Veľkosť bitmapového obrázka, výkon počítača a aktívne prvky počítačovej siete

Veľkosť bitmapového obrázka, výkon počítača a aktívne prvky počítačovej siete

Táto téma z informatiky sa venuje výpočtu veľkosti bitmapového obrázka, sledovaniu výkonu počítača pomocou systémových nástrojov a základným aktívnym prvkom počítačových sietí, ktoré zabezpečujú prenos a smerovanie údajov medzi zariadeniami.

Bitmapový obrázok

Bitmapový obrázok je obraz vytvorený z veľkého množstva malých obrazových bodov, ktoré označujeme ako pixely.

Každý pixel obsahuje informáciu o svojej farbe. Množstvo pamäte potrebné na uloženie obrázka závisí najmä od:

• šírky obrázka v pixeloch,
• výšky obrázka v pixeloch,
• farebnej hĺbky,
• prípadnej komprimácie.

Rozlíšenie obrázka

Rozlíšenie udáva počet pixelov, z ktorých sa obrázok skladá.

Napríklad obrázok s rozlíšením:

256 × 180 pixelov

obsahuje:

256 × 180 = 46 080 pixelov

Farebná hĺbka

Farebná hĺbka určuje, koľko bitov sa používa na uloženie informácie o farbe jedného pixelu.

Ak obrázok používa 256 farieb, potrebujeme na jeden pixel 8 bitov, pretože:

2⁸ = 256

Keďže:

8 bitov = 1 bajt

jeden pixel takéhoto obrázka zaberá 1 B.

Výpočet počtu MMS potrebných na odoslanie fotografie

Máme fotografiu triedy uloženú ako bitmapový obrázok s nasledujúcimi vlastnosťami:

• rozlíšenie: 256 × 180 pixelov,
• počet farieb: 256,
• maximálna veľkosť jednej MMS: 5 KB.

Máme vypočítať, najmenej koľko MMS správ potrebujeme na odoslanie celej fotografie.

1. Výpočet počtu pixelov

Najskôr vypočítame počet obrazových bodov:

256 × 180 = 46 080 pixelov

Obrázok teda obsahuje 46 080 pixelov.

2. Výpočet veľkosti jedného pixelu

Obrázok používa 256 farieb:

256 = 2⁸

Na uloženie jedného pixelu preto potrebujeme:

8 bitov = 1 B

3. Výpočet veľkosti fotografie

Každý z 46 080 pixelov zaberá 1 bajt:

46 080 × 1 B = 46 080 B

Fotografia teda zaberá:

46 080 B

4. Prevod veľkosti jednej MMS na bajty

Jedna MMS môže podľa zadania obsahovať maximálne 5 KB.

Pri školskom prepočte platí:

1 KB = 1 024 B

Preto:

5 × 1 024 = 5 120 B

Do jednej MMS sa teda zmestí maximálne 5 120 B údajov.

5. Výpočet počtu MMS

Celkovú veľkosť obrázka vydelíme maximálnou veľkosťou jednej MMS:

46 080 ÷ 5 120 = 9

Výsledok: Na odoslanie celej fotografie potrebujeme najmenej 9 MMS správ.

Celý výpočet

256 × 180 = 46 080 pixelov

256 farieb = 8 bitov = 1 B na pixel

46 080 × 1 B = 46 080 B

5 KB × 1 024 = 5 120 B

46 080 ÷ 5 120 = 9 MMS

V tomto školskom výpočte sa neuvažuje komprimácia obrázka ani dodatočné údaje potrebné na prenos správy. Počíta sa iba s údajmi uvedenými v zadaní.

Výkon počítača

Výkon počítača závisí od viacerých hardvérových komponentov a od toho, ako intenzívne ich práve používajú spustené programy.

Medzi najdôležitejšie súčasti ovplyvňujúce výkon patria:

• procesor – CPU,
• operačná pamäť – RAM,
• disk alebo SSD,
• grafický procesor – GPU,
• rýchlosť komunikácie medzi jednotlivými komponentmi.

Kontrola výkonu počítača vo Windows

Aktuálne využitie hardvéru môžeme vo Windows sledovať pomocou programu Správca úloh.

Jedným zo spôsobov otvorenia je klávesová skratka:

Ctrl + Shift + Esc

Následne otvoríme časť Výkon.

Správca úloh umožňuje sledovať napríklad:

• využitie procesora,
• využitie operačnej pamäte,
• aktivitu diskov,
• sieťovú komunikáciu,
• využitie grafického procesora.

Procesor – CPU

V časti CPU môžeme sledovať aktuálne zaťaženie procesora.

Zobrazujú sa napríklad:

• percentuálne využitie procesora,
• aktuálna pracovná frekvencia,
• počet jadier,
• počet logických procesorov,
• čas od spustenia systému.

Ak je využitie CPU dlhodobo veľmi vysoké, môže to znamenať, že niektorý program vykonáva náročnú úlohu alebo že procesor predstavuje momentálne obmedzenie výkonu počítača.

Operačná pamäť – RAM

V časti Pamäť môžeme zistiť:

• celkovú kapacitu RAM,
• koľko pamäte sa práve používa,
• koľko pamäte zostáva k dispozícii,
• rýchlosť pamäte,
• počet použitých pamäťových slotov.

Ak je operačná pamäť takmer úplne zaplnená, systém musí častejšie využívať úložisko ako náhradnú pamäť, čo môže výrazne spomaliť prácu počítača.

Disk alebo SSD

V časti venovanej disku môžeme sledovať aktivitu úložiska.

Zobraziť sa môže napríklad:

• percento aktívneho času disku,
• rýchlosť čítania dát,
• rýchlosť zapisovania dát,
• typ jednotky, napríklad HDD alebo SSD,
• kapacita úložiska.

Ak je disk dlhodobo využívaný na 100 %, môže byť príčinou pomalej odozvy systému.

Sieť

Správca úloh umožňuje sledovať aj aktuálnu sieťovú komunikáciu.

Môžeme vidieť napríklad:

• rýchlosť odosielania dát,
• rýchlosť prijímania dát,
• typ sieťového pripojenia.

Grafický procesor – GPU

GPU – Graphics Processing Unit zabezpečuje grafické výpočty a zobrazovanie obrazu.

Jeho výkon je dôležitý najmä pri:

• počítačových hrách,
• 3D grafike,
• strihu a spracovaní videa,
• grafických a výpočtových aplikáciách.

Správca úloh môže zobrazovať aktuálne využitie GPU aj množstvo používanej grafickej pamäte.

Aktívne prvky počítačových sietí

Aktívne sieťové prvky sú zariadenia, ktoré sa aktívne podieľajú na prenose, spracovaní, obnove alebo smerovaní dát v počítačovej sieti.

Medzi základné aktívne prvky patria:

• opakovač – repeater,
• rozbočovač – hub,
• prepínač – switch,
• most – bridge,
• smerovač – router,
• brána – gateway.

Aktívne a pasívne prvky siete

Od aktívnych prvkov odlišujeme pasívne sieťové prvky. Tie samy aktívne nespracúvajú prenášané dáta.

Medzi pasívne prvky patria napríklad:

• sieťové káble,
• konektory,
• zásuvky,
• patch panely.

Opakovač – Repeater

Opakovač – repeater je jednoduché sieťové zariadenie, ktorého úlohou je prijať zoslabnutý signál, obnoviť ho a odoslať ďalej.

Používa sa vtedy, keď potrebujeme prekonať väčšiu vzdialenosť, pri ktorej by sa signál v prenosovom médiu príliš zoslaboval.

Repeater:

• prijíma signál,
• regeneruje ho,
• odosiela ho ďalej,
• neskúma význam prenášaných údajov,
• nerozhoduje, komu sú dáta určené.

V modeli OSI pracuje na 1. – fyzickej vrstve.

Rozbočovač – Hub

Hub je jednoduché zariadenie, ktoré umožňuje prepojiť viacero zariadení v jednej lokálnej sieti.

Ak prijme údaje na jednom porte, odošle ich na všetky ostatné porty bez ohľadu na to, ktorému zariadeniu sú určené.

To znamená, že údaje prijmú všetky pripojené zariadenia, hoci ich skutočným adresátom je iba jedno z nich.

Nevýhody hubu

• zbytočne rozosiela dáta na všetky porty,
• všetky zariadenia zdieľajú dostupnú kapacitu siete,
• môže dochádzať ku kolíziám,
• s rastúcim počtom zariadení sa znižuje efektivita siete.

Hub pracuje na 1. – fyzickej vrstve modelu OSI.

V moderných ethernetových sieťach sa huby už prakticky nepoužívajú. Nahradili ich inteligentnejšie a výkonnejšie switche.

Prepínač – Switch

Switch – prepínač je zariadenie používané na prepájanie zariadení v lokálnej počítačovej sieti.

Na rozdiel od hubu neposiela každú prijatú komunikáciu automaticky všetkým zariadeniam. Dokáže určiť, cez ktorý port je dostupný konkrétny prijímateľ.

MAC adresa

Switch pri bežnej ethernetovej komunikácii pracuje najmä s MAC adresami.

MAC adresa je hardvérová adresa používaná na identifikáciu sieťového rozhrania v lokálnej sieti.

Switch si postupne vytvára tabuľku, v ktorej si pamätá, cez ktorý port sú dostupné jednotlivé MAC adresy.

Ako pracuje switch?

1. Switch prijme ethernetový rámec.
2. Prečíta cieľovú MAC adresu.
3. Vo svojej tabuľke vyhľadá, na ktorom porte sa daná adresa nachádza.
4. Rámec odošle na príslušný port.

Vďaka tomu môže v sieti súčasne komunikovať viacero zariadení bez toho, aby sa všetky dáta zbytočne rozosielali každému používateľovi.

Výhody switchu oproti hubu

• efektívnejšie využíva kapacitu siete,
• odosiela rámce predovšetkým tam, kam patria,
• umožňuje súčasnú komunikáciu viacerých zariadení,
• výrazne znižuje problém kolízií v modernej ethernetovej sieti.

Klasický ethernetový switch pracuje najmä na 2. – linkovej vrstve modelu OSI.

Existujú však aj pokročilé multilayer switche, ktoré dokážu vykonávať niektoré funkcie sieťovej vrstvy.

Most – Bridge

Bridge – most spája dva alebo viac segmentov lokálnej siete a rozhoduje, či je potrebné preniesť rámec z jedného segmentu do druhého.

Podobne ako switch pracuje s MAC adresami.

Jeho úlohou je napríklad:

• spojiť časti lokálnej siete,
• filtrovať komunikáciu medzi segmentmi,
• obmedziť zbytočný prenos dát medzi jednotlivými časťami siete.

Bridge pracuje na 2. – linkovej vrstve modelu OSI.

Bridge a switch

Switch môžeme zjednodušene chápať ako viacportový most. Moderné switche preto do veľkej miery prevzali úlohu klasických samostatných bridge zariadení.

Smerovač – Router

Router – smerovač je zariadenie, ktoré prepája rôzne počítačové siete a rozhoduje, kadiaľ majú byť dátové pakety odoslané.

Na rozdiel od switchu, ktorý sa v základnej podobe orientuje podľa MAC adries v lokálnej sieti, router pracuje predovšetkým s IP adresami.

Smerovacia tabuľka

Router používa smerovaciu tabuľku, ktorá obsahuje informácie o dostupných sieťach a cestách k nim.

Na základe nej určuje, ktorým smerom má paket pokračovať, aby sa dostal do cieľovej siete.

Úlohy routera

Router môže:

• prepájať rôzne IP siete,
• smerovať pakety k cieľu,
• vyberať vhodnú cestu pre prenos dát,
• prepájať lokálnu sieť s internetom,
• oddeľovať jednotlivé siete.

Router pracuje predovšetkým na 3. – sieťovej vrstve modelu OSI.

Router v domácnosti

Zariadenie označované ako domáci Wi-Fi router v skutočnosti často spája viacero funkcií v jednom zariadení.

Môže obsahovať:

• router,
• ethernetový switch,
• bezdrôtový prístupový bod Wi-Fi,
• firewall,
• DHCP server,
• funkcie pre preklad sieťových adries – NAT.

Brána – Gateway

Gateway – brána je všeobecné označenie pre zariadenie alebo softvér, ktorý sprostredkúva komunikáciu medzi rôznymi sieťami alebo systémami.

Môže zabezpečovať napríklad:

• prechod z jednej siete do druhej,
• preklad medzi rôznymi protokolmi alebo technológiami,
• spojenie lokálnej siete s inou sieťou.

Predvolená brána

V bežnej IP sieti sa často stretávame s pojmom predvolená brána – default gateway.

Je to zariadenie, ktorému počítač odosiela pakety určené pre siete, ktoré sa nenachádzajú v jeho vlastnej lokálnej sieti.

V domácej sieti je predvolenou bránou zvyčajne router.

Porovnanie aktívnych sieťových prvkov

Zariadenie	Hlavná úloha	Typická vrstva OSI
Repeater	Obnovuje a prenáša signál ďalej	1. fyzická
Hub	Rozosiela prijaté dáta na všetky ostatné porty	1. fyzická
Bridge	Prepája a filtruje segmenty lokálnej siete	2. linková
Switch	Prepína rámce podľa MAC adries	2. linková
Router	Smeruje pakety medzi rôznymi IP sieťami	3. sieťová
Gateway	Sprostredkúva komunikáciu medzi sieťami alebo systémami	Podľa konkrétnej funkcie

Hub, switch a router – základný rozdiel

Tieto tri zariadenia sa často zamieňajú, ale ich úloha je rozdielna:

• Hub prijaté dáta jednoducho odošle na všetky ostatné porty.
• Switch pracuje najmä s MAC adresami a posiela rámce do príslušnej časti lokálnej siete.
• Router pracuje s IP adresami a prepája rôzne počítačové siete.

V modernej lokálnej sieti preto na prepojenie počítačov používame najmä switch, zatiaľ čo na prepojenie lokálnej siete s inými sieťami alebo internetom používame router.

Čo si zapamätať

• Bitmapový obrázok sa skladá z jednotlivých pixelov.
• Pri 256 farbách potrebujeme na jeden pixel 8 bitov, teda 1 bajt.
• Obrázok 256 × 180 pixelov s 256 farbami zaberá podľa zadania 46 080 B.
• Ak jedna MMS môže obsahovať maximálne 5 KB, na odoslanie celej fotografie potrebujeme 9 MMS správ.
• Výkon počítača môžeme vo Windows sledovať pomocou Správcu úloh v časti Výkon.
• Pri hodnotení výkonu sledujeme najmä využitie CPU, RAM, disku, siete a GPU.
• Repeater obnovuje a opakuje signál.
• Hub rozosiela prijaté dáta na všetky ostatné porty.
• Switch prepína ethernetové rámce predovšetkým podľa MAC adries.
• Bridge prepája a filtruje segmenty lokálnej siete.
• Router smeruje pakety medzi rôznymi IP sieťami.
• Gateway sprostredkúva komunikáciu medzi sieťami alebo systémami a v bežnej sieti sa ako predvolená brána často používa router.