magnetický buben, nerozlišovala se vnější a vnitřní paměť
- programy byly psány ve strojovém kódu konkrétního počítače
- 2. generace
- 1957–1963
- základním stavebním prvkem byly polovodiče – diody a tranzistory
- rychlost operací byla řádově v mikrosekundách
- kapacita paměti dosahovala několik megabytů (MB)
- vznikaly první kompilátory a překladače
- neexistovala kompatibilita, strojové jazyky byly jedinečné
- 3. generace
- 1964–1981
- základním stavebním prvkem byly integrované obvody SSI (small-scale integration) – malá integrace do 10 prvků, a MSI (medium-scale integration) – střední integrace od 10 do 100 prvků
- rychlost operací byla v nanosekundách
- kapacita paměti dosahovala stovek MB
- nastoupilo interaktivní zpracování, multiprogramování, multiprocesing
- rozvíjely se vyšší programovací jazyky
- zvyšovala se kompatibilita – slučitelnost softwaru a hardwaru od různých výrobců
- vlajkovou lodí byly počítače IBM 360
- 4. generace
- 1981–1990
- základním stavebním prvkem byly integrované obvody LSI (large-scale integration) – velká integrace od 100 do 5000 prvků
- kapacita paměti byla řádově v gigabytech (GB)
- rozvíjely se operační systémy a různé aplikační programy
- začaly se prosazovat mikropočítače
- došlo k rozvoji datové komunikace
- přišlo rozšíření interaktivního zpracování, multiprogramování a multiprocesingu, prosadil se víceuživatelský interaktivní přístup a používání vyšších programovacích jazyků, kompilátorů a knihoven
- 5. generace
- od roku 1990
- používají se integrované obvody VLSI (very large-scale integration) od 5000 do 50 000 prvků s rostoucím počtem diskrétních prvků na čipu
- počítače se využívají pro řešení úloh umělé inteligence:
- SLSI – super large-scale integration – 50 000–100 000 prvků
- ULSI – ultra large-scale integration – nad 100 000 prvků
- počítače se učí rozumět řeči a obrazu
Současně s vývojem hardware probíhá i vývoj software v generacích:
- programování ve strojovém kódu
- vývoj problémově orientovaných, ale stroji ještě velmi blízkých programovacích jazyků – FORTRAN, ALGOL 60, COBOL
- vývoj operačních systémů s dialogovým režimem práce a databázemi, např. PASCAL, C
- distribuované systémy – počítačové sítě, rozsáhlé možnosti komunikace, kvalitní pracovní prostředí
- zpracování znalostí, přirozený jazyk, zpracování hlasu…
Základní deska
Základní deska (mainboard, systemboard, motherboard, zkráceně mobo, MB – matiční deska) je základní součástí počítače, která vzájemně propojuje další jeho hardware. Významně tak ovlivňuje výkon a stabilitu celého počítače.
Na základní desce se nachází:
- socket = slot pro procesor nebo procesory
- čipset – souhrnný pojem pro skupinu integrovaných obvodů
- sloty na připojení dalších komponent – grafické, zvukové, síťové, modemové karty, disky, paměti a podobně
- porty = rozhraní, interface – pro připojení klávesnice, myši, reproduktorů, mikrofonu, tiskárny
- BIOS
- konektory pro napájení, baterii
Základní dělení základních desek:
- podle typu procesoru, pro který jsou určeny
- podle formátu
- podle počtu procesorů – jedno/dvoupůrocessorové a víceprocesorové
- podle použitého čipsetu
Dělení základních desek podle formátu (form factor)
Formát základní desky zahrnuje rozměry, umístění a počet slotů pro přídavné karty, paměti, CPU, konektorů, montážních otvorů, maximální povolenou výšku jednotlivých komponent (závislé na pozici) a napájení.
Nejběžnější formáty:
- XT, AT – zastaralé, již se nevyrábí
- ATX – Advanced Technology Extended
- Barebone – miniaturní základní desky zabudované v malé skříni s vestavěným zdrojem
- BTX – Balanced Technology Extended – pravděpodobně do roku 2006 nahradí ATX
Mnohé formáty mají předponu Mini, Micro, Flex, Nano, Pico – znamená to desky s menšími rozměry a obvykle s menším počtem slotů a odlišným rozmístěním montážních otvorů.
Dělení základních desek podle podporovaného procesoru
Každá značka CPU a téměř každý typ procesoru potřebuje jiný socket nebo slot, proto je nutné při výběru procesoru a základní desky myslet na kompatibilitu. Nové sockety mají v názvu trojciferné číslo určující počet pinů nebo kontaktních plošek procesoru.
Čipset
Před formátem ATX bylo na deskách více logických obvodů, které zajišťovaly propojení procesoru s pamětí a vstupně-výstupními zařízeními. Byly poměrně jednoduché, zabíraly hodně místa a měly vyšší spotřebu. Tyto funkce nyní zajišťuje jeden či dva složitější čipsety. Čipset (chip set) je označení pro skupinu integrovaných obvodů navržených tak, aby spolupracovaly. Díky tomu došlo k úspoře místa, snížení spotřeby a nárůstu výkonu zkrácením vzdáleností mezi čipy.
Čipset řídí tok dat mezi procesorem, pamětí a sběrnicemi na základní desce. Může také nahrazovat další komponenty, například zvukovou, grafickou nebo síťovou kartu či modem. V současných deskách jsou hlavní dva čipsety:
- Northbridge – připojený k CPU a rychlým komponentám (AGP, PCI-Express, paměť, gigabitová síťová karta) a k Southbridge
- Southbridge – připojený k ostatním, pomalejším komponentám
Sběrnice (BUS) a bodové propojení (point-to-point)
Sběrnice a bodové propojení jsou základem komunikační architektury PC. Na rozdíl od point-to-point propojení, které je přímé mezi dvěma zařízeními, sběrnice umožňuje připojení více zařízení přes stejné vodiče. Často jsou vyvedeny na konektory nebo sloty pro připojení zařízení. Jejich rychlost (v MHz) a šířka (v bitech) ovlivňuje výkon počítače.
Činnost sběrnic
