SZZ materiály

Architektura počítačů

Užitečné odkazy

• https://www.itnetwork.cz/hardware-pc/stavba-pc
• https://www.reddit.com/r/buildapc/comments/1hflgyc/after_years_of_building_and_repairing_pcs_for/

Okruh I (výběr komponent počítače)

• základní principy fungování počítače a jeho komponent (procesor, základní deska, paměť RAM, grafická karta, úložiště, napájecí zdroj atd.)
• kompatibilita komponent a jejich výběr dle zadaného rozpočtu a požadavků
• principy instalace operačního systému a ovladačů
• nastavení BIOSu a optimalizace výkonu počítače
• základní znalosti práce s počítačem a periferními zařízeními

Okruh II (diagnostika a řešení problémů)

• základní principy fungování počítače a jeho komponent (procesor, základní deska, paměť RAM, grafická karta, úložiště, napájecí zdroj atd.)
• běžné problémy s hardwarem a jejich příčiny
• diagnostické nástroje a jejich použití
• postupy řešení běžných problémů s hardwarem
• upgrade komponent hardwaru
• kompatibilita komponent
• identifikace a diagnostika závad hardwaru
• použití diagnostických nástrojů
• řešení běžných problémů s hardwarem
• provádění upgradu komponent hardwaru

Okruh I

Procesor

• CPU = Central Processing Unit
• hlavní řídicí jednotka počítače
• vykonává strojové instrukce programů
• koorduje tok dat mezi ostatními komponentami (RAM, disk, grafika)
• ovlivňuje celkový výkon systému
• CPU obsahuje jádra, jádra obsluhují vlákna
• CPU má alespoň 1 jádro, každé jádro má alespoň 1 vlákno
• procesor přímo určuje jaký typ RAM umí používat
  • protože řadič paměti je dnes přímo v procesoru
  • CPU ↔ RAM komunikují přímo
• CPU ↔ GPU též komunikují přímo

Základní parametry procesoru

• počet jader (cores)
  • dnes minimum: 4 jádra / 8 vláken
  • poměr cena/výkon: 6 jader / 12 vláken
  • vyšší třída: 8 jader / 16 vláken
  • workstation: 12+ jader
• počet vláken (threads)
• frekvence
  • nízká: ~3,0 GHz a méně
  • normální: ~3,5–4,5 GHz
  • vysoká: ~5,0 GHz a více
• cache paměť
• TDP
  • nízké: 35–65 W
  • střední: 65–125 W
  • vysoké: 125–250+ W

Jádro

• fyzická výpočetní jednotka uvnitř procesoru
• samostatně vykonává instrukce
• má vlastní:
  • aritmeticko-logickou jednotku
  • registry
  • cache
  • řídící logiku
• prakticky 1 jádro = „malý procesor“ uvnitř CPU
• např. 6jádrový procesor obsahuje 6 fyzických jader

Vlákno

• nejmenší jednotka práce, kterou procesor vykonává
• posloupnost instrukcí určených ke zpracování CPU
• operační systém přiděluje vlákna jednotlivým jádrům procesoru
• prakticky: program běží jako jedno nebo více vláken
• každé vlákno vykonává vlastní část práce
• např. webový prohlížeč:
  • jedno vlákno vykresluje stránku
  • jiné přehrává video
  • další komunikuje po síti

Proč může mít jádro více vláken

• díky technologiím:
  • Intel Hyper-Threading
  • AMD SMT (Simultaneous Multithreading)
• jedno fyzické jádro se operačnímu systému tváří jako více logických procesorů
• např. 6 jader / 12 vláken (každé jádro obsluhuje 2 vlákna)

Frekvence

• rychlost, jakou procesor vykonává operace
• říká, kolik taktů proběhne za sekundu
• udává se v GHz (gigahertz)
• např.: 3,5 GHz ≈ 3,5 miliardy taktů za sekundu
• obecně vyšší frekvence = vyšší výkon

Takt

• základní synchronizační impulz procesoru
• určuje rytmus, podle kterého CPU koordinuje své operace

Cache procesoru

• existují L1/L2/L3 cache
• slouží k dočasnému ukládání často používaných dat a instrukcí
• jsou fyzicky přímo v CPU
• má velmi nízkou latenci
• má jednotky až desítky MB
• CPU potřebuje data - nejdřív je hledá v cache, až pak v RAM

L1 cache

• nejrychlejší a nejmenší cache přímo u jednotlivých jader procesoru

L2 cache

• větší a pomalejší než L1

L3 cache

• největší a sdílená mezi jádry
• pomalejší než L1/L2, ale stále mnohem rychlejší než RAM

TDP

• Thermal Design Power
• údaj o množství tepla, které musí chlazení procesoru odvést
• udává tepelnou zátěž při běžném provozu
• udává se ve wattech (W)
• např. TDP = 65 W = chladič musí zvládnout odvést přibližně 65 W tepla
• dle TDP vybíráme chladič, zdroj, airflow skříně

Základní deska

• hlavní propojující komponenta počítače
• spojuje všechny části:
  • CPU
  • RAM
  • GPU
  • disky
  • zdroj
  • periférie
• zajišťuje komunikaci a napájení komponent
• určuje:
  • kompatibilitu procesoru
  • typ RAM
  • možnosti rozšíření
  • počet disků
  • počet USB portů

Socket

• fyzický konektor pro procesor
• obsahuje elektrické kontakty mezi CPU a deskou
• přes socket CPU komunikuje s deskou, dostává napájení a přenáší data
• určuje kompatibilitu mezi CPU a základní deskou
• procesor musí mít stejný socket jako deska
• Intel: sockety se mění častěji
• AMD: sockety bývají podporované déle

Intel sockety

• LGA1151 - Intel 6.–9. generace (DDR3/DDR4)
• LGA1200 - Intel 10.–11. generace (DDR4)
• LGA1700 - Intel 12.–14. generace (DDR4/DDR5)
• LGA1851 (DDR5)

AMD sockety

• AM4 - Ryzen 1000–5000 (DDR4)
• AM5 - Ryzen 7000+ (DDR5)

LGA

• Land Grid Array
• piny jsou v základní desce
• používá Intel

PGA

• Pin Grid Array
• piny jsou na procesoru
• starší AMD (AM4), moderní AMD už přešlo na LGA (AM5)

BGA

• CPU je připájený napevno
• notebooky, mini PC

Kontrola kompatibility mezi CPU a základní deskou

1. Vybereme CPU
2. Zjistíme socket CPU
3. Vybereme desku se stejným socketem
   • např. vybereme procesor Ryzen 5 7600 se socketem AM5, tak musíme vybrat AM5 desku
   • nejlepší je se podívat do CPU support listu výrobce desky

Čipset

• určuje možnosti a výbavu základní desky
• zajišťuje komunikaci mezi procesorem a ostatními zařízeními
• ovlivňuje počet USB portů, počet M.2 / SATA disků, počet PCIe linek, …

Intel čipsety

• Intel H610 - levný základ
• Intel B660 / B760 - mainstream
• Intel Z690 / Z790 - high-end, overclocking

AMD čipsety

• AMD A620 - základ
• AMD B650 - mainstream
• AMD X670 - high-end

Formát

• fyzická velikost a rozložení základní desky
• určuje:
  • rozměry desky
  • počet slotů
  • možnosti rozšíření
  • kompatibilitu se skříní
• ATX (standardní velká velikost, gaming/workstation)
• Micro-ATX (střední velikost, běžný desktop)
• Mini-ITX (malé skříně)
• formát desky musí být kompatibilní s velikostí skříně, délkou GPU a velikostí chladiče

PCIe

• PCI Express
• vysokorychlostní sběrnice pro připojení komponent k základní desce
• přenáší data mezi CPU, čipsetem a připojenými zařízeními
• dlouhý slot (typicky grafická karta)
• krátké sloty (rozšiřující karty)
• má tzv. linky (čím více linek, tím vyšší propustnost)
• x1 (1 linka), x4 (4 linky), x8 (8 linek), x16 (16 linek)
• GPU typicky PCIe x16
• NVMe SSD typicky PCIe x4
• generace PCIe 3.0, PCIe 4.0, PCIe 5.0 (čím vyšší generace, tím rychlejší)
• generace jsou zpětně kompatibilní (PCIe 4.0 GPU funguje v PCIe 3.0 slotu, ale s nižší rychlostí)

Sloty na RAM

• základní deska obsahuje RAM sloty (DIMM)
• typicky 2-4 sloty

Skříň

• určuje:
  • jaký formát zdroje podporuje
  • maximální podporovanou délku GPU
  • podporovaný formát základní desky
  • maximální podporovanou výšku chladiče CPU
  • počet ventilátorů
  • pozice ventilátorů
  • přední konektory
• typy:
  • Full Tower
  • Mid Tower (nejběžnější)
  • Mini Tower

Přední ventilátory

• nasávají studený vzduch dovnitř

Zadní/horní ventilátory

• odvádí teplý vzduch ven

Paměť RAM

• RAM = Random Access Memory
• operační paměť počítače
• slouží k dočasnému ukládání dat a programů, se kterými CPU právě pracuje
• velmi rychlá, ale volatilní paměť
• když spustíme program:
  1. program se načte z disku (SSD/HDD) do RAM
  2. CPU si z RAM načítá potřebná data a instrukce
  3. často používaná data si CPU ukládá do své cache paměti
  4. CPU nad těmito daty provádí výpočty
• při nedostatku RAM (stránkovací soubor na SSD)
• 8 GB, 16 GB, 32 GB, 64 GB
• např. 32 GB (2×16 GB) DDR5-6000 CL30

Frekvence

• rychlost přenosu dat
• udává se v MHz
• např.: DDR4-3200, DDR5-6000 (vyšší frekvence, vyšší propustnost)

CL

• latence
• časová prodleva paměti
• např.: CL16, CLC30 (nižší latence, rychlejší odezva)
• číslo u CL znamená počet taktů (CL16 = RAM potřebuje 16 taktů než začne vracet požadovaná data po obdržení požadavku od CPU)

Dual Channel

• podporuje používání RAM v párech
• např. 2×8 GB místo 1×16 GB je lepší
• CPU může komunikovat s více moduly RAM paralelně (vyšší výkon)

Typy RAM

• CPU + deska musí DDR podporovat
• DDR4
• DDR5

Grafická karta

• GPU = Graphics Processing Unit
• komponenta určená pro zpracování grafiky a paralelních výpočtů
• vykresluje obraz pro monitor
• bývá největší spotřebitel energie v PC
• připojuje se do PCIe x16 slotu
• silnější GPU potřebují externí PCIe power konektory ze zdroje (např. 8-pin, 12VHPWR)

Integrovaná grafická karta

• zkratka iGPU
• součást procesoru
• sdílí RAM s CPU

Dedikovaná grafická karta

• samostatná komponenta v PCIe slotu
• má vlastní:
  • GPU čip
  • VRAM
  • chlazení
  • napájení

VRAM

• video paměť grafické karty
• je přímo na GPU
• ukládá grafická data
• 4 GB (základ), 8 GB (gaming), 12-16 GB (high end), 24+ GB (AI/workstation)

NVIDIA grafické karty

• RTX 4060
• RTX 4070
• RTX 4080

AMD grafické karty

• RX 7600
• RX 7800 XT

Uložiště

• slouží k dlouhodobému ukládání dat
• data zůstávají zachována i po vypnutí počítače

Typy uložišť

• HDD
• SSD
  • SATA SSD
  • NVMe SSD
• M.2
• kapacity disku většinou tak 250 GB, 500 GB, 1 TB, 2+ TB, …

HDD

• Hard Disk Drive
• mechanický disk s rotujícími plotnami
• nízká cena za GB, vysoké kapacity, ale pomalý, hlučný, vyšší latence
• smysluplné použití: archivace

SSD

• Solid State Drive
• bez pohyblivých částí
• velmi rychlé, tiché, nízká latence, ale dražší než HDD
• standard pro systémový disk

SATA SSD

• používá SATA rozhraní
• omezená rychlost (~550 MB/s)

NVMe SSD

• používá PCIe
• výrazně vyšší rychlosti (několik GB/s)

M.2

• fyzický formát SSD
• může být SATA M.2 nebo NVMe M.2

TBW

• Total Bytes Written
• odhadovaná životnost SSD
• kolik dat lze zapsat během životnosti disku

Kompatibilita

• SATA vs NVMe podpora
• počet M.2 slotů na desce
• PCIe generace
• fyzický formát

Napájecí zdroj

• PSU = Power Supply Unit
• převádí elektrickou energii ze zásuvky na napětí potřebná pro komponenty počítače
• ze zásuvky přichází přichází střídavý proud (AC) a on ho převádí na stejnosměrný proud (DC)
• komponenty pak
• výkon se udává ve wattech (W) (např. 550 W, 750 W, 1000 W)
• zdroj musí zvládnout maximální spotřebu celé sestavy

Certifikace účinnosti

• 80 PLUS
  • Bronze
  • Silver
  • Gold
  • Platinum
• vyšší účinnost, méně ztrát, méně tepla, nižší spotřeba

Důležité konektory

• 24-pin ATX (základní deska)
• EPS 8-pin (CPU napájení)
• PCIe power (GPU)
• SATA power (SSD/HDD)

Formáty

• ATX (standardní desktop)
• SFX (malé PC)

Okruh II