|
| Pohled na zadní panel stolního počítače s komunikačními porty |
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.
 |
 |
| Konektory USB | USB hub |
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 12 Mb/s) a USB 2.0 (480 Mb/s, pokud je zařízení high-speed). USB 2.0 je zpětně kompatibilní s USB 1.1.
Dnešní počítače obvykle mají k dispozici minimálně dva konektory USB. Je nutné, aby operační systém podporoval technologii USB.
Maximální délka kabelu mezi dvěma zařízeními je 5 metrů.
USB dovoluje připojit až 127 zařízení pomocí jednoho typu konektoru. Připojeným zařízení USB zároveň poskytuje i napájecí napětí.
 |
 |
| USB zařízení lze zapojovat do kaskády | Program USBview pro linux zobrazuje stromovou strukturu fyzického prpojoení zařízení a hubů |
USB vzniklo za spolupráce firem Compaq, Hewlett-Packard, Intel, Lucent, NEC, Microsoft a Philips. Nahrazuje pomalé sériové a paralelní porty a přináší větší přenosovou rychlost a kompatibilitu.
V průběhu roku 2006 by měla na trh dorazit technologie Wireless USB. Má velmi dobré vyhlídky do budoucna - výrobci by rádi navázali na úspěch USB, které je dnes standardem prakticky v každém osobním počítači. Zatím předpokládané rychlosti jsou od 110 Mb/s na vzdálenost 10 metrů až po 480 Mb/s na vzdálenost 3 metrů. Připojit půjde až 127 zařízení sdílející tuto sběrnici - nový standard by také měl přinést zjednodušenou správu a sdílení zařízení mezi více PC.
 |
 |
| Wireless adaptér pro zapojení do klasického USB 2.0 | Wireless USB hub |
FireWire (označované jako i.Link nebo IEEE 1394) je standard sériové sběrnice pro připojení periférií k počítači. Díky své technické jednoduchosti a pořizovací ceně nahrazuje dříve používané způsoby připojení, především SCSI. V soucasnosti se pouzivani tohoto rozhrani zúžilo zejmena k pripojeni digitalnich videokamer.
 |
 |
 |
| Logo FireWire, takto označené výrobky byly certifikovány konzorciem FireWire | Konektor FW - 6 pinová varianta | Konektor FW - 4 pinová varianta |
Pro univerzalni pripojeni periferii je nyni rozsirenejsi rozhrani USB 2.0 ktere svou datovou propustnosti (480MBps) FireWire (400MBps) mirne predci a disponuji jim vsechny moderni pocitace (Apple, PC, notebooky). V dobe uvedeni rozhrani Firewire, bylo k dispozici pouze USB 1.0, ktere melo datovou propustnost radove nizsi (12 Mbps), nebylo proto vhodne k pripojeni periferii s vysokym datovym tokem (externi disky, vypalovacky, scannery, fotoparaty) ale pouze k pripojeni mysi, klavesnic, tiskaren.
 |
 |
 |
| Zadní panel stolného počítače s konektory FireWire | FireWire vestavěný v notebooku | Rozšiřující karta PCMCIA pro notebook |
FireWire vyvinula firma Apple Computer v roce 1995 jako pomalejší variantu standardu IEEE 1394 .
Standard RS-232, resp. jeho rozšířená varianta RS-232C z roku 1969, se bežně používá jako komunikační rozhranní, nebo též tzv. sériový port, osobních počítačů a další elektroniky.
 |
 |
| Zapojení signálů rozhranní RS 232 | Kabel s konetory pro propojení zařízení pomocí rozhranní RS 232 |
Standard definuje sériovou komunikaci pro přenos dat. Logický stav 0/1 přenášených dat je reprezentován pomocí dvou možných úrovní napětí, které jsou bipolární a dle zařízení mohou nabývat hodnot ±5 V, ±10 V, ±12 V nebo ±15 V. Nejčastěji se používá varianta při které logické hodnotě 1 odpovídá napětí -12 V a logické hodnotě 0 pak +12 V. Základní tři vodiče rozhranní (příjem, vysílání a společná zem) jsou doplněny ještě dalšími sloužícími k řízení přenosu. Ty mohou a nemusí být používány (zapojeny), nebo mohou být použity pro napájení logických obvodů v zařízení, jako je třeba počítačová myš. Výstupní elektronika je vybavena ochranou proti zkratu, kdy po překročení proudu 20 mA proud již dále neroste. Připojování zařizení se nejčastěji provádí pomocí 9 nebo 25 pinových konektorů.
V současné době se v oblasti osobních počítačů od RS-232 ustupuje a je nahrazováno univerzálním sériovým rozhranním USB.
LPT je původní název pro paralelní rozhanní PC kompatibilních počítačů. Byl navržen pro připojení znakových textových tiskáren, které používaly 8 bitovou znakovou sadu ASCII. Odtud pochází i název, který je zkratkou "line printer". Později se toto rozhraní začalo používat i pro pžipojování grafických tiskáren a dalšího příslušenství. Dlouho dobu se jednalo defakto o průmyslový standard, který ovšem nebyl oficálně standardizován. Nyní je rozhraní na ústupu, je nahrazováno sériovými rozhraními USB nebo FireWire.
 |
 |
| Kabel LPT pro připojení tiskárny | Rozhraní LPT zabudované v notebooku |
Většina PC vyrobených v 80. a 90. letech byla vybavena jedním nebo dvěma LPT porty s tradičním nastavením adres portů na:
Existovalo rovněž LPT3 jehož nastavení ovšem bývalo mezi výrobci značně variabilní.
Široká palet a zařízení byla vyráběna pro připojení pomocí parelelního portu. Původní rozhranní LPT se vyznačovalo jednosměrností proudu dat - informace mohly být přenášeny pouze ve směru z počítače do zařízení. Pro přenos informací ve směru do počítače bylo možné využít rídících vodičů, nebo pozdějčí specifikace EPP nebo EPC, ketrá umožňovala obousměrný přenos dat. Toho využívaly například externí mechaniky Zip.
Prostředí MS DOS poskytu přístup k paralelnímu portu přímo virtuálního souboru s názvem LPT1 az LPT3. Pro LPT1 existuje rovněž alias PRN. Soubor je tedy možné vytisknout zadáním například:
copy c:\soubor.txt LPT1nebo
type c:\soubor.txt > LPT1
Tento způsob práce s porty je v systému Windows stále zachován
Na hardwarové úrovni je LPT1 realizován jako 8 bitová sběrnice se 4 výstupními řídícími signály (Strobe, Linefeed, Initialize, and Select In) a 5 vstupními řídícími signály (ACK, Busy, Select, Error, and Paper Out) s datovou propustností 12Mb/s.
Game port je rozhraní sloužící především pro připojování herních ovladačů - analogových joysticků, gamepadů a podobně. V současné dob je již zastaralé a je postupně nahrazováno rozhranním USB.
Game využívá konektory DA-15 (podobný konektoru LPT). Pomocí gamportu lze k počítači rovněž připojit hudební nástorje podporující standard MIDI. V současnosti se prosadilo připojení hudeních nástorojů odpovídající standardu Roland MPU-401.
 |
 |
| Konektor DA-15 | Rozhraní MIDI umožnuje kaskádní zapojení několika hudebních nástorjů současně |
Na rozdíl od ostatních rozhranní pro připojení joysticků byl gameport od začátku koncipován spíše jako rozhranní analogové než digitální. IBM původně port popisovalo jako vhodný pro připojení dvou pedálů spíše než joysticku.
Síťová karta slouží pro propojení jednotlivých počítačů do celku nazvaného počítačová síť. Komunikace mezi počítači a dalšími zařízeními, připojenými do sítě se musí řítit určitými společnými standardy. Zdaleka nejrozšířenejším standardem je dnes na síťové vrstvě ethernet. Pro specializované úlohy - např. propojení na velké vzdálenosti nebo ultrarychlé propojení supertačítačů zapojených do gridu se používají jiné technologi - ATM, InfiniBand apod.
Ethernet je jeden z typů lokálních sítí, který realizuje vrstvu síťového rozhraní. V lokálních sítích se Ethernet prosadil v 80 % všech instalací. Jeho popularita spočívá v jednoduchosti protokolu a tím i snadné implementaci i instalaci.
 |
 |
 |
| Síťová karta pro připojení pomocí koaxiálního kabelu - zastaralé | Typická současná síťová karta pro připojení kroucenou dvoulinkou | Síťová karat pro notebook s rozhranním PCMCIA |
Původní protokol s přenosovou rychlostí 10 Mbit/s byl vyvinut firmami DEC, Intel a Xerox pro potřeby kancelářských aplikací. Později byl v poněkud pozměněné podobě normalizován institutem IEEE jako norma IEEE 802.3. Tato norma byla převzata ISO jako ISO 8802-3. Autoři původního Ethernetu vytvořili upravenou verzi Ethernet II, která změnila některé časové konstanty s cílem dosáhnout vyšší kompatibility se standardem 802.3. Mezi oběma specifikacemi však zůstal rozdíl ve formátu rámce.
Klasický Ethernet používal sběrnicovou topologii – tedy sdílené médium, kde všichni slyší všechno a v každém okamžiku může vysílat jen jeden. Jednotlivé stanice jsou na něm identifikovány svými hardwarovými adresami (MAC adresa). Když stanice obdrží paket s jinou než vlastní adresou, zahodí jej (karty lze ovšem přepnout do promiskuitního režimu, kdy přijímají všechny pakety, tato možnost se využívá např. při monitorování sítě).
Pro přístup ke sdílenému přenosovému médiu (sběrnici) se používá metoda CSMA/CD (Carrier Sense with Multiple Access and Collision Detection), česky metoda mnohonásobného přístupu s nasloucháním nosné a detekcí kolizí.
Stanice (síťová karta), která potřebuje vysílat, naslouchá co se děje na přenosovém médiu. Pokud je v klidu, začne stanice vysílat. Může se stát (v důsledku zpoždění signálu), že dvě stanice začnou vysílat přibližně ve stejný okamžik. Jejich signály se pochopitelně navzájem zkomolí. Tato situace se nazývá kolize a vysílající stanice ji poznají podle toho, že během svého vysílání zároveň zjistí příchod cizího signálu. Stanice, která detekuje kolizi, vyšle krátký signál (jam o 32 bitech). Poté se všechny vysílající stanice odmlčí a později se pokusí o nové vysílání.
 |
 |
| Síťová kabel s konektorem RJ-45 - kroucená dvoulinka | Zásuvka pro konektor RJ-45 |
Mezi opakovanými pokusy o vysílání stanice počká vždy náhodnou dobu. Interval, ze kterého se čekací doba náhodně vybírá, se během prvních deseti pokusů vždy zdvojnásobuje. Stanice tak při opakovaných neúspěších „ředí“ své pokusy o vysílání a zvyšuje tak pravděpodobnost, že se o sdílené médium úspěšně podělí s ostatními. Pokud se během šestnácti pokusů nepodaří rámec odvysílat, stanice své snažení ukončí a ohlásí nadřízené vrtsvě neúspěch.
Ke kolizi může dojít jen v době, která uplyne od začátku vysílání do okamžiku, kdy signál vysílaný stanicí obsadí celé médium (pak již případní další zájemci o vysílání zjistí, že médium není volné a počkají na jeho uvolnění). Tento interval se nazývá kolizní okénko a musí být kratší, než je doba vysílání nejkratšího rámce. Jinak by mohlo docházet k nezjištěným kolizím (dvě vzdálené stanice odvysílají krátké rámce, které se na kabelu protnou a zkomolí, ale obě stanice ukončí vysílání dříve, než k nim dorazí kolidující signál).
Tato metoda přístupu k médiu je velmi efektivní při nižším zatížení sítě (cca 30 % šířky pásma). Její efektivita klesá při vetším počtu zájemců o vysílání, kdy může dojít k exponenciálnímu nárůstu kolizí. Efektivita CSMA/CD je vyšší pro delší rámce, protože při jejich přenosu je výhodnější poměr mezi trváním kolizního okénka a vysílání dat.
Jednotlivé varianty protokolu se značí např. 10Base5, 100Base-TX a podobně. První číslice určuje maximální přenosovou rychlost v megabitech za sekundu. Následuje označení pásma (všechny verze Ethernetu pracují v základním pásmu, proto zde vždy obsahují „Base“) a určení druhu přenosového média.
Koaxiální kabel
Původní Ethernet byl propojován tzv. tlustým koaxiálním kabelem a označoval se jako 10Base-5. Jeden segment mohl být dlouhý až 500 metrů. Na kabel byly napichovány tranceivery, které se připojovaly na AUI port síťové karty.
 |
 |
| Komponenty koaxiální sítě | Konektor pro připojení pomocí AUI |
K masovému používání Ethernetu došlo se zavedením tzv. tenkého koaxiálního kabelu. Tato varianta se označuje jako 10Base-2. Propojovací kabely se zakončují BNC konektory, mezi ně se vkládají odbočky ke stanicím BNC-T konektory. Ty se připojují přímo na síťovou kartu, nebo adaptérem na AUI port. Délka segmentu je maximálně 185 metrů, ve speciálních případech až 300 - 400 metrů.
Kroucená dvoulinka
Kroucená dvoulinka je dnes zdaleka nejrozšířenější druh Ethernetové kabeláže. Její použití pro Ethernet pod označení 10BaseT definuje specifikace IEEE 802.3i. Topologie sítě se změnila ze sběrnicové na hvězdicovou, v jejímž středu je rozbočovač (hub) a na koncích jednotlivých spojů připojené počítače. Chování sítě napodobuje sběrnici - rozbočovač kopíruje signál přicházející z jednoho rozhraní do všech ostatních. Data vysílaná jednou stanicí jsou proto rozšířena všem ostatním, stejně jako v případě jejich přenosu po sdílené sběrnici.
Rozbočovače jsou dnes většinou nahrazovány přepínači (switch), které jsou na rozdíl od nich inteligentní. Pracují na principu „ulož a předej“ - přijmou ethernetový rámec, uloží si jej do vyrovnávací paměti, analyzují adresu jeho příjemce a následně jej odvysílají do rozhraní, kterým je připojen jeho adresát. Tabulky s fyzickými adresami a jim odpovídajícími rozhraními si udržují automaticky - učí se na základě adresy odesilatele v rámcích. Vzhledem k tomu, že přepínač nepředává rámec rovnou, ale po uložení jej sám odvysílá, až bude na cílovém rozhraní volno, počítače (či sítě) připojené k jeho rozhraním spolu navzájem nesoutěží o médium. Na každém rozhraní přepínače běží nezávislý algoritmus CSMA/CD a o médium spolu soutěží jen zdejší počítače - přepínač tzv. odděluje kolizní domény. Důsledkem je vyšší propustnost sítě a také vyšší bezpečnost, protože data jsou doručována jen tam, kde sídlí jejich příjemce.
Původně byly přepínače výrazně dražší než rozbočovače. V současnosti ovšem cena jednoduchých přepínačů klesla na takovou úroveň, že rozbočovače ztratily ekonomický smysl a zcela zmizely z trhu. Díky masivnímu rozšíření přepínačů je dnes celkem běžně připojen koncový počítač přímo do přepínače. Kolizní doména tudíž obsahuje jen dva účastníky - koncový počítač a přepínač - propojené kroucenou dvoulinkou. Kabel s dvoulinkou ale obsahuje celkem čtyři kroucené páry, tedy osm vodičů. Část z nich lze vyčlenit pro přenos dat ve směru od přepínače k počítači a část pro směr opačný. Provoz tedy kabelem může protékat obousměrně, každý z účastníků má své pevně přidělené vodiče, do nichž může vysílat kdykoli. Odpadá sdílení média a s ním i důvody pro nasazení algoritmu CSMA/CD. Tento režim provozu se nazývá plný duplex (full duplex) . odpadají v něm prostoje způsobené kolizemi a přenosová rychlost odpovídá maximální možné. Na použití plně duplexního režimu se typicky dohodne přepínač s připojeným počítačem automaticky - pokud oba tento režim podporují, přejdou do něj.
 |
 |
| 8 portový hub | 24 portový managovatelný switch |
Rozvod kroucené dvoulinky v budovách se nazývá strukturovaná kabeláž. Každá zásuvka je propojena s centrálním rozvaděčem samostatným kabelem, který umožňuje její využití i pro jiné účely (telefon a podobně). Délka jednoho spoje je maximálně 100 metrů, ve strukturované kabeláži se používá limit 90 metrů a 10 m se ponechává pro propojení mezi zásuvkou a počítačem. Ethernet používající kroucenou dvoulinku se označuje příponou T nebo TX.
Kabely mohou být nestíněné (UTP - Unshielded Twisted Pair) a stíněné (STP - Shielded Twisted Pair), které se používají v průmyslovém prostředí - jsou odolnější proti rušení. Používá se stínění celého kabelu, nebo i jednotlivých párů. Provedení strukturované kabeláže se dělí na kategorie podle svých elektrických a přenosových vlastností. Na kategorii závisí maximální možná přenosová rychlost.
Optické vlákno
Ethernet je definován i pro optické vlákno. Používají se jednovidová i mnohovidová vlákna v závislosti na požadované rychlosti a vzdálenosti. Vybudování optické trasy je dražší, než strukturovaná kabeláž, ale umožňuje přenos na vyšší vzdálenosti. Další výhodou je, že spojení je odolné proti elektromagnetickému rušení a koncové body spoje jsou galvanicky oddělené. Je tedy vhodné pro budování LAN sítí mezi budovami a vzdálenými lokalitami. V těchto případech jsou metalické spoje nepoužitelné vzhledem k problémům se statickou elektřinou, nebo s různým nulovým potenciálem rozvaděčů budov.
 |
 |
 |
| Optický kabel | Konektory pro připojování vláken | 4 vláknová optický kabel |
Skleněná vlákna jsou zakončena tzv. media konvertory, které převedou optický signál na elektrický. Převodník bývá obvykle součástí přepínače jako rozšiřující modul. Pro každý spoj se použijí dvě vlákna, pro každý směr jedno. Lze použít také jen jedno, kdy se využívá dvou vlnových délek pro přenos informací (v telekomunikacích 1310nm a 1550nm). V praxi se pokládá vždy několik vláken navíc jako rezerva pro rozšíření nebo poruchu. Délka optického spoje bývá od stovek metrů až po mnoho kilometrů. Rychlost přenosu může být od 10 Mbit/s až po gigabitové rychlosti. Optický Ethernet se označuje v příponě písmenem F či FX, poslední dobou ale přípon výrazně přibylo (SX, LX. , EX a další)
 |
 |
| Media konvertor | Media konvertor |
Verze Ethernetu
Modem je zařízení pro převod mezi analogovým a digitálním signálem a naopak. Modem je zkratkové slovo z výrazu „modulátor demodulátor“. Modemy se používají především pro přenos digitálních dat pomocí analogové přenosové trasy. Přenosová trasa může být telefonní linka, koaxiální kabel, radiový přenos a pod.
Pro řízení většiny standardních modemů se používá sada příkazů AT (tzv. Hayes kompatibilní). Pro speciální modemy může existovat vlastní komunikační protokol.
 |
 |
| Externí provedení telefonního modemu | Interní telefonní modem pro sběrnici PCI |
Telefonní modem pro komutované (vytáčené) připojení (dial-up) převádí digitální signál do pásma pro běžný hovor (standardní telefonní pásmo je od 0,3 až do 3,4 kHz). Používají se různé typy modulace, především je to dnes několikastavová kvadraturně amplitudová modulace (například šestnáctistavová, tedy 16-QAM). Moderní modemy používají protokoly na samočinou opravu a detekci chyb (viz ECC), automatické sledování kvality přenosu a pod. Současné telefonní modemy dosahují na telefonních linkách maximální rychlosti do 56 kbit/s (je to zároveň fyzikální maximum na analogové telefonní lince). Je to jeden z nejpoužívanějších způsobů připojení domácího počítače do Internetu (dial-up).
 |
| Princip propojení modemu s ostaními komunikačními zařízeními |
Tyto modemy jsou zpravidla plně kompatibilní s telefonními modemy, navíc poskytují možnost propojení pomocí nevytáčeného propojení pronajatou analogovou linkou. Pro propojení se používá dvou-vodičová linka (dvou-drát) jako u klasického telefonního spojení nebo čtyř-vodičová linka, pro každý směr přenosu je jeden pár vodičů. Lze tak sledovat kvalitu přenosu a nastavovat parametry přenosu pro každý směr. Čtyř-vodičová linka mimo jiné umožňuje propojení přes vhodnou plně duplexní radiostanici a vytvořit tak radio modem.
První telefonní modemy vznikly v 50. letech 20. století v rámci amerického vojenského pojektu SAGE. Původní modemy pracovaly s maximální rychlostí 300 bit/s, později byla maximální rychlost postupně zvyšována na 1200 bit/s, 2400 bit/s a 9600 bit/s.
Dnešní telefonní modemy pracují nejčastěji podle standardu ITU-T V.90, který definuje maximální rychlost 56 kbit/s pro download a 33,6 kbit/s pro upload.
UPS (Uninterruptible Power Supply (Source) – „nepřerušitelný zdroj energie“) je zařízení nebo systém, který zajišťuje souvislou dodávku elektřiny pro zařízení, která nesmějí být neočekávaně vypnuta.
UPS je obvykle zapojen mezi primární zdroj elektřiny a vstup napájení chráněného zařízení. Mezi nejčastěji chráněné systémy patří obvykle telekomunikační zařízení, počítačové systémy, systémy zajišťující chod letišť, nemocniční přístroje a další.
UPS funguje na principu akumulátoru. Pokud není dodávka elektřiny z primárního zdroje přerušena, je UPS udržován v nabitém stavu. Zároveň slouží jako ochrana proti podpětí nebo přepětí v síti. V okamžiku přerušení dodávky elektřiny zajišťuje napájení zařízení až do svého vybití nebo obnovení dodávky. Doba, po kterou UPS udrží zařízení v chodu, je dána kapacitou akumulátorů a dalšími parametry; pohybuje se od několika minut po několik hodin.
 |
 |
 |
| Miniaturní provedení UPS | UPS | Zadní panel UPS pro připjení zálohovaných zařízení |