admin
Как устроен компьютер — все по полочкам для новичков
Содержание
Устройство компьютера
Личный компьютер — многофункциональная техническая система.
Его конфигурацию (состав оборудования) можно гибко менять если потребуется.
Все таки, есть понятие базовой комбинации, которую считают стандартной. В этом комплекте компьютер в большинстве случаев поставляется.
Понятие базовой комбинации может изменяться.
Сейчас в базовой комбинации рассматривают 4-ре устройства:
Кроме компьютеров с базовой комбинации все широкое распространение получают мультимедийные компьютеры, оборудованные устройством чтения компакт-дисков, колонками и микрофоном.
Справка: «Юлмарт», на данный момент самый лучший и хороший "online магазин", где бесплатно вас дадут консультацию во время покупки компьютера любой комбинации.
Системный блок
Системный блок собой представляет главный узел, в середине которого установлены самые основные элементы.
Устройства, находящиеся в середине системного блока, именуют внутренними, а устройства, подключаемые к нему с наружной стороны, именуют внешними.
Наружные дополнительные устройства, которые предназначены для ввода, вывода и продолжительного хранения данных, также именуют периферийными.
Как устроен системный блок
По своему виду системные блоки отличаются формой корпуса.
Корпуса ПК выпускают в горизонтальном (desktop) и вертикальном (tower) исполнении.
Корпуса, имеющие вертикальное исполнение, отличают по размерам:
- полноразмерный (big tower);
- среднеразмерный (midi tower);
- малоразмерный (mini tower).
Среди корпусов, имеющих горизонтальное исполнение, выделяют плоские и особо плоские (slim).
Выбор того либо другого типа корпуса определяется вкусом и потребностью модернизации компьютера.
Более правильным типом корпуса для многих пользователей считается корпус типа mini tower.
Он имеет маленькие размеры, его комфортно располагать как на столе для работы, так и на тумбочке вблизи стола для работы или на специальные держатели.
Он имеет довольно места для локации от пяти до семи плат увеличения.
Не считая формы, для корпуса важен параметр, именуемый форм-фактором.От него зависят требования к размещаемым устройствам.
Сейчас как правило применяются корпуса 2-ух форм-факторов: AT и АТХ.
Форм-фактор корпуса должен быть обязательно согласован с форм-фактором главной (системной) платы компьютера, говоря иначе материнской платы.
Корпуса ПК поставляются наряду с блоком питания и, аналогичным образом, мощность трансформатора также считается одним из показателей корпуса.
Для массовых моделей достаточной считается мощность трансформатора 200-250 Вт.
В системный блок входит (вмещается):
- Материнская плата
- Процессор
- Шинные интерфейсы материнской платы
- Оперативка
- Микросхема ПЗУ и система BIOS
- Энергонезависимая память CMOS
- Жесткий диск
- Дисковод эластичных дисков
- Дисковод компакт-дисков CD-ROM
Материнская плата
Материнская плата (mother board) — главная плата личного компьютера, представляющая из себя лист стеклотекстолита, покрыт медной фольгой.
Путем травления фольги получают тонкие проводники из меди объединяющие электронные элементы.
На материнской плате размещаются:
- процессор — главная микросхема, выполняющая большинство математических и логических операций;
- шины — наборы проводников, по которой происходит обмен сигналами между устройствами внутри компьютера;
- оперативка (оперативное запоминающее устройство, ОЗУ) — набор микросхем, которые предназначены для временного хранения данных, когда компьютер включен;
- ПЗУ (постоянное запоминающее устройство) — микросхема, которая предназначена для продолжительного хранения данных, в том числе и когда компьютер выключен;
- микропроцессорный набор (чипсет) — набор микросхем, управляющих работой устройств внутри компьютера и определяющих ключевые возможности в работе материнской платы;
- разъемы для подсоединения дополнительных устройств (слоты).
Процессор
Процессор (процессор, центральный процессор, CPU) — главная микросхема компьютера, в которой и производятся все вычисления.
Он из себя представляет большую микросхему, которую можно достаточно легко найти на материнской плате.
На процессоре ставится большой медный ребристый отопительный прибор, охлаждаемый вентилятором.
Конструктивно процессор состоит из ячеек, в которых данные могут не только сберегаться, но и изменяться.
Внутренние ячейки процессора именуют регистрами.
Важно также подчеркнуть, что данные, попавшие во многие регистры, рассматриваются не как данные, а как команды, управляющие обработкой данных в остальных регистрах.
Среди регистров процессора есть и подобные, которые в зависимости от собственного содержания способны изменить исполнение команд. Аналогичным образом, управляя засылкой данных в различные регистры процессора, можно управлять обработкой данных.
На этом и основано исполнение программ.
С другими устройствами компьютера, и прежде всего с оперативной памятью, процессор связан несколькими группами проводников, именуемых шинами.
Ключевых шин три: шина данных, адресная шина и командная шина.
Адресная шина
У процессоров Intel Pentium (а непосредственно они самые популярные в персональных компьютерах) адресная шина 32-разрядная, другими словами состоит из 32 параллельных линий. В зависимости от того, есть напряжение на какой-то из линий либо нет, поговаривают, что на данной линии выставлена единица или ноль.
Комбинация из 32 нулей и единиц образовывает 32-разрядный адрес, указывающий на одну из ячеек оперативки. К ней и подсоединяется процессор для копирования данных из ячейки в один из собственных регистров.
Шина данных
По этой шине происходит копирование данных из оперативки в регистры процессора и обратно. В компьютерах, собранных на базе процессоров Intel Pentium, шина данных 64-разрядная, другими словами состоит из 64 линий, по которой за 1 раз на обработку поступают сразу 8 байтов.
Шина команд
Для того чтобы процессор мог обрабатывать данные, ему необходимы команды. Он обязан знать, что необходимо выполнить с теми байтами, которые хранятся в его регистрах.
Эти команды поступают в процессор тоже из оперативки, однако не из тех областей, где хранятся массивы данных, а оттуда, где хранятся программы. Команды тоже представлены в виде байтов.
Самые примитивные команды ложатся в один байт, но существует и такие, для которых необходимо два, три и более байтов. В большинстве современных процессоров шина команд 32-разрядная (к примеру, в процессоре Intel Pentium), хотя есть 64-разрядные процессоры и даже 128-разрядные.
Во время работы процессор эксплуатирует данные, находящиеся в его регистрах, в поле оперативки, и еще данные, находящиеся во внешних портах процессора.
Часть данных он интерпретирует конкретно как данные, часть данных — как адресные данные, а часть — как команды.
Совокупность всех допустимых команд, которые может выполнить процессор над данными, образовывает говоря иначе систему команд процессора.
Важными параметрами процессоров считаются:
- напряжение эксплуатации
- разрядность
- рабочая тактовая частота
- показатель внутреннего перемножения тактовой частоты
- размер кэш памяти
Напряжение эксплуатации процессора обеспечивает материнская плата, благодаря этому различным маркам процессоров соответствуют различные материнские платы (их нужно подбирать вместе). По мере развития процессорной техники происходит постепенное понижение рабочего напряжения.
Разрядность процессора показывает, сколько бит данных он может принять и обработать в собственных регистрах за 1 раз (за один такт).
В основе работы процессора лежит тот же тактовый принцип, что и в традиционных часах. Исполнение каждой команды занимает некоторое количество тактов.
В настенных часах такты колебаний задает маятник; в ручных механических часах их задает пружинный маятник; в электронных часах для этого есть колебательный контур, задающий такты строго конкретной частоты.
В персональном компьютере тактовые импульсы задает одна из микросхем, входящая в микропроцессорный набор (чипсет), расположенный на материнской плате.
Чем выше частота тактов, поступающих на процессор, тем больше команд он может исполнить в единицу времени, тем выше его продуктивность.
Обмен данными в середине процессора происходит в 3–4 раза быстрее, чем обмен с другими устройствами, к примеру с оперативной памятью.
Для того чтобы сделать меньше кол-во обращений к оперативки, в середине процессора делают буферную область — говоря иначе кэш память.Это как бы «сверхоперативная память».
Когда процессору необходимы данные, он сначала обращается в кэш память, и только если там необходимых данных нет, происходит его обращение в оперативную память.
Принимая блок данных из оперативки, процессор заносит его одновременно и в кэш память.
«Удачные» обращения в кэш память именуют попаданиями в кэш.
Процент попаданий тем больше, чем больше размер кэш памяти, благодаря этому очень производительные процессоры укомплектовывают очень высоким объемом кэш памяти.
Очень часто кэш память распределяют по нескольким уровням.
Кэш первого уровня делается в том же кристалле, что и сам процессор, и имеет объем порядка десятков Кбайт.
Кэш второго уровня находится либо в кристалле процессора, либо в том же узле, что и процессор, хотя и выполняется на индивидуальном кристалле.
Кэш-память первого и второго уровня работает на частоте, согласованной с частотой ядра процессора.
Кэш-память 3-го уровня выполняют на быстродействующих микросхемах типа SRAM и размещают на материнской плате вблизи процессора. Ее объемы могут достигать нескольких Мбайт, но работает она на частоте материнской платы.
Шинные интерфейсы материнской платы
Связь между всеми своими и подключаемыми устройствами материнской платы выполняют ее шины и логические устройства, расположенные в микросхемах микропроцессорного комплекта (чипсета).
От архитектуры таких элементов в большинстве случаев зависит продуктивность компьютера.
Шинные интерфейсы
ISA (Industry Standard Architecture) — устаревшая системная шина IBM PC-совместимых компьютеров.
EISA (Extended Industry Standard Architecture) — Расширение стандарта ISA. Отличается увеличенным разъемом и увеличенной работоспособностью (до 32 Мбайт/с).
Как и ISA, сейчас этот стандарт считается старым.
PCI (Peripheral Component Interconnect — буквально: связь периферийных элементов) — шина ввода/вывода для подсоединения периферийных устройств к материнской плате компьютера.
AGP (Accelerated Graphics Port — ускоренный графический порт) — разработанная во второй половине 90-ых годов XX века компанией Intel, специальная 32-битная системная шина для видеоплаты. Главной задачей разработчиков было увеличение продуктивности и уменьшение стоимости видеоплаты, благодаря уменьшению количества встроенной видеопамяти.
USB (Universal Serial Bus — многофункциональная последовательная магистраль) — Данный стандарт определяет способ взаимные действия компьютера с периферийным оборудованием. Он дает возможность подсоединять до 256 различных устройств, которые имеют методичный интерфейс. Устройства могут включаться цепочками (каждое следующее устройство подсоединяется к предыдущему).
Продуктивность шины USB относительно невелика и составляет до 1.5 Мбит/с, но для подобных устройств, как клавиатура, мышь, модем, джойстик и так далее, этого вполне достаточно. Удобство шины заключается в том, что она фактически исключает конфликты между разным оборудованием, позволяет подсоединять и отключать устройства в «горячем режиме» (не выключая компьютер) и дает возможность соединять несколько компьютеров в простейшую локальную сеть без использования особенного оборудования и ПО.
Параметры микропроцессорного комплекта (чипсета) в самой большой степени формируют свойства и функции материнской платы.
Сейчас большинство чипсетов материнских плат выпускаются на базе 2-ух микросхем, получивших наименование «северный мост» и «южный мост».
«Северный мост» управляет связью четырех устройств: процессора, оперативки, порта AGP и шины PCI. Благодаря этому его также именуют четырехпортовым контроллером.
«Южный мост» именуют также практичным контроллером. Он исполняет функции контроллера жёстких и эластичных дисков, функции моста ISA — PCI, контроллера клавиатуры, грызуны, шины USB и так далее
Как делают процессоры?
Оперативка
Оперативка (RAM — Random Access Memory) — это массив кристаллических ячеек, способных сохранять данные.
Есть множество разных типов оперативки, но с точки зрения физического принципа действия отличают динамическую память (DRAM) и статическую память (SRAM).
Ячейки динамической памяти (DRAM) можно представить в виде микроконденсаторов, способных собирать заряд на собственных обкладках.
Это самый популярный и экономически доступный вид памяти.
Минусы данного типа связаны, во-первых, с тем, что как при заряде, так и при разряде конденсаторов неминуемы переходные процессы, другими словами запись данных происходит сравнительно неторопливо.
Второй значимый минус связывают с тем, что заряды ячеек обладают свойством рассеиваться в пространстве, причем очень быстро.
Если оперативную память регулярно не «подзаряжать», утрата данных происходит через несколько сотых долей секунды.
Для борьбы с этим событием в компьютере происходит неизменная восстановление (освежение, подзарядка) ячеек оперативки.
Восстановление выполняется пару десятков раз в секунду и вызывает бесплодный расход ресурсов вычислительной системы.
Ячейки статической памяти (SRAM) можно представить как электронные микроэлементы — триггеры, которые состоят из нескольких транзисторов.
В триггере хранится не заряд, а состояние (включен/выключен), благодаря этому данный тип памяти обеспечивает очень высокое быстродействие, хотя технологически он труднее и, исходя из этого, дороже.
Микросхемы динамической памяти применяют в качестве главной оперативки компьютера.
Микросхемы статической памяти применяют в качестве дополнительной памяти (говоря иначе кэш памяти), необходимой для оптимизации работы процессора.
Каждая ячейка памяти имеет собственный адрес, который выражается числом.
Одна адресуемая ячейка содержит восемь двоичных ячеек, в которых можно сберечь 8 бит, другими словами один байт данных.
Аналогичным образом, адрес любой ячейки памяти можно выразить четырьмя байтами.
Оперативка в компьютере располагается на типовых панельках, именуемых модулями.
Модули оперативки вставляют в необходимые разъемы на материнской плате.
Конструктивно модули памяти имеют два выполнения — однорядные (SIMM-модули) и двухрядные (DIMM-модули).
Важными характеристиками модулей оперативки являются объем памяти и время доступа.
Время доступа показывает, какое количество времени нужно для обращения к ячейкам памяти — чем оно меньше, тем лучше. Время доступа измеряется в миллиардных долях секунды (наносекундах, нс).
Микросхема ПЗУ и система BIOS
В момент включения компьютера в его оперативки нет ничего — ни данных, ни программ, потому как оперативка не может ничего сохранять без подзарядки ячеек более сотых долей секунды, но процессору необходимы команды, в том числе и в первый момент после включения.
Благодаря этому сразу же после включения на адресной шине процессора выставляется стартовый адрес.
Это происходит аппаратно, без участия программ (постоянно одинаково).
Процессор обращается по выставленному адресу за собственной первой командой и дальше начинает работать по программам.
Этот исходный адрес не может указывать на оперативную память, в которой пока ничего нет.
Он указывает на другой вид памяти — постоянное запоминающее устройство (ПЗУ).
Микросхема ПЗУ может очень долго сохранять информацию, даже когда компьютер выключен.
Программы, находящиеся в ПЗУ, именуют «зашитыми» — их записывают туда на шаге изготовления микросхемы.
Набор программ, присутствующих в ПЗУ, образовывает базовую систему ввода-вывода (BIOS — Basic Input Output System).
Главное назначение программ этого пакета заключается в том, чтобы проверить состав и трудоспособность компьютерной системы и обеспечить взаимное действие с клавиатурой, дисплеем, жёстким диском и дисководом эластичных дисков.
Программы, входящие в BIOS, дают возможность нам наблюдать на экране диагностические сообщения, сопровождающие пуск компьютера, и еще вмешиваться в ход запуска при помощи клавиатуры.
Энергонезависимая память CMOS
Работа подобных типовых устройств, как клавиатура, может обслуживаться программами, входящими в BIOS, но подобными средствами нельзя обеспечить работу со всеми предполагаемыми устройствами.
Так, к примеру, производители BIOS совершенно ничего не знают о параметрах наших жёстких и эластичных дисков, им не известны ни состав, ни свойства произвольной вычислительной системы.
Для того чтобы приступать к работе с иным оборудованием, программы, входящие в состав BIOS, обязаны знать, где можно отыскать необходимые параметры.
По очевидным причинам их нельзя сохранять ни в оперативки, ни в регулярном запоминающем устройстве.
Именно для этого на материнской плате есть микросхема «энергонезависимой памяти», по производственные технологии именуемая CMOS.
От оперативки она отличается тем, что ее содержание не стирается во время выключения компьютера, а от ПЗУ она отличается тем, что данные в нее можно заносить и менять собственными силами, в согласии с тем, какое оборудование входит в состав системы.
Эта микросхема регулярно подпитывается от маленькой батарейки, находящейся на материнской плате.
Заряда этой батарейки хватает на то, чтобы микросхема не теряла данные, даже в том случае, если компьютер не будут включать много лет.
В микросхеме CMOS находятся данные о эластичных и жёстких дисках, о процессоре, о некоторых остальных устройствах материнской платы.
Тот момент, что компьютер четко отслеживает время и календарь (даже и в выключенном состоянии), тоже связывают с тем, что показания системных часов регулярно хранятся (и изменяются) в CMOS.
Аналогичным образом, программы, записанные в BIOS, считывают информацию о составе оборудования компьютера из микросхемы CMOS, после этого они могут выполнить обращение к жёсткому диску, а если понадобится и к гибкому, и передать управление тем программам, которые там записаны.
Жесткий диск
Жесткий диск — основное устройство для долгосрочного хранения высоких объемов данных и программ.
В действительности это не один диск, а группа соосных дисков, имеющих магнитное покрытие и крутящихся с большой скоростью.
Аналогичным образом, этот «диск» имеет не две поверхности, как должно быть у обыкновенного плоского диска, а 2n поверхностей, где n — число отдельных дисков в группе.
Над каждой поверхностью размещается головка, которая предназначена для чтения-записи данных.
При больших скоростях вращения дисков (90 об/с) в зазоре между головкой и поверхностью образуется аэродинамическая подушка, и головка парит над магнитной поверхностью на высоте, составляющей несколько тысячных долей миллиметра.
При изменении силы тока, протекающего через головку, происходит изменение напряженности динамического магнитного поля в зазоре, что вызывает изменения в неподвижном магнитном поле ферромагнитных частиц, образующих покрытие диска.Так выполняется запись данных на магнитный диск.
Операция считывания происходит в обратном порядке.
Намагниченные частицы покрытия, проносящиеся на большой скорости вблизи головки, наводят в ней ЭДС самоиндукции.
Электромагнитные сигналы, появляющиеся при этом, усиливаются и передаются на обработку.
Управление работой жёсткого диска делает специализированное аппаратно-логическое устройство — контроллер жёсткого диска.
Сейчас функции контроллеров дисков выполняют микросхемы, входящие в микропроцессорный набор (чипсет), хотя определенные виды очень производительных контроллеров жёстких дисков все также поставляются на индивидуальной плате.
К важным параметрам жёстких дисков относятся емкость и продуктивность.
Дисковод эластичных дисков
информация на жёстком диске может сберегаться годами, но порой требуется ее перенос с одного компьютера на другой.
Не обращая внимания на собственное название, жесткий диск считается достаточно хрупким прибором, чувствительным к перегрузкам, ударам и толчкам.
В теории, переносить информацию с одного места работы на иное путем переноса жёсткого диска возможно, и в большинстве случаев так и поступают, но все же данный прием считается нетехнологичным, потому как требует особенной аккуратности и конкретной квалификации.
Для своевременного переноса низких объемов информации применяют говоря иначе гибкие магнитные диски (дискеты), которые вставляют в специализированный накопитель — дисковод.
Отверстие для приема накопителя находится на передней панели системного блока.
Начав с 1984 года выпускались гибкие диски 5.25 дюйма большой плотности (1.2 Мбайт).
Сейчас диски размером 5.25 дюйма не применяются, и необходимые дисководы в базовой комбинации ПК после 1994 года не поставляются.
Гибкие диски размером 3.5 дюйма выпускают с 1980 года.
В настоящий момент типовыми считают диски размером 3.5 дюйма большой плотности. Они имеют емкость 1440 Кбайт (1.4 Мбайт) и маркируются буквами HD (high density — большая плотность).
Снизу гибкий диск имеет центральную втулку, которая захватывается шпинделем дисковода и приводится во вращение.
Магнитная поверхность прикрыта сдвигающейся шторкой в целях защиты от проявления влаги, пыли и грязи.
Если на гибком диске записаны ценные данные, его можно обезопасить от стирания и перезаписи, сдвинув защитную задвижку таким образом, чтобы появилось открытое отверстие.
Гибкие диски считаются малонадежными информационными носителями.
Пыль, грязь, влага, перепады температур и наружные электромагнитные поля довольно часто становятся основой частичной или полной утраты данных, хранившихся на гибком диске.
Благодаря этому применять гибкие диски в качестве основополагающего средства хранения информации непозволительно.
Их применяют исключительно для транспортировки информации или в качестве дополнительного (запасного) средства хранения.
Дисковод компакт-дисков CD-ROM
Аббревиатура CD-ROM (Compact Disc Read-Only Memory) в переводе на русский язык как постоянное запоминающее устройство на основе компакт-диска.
Рабочий принцип данного устройства состоит в считывании числовых данных при помощи луча лазера, отражающегося от поверхности диска.
Цифровая запись на компакт-диске выделяется от записи на магнитных дисках очень большой плотностью, и обыкновенный компакт-диск способен сохранять приблизительно 650 Мбайт данных.
Значительные объемы данных свойственны для мультимедийной информации (графика, музыка, видео), благодаря этому дисководы CD-ROM относят к аппаратным средствам мультимедиа.
Программные продукты, распространяемые на лазерных дисках, именуют мультимедийными изданиями.
Сегодня мультимедийные издания завоевывают все очень прочное место среди прочих классических видов изданий.
Так, к примеру, есть книги, альбомы, энциклопедии и даже периодические издания (электронные журналы), выпускаются на CD-ROM.
Главным минусом типовых дисководов CD-ROM считается невозможность записи данных, но одновременно с ними есть и устройства однократной записи CD-R (Compact Disk Recorder), и устройства многократной записи CD-RW.
Важным параметром дисководов CD-ROM считается скорость чтения данных.
Сейчас наиболее распространены устройства чтения CD-ROM с работоспособностью 32х-50х. Современные образцы устройств однократной записи имеют продуктивность 4х-8х, а устройств многократной записи — до 4х.
Добавочная информация по теме
Описание разных видов компьютерных сетей, как они устроены и рассматриваются преимущества, и недостатки той либо другой комбинации сети
В этой публикации говорится про специфики игровых компьютеров, помощь в подборе
Описание ключевых аргументом и мифов про то, как оказывает влияние компьютер на человеческое здоровье
Статья, рассказывающая о современных методах защиты от вирусов, разных способах ограждения от внедрения вирусов в личный компьютер
Как работает компьютер?
Он создает очередности вычислений и так манипулирует данными. Вычисление – это математическое переустройство входящего потока данных в исходящий.
Компьютер делает инструкции программ. Для этого он обрабатывает заданную изменяемую очередность операций.
Два вопроса. Что представляет собой информация?
Как ее обрабатывает машина?
Программы пишут на высокоуровневых языках программирования. Это когда текст начального кода похож на строки английского текста. Читая качественный исходный код, программист может сразу понять, что это и как работает.
Компьютер читает программу по-своему. Софт под называнием транслятор (это может быть компилятор или интерпретатор) переводит понятный человеку код большого уровня в машинный код (другими словами команды из последовательностей единиц и нулей).
Компиляция кода выполняется под характерности операционных системы, благодаря этому вас и задают вопросы про ОСь перед загрузкой установочного файла.
Современные компьютеры массового рынка представляют информацию в виде двоичного кода (бинарного), состоящего из битов информации – 1 и 0. Бит отражает значение сигнала: 1 или 0, да либо нет, истина или обман, включено или выключено, заряжено или разряжено, есть ток либо нет тока и т. д.
Как все записывается на жесткий диск? При подаче переменного тока жесткий диск двигается под головкой шпинделя.
В зазоре появляется магнитное поле. Головка намагничивает миллиарды микроскопических областей кристалла в ферромагнитном слое – ячейки памяти. В зависимости от электрического сигнала их «магнитный момент» оказывается в состоянии 1 или 0.
Мы вернулись к тому, с чего начали. Совершенно все, что вы делаете, машина воспринимает как биты информации (1 или 0), как команды в виде двоичного (бинарного) кода.
Как работает компьютер
Что такое 1 и 0 в машинном коде? Заряженная ячейка памяти или разряженная.
Программы, загружаемые с винчестера, дают команды процессору (микросхеме с кремниевыми транзисторами). Он выполняет вычисления и возвращает информацию. Однако не напрямую, а через оперативка (запоминающее устройство, ОЗУ).
Она временная, сбрасывается при отключении электрического питания, из-за того что конденсаторы ОЗУ быстро теряют электрический заряд.
Повсеместно применяется сегодня модуль DRAM, разновидность устройства оперативки. Это микросхема с большим количеством ячеек, где на время хранится информация.
Есть у них адреса, по которой обращается процессор. В записи информации принимают участие конденсаторы и полупроводниковые транзисторы.
В основе работы оперативки тоже физика: биты данных хранятся в заряженных или разряженных ячейках полупроводникового материала. Логические 1 и 0 – это изменяемое состояние конденсатора: есть заряд либо нет заряда.
Конденсатор в ячейке памяти – двухполюсное токопроводящее устройство для накопления заряда и энергии электрического поля.
Для чего необходима оперативка? Она хранит промежуточные данные запущенных программ. Без нее обмен между процессором и жёстким диском был бы небыстрым.
Если вы приобретаете не дорогой ноутбук с меньшей оперативной памятью, то потом узнаете, как неторопливо все «думает». От объема оперативки зависит, сколько команд компьютер может исполнять параллельно. На жёстком диске данные хранятся регулярно, пока вы не сотрете их или не повредите диск.
Оперативка все забывает при выключении.
Координирует указанные процессы материнская плата, к которой подключены и жесткий диск, и оперативка, и процессор.
Не нужно пугаться того, что это все физика, электроника и математика. Можно в кратце 1 раз составить представление про то, как работает «магия» IT – IT. Как сформулировал писатель-фантаст Артур Кларк в одном из Трех законов Кларка, «любая достаточно развитая технология неотличима от магии».
В следующем посте ALMAMAT Blog расскажет, то такое полупроводники. almamat blog
Как работает компьютер . Заглянем в середину и рассмотрим детальнее.
Как работает компьютер ?
Как работает компьютер ? Ну, многие задавались данным вопросом. Именно мне всегда хотелось знать немного детальнее про то, что заставляет работать процессор, материнскую плату. Так, собственно, как работает компьютер ? Как оперативка и жёсткий диск запоминают информацию?
Зачен они нужны вообще и почему компьютер без отдельных частей совсем не работает? Как информация двигается по проводам и комплектующим в середине вашего любимца?
Что такое чипсет и как понимать надписи при подборе и покупке компьютера и ноутбука? Как записывается информация на болванки в оптических дисководах? В чём отличие между CD и DVD, и еще иными форматами?
Однослойные и двухслойные диски: в чём разница и как их производят? Для чего служат разъёмы на материнской плате, почему они разнообразного цвета, что ещё туда можно, извиняюсь, воткнуть?
Что значат надписи на коробках или в объявлениях о предложении нового или подержанного ноутбука или компьютера?
Про это и многом другом от технических профессиональных мастеров со всей земли для людей, которые просто хотят знать. Доступным и простым языком.
Перемещайтесь по ссылкам карты и основы того, как работает компьютер , вам станут понятны и доступны. А это – ступень к тому, чтобы понимать передовые технологии и идти в ногу со временем.
Как работает компьютер и его комплектующие
Мир активно компьютеризируется. Но, к тому же, рабочие принципы домашних, планшетных и других ПК не всегда активно изучаются пользователями.
Рассмотрим ключевые нюансы, касающиеся устройства компьютера, его продуктивности и свойств функционирования программ.
Ключевые принципы работы компьютера
Основная задача компьютера — это вычисление. Другие операции и сколько-нибудь важные с точки зрения человеческих потребностей действия, осуществляемые на нем — суть производные.
Структура вычислений, о которых говорится, многоярусная. Изучение ее поможет нам понять, как работает компьютер.
На самом невысоком уровне микросхемы ПК "отделывают" биты — двоичные сигналы, которые состоят из нулей и единиц. Никаких иных цифр на этом уровне нет, и на нем компьютер, скорее, не вычисляет что-то, а правильно расставляет очередность нулей и единиц. Для чего?
А дело все в том, что 8 битов образовывают байт. Который, со своей стороны, становится основой следующего уровня вычислений.
Очень просто подсчитать, что возможное кол-во комбинаций битов в одном байте — 256, другими словами 2 в 8-й степени. Почему 2? Из-за того что цифр в бите, как мы уже раньше говорили, только две — 0 и 1. Как показала практика объединение битов в байты позволяет "закодировать" в последних некую информацию.
К примеру, букву, цифру или, скажем, символ препинания. Как работает компьютер на этом уровне? Он видоизменяет байты в фактически важные для человека объекты на экране — текст, пиксели, составляющие картинку, звуки и т. д.
Следующий уровень — это вычисления, которые связаны с операциями с той информацией, что составлена из байтов. Другими словами если это текст, то это может быть его редактирование, форматирование, печать. Если музыка или видео — то проигрывание, запись и т. п.
Такие ключевые принципы того, как работает компьютер. К тому же, любой из уровней, выделенных выше, не существует отдельно от иного.
Вместе они образовывают операционную среду вычислений. Которая также неоднородна. Исходя из сегодняшних теоретических представлений в области информатики, профессионалы выделяют два компонента операционной среды, в которой происходят вычисления, — аппаратное и ПО.
Изучим характерности каждого.
Аппаратное обеспечение
Аппаратная часть (на сленге IT-специалистов — "железо", реже "хард", от англ. Hardware) — это все микросхемы, механизмы и устройства, которые обеспечивают работу компьютера.
Классификация элементов аппаратного оснащения может быть самой разной. Все будет зависеть от определенного типа устройства. Что же касается характерно "домашних" ПК, то "железо", поставленное на нем, продемонстрировано набором следующих элементов:
1. Системный блок. В нем, в основном, находятся:
- процессор;
- материнская плата;
- видеоплата;
- аудиокарта;
- оперативка;
- жесткий диск;
- DVD или CD-привод;
- сетевая карта.
3. Средства управления — в основном, это клавиатура и мышь.
4. Периферийные устройства — модемы, принтеры, сканеры, роутеры и т. д.
Может быть вариант, при котором какие-нибудь из перечисленных выше устройств обоюдным образом объединены. К примеру, ряд моделей материнских плат в себя включает встроеную видео- и аудиокарту. Многое зависит от типа вычислительной техники.
К примеру, то, как работает интернет-планшет, отличается от ключевых принципов функционирования десктопа — настольного ПК.
ПО
Следующий элемент операционной среды, в которой выполняются вычисления, — это ПО, или ПО (еще называемое на сленге профессиональных мастеров софтом). Оно собой представляет набор алгоритмов, разрешающих управлять "железом".
Другими словами без ПО аппаратные элементы компьютера не несут ничего хорошего. Даже на самом первом уровне, где ПК обрабатывает нули и единицы — и там "железо" действует согласно запрограммированным алгоритмам.
Снова же, в зависимости от типа компьютера, механизмы спецификации софта различаются. В годы, когда IT-индустрия только рождалась, существовали целые инженерные дисциплины, слушатели которых освоили то, как обучиться работать на компьютере, собой представляет прибор размером с автогараж.
Что же касается современных домашних ПК, ситуация, разумеется, легче. Большинство видов ПО собой представляют приветливый, понятный на уровне интуиции, снабженный детальной справкой, рассчитанной на среднестатистического пользователя, инструмент управления. Исходя из представлений современных теоретиков, программы можно подразделить на следующие главные типы:
— системное ПО (позволяет построить пользователю решать задачи, которые связаны с функциями ПК: как увидеть, сколько компьютер работает, какие программы запущены и т. д.);
— прикладное ПО (предназначается с целью решения фактически важных для пользователя задач — печатания текста, рисования, программирования, прослушивания музыки, видео просмотра и т. д.).
Но установленной границы между этими 2-мя типами ПО нет. К примеру, задача: "Как выяснить, сколько работает компьютер по времени?" (как бы, характерно системная) может быть установлена с прикладной целью.
К примеру, для того, чтобы настроить пуск какой-то программы или файла по расписанию.
Как работает компьютер в плане взаимные действия аппаратного оснащения и ПО? Достаточно легко. Пользователь ставит перед машиной "задачу", вводя данные в программу при помощи элемента управления ПК — клавиатуры или грызуны.
К примеру: "сделать шрифт текста красным" (как показала практика — выделив необходимую область букв на экране и нажав на соответствующую область палитры в Word). Программа "сообщает" аппаратному обеспечению (условимся, что дисплею и видеоплате), что нужно выдать на экран такой-то участок в красном цвете.
Видеоплата и дисплей, "взаимодействуя" между собой, предоставляют пользователю необходимый результат: текст на подобранном участке становится красным. Конечно, все это происходит за доли секунды.
При этом скорость принятия решений компьютером предопределяется особенной его характеристикой — работоспособностью. Если она высокая, то "железо" сможет принимать больше "распоряжений" от программ за единицу времени, благодаря чему пользователь решает собственные задачи быстрее.
Рассмотрим этот нюанс.
Продуктивность ПК
Продуктивность ПК зависит в основном от уровня технологичности "железа". Хотя и грамотность, и качество проработки алгоритмов в ПО — тоже главное условие. Происходит так, что какой-то элемент аппаратного оснащения может быть высокопроизводительным, но программа, "управляющая" им, неспособна полностью применять имеющийся ресурс.
В архитектуре современных "домашних" ПК за продуктивность отвечают два базовых вида "железа" — это процессор и оперативка. Почему непосредственно они?
Процессор
Как работает процессор компьютера? Какая его основная задача? Работает он сродни многим иным типам микросхем.
В кристалле кремния присутствуют области, ответственные за обработку нулей и единиц, объединение их в байты и дальнейшую передачу их в "компетенцию" иных элементов аппаратного оснащения (так же как и обратные операции).
Открытие процессора стало прекрасной находкой в компьютерной индустрии. Очень долго в счётных машинах данного компонента просто не было: операции с числами распределялись по самым разнообразным участкам аппаратного оснащения.
Но в конце 60 — начале 70-х годов инженеры все же решили, что лучше всего концентрировать основные, а в математическом проекте — наиболее непростые, операции в одной микросхеме, "шефствующей" над иными.
Продуктивность процессора измеряется в тактовой частоте, количестве операций в секунду. Мерная единица тут — Герц.
Как показала практика, если говорить о самых новых моделях микросхем, речь идет, в основном, о сотнях миллионов, о миллиардах операций в секунду. Благодаря этому при заводской маркировке подходящий критерий продуктивности процессоров выражается в мегагерцах (МГц) и гигагерцах (ГГц).
Единое правило: чем цифра выше, тем быстрее будет работать "шефствующая" микросхема ПК, а это означает, и весь компьютер в общем.
Необходимо отметить нюанс: современные процессоры, создавая немалое число операций, в основном, сильно греются. Как выяснить, работал ли компьютер?
Необходимо просто приложить руку к системному блоку. Если он ощутимо тёплый, значит, его только что выключили.
На процессоры, аналогичным образом, необходимо устанавливать кулер. Иначе главная микросхема перегорит. Как работает кулер компьютера?
Он просто дует на процессор мощным потоком холодного воздуха, остужая его. Мощность кулера выражается в оборотах за минуту.
Чем данный показатель больше, тем эффектнее охлаждается процессор.
Оперативка
Как работает память компьютера — другой самый важный аппаратный ресурс ПК, прямо действующий на его продуктивность? А дело все в том, что процессор, в силу свойств собственной структуры, не наделен способностью быстро, тактически "запоминать" изготавливаемые вычислительные операции для того, чтобы применить их результаты в последующем. "Шефствующей" микросхеме необходим "блокнот" для того, чтобы фиксировать промежуточные итоги работы с числами.
И этим самым блокнотом выступает оперативка. Ее называют также ОЗУ. Или оперативно-запоминающее устройство.
Чем больше "блокнот" по объему, тем эффектнее произойдет управление остальными микросхемами, и тем быстрее будет работать компьютер в общем. Ключевой ресурс оперативки — это ее емкость. Исчисляется она в байтах — тех самых базовых единицах информации, о которых шла речь выше.
Однако, если говорить о самых новых моделях ПК, необходимые критерии выражаются в сотнях миллионов и гигабайтах единиц емкости — в мегабайтах (МБ) и гигабайтах (ГБ).
Кстати, оперативка и процессор имеют ряд общих признаков. Относительно первого аппаратного компонента — у ОЗУ тоже есть критерий, отражающий кол-во операций в секунду.
Исходя из этого, чем он выше, тем эффектнее выполняется взаимное действие между памятью и процессором: у них появится возможность "бежать" в одном темпе.
Со своей стороны, у процессора тоже есть немного встроенной ОЗУ. Ее называют "кэш-память".
Чем ее больше — тем меньше у "шефствующей" микросхемы будет повода "отвлекать" ключевую оперативную память, и тем производительнее будет работа ПК в общем.
Как заставить компьютер работать быстрее? Способ один — установить на него процессор или ОЗУ с как можно высокими показателями по ключевым свойствам.
Разумеется, в каких-то качествах актуальны параметры также и других аппаратных элементов — такой же видеоплаты, жёсткого диска. Но основные детали, которые влияют на продуктивность, — это процессор и память. Если их мощности невысокие, то характеристики остальных видов "железа" иметь значения не будут.
К тому же, полезно будет выяснить, какого рода задачи выполняют некоторые "подотчетные" процессору аппаратные элементы.
Видеоплата
Начинаем с видеоплаты. Она в ответе за визуализацию вычислений, представление их результатов перед пользователем.
Интересно, что в видеоплате есть собственный процессор и собственная память. Причем, по свойствам (частоте и объему) они могут во многих случаях даже превышать "шефствующие" элементы. И это абсолютно хорошо, исходя из задач, возлагаемых на видеоплату.
А дело все в том, что современные компьютерные игры просят очень высокой производительности ПК. Ресурсов ключевого процессора и памяти может просто не хватать на нужные вычисления.
Благодаря этому современные видеоплаты берут на себя большую часть операций, благодаря чему обработка данных идет быстрее. Итог радует — игра не "тормозит" и не "виснет".
Благодаря этому вопрос про то, как заставить компьютер работать быстрее, может быть очень важен, если на ПК стоит устаревшая, обладающая скромными параметрами, видеокарта.
Продуктивность данного аппаратного компонента измеряется одновременно и в тактовой частоте — мегагерцах и гигагерцах, и в объеме встроенной памяти — мегабайтах и гигабайтах. Но, как мы уже раньше говорили, просто заменить одну видеокарту другой, в основном, недостаточно. Основные аппаратные элементы продуктивности ПК — процессор и память.
Их, возможно, также понадобится менять на намного мощнее, вслед за видеокартой.
Дисплей
Как работает дисплей компьютера? А дело все в том, что сама по себе видеокарта, как и процессор, функционирует на уровне "нулей и единиц". Естественно, что человек понять подходящий набор цифр не может.
Дисплей — это устройство, призванное "переводить" сигналы с видеоплаты в понятные нам символы и картинки. Как проверить, как работает компьютер? Во многих случаях очень просто включить дисплей.
Если изображение есть — значит, все функционирует хорошо. Исторически собственно рассматриваемый аппаратный элемент предшествовал возникновению множества прочих — в особенности, того же процессора. С точки зрения практической полезности компьютера, роль дисплея исключительно важна, и это понятно.
В основном, характеристики этого компонента прямо не оказывают влияние на продуктивность. Дисплей — это быстрее пассивный вид "железа", исполняющий функцию посредника между машиной и пользователем. Но порой как правило имеет значение его размер.
Лекция 1 | Архитектура ЭВМ и основы ОС | Кирилл Кринкин | CSC | Лекториум
Совсем маленький дисплей может быть некомфортен с целью решения пользовательских задач.
Главных критериев стандартизации два — разрешение и величина диагонали. Первый выражается в пикселях, или "точках" — количестве единичных элементов изображения на экране в горизонтальном положении и вертикали.
Второй — в основном, в дюймах, но иногда и в сантиметрах.
Жесткий диск
Выше мы сказали, что процессор может испытывать необходимость в "блокноте" для записи тактических результатов операций. Жесткий диск, именуемый также "винчестером", — это ресурс, где крепятся данные на постоянной основе. Своего рода "тетрадь" процессора.
Фактически важные для человека результаты вычислений процессора — это файлы: текстовые, графические, мультимедийные. Они-то и хранятся на жёстком диске.
Основная характеристика данного аппаратного компонента — объем. Выражается он, по аналогичности с принципами, реализованными в ОЗУ, в байтах.
Как показала практика — в мегабайтах, гигабайтах и даже терабайтах. Исходя из этого, чем больше цифра, отражающая объем жёсткого диска, тем больше файлов на нем может быть размещено. Еще 1 критерий продуктивности "винчестера" — численность оборотов за минуту.
А дело все в том, что он в прямом смысле считается диском, вращается вокруг собственной оси. Чем быстрее, тем своевременнее пишутся или считываются файлы.
Баланс знаний и способностей
Знание ключевых принципов работы ПК — одно из условий того, как обучиться работать на компьютере. В большинстве случаев пользователи обходятся освоением способностей определенных программ, не сильно думая про то, как так выходит, что этот тип ПО так хорошо работает.
Разумеется, не считая рассмотренных выше нюансов, существует огромное количество интересных областей, которые можно выучить. К примеру, тех, что отвечают на вопрос про то, как работает блок питания компьютера, модем, сетевая карта, принтер, проводные и Wi-Fi-интерфейсы и т. д. Но, обладая базовыми познаниями в области аппаратных элементов ПК, всегда легко понять характерности функционирования любых остальных видов "железа".
Урок 3. Как работает компьютер
Для успешного «общения» с компьютером вредно воспринимать его как черный ящик, который вот-вот выдаст что-то спонтанное. Чтобы понимать реакцию компьютера на Ваши действия, необходимо знать как он устроен и как работает.
В этом IT-уроке выясним, как работает большинство вычислительных устройств (к которым относятся не только персональные компьютеры).
В другом уроке мы поняли, что компьютер необходим для обработки информации, её хранения и передачи. Посмотрим же, как происходит обработка информации.
Как хранится информация на компьютере
Компьютер хранит, передаёт и обрабатывает информацию в виде нолей «0» и единиц «1», другими словами применяется двоичный код и двоичная система счисления.
К примеру, десятичное число «9» он видит как двоичное число «1001».
В виде нолей и единиц хранятся и все данные, которые следует обработать, и все программы, которые управляют процессом обработки.
К примеру, фотографию компьютер видит так (только первые две строчки файла из 527 строк):
Так человек видит изображение:
Компьютер видит набор «0» и «1»
0000 0000 0001 0000 0100 1010 0100 0110
0100 1001 0100 0110 0000 0000 0000 0001
0000 0001 0000 0000 0000 0000 0000 0001
0000 0000 0000 0001 0000 0000 0000 0000
1111 1111 1101 1011 0000 0000 0100 0011
0000 0000 0000 0011 0000 0010 0000 0010
0000 0011 0000 0010 0000 0010 0000 0011
А текст для компьютера выглядит так:
Человек видит текст:
Компьютер снова видит набор «0» и «1»:
0111 0010 0110 1111 0110 1011 0110 1001
0010 1110 0111 0010 0111 0101
Сегодня мы не будем разбираться в мелочах вычислений и преобразований, взглянем на процесс в общем.
Где хранится информация
Когда информация занесена в компьютер (записана), то она хранится на специальном устройстве – накопителе данных. В большинстве случаев накопитель данных – это жесткий диск (винчестер).
Жёстким диском данное устройство именуется из-за конструкции. В середине его корпуса находится один или несколько твёрдых блинов (железных или стеклянных), на которых и хранятся все данные (текстовые документы, фотографии, фильмы и т.д.) и установленные программы (ОС, прикладные программы, как Word, Excel, и др.).
Жесткий диск (накопитель данных) хранит программы и данные
Информация на жёстком диске хранится и после выключения компьютера.
Детальнее про устройство жёсткого диска мы выясним в одном из следующих IT-уроков.
Оперативная память — для чего она нужна и как работает
Что обрабатывает всю информацию в компьютере
Главная задача компьютера – обрабатывать информацию, другими словами исполнять вычисления. Немалую часть вычислений делает специализированное устройство – процессор.
Это непростая микросхема, содержащая сотни миллионов элементов (транзисторов).
Процессор – обрабатывает информацию
Что в этот момент времени делать процессору говорит программа, она указывает, какие данные следует обработать и что с ними необходимо сделать.
Программы и данные загружаются с накопителя (жёсткого диска).
Но жесткий диск – относительно медлительное устройство, и если бы процессор ждал, пока будет считываться информация, а потом записываться после обработки обратно, то он бы долго оставался без дела.
Не оставим процессор без дела
Благодаря этому между процессором и жёстким диском установили намного быстрое запоминающее устройство – оперативную память (оперативное запоминающее устройство, ОЗУ). Это маленькая монтажная плата, на которой находятся быстрые микросхемы памяти.
Оперативка – убыстряет доступ процессора к программам и данным
В оперативную память заблаговременно считываются с жёсткого диска все нужные программы и данные. В рабочий период процессор обращается к оперативки, считывает команды программы, которая говорит какие данные необходимо взять и как собственно их обработать.
При выключении компьютера содержание оперативки не сохраняется в ней (в отличии от жёсткого диска).
Процесс обработки информации
Итак, теперь мы знаем, какие устройства принимают участие в отделке информации. Посмотрим теперь на общий процесс вычислений.
Анимация процесса обработки информации компьютером (IT-uroki.ru)
Когда компьютер выключен, все программы и данные хранятся на жёстком диске. При включении компьютера и запуске программы, происходит следующее:
1. Программа с жёсткого диска заносится в оперативную память и сообщает процессору, какие загрузить данные в оперативную память.
2. Процессор по очереди делает команды программы, дозами отделывая данные, взяв их из оперативки.
3. Когда данные обработаны, результат вычислений процессор возвращает в оперативную память и берет очередную порцию данных.
4. Рабочий результат программы возвращается на жесткий диск и сохраняется.
Описанные шаги показаны красными стрелками на анимации (эксклюзивно от сайта IT-uroki.ru).
Ввод и вывод информации
Чтобы компьютер получил данные для обработки, её необходимо ввести. Чтобы это сделать применяются устройства ввода данных:
- Клавиатура (при помощи неё мы вводим текст и управляем компьютером);
- Мышь (при помощи грызуны мы управляем компьютером);
- Сканер (заносим изображение в компьютер);
- Микрофон (записываем звук) и т.д.
Для вывода результата обработки информации применяются устройства вывода данных:
- Дисплей (выводим изображение на экран);
- Принтер (выводим текст и изображение на бумагу);
- Звуковые системы или «колонки» (слушаем звуки и музыку);
Более того, мы можем вводить и выводить данные на прочие устройства при помощи:
- Внешних накопителей(с них мы копируем уже присущие данные в компьютер):
- флэшка,
- компакт-диск (CD или DVD),
- мобильной жесткий диск,
- дискета;
- Компьютерной сети (приобретаем данные с иных компьютеров через Интернет или городскую сеть).
Если в нашу схему добавить устройства ввода-вывода, то выйдет вот такая диаграмма:
Ввод, обработка и вывод данных
Другими словами компьютер работает с ноликами и единичками, а когда информация поступает на устройство вывода, она переводится в обыкновенные нам образы (изображение, звук).
Подводим итог
Итак, сегодня мы наряду с сайтом IT-uroki.ru узнали, как работает компьютер. Если коротко, то компьютер получает данные с устройств ввода (клавиатура, мышь и т.д.), заносит их на жесткий диск, потом передает в оперативную память и обрабатывает при помощи процессора.
Результат обработки возвращается сначала в оперативную память, потом либо на жесткий диск, либо сразу на устройства вывода (к примеру, дисплей).
Если возникли вопросы, можно задать их в комментариях к настоящей статье.
Обо всех указанных в нынешнем уроке устройствах Вы можете выяснить детальнее из дальнейших уроков на ресурсе IT-уроки. Чтобы не пропустить новые уроки – подпишитесь на новости сайта.
Копирование запрещено
Напомню, что на ресурсе IT-уроки есть регулярно обновляемые справочники:
Видео-дополнение
Сегодня маленькое познавательное видео о производстве процессоров.