Informatika

Informatika je věda o informacích. Zabývá se jejich sběrem, uchováváním, šířením, zpracováním a využíváním, teorií algoritmů, programovacích jazyků a architekturou počítačů.

Informatika je věda o informacích a jejich automatickém zpracování. Hlavním předmětem studia informatiky je struktura, vytváření, správa, uchovávání, získávání, šíření a přenos informací. Informatika zahrnuje také studium aplikace 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 různého druhu 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 se jich 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 v podobě, 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

Za počítače nulté generace se považují elektromechanické počítače, jejichž základem se stala součástka nazývaná elektromagnetické relé. Tyto počítače pracovaly většinou s taktovací frekvencí kolem 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 na Z2 a Z3 a o rok později na 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 hlučnost. Nevýhodou také bylo, že se mechanické části elektromagnetického relé opotřebovávaly třením. K chlazení bylo denně potřeba několik tun ledu.

1. generace

Za počítače první generace se označují počítače zkonstruované pomocí elektronické součástky, která se nazývá vakuová elektronka.
Počítač COLOSSUS Mark 1 byl dokončen na konci roku 1943 a byl použit k dešifrování zpráv německého šifrovacího stroje Enigma.
V roce 1945 byl zkonstruován první univerzální plně elektronický počítač s názvem ENIAC – Electronic Numerical Integrator and Computer. Chladily ho dva letecké motory. Programování počítače spočívalo v propojování drátů a nastavování přepínačů, což mohlo trvat od půl hodiny až po jeden den. Bez přestávky mohl být zapnutý pouze jednu hodinu, během které spálil koš elektronek.
V roce 1945 John Von Neumann navrhl schéma počítače, které se používá dodnes. Navrhl, aby se program i data ukládaly do stejné paměti. Návrh jeho počítače EDVAC – Electronic Discrete Variable Automatic Computer byl takový, že příkazy už nebylo nutné nastavovat pomocí přepínačů, ale bylo možné je pomocí děrných štítků uložit do paměti.
John von Neumann – dvojhodnotový systém, známý pod názvem binární systém, tvoří základ i dnešních počítačů. Zavedl pojem počítač s uloženým programem. Program sdílel stejnou paměť jako data. Sekvenční zpracování programu.

Von Neumannovo 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: jednotka provádějící všechny aritmetické výpočty a logické operace
Řadič: řídicí jednotka, která řídí činnost všech částí počítače. Toto řízení se provádí pomocí řídicích signálů, které se odesílají jednotlivým modulům.
vstupní zařízení – slouží k zadávání programu a dat.
výstupní zařízení – slouží k výstupu výsledků zpracovaných programem.

generace
- do roku 1956
- základním stavebním prvkem byly elektronky
- procesor se podílel na všech vstupních i výstupních operacích
- rychlost operací se pohybovala řádově v milisekundách
- paměť tvořil magnetický buben. Nerozlišovala se vnější a vnitřní paměť
- programy se psaly ve strojovém kódu konkrétního počítače

generace

1957–63
základním stavebním prvkem byly polovodiče – diody a tranzistory
rychlost operací se pohybovala řádově v mikrosekundách
kapacita pamětí dosahovala několika megabajtů MB
vznikaly první kompilátory a překladače
neexistovala kompatibilita, strojové jazyky byly jedinečné

generace

1964–1981
základním stavebním prvkem byly integrované obvody SSI – small systems integration – malá integrace: do 10 prvků, a MSI – middle systems integration – střední integrace – od 10 do 100 prvků
rychlost operací se pohybovala v nanosekundách
kapacita pamětí byla řádově ve stovkách MB
nastoupilo interaktivní zpracování, multiprogramování a multiprocesing
rozvíjely se vyšší programovací jazyky
zvyšovala se kompatibilita – slučitelnost softwaru a hardwaru od různých výrobců
vlajkovou lodí této generace byly především počítače IBM 360

generace

– 1981–1990

základním stavebním prvkem byly integrované obvody LSI – large systems integration – velká integrace – od 100 do 5000 prvků
kapacita pamětí byla řádově v gigabajtech GB
rozvíjely se operační systémy a různé programové aplikace
začaly se prosazovat mikropočítače
došlo k rozvoji datové komunikace
došlo k rozvoji interaktivního zpracování, multiprogramování a multiprocesingu, prosadil se víceuživatelský interaktivní přístup a používání vyšších programovacích jazyků, kompilátorů a knihoven programů

generace

od roku 1990
používají se integrované obvody VLSI – very large systems integration, od 5000 do 50 000 prvků, přičemž počet diskrétních prvků na čipu se stále zvyšuje
počítače se využívají k řešení úloh umělé inteligence:
SLSI – super large systems integration – 50 000–100 000 prvků
ULSI – ultra large systems integration – nad 100 000 prvků
počítače se učí rozumět řeči a obrazu

Současně s vývojem hardwaru probíhá vývoj softwaru také v generacích:

programování ve strojovém kódu
vývoj problémově orientovaných, ale stroji stále velmi blízkých programovacích jazyků FORTRAN, ALGOL 60 a 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, zkr. mobo, MB – matiční deska/ je základní součástí počítače, která vzájemně propojuje jeho další hardware. Významně tak ovlivňuje výkon a stabilitu celého počítače.
Na základní desce se nachází:

socket = patice pro procesor nebo procesory,
čipová sada – souhrnné označení skupiny integrovaných obvodů
sloty pro připojení dalších komponent – grafické, zvukové, síťové a modemové karty, disky, paměti apod….
porty = rozhraní, interface – pro připojení klávesnice, myši, reproduktorů, mikrofonu a tiskárny
BIOS
konektory pro napájení a baterii

Základní rozdělení základních desek:
podle typu procesoru, pro který jsou určeny
podle formátu
podle počtu procesorů – jednoprotorové, dvouprocesorové a víceprocesorové
podle použité čipové sady

Rozdělení základních desek podle formátu /form factor/

Formát základní desky zahrnuje její rozměry, umístění a počet slotů pro přídavné karty, paměti, CPU, konektory a montážní otvory, maximální povolenou výšku jednotlivých přidávaných komponent /ta závisí na pozici/ a napájení.
Nejběžnější formáty:

XT, AT – zastaraly, již se nevyrábějí,
ATX – Advanced Technology Extended
Barebone – miniaturní základní desky jsou zabudovány do odpovídajícím způsobem malé skříně, ve které je zabudován také zdroj
BTX – Balanced Technology Extended – zřejmě do roku 2006 nahradí ATX

Mnohé z uvedených formátů mají před názvem předponu Mini, Micro, Flex, Nano nebo Pico – jde o základní desky menších rozměrů, většinou s menším počtem slotů pro přídavné karty a jiným rozmístěním montážních otvorů.

Rozdělení základních desek podle podporovaného procesoru

Každá značka CPU a téměř každý typ procesoru vyžaduje jinou patici nebo slot. Při výběru procesoru a základní desky je třeba na to myslet. Nové patice mají v názvu trojciferné /zatím/ číslo, které udává počet pinů /nebo nověji kontaktních plošek/ procesoru.

Čipová sada

Před formátem ATX se na deskách nacházelo několik logických obvodů, které zajišťovaly propojení procesoru s pamětí a vstupními/výstupními zařízeními. Byly poměrně jednoduché, zabíraly hodně místa a měly také relativně vysokou spotřebu. Tyto činnosti může vykonávat jedna nebo dvě složitější čipové sady. CHIP set – čipová sada je označení skupiny integrovaných obvodů navržených tak, aby spolupracovaly. Kromě úspory místa a energie došlo také ke zvýšení výkonu, které bylo způsobeno zkrácením vzdálenosti mezi jednotlivými čipy.
Čipová sada řídí tok dat mezi procesorem, pamětí a sběrnicemi na základní desce.
Může navíc nahrazovat další komponenty, například zvukovou, grafickou nebo síťovou kartu a modem. V současných deskách se o to starají dvě hlavní čipové sady:

Northbridge – připojený k CPU, rychlým komponentám /AGP, PCI-Express, paměť, gigabitová síťová karta/ a k SouthBridge
Southbridge – připojený k ostatním /pomalejším/ komponentám

Sběrnice /BUS/ a dvoubodové propojení

Sběrnice a dvoubodová propojení /point-to-point/ jsou základem komunikační struktury PC. Na rozdíl od propojení point-to-point je sběrnice propojením více zařízení prostřednictvím stejných vodičů. Bývají vyvedeny na konektory nebo sloty, přes které k nim lze připojit zařízení. Jejich rychlost /udávaná v MHz/ a šířka /bit/ ovlivňují výkon celého PC.
Činnost sběrnic a dvoubodových propojení řídí čipová sada.
Sběrnice obsahuje datovou, adresovou a řídicí část:

datová část – slouží k přenosu údajů mezi jednotlivými připojenými zařízeními
adresová část – slouží k identifikaci cílového zařízení při přenosu – je to důležité, protože na jedné sběrnici existuje více zařízení,
řídicí část – slouží k synchronizaci činností mezi jednotlivými zařízeními.

Na základní desce se může nacházet několik sběrnic. Některé slouží k propojení komponent v počítači, jiné k propojení počítače s externími zařízeními.
Typy sběrnic – ne všechny však musí být na desce přítomny
ISA – nejstarší typ sběrnice, se kterým se lze ještě občas setkat.
PCI – sběrnice připojuje k základní desce nejen rozšiřující karty, ale také integrované obvody vestavěné do základní desky. Zařízení PCI podporují plug and play – jsou automaticky konfigurována
PCI-X – vyšší rychlost
PCI-Express – náhrada za v současnosti nedostačující sběrnice PCI a AGP. PCI-Express je založena na mnohem rychlejší sériové komunikaci.
AGP – point-to-point kanál pro připojení grafické karty k základní desce
SCSI – rozhraní používané hlavně k připojení disků, páskových zařízení……
SATA – rozhraní pro připojení diskových zařízení – data se přenášejí sériově
ATA /PATA/ – rozhraní pro připojení diskových zařízení – data se přenášejí paralelně
ACR – umožňuje připojení rozšiřujících karet se zvukovými a síťovými adaptéry a modemy. Nahradila AMR.
Externí porty – ne všechny musí být na desce přítomny

sériové

modem, myš

paralelní /tiskárna/
šířka přenosu je větší než jeden bit
PS/2 – myš, klávesnice
USB – Universal Serial Bus – univerzální sériová sběrnice
umožňuje připojení až 127 zařízení
podpora Plug and Play
přenosová rychlost až 12 Mb/s
u USB 2.0 je přenosová rychlost 480 Mb/s
možnost připojit zařízení za chodu PC
FireWire – standard IEEE 1394
přenos 400 Mb/s a 800 Mb/s
lze připojit 63 zařízení
Blue tooth
přenos 1 MB/s
bezdrátová technologie
dosah 10 m i přes překážky
ve verzi 2 dosahuje přenosová rychlost 2,1 Mb/s na vzdálenost až 100 m
IrDA
IrDA – Infrared Data Association – slouží k bezdrátovému propojení zařízení
pro spojení je nutná krátká vzdálenost a přímá viditelnost nebo odraz od stěny

BIOS – Basic Input Output system

BIOS je program nebo miniaturní operační systém, který tvoří důležitý článek mezi hardwarem a operačním systémem. Umožňuje operačnímu systému komunikovat s hardwarem. Lze v něm nastavit vlastnosti připojeného hardwaru. Musí se nacházet v každém PC.
Procesor (CPU central processing unit/

nejdůležitější část PC – provádí všechny aritmetické a logické operace v PC a řídí součinnost všech částí PC.

Logická struktura procesoru:
RJ – řídicí jednotka má tři základní funkce:

řídí pořadí vykonávání instrukcí
dekóduje a upravuje instrukce programu
vysílá všechny řídicí signály těm blokům PC, které se podílejí na vykonávání instrukce

Aritmeticko-logická jednotka /ALU-unit/ – provádí aritmetické operace s celými čísly a logické operace.
Jednotka FPU – provádí výpočty s desetinnými čísly, nebývala součástí procesoru – prodávala se jako matematický koprocesor
Registry – vnitřní velmi rychlé paměťové jednotky procesoru, do kterých ukládá právě zpracovávaná data – v současnosti 32–64bitové
Paměti cache

vyrovnávací paměť – mezisklad dat mezi komponentami s různou rychlostí
vnitřní cache – interní cache L1 – integrovaná přímo do procesoru
vnější cache – L2 vně procesoru, někdy také uvnitř

Základní pojmy související s činností procesoru
– procesor vykonává instrukce, každá instrukce se skládá z kódu a datové části
Kód instrukce: informuje procesor o tom, co se má vykonat, a datová část určuje, s jakými daty /pokud nějaká jsou/.
Jádrem každého procesoru je logický obvod, který obsahuje instrukční sadu – soubor mikroinstrukcí, které procesor umí vykonávat.
Podle typu instrukční sady se dvě konkurenční koncepce dělí na procesory:
CISC – s kompletní instrukční sadou – zpracovává každou instrukci
Nevýhoda – časová náročnost, využití v osobních PC /Intel, AMD, …/
RISC – s redukovanou instrukční sadou – rychlejší než CISC – u velkých a jednoúčelových PC
Instrukční sada – množina jednotlivých instrukcí, které procesor dokáže zpracovat. V souboru instrukcí nových procesorů se nacházejí instrukce typu SIMD /1 instrukce – více dat/. Nejznámější taková rozšíření jsou MMX, 3D Now!, SSG Intel
Systém přerušení
Když hardwarové zařízení vyžaduje obsluhu procesoru, vyšle mu signál, kterým o ni požádá. Signál přerušení je signální částí sběrnice??? Každé přerušení je identifikováno svým číslem. Na určitém místě v operační paměti je uložena tabulka vektorů přerušení. Vektor každého přerušení odkazuje na adresu v operační paměti, na které se nachází příslušný obslužný program pro zpracování přerušení. Procesor takový program následně spustí. Než tak učiní, uloží si však svůj poslední stav a zejména adresu následující instrukce, aby se po skončení obslužného programu mohl vrátit k přerušené práci.
Frekvence

elektronické obvody tvořící mikroprocesory potřebují taktovací impulzy, které určují pracovní tempo = frekvenci
každá základní deska musí obsahovat generátor taktovacích impulzů
frekvence se udává v Hz – počet taktů/s

FSB – rychlost, jakou CPU komunikuje s operační pamětí.
Rychlost procesoru je dána rychlostí FSB a násobičem.
Joverclocking – přetaktování, používá se také u procesorů grafických karet – zvýšení jedné nebo druhé hodnoty zvyšuje výkon PC.
Technologie umožňující přetaktování:
Dynamic Averclocking Technology – i nad rámec
CMOS Reloaded
AMD Cool´n Quick – umožňuje zvýšení L, ale pouze do míry stanovené výrobcem
Komunikace procesor – paměť -> procesory Intel komunikují s pamětí přes NorthBridge, procesory AMD přímo. S pamětí mohou komunikovat současně /technologie Dual channel/.

Zrychlení zpracování instrukcí

dříve mikroprocesory zpracovávaly instrukce sekvenčně

Řetězcové zpracování instrukcí – pipelining

Zpracovávaná instrukce se rozdělí do několika fází. V každé fázi zpracování instrukcí se využívá jiná část procesoru. To umožňuje současné vykonávání jednotlivých fází instrukcí. Každá instrukce se v daném taktu nachází v jiné fázi zpracování.
Superskalární architektura – umožňuje paralelní zpracování instrukcí v CPU
Hyper – Threading – CPU se tváří, jako by obsahoval dvě jádra
Přehled rozdělení procesorů:

základní informace o procesoru
rychlost – „P“rating
fyzikální charakteristiky
provedení /Packaging/

„P“rating – u označení /v názvu/ některých procesorů AMD vystupuje jejich skutečná rychlost jako odvozená hodnota udávající, s jak rychlými procesory Intel je daný procesor srovnatelný. Znak „+“ v názvu udává, že nejde o skutečnou frekvenci.
Provedení

počet kontaktů
použití typu patice nebo typu slotu

Externí architektura – např. schopnost pracovat ve víceprocesorových sestavách, velikost a rychlost externí cache,…
Interní architektura – počet jader, počet ALU, pipelining, velikost a rychlost interní cache

Porovnání výkonu procesorů

pomocí testů, které udávají výkon v MIPS /Drystone/, v MFLOPS /Whetstone/ a SPEC /Benchmark/…

Paměti

Pojem paměť má více významů a může se vztahovat k různým částem počítače, protože počítač využívá různé druhy pamětí. Paměti slouží k ukládání /zaznamenávání/ informací a instrukcí vstupujících do počítače, mezivýsledků, výstupních údajů, ale také grafických informací. Paměti mají v počítači nezastupitelnou úlohu. Nedostatek paměti, případně její nízká rychlost, může zcela degradovat výkon jinak kvalitního počítače.
Rozdělení pamětí podle vztahu k PC:

vnitřní / primární – operační /hlavní, vnitřní/ paměť
vnější/sekundární – HDD, FDD, CD, DVD,..

Rozdělení pamětí podle funkce /vztahu k procesoru/:

operační paměť – obsahuje instrukce a data, přistupuje se k ní přímo podle adresy, procesor pracuje s jejími informacemi
vnější velkokapacitní paměti
vyrovnávací paměti – CACHE
registry
zásobník /stack/ – funguje na principu LIFO. Může být organizován také v adresované paměti
Fronta – princip FIFO. Princip je shodný s principem posuvného registru.

LIFO – Last in first out FIFO – First in first out
Rozdělení pamětí podle závislosti na napájení:
Využití pamětí i jejich činnost jsou ovlivněny závislostí na napájení. Na základě této skutečnosti můžeme paměti rozdělit:

na energeticky závislé /volatile memory/
na energeticky nezávislé /non-volatile memory/

Rozdělení pamětí podle možnosti změnit obsah paměti:
Možnost změnit obsah paměti je důležitým kritériem při jejím výběru. Někdy je nutné zajistit neměnnost dat, jindy je vhodné data vymazat, případně nahradit jinými.
– Přepisovatelné paměti /non-erasable memory/. Přepisovatelné paměti jsou zároveň energeticky nezávislé.
– ROM /Read Only Memory/. Paměti typu ROM slouží pouze ke čtení. V případě čipů jde většinou o údaje zapsané výrobcem hardwaru, v případě médií CD-R a DVD-R také běžným uživatelem.
– Přepisovatelné paměti, RWM /Read Write Memory/. Původní informace v paměti lze přepsat novými:

EPROM / Erasable Programmable ROM/– čipy, do kterých lze opakovaně zapisovat, ale data je vždy nejprve třeba vymazat pomocí UV záření.
EEPROM /Electrically Erasable Programmable ROM/ – údaje lze přepisovat přímo
Flash memory – podobná EEPROM, ale rychlejší, v PC zejména BIOS
Do této kategorie patří například také disky, diskety nebo CD-RW, DVD-RW.

Rozdělení pamětí podle mechanismu přístupu k údajům zapsaným v paměti:
V závislosti na způsobu přístupu k údajům uloženým v paměti lze rozlišovat paměti se sekvenčním a náhodným přístupem:
SAM /Sequential Access Memory/ k lokalizování místa, kde se informace fyzicky nachází, je nutné postupné čtení, tj. vzdálenější údaje mají delší přístupovou dobu.
RAM /Random Access Memory/ – Každá paměťová buňka je přímo adresovatelná a není třeba ji vyhledávat, což znamená, že každý údaj /paměťová buňka/ je dostupný ve stejném čase. Paměti typu RAM se dělí na:

Static RAM /SRAM/ – Statické paměti se používají v registrech cache. Jsou rychlé a drahé.
Dynamic RAM /DRAM/ – Obsah dynamické paměti je nutné obnovovat /refresh/. Dynamické paměti jsou pomalejší a energeticky náročnější, ale levnější než SRAM.

CAM – podle obsahu
ROZDĚLENÍ pamětí podle vztahu rychlosti paměti k rychlosti procesoru FSB:
– Asynchronní – asynchronous DRAM /DRAM/, asynchronní znamená, že jejich rychlost není odvozena od rychlosti externí sběrnice procesoru /FSB/.
Patřily sem:

Fast Page Mode /FPM DRAM/
Extended Data Out /EDO DRAM/
Burst Extended Data Out /BEDO DRAM/.

– Synchronní – Synchronous DRAM /SDRAM/, synchronní paměti jsou svázány se systémovými hodinami a zpočátku nepředstavovaly zvýšení výkonu oproti pamětem EDO či BEDO. Důvodem byla maximální rychlost systémové sběrnice 66 MHz. K výraznému rozdílu ve výkonu /+50 %/ mezi nimi došlo až po příchodu sběrnic s frekvencí 100 MHz. K dalšímu nárůstu výkonu došlo v roce 2000 zavedením Double data rate SDRAM /DDR SDRAM/, která má oproti starší verzi dvojnásobnou přenosovou rychlost při stejné frekvenci. Data se totiž přenášejí na náběžné i sestupné hraně signálu. Pro rozlišení se starší verze začala označovat Single data rate SDRAM /SDR SDRAM/. V roce 2005
QDR /QUAD DATA RATE/ – samostatné vstupy a výstupy, používá se u routerů a switchů /zařízení, která potřebují současně číst z paměti i do ní zapisovat/.
Podle konstrukčního řešení: v minulosti byly paměti zabudované přímo do základní desky. V současnosti, kdy se zvýšila potřeba stále větší operační paměti, se podle konstrukčního řešení dělí na:
SIMM – již se nevyrábějí, vyráběly se v 8bitové a 32bitové verzi. Při zvětšení šířky sběrnice musely být osazeny 2 sběrnice
DIMM – 64bitová šířka
RIMM – byly rychlé, ale mimořádně drahé, 16bitové, krátká existence, RAMBUSY

Princip fungování RAM

Základní parametry pamětí:

velikost/kapacita/ –měří se v bitech, čím větší, tím lepší
rychlost – „datová propustnost“ kolik bitů za sekundu je modul schopen vyslat při frekvenci v MHz
latence- zkratka CL 2 / 2.5 / 3 – zpoždění paměti, tedy jak dlouho – kolik cyklů – trvá od odeslání požadavku /čtení, zápis/ do skutečného načtení /zápisu/
ecc- ERROR CORRECTING CODE – dokáže opravit určitý počet chyb
chlazení – vhodné při přetaktování…pasivní chladiče – hliníkové nebo měděné….

Externí a sekundární paměti /záznamová zařízení/

pevné disky HDD, diskety FDD, CD ROM, DVD,…
slouží k odkládání /zálohování, archivaci/ údajů a programů
uchovávají informace i po vypnutí počítače

Disk HDD – Hard Disk Drive /pevný disk/

kotouč pokrytý magnetickou vrstvou – může jich být více
magnetické hlavy na raménkách, motorek a elektronika

Pevné disky mají tvar kotouče pokrytého magnetickou vrstvou a rozměry: 3.5“, 2.5“ a starší 5.25“, někdy 8“ /vysokokapacitní/ nebo 2“ /pro přenosné počítače/. Kompletní disk je vždy tvořen více než jedním kotoučem, nejméně dvěma, ale také čtyřmi či více kotouči. Informace se ukládají na obě strany, přičemž vnější horní a vnitřní dolní strana se nevyužívají. Disk tvořený například čtyřmi kotouči má tedy šest aktivních záznamových ploch a každá plocha má svou čtecí a záznamovou magnetickou hlavu. Disk je i s hlavami prachotěsně uzavřen v pouzdře, které ho chrání před prachem. Hlavy totiž plavou na vzduchovém polštáři nad plotnami ve vzdálenosti asi dvatisíckrát menší, než je tloušťka vlasu. I otisk prstu na plotně může způsobit havárii.
Uspořádání dat na disku
Každý kotouč obsahuje určitý počet soustředných kružnic nazývaných stopy. Stopy, které leží na jednotlivých kotoučích nad sebou, tvoří cylindr. Cylindrů je tolik, kolik je stop na jedné plotně. Každá stopa je rozdělena, podobně jako při krájení dortu, na sektory. Jeden sektor má standardně obsah 512 bajtů. Z hlediska operačních systémů a jejich souborových systémů mohou být sektory seskupovány do alokačních jednotek – /cluster/. Jeden cluster může mít kapacitu od 512 B do 64 KB.
Přenos údajů
Když disk dostane požadavek na data a plotny se netočí, elektronika je roztočí. Potom se hlavy vysunou nad stopu a jakmile se pod nimi ocitne požadovaný sektor, začne proces čtení nebo zápisu. Ve skutečnosti se však častěji stává, že se načte obsah celé stopy /nebo všech stop na cylindru/. To, co bylo přečteno navíc, se uloží do cache pro případ, že by přišly požadavky na data z následujících sektorů.
NCQ /Native Command Queuing/ je technologie, jejímž úkolem je optimalizovat práci disku. Při nahromadění požadavků disk průběžně vyhodnocuje, kde má číst či zapisovat, a pružně mění pořadí operací, což minimalizuje pohyb hlav, a tím zkracuje celkovou dobu vyřizování požadavků. NCQ lze použít pouze u plnohodnotných disků SATA.
Parametry ovlivňující výběr disku:

Kapacita. Disky mají ve skutečnosti méně místa pro data, než kolik je na nich uvedeno. Část kapacity totiž zabírají údaje o rozmístění jednotlivých souborů a adresářů. Dalším faktorem, který způsobuje rozdíl oproti očekávané kapacitě, je marketingový tah prodejců disků, kteří udávají velikost disku v tzv. desítkové definici GB
Rychlost disku. Rozlišujeme interní a externí rychlost.

interní: jak dlouho trvá disku od přijetí požadavku do jeho vyřízení. Hlavní parametry jsou:
průměrná vyhledávací doba – čas potřebný k umístění hlaviček nad požadovanou stopu
doba rozběhu
průměrný čas přesunu hlaviček ze stopy na stopu
průměrný čas přepnutí mezi hlavičkami
přístupová doba – nejdůležitější hodnota. Je součtem všech časů
počet otáček – běžné disky mají 7200 ot./min, rychlejší 10 000 ot./min nebo 15 000 ot./min a starší 5 400 ot./min
cache má běžně kapacitu od 2 do 8 MB
Externí – jak dlouho trvá vyřízení celého požadavku; závisí také na použitém typu sběrnice a rozhraní

Typ rozhraní – PATA, SATA, SCSI /lze připojit více zařízení, nahrazuje se SAS/
Hustota záznamu – při dané kapacitě platí, že čím vyšší hustota záznamu, tím menší plocha a přesuny hlav vyžadují méně času
Velikost 5“ disky se používají častěji, 2.5“ využívají hlavně notebooky
Cena, cena za MB – čím větší disk, tím nižší cena za MB

Hlučnost, spotřeba, tepelné ztráty

RAID
Více disků lze zapojit do tzv. RAID-u /Redundant Arrays of Inexpensive/Independent Disks/. Dělá se to ze dvou důvodů:
Zvýšení rychlosti – pokud jsou použity dva disky a na oba lze zapisovat současně, lze na první zapsat polovinu a na druhý zbytek – Striping /prokládání/. Nevýhodou je, že pokud se jeden z disků porouchá, přijdeme o všechny údaje, protože polovinu dat většinou nelze samostatně použít.
Ochrana před ztrátou údajů. Pokud máme dva disky a na každý zapisujeme totéž, při selhání jednoho disku o žádná data nepřijdeme. Mirroring /zrcadlení/. Nevýhodou je dvojnásobná cena.
Diskety, disketové mechaniky
Disketa FDD – floppy disk drive, dříve 5,25“, 360 KB, 1.2 MB, dnes pouze 3,5“, 1,44 MB
Diskety fungují na podobném principu jako disky, jsou však pomalejší, mají nižší kapacitu a jsou mnohem náchylnější k poškození. Vznikly především kvůli přenosu a zálohování dat a programů mezi jednotlivými počítači. Diskety jsou však postupně nahrazovány modernějšími prostředky, jako jsou CD a USB flash disky.
V současnosti se používají 3,5palcové diskety. Obsahují pouze jednu oboustrannou plotnu, na každé straně je 80 stop po 18 sektorech.
CD /compact disc/
Klasické CD má průměr 12 cm a kapacitu 650 nebo 700 MB /74 a 80 min/. CD se vyrábějí z průhledného polykarbonátového plastu o tloušťce 1,2 mm, na němž je tenká kovová vrstva obsahující data. Na ní je vrstva laku, na které může být potisk. Data jsou umístěna na spirále v podobě jamek /pit/. Plocha bez jamek se nazývá land. Ke čtení dat uložených v jamkách se používá laser.
CD můžeme dělit podle možnosti změny údajů:
CD – ROM –> lze z nich pouze číst
CD-R –> informace lze zapsat jednou
CD-RW –> přepisovatelná, umožňují opakované vypalování.
DVD
Zachovaly si rozměry klasického CD. Mají však vyšší kapacitu /verze DVD-5/ 4,7 GB, které bylo dosaženo zmenšením vzdálenosti mezi drážkami a velikosti jamky.
Média můžeme podle možnosti změny údajů dělit podobně jako u CD:
DVD-ROM
DVD+R/RW
DVD-R/RW
DVD-RAM
Označení plus a mínus představuje dva různé technické standardy, které jsou do určité míry kompatibilní. Oficiální standard DVD-R/RW vytvořilo DVD Fórum, které bylo založeno v dubnu roku 1997. Licenční poplatky za tuto technologii byly natolik vysoké, že vznikla jiná skupina, DVD+RW Alliance, která vytvořila standard DVD+R/RW, jehož licencování bylo levnější.
Rozdělení podle množství uložených dat:
DVD-5
DVD – 9 – dvě vrstvy /Dual Layer, proto se často označuje také jako DVD+R DL/
DVD – 10 – dvě strany
DVD- 1 dvě vrstvy i strany

Blue Ray, HD-DVD

Blue Ray a HD-DVD (high definition DVD/ jsou budoucí generací optických disků, která umožňuje záznam HD videa. Technologie Blue Ray je pojmenována podle barvy používaného laseru. Modrý laser má kratší vlnovou délku než červené lasery používané u CD a DVD.

Paměťové karty

S paměťovými kartami se počítalo jako s nástupcem disket – jsou menší a rychlejší, nemají mechanické části, mají větší kapacitu a delší životnost, mají však také dvě velké nevýhody: Existuje mnoho druhů a zařízení, ke kterým se připojují, nejsou navzájem kompatibilní; navíc se standardně nevyskytují v počítačích.

USB (Universal Serial Bus/ flash disky

Ukládají data na stejném principu jako paměťové karty – do Flash paměti. Hlavní rozdíl mezi USB flash disky a paměťovými kartami spočívá v tom, že k připojení k počítači nepoužívají vlastní rozhraní, ale USB, které se nachází na každém novějším počítači.

Datové pásky

Datové pásky lze přirovnat k magnetofonovým páskám. Na rozdíl od nich se však data, jak je u počítačů zvykem, ukládají v digitálním formátu. Slouží k zálohování obrovských objemů dat.

Grafická karta, zobrazovací jednotky

Grafická karta slouží k uchovávání a organizaci dat určených k zobrazení a k vytvoření výstupního signálu, který se na monitoru zobrazí jako obraz. Grafická karta v podstatě přebírá data z procesoru a převádí je na videosignál. Celý obraz viditelný na monitoru je uložen ve video paměti RAM na grafické kartě. Grafická karta může být konstrukčně řešena jako samostatná karta, která se zasouvá do slotu na základní desce, nebo může být také integrovanou součástí základní desky.
GK obsahuje:
GPU – graphic processing unit /grafický procesor/
Paměť
Převodník RAMDAC
Paměť typu EPROM nebo Flash
Chladič
Řídicí procesor /grafický procesor/ – jeho hlavním úkolem je přijímat příslušná data a vytvářet z nich digitální obraz. Režim zobrazení je určen počtem obrazových bodů, tzv. pixelů, v horizontálním a vertikálním směru monitoru a počtem barev, které lze zobrazit. Pixel je obrazový bod /Picture Element/. Je to nejmenší souvislá jednotka na obrazovce.
Obraz si lze v krajním zjednodušení představit jako velkou tabulku, kde každý bod může mít hodnotu 1 nebo 0 /rozsvícený či zhasnutý bod/. K popisu stačí jediný bit, proto vznikl pojem bitmapa. Pokud se počet bitů na jeden bod zvýší, lze zobrazit více barev. Například 4bitový obrázek může zobrazit 16 barev /24/ a 24bitová grafika zobrazí 16,7 milionu barev – jde již o tzv. true color. Počet bitů potřebných k vyjádření barev se nazý