Úloha

1. Vyberte základnú dosku z počítača. Nevyberajte procesor ani nedávajte dolu chladič. poškodila by sa vrstva pasty medzi procesorom a chladičom.
2. Najdite na internete katalógový list výrobcu k doske (pdf).
3. Ak máte externú grafickú kartu tak vyberte z dosky a tiež sa pokúste o nej nájsť technický popis
Najdite v dokumentácii tieto informácie:
4. Aké typy procesorov je možné do dosky osadiť.
5. Aký je typ slotov pre operačnú pamäť a akú maximálnu veľkosť sem viete osadiť
6. Ukážte nasledovné komponenty - procesor, chladič procesora, chipset(y) (severný/južný)
7. Akými zbernicami doska disponuje, ich označenie, typ (paralelná/sériová)
8. Ukážte konektory pre pripojenie externých pamäťových zariadení. Popíšte ich typ a označenie.
9. Ukážte konektor(y) pre pripojenie napájania
10. Ukážte kde sa nachádza batéria pre napájanie pamäte CMOS. Ukážte ako sa dá resetovať obsah pamete CMOS
11. Ukážte kde sa nachádza BIOS
12. Popíšte kede sa pripájajú vodiče zo skrinky ako je Power LED, HDD Led, Power tlacítko, Reset tlačítko.
13. Popíšte kčomu slúžia jednotlivé konektory na zadnom panely dosky
14. Popíšte výrobcu grafickej karty, veľkosť pamäte, typ zbernice ktorou je pripojená k základnej doske. Aké má konektory pre pripojenie monitora. Ako sa označujú.

Bloková schéma (Architektúra Hub-and-Spoke)

Moderné základné dosky využívajú architektúru, kde je CPU (Central Processing Unit) hlavným komunikačným uzlom.

• CPU (Central Hub): V moderných systémoch preberá úlohu niekdajšieho "Severného mostíka" (Northbridge). Obsahuje IMC (Integrated Memory Controller) pre priamy prístup k RAM a PCIe radič pre vysokorýchlostnú komunikáciu s grafickou kartou.
• DMI (Direct Media Interface) / GPP linka: Ide o dedikovanú sériovú zbernicu s vysokou priepustnosťou, ktorá spája CPU s čipsetom. Jej rýchlosť je kľúčová, aby čipset nespomaľoval pripojené NVMe disky alebo USB 3.2/4 zariadenia.
• CHIPSET (PCH Platform Controller Hub): Funguje ako koncentrátor pre I/O operácie. Spravuje protokoly s nižšou prioritou a väčším počtom zariadení, ktoré nevyžadujú priame napojenie na výpočtové jadrá procesora.
• Bus Width (Šírka zbernice): Všimni si rozdiel v hrúbke čiar – priame linky k RAM a GPU sú navrhnuté pre masívny paralelný prenos dát, zatiaľ čo periférne linky sú optimalizované na flexibilitu konektivity.

CPU

Vnútorná architektúra procesora

Procesor sa skladá z niekoľkých funkčných celkov, ktoré zabezpečujú spracovanie dát na najnižšej úrovni:

• Riadiaca jednotka (Control Unit): Interpretuje inštrukcie načítané z pamäte a generuje riadiace signály pre ostatné časti procesora.
• Aritmeticko-logická jednotka (ALU): Vykonáva binárne operácie, ako sú aritmetické výpočty (sčítanie, odčítanie) a logické porovnávania (pravda/nepravda).
• Registre: Vysokorýchlostné pamäťové bunky vnútri procesora, ktoré uchovávajú aktuálne spracovávané operandy a adresy.
• Cache pamäť (L1, L2, L3): Vrstvená vyrovnávacia pamäť, ktorá slúži na ukladanie často používaných dát, čím znižuje potrebu prístupu k pomalšej RAM.

Princíp činnosti (Inštrukčný cyklus)

Každá operácia procesora prebieha v cyklickom procese známom ako inštrukčný cyklus:

1. Fetch (Výber): Načítanie inštrukcie z adresy v pamäti RAM, na ktorú ukazuje programový čítač.
2. Decode (Dekódovanie): Preklad inštrukcie z binárneho kódu na súbor mikrooperácií zrozumiteľných pre hardware.
3. Execute (Vykonanie): Samotná realizácia operácie v ALU alebo presun dát medzi registrami.
4. Write-back (Spätný zápis): Uloženie výsledku operácie do registra alebo do hlavnej pamäte.

Technické parametre ovplyvňujúce výkon

Výkonnostný profil procesora je definovaný kombináciou hardvérových vlastností:

• Taktovacia frekvencia: Počet prepnutí tranzistorov za sekundu (vyjadrený v GHz).
• IPC (Instructions Per Cycle): Efektivita architektúry, teda koľko inštrukcií dokáže procesor spracovať počas jedného taktu.
• Počet jadier: Fyzické procesorové jednotky umožňujúce paralelný beh viacerých procesov súčasne.
• TDP (Thermal Design Power): Maximálny tepelný výkon, ktorý musí chladiaci systém dokázať odviesť pri nominálnej záťaži.

Inštrukčná sada (ISA)

ISA definuje rozhranie medzi hardvérom a softvérom. Určuje príkazy, ktoré procesor dokáže vykonať:

• x86/x86-64: Komplexná inštrukčná sada (CISC) používaná primárne v desktopových a serverových riešeniach.
• ARM: Redukovaná inštrukčná sada (RISC) optimalizovaná pre energetickú efektivitu v mobilných zariadeniach a moderných notebookoch.

IMC (Integrated Memory Controller)

Integrovaný pamäťový radič je digitálny obvod umiestnený priamo v puzdre procesora, ktorý riadi tok dát medzi centrálnou procesorovou jednotkou a systémovou operačnou pamäťou (RAM).

Hlavné technické funkcie

• Manažment zbernice: Zabezpečuje elektrickú a logickú komunikáciu s pamäťovými modulmi cez špecifické protokoly (napr. DDR4, DDR5).
• Adresovanie pamäte: Prekladá logické požiadavky procesora na fyzické adresy v pamäťových čipoch (riadky a stĺpce v matici DRAM).
• Riadenie časovania (Timing): Kontroluje parametre ako CAS Latency, tRCD a tRP, ktoré definujú oneskorenia pri prístupe k dátam.
• Refresh cykly: Periodicky obnovuje elektrický náboj v bunkách dynamickej pamäte, aby nedošlo k strate uložených informácií.

Architektúra a priepustnosť

Výkon IMC priamo ovplyvňuje celkovú systémovú priepustnosť dát:

• Počet kanálov: Moderné radiče podporujú viackanálové zapojenie (Dual-channel, Quad-channel), čím lineárne zvyšujú šírku dátovej zbernice.
• Pracovná frekvencia: IMC určuje maximálnu natívnu rýchlosť pamäte, ktorú procesor oficiálne podporuje bez pretaktovania.
• Gear režimy: Pri vysokých frekvenciách (najmä pri DDR5) môže radič pracovať v rôznych pomeroch voči frekvencii pamäte (napr. 1:1 alebo 1:2), aby sa zachovala stabilita systému.

Výhody integrácie

Presun radiča z čipsetu (Northbridge) priamo do procesora priniesol zásadné technologické vylepšenia:

• Minimalizácia latencie: Skrátenie fyzickej cesty signálu medzi jadrom a RAM radikálne zrýchlilo odozvu systému.
• Škálovateľnosť: Umožňuje lepšiu optimalizáciu napájania a frekvencie v závislosti od aktuálneho vyťaženia procesora.
• Zjednodušenie základnej dosky: Redukcia počtu potrebných čipov a komplexnosti spojov na plošnom spoji.

DMI (Direct Media Interface)

DMI je proprietárne sériové rozhranie vyvinuté spoločnosťou Intel, ktoré slúži na vysokorýchlostné prepojenie medzi procesorom (CPU) a čipsetom (PCH - Platform Controller Hub). Funguje ako hlavná komunikačná magistrála, cez ktorú pretekajú dáta z periférií smerom k výpočtovým jadrám.

Technická charakteristika DMI

• Bod-bod architektúra: DMI využíva prenos signálu diferenciálnymi pármi na viacerých linkách (zvyčajne x4 alebo x8), čo minimalizuje elektromagnetické rušenie a umožňuje vysoké prenosové rýchlosti.
• Šírka pásma: Moderné verzie (napr. DMI 4.0) sú založené na špecifikácii PCIe 4.0, pričom pri 8 linkách dosahujú priepustnosť až 16 GT/s na linku, čo je nevyhnutné pre obsluhu moderných NVMe diskov a USB 4 rozhraní pripojených cez čipset.
• Full-duplex prevádzka: Rozhranie umožňuje súčasné vysielanie a prijímanie dát, čím sa eliminuje čakanie pri intenzívnej I/O aktivite.

GPP (General Purpose Ports)

GPP predstavuje ekvivalentné riešenie v architektúre procesorov AMD. Ide o PCIe linky určené na všeobecné účely, ktoré spájajú procesor s južným mostíkom (FCH/Chipset) alebo priamo s prídavnými radičmi na základnej doske.

Funkcia a správa dátového toku

DMI aj GPP plnia kritickú úlohu pri správe systémových prostriedkov, ktoré nie sú napojené priamo na CPU:

• Koncentrácia prevádzky: Zlučujú dáta z pomalších rozhraní, ako sú SATA, audio čipy, sieťové karty (LAN) a USB porty, do jedného výkonného prúdu smerujúceho k procesoru.
• Zdieľanie kapacity: Keďže viacero zariadení pripojených k čipsetu zdieľa jednu DMI/GPP linku, radič v procesore musí dynamicky prioritizovať požiadavky (napr. uprednostniť sieťovú komunikáciu pred zápisom na disk).
• Latencia: Aj keď sú tieto zbernice extrémne rýchle, komunikácia cez ne vykazuje mierne vyššiu latenciu než priame PCIe linky z CPU, preto sa na ne nepripájajú grafické karty.

Evolúcia a úzke hrdlá

S príchodom extrémne rýchlych SSD diskov sa DMI/GPP stáva kritickým bodom. Ak je na čipset pripojených viacero NVMe diskov pracujúcich v poli RAID, celková priepustnosť DMI zbernice môže limitovať ich maximálnu rýchlosť, čo sa v technickej praxi označuje ako „bottleneck“ čipsetu.

Jednotka GT/s (GigaTransfers per second)

GT/s je jednotka vyjadrujúca počet miliárd dátových prenosov (operácií), ktoré sa uskutočnia cez sériovú zbernicu za jednu sekundu. Na rozdiel od jednotiek merajúcich objem dát (ako Gbps), GT/s definuje frekvenciu prepínania stavov na fyzickej vrstve bez ohľadu na to, koľko z prenesených bitov tvoria reálne dáta a koľko systémová réžia.

Prečo sa rozlišuje GT/s a Gbps?

Rozdiel medzi týmito jednotkami je spôsobený mechanizmom kódovania dát, ktorý zabezpečuje stabilitu prenosu a synchronizáciu hodín medzi odosielateľom a príjemcom:

• Kódovanie 8b/10b: Staršie rozhrania (napr. PCIe 1.0/2.0) potrebujú 10 bitov na prenos 8 bitov užitočných dát. V tomto prípade je dátová priepustnosť v Gbps o 20 % nižšia než hodnota v GT/s.
• Kódovanie 128b/130b: Moderné rozhrania (PCIe 3.0 a novšie) využívajú efektívnejšie kódovanie, kde systémová réžia tvorí len približne 1,5 %. Hodnota v GT/s sa tu takmer rovná reálnej rýchlosti v Gbps.

Porovnanie GT/s v rámci počítačových zberníc

Jednotka GT/s umožňuje presne porovnávať výkonnostný potenciál rôznych generácií komunikačných rozhraní:

• DMI 3.0: Pracuje pri rýchlosti 8 GT/s na jednu linku.
• PCIe 4.0: Dosahuje 16 GT/s, čo pri kódovaní 128b/130b znamená takmer 2 GB/s priepustnosti na jednu linku (x1).
• PCIe 5.0: Špecifikácia definuje 32 GT/s, čím zdvojnásobuje priepustnosť predchádzajúcej generácie pri rovnakej fyzickej konfigurácii.

Vzťah k frekvencii (GHz)

V moderných vysokorýchlostných zberniciach nie je počet prenosov za sekundu (GT/s) vždy totožný s hodinovou frekvenciou v GHz. Vďaka technikám ako prenos dát na oboch hranách signálu (vzostupnej aj zostupnej) môže byť hodnota GT/s vyššia než samotný taktovací kmitočet zbernice v GHz.

Fyzická a logická štruktúra (Lanes)

Základnou jednotkou PCIe je linka (lane). Jedna linka pozostáva z dvoch párov vodičov (jeden na odosielanie, druhý na prijímanie dát). Počet liniek v slote určuje jeho priepustnosť a fyzickú dĺžku:

• x1: Najkratší slot, používaný pre sieťové karty, zvukové karty alebo USB radiče.
• x4 / x8: Stredne dlhé sloty, často využívané pre výkonné sieťové karty alebo NVMe adaptéry.
• x16: Najdlhší slot, primárne určený pre grafické karty (GPU).

Sériová komunikácia a diferenciálne páry

PCIe neprenáša dáta paralelne (viac bitov naraz cez viac vodičov), ale sériovo v paketoch. Tento prístup eliminuje problémy so synchronizáciou času (clock skew), ktoré trápili staršie zbernice pri vysokých frekvenciách. Premos dát diferenciálnymi pármi navyše zvyšuje odolnosť voči elektromagnetickému šumu, čo umožňuje extrémne vysoké prenosové rýchlosti.

Generácie a priepustnosť

Každá nová generácia PCIe zdvojnásobuje šírku pásma (bandwidth) predchádzajúcej verzie pri zachovaní úplnej spätnej kompatibility (napr. kartu PCIe 3.0 je možné vložiť do slotu PCIe 4.0 a naopak, hoci rýchlosť bude obmedzená pomalším článkom):

• PCIe 3.0: Rýchlosť 8 GT/s na linku (~1 GB/s na linku).
• PCIe 4.0: Rýchlosť 16 GT/s na linku (~2 GB/s na linku).
• PCIe 5.0: Rýchlosť 32 GT/s na linku (~4 GB/s na linku).

Vrstvená architektúra protokolu

Komunikácia PCIe je rozdelená do troch logických vrstiev:

1. Fyzická vrstva (Physical Layer): Zabezpečuje elektrické signály a premenu bitov na symboly (kódovanie 128b/130b).
2. Linková vrstva (Data Link Layer): Zodpovedá za integritu dát, potvrdzovanie prijatých paketov (ACK/NAK) a detekciu chýb.
3. Transakčná vrstva (Transaction Layer): Generuje a spracováva TLP pakety (Transaction Layer Packets) pre operácie čítania, zápisu a prerušenia (interrupts).

Konfigurácia liniek (Bifurkácia)

Moderné procesory a čipsety podporujú tzv. PCIe Bifurcation. Táto technológia umožňuje rozdeliť jeden fyzický x16 slot na viacero menších logických rozhraní (napr. x8/x8 alebo x4/x4/x4/x4). Toto sa využíva najmä pri rozširujúcich kartách pre viacero M.2 NVMe SSD diskov, kde každý disk vyžaduje vlastné 4 linky.

Fyzické rozhranie PCIe x16

Grafické karty sa vkladajú do slotu typu x16, čo je najdlhší dostupný slot na základnej doske. Číslo 16 označuje počet dátových liniek (lanes), ktorými slot disponuje. Každá linka pozostáva z dvoch párov vodičov – jeden pre odosielanie a druhý pre prijímanie dát (full-duplex).

Elektrické a dátové zapojenie

• Priame napojenie na CPU: Na rozdiel od pomalších periférií sú primárne PCIe x16 sloty zapojené priamo do procesora. Tým sa obchádza čipset a minimalizuje sa latencia pri prenose geometrických dát a textúr.
• Verzia PCIe (Generácie): Rýchlosť pripojenia závisí od generácie (PCIe 3.0, 4.0, 5.0). Každá nová generácia zdvojnásobuje priepustnosť v GT/s pri zachovaní spätnej kompatibility.
• Zdieľanie liniek: Ak sú na doske osadené viaceré NVMe disky alebo ďalšie karty, procesor môže automaticky prepnúť slot x16 do režimu x8/x8, čím sa šírka pásma rozdelí.

Napájanie grafickej karty

Keďže výkonné GPU vyžadujú viac energie, než dokáže poskytnúť samotný slot, pripojenie zahŕňa aj externé napájacie vetvy:

• Napájanie zo slotu: PCIe slot štandardne poskytuje maximálne 75 W.
• Prídavné konektory (PEG): Výkonné karty vyžadujú 6-pinové (75 W), 8-pinové (150 W) alebo moderné 16-pinové 12VHPWR konektory (až 600 W) priamo zo zdroja (PSU).

Komunikačný protokol a technológia Re-Size BAR

Moderné pripojenie GPU využíva funkciu Resizable BAR (Base Address Register). Táto technológia umožňuje procesoru vyjednať prístup k celej kapacite VRAM (pamäte grafickej karty) naraz, namiesto malých 256 MB blokov, čo výrazne zvyšuje efektivitu prenosu dát v hrách a profesionálnych aplikáciách.

Mechanické zaistenie

Kvôli vysokej hmotnosti moderných chladičov sú PCIe sloty často "obrnené" (Metal Shielding) – vystužené kovovým rámom pripájaným k PCB dosky. Na konci slotu sa nachádza poistka (latch), ktorá fixuje kartu v elektrických kontaktoch a bráni jej samovoľnému vysunutiu.