Jak działa komputer i jego komponenty

Świat jest aktywnie skomputeryzowany. Ale jednocześnie zasady pracy w domu, tablecie i innych komputerach nie zawsze są aktywnie badane przez użytkowników. Rozważ główne aspekty związane z urządzeniem komputerowym, jego wydajnością i funkcjami funkcjonowania programów.

Podstawowe zasady komputera

Głównym zadaniem komputera jest obliczanie. Pozostałe operacje i wszelkie znaczące pod względem ludzkie potrzeby działania na nim wykonywane są pochodnymi. Struktura danych obliczeń jest wielopoziomowa. Badanie tego pomoże nam zrozumieć, jak działa komputer.

Na najniższym poziomie bity PC przetwarzają bity - sygnały binarne składające się z zer i jedynek. Na tym poziomie nie ma innych liczb, a na nim komputer raczej nie oblicza, ale prawidłowo porządkuje sekwencję zer i jedynek. Po co? Faktem jest, że 8 bitów tworzy bajt. Co z kolei staje się podstawą następnego poziomu obliczeń.

Łatwo jest obliczyć, że możliwa liczba kombinacji bitów w jednym bajcie wynosi 256, to jest od 2 do 8 potęgi. Dlaczego 2? Ponieważ liczby w nieco, jak powiedzieliśmy powyżej, tylko dwa - 0 i 1. W praktyce, łączenie bitów w bajty pozwala "zakodować" w tym ostatnim pewne informacje. Na przykład litera, liczba lub, powiedzmy, znak interpunkcyjny Jak działa komputer na tym poziomie? Konwertuje bajty na obiekty, które są praktycznie istotne dla osoby na ekranie - tekst, piksele, komponenty obrazu, dźwięki itp.

Następny poziom to obliczenia związane z operacjami z informacją składającą się z bajtów. Oznacza to, że jeśli jest tekstem, może to być jego edycja, formatowanie, drukowanie. Jeśli odtwarzana jest muzyka lub wideo, nagrywanie itp.

Oto podstawowe zasady działania komputera. Jednak każdy z wyżej wymienionych poziomów nie istnieje oddzielnie od drugiego. Razem tworzą one środowisko komputerowe. Co jest również heterogeniczne. Na podstawie współczesnych koncepcji teoretycznych z zakresu informatyki eksperci identyfikują dwa elementy środowiska operacyjnego, w którym mają miejsce obliczenia - sprzęt i oprogramowanie. Badamy cechy każdego z nich.

Sprzęt

Sprzęt (w slangu specjalistów IT to sprzęt, rzadziej twardy od angielskiego Hardware) to wszystkie mikroukłady, mechanizmy i urządzenia, które utrzymują komputer w ruchu. Klasyfikacja komponentów sprzętowych może być różna. Wszystko zależy od konkretnego typu urządzenia. Jeśli chodzi o typowy "domowy" komputer, "sprzęt" zainstalowany na nim jest reprezentowany przez zestaw następujących komponentów:

1. Jednostka systemowa. W nim, z reguły, znajdują się:

• procesor;
• płyta główna;
• karta wideo;
• karta dźwiękowa;
• pamięć o dostępie swobodnym;
• dysk twardy;
• Napęd DVD lub CD;
• karta sieciowa.

2. Monitoruj.

3. Sterowanie - z reguły jest to klawiatura i mysz.

4 Urządzenia peryferyjne - modemy, drukarki, skanery, routery itp.

Jest możliwe, że niektóre z powyższych urządzeń są wzajemnie zintegrowane. Na przykład wiele modeli płyt głównych zawiera wbudowaną kartę wideo i audio. Wiele zależy od rodzaju przetwarzania. Na przykład sposób działania tabletu może się różnić od podstawowych zasad komputera stacjonarnego - komputera stacjonarnego.

Oprogramowanie

Kolejnym elementem środowiska operacyjnego, w którym wykonywane są obliczenia, jest oprogramowanie lub oprogramowanie (zwane również slangiem dla specjalistów od oprogramowania). Jest to zestaw algorytmów, które pozwalają zarządzać "żelazem". Oznacza to, że bez oprogramowania elementy sprzętowe komputera nie przynoszą żadnych korzyści. Nawet na pierwszym poziomie, gdzie komputer przetwarza zera i jedyne - i tam sprzęt działa zgodnie z zaprogramowanymi algorytmami.

Ponownie, w zależności od typu komputera, mechanizmy klasyfikacji oprogramowania mogą się różnić. W czasach, gdy branża informatyczna była w powijakach, istniały całe dyscypliny inżynieryjne, których uczniowie opanowali umiejętność pracy na komputerze, który był urządzeniem o wielkości garażu. Jeśli chodzi o nowoczesne komputery domowe, sytuacja jest oczywiście prostsza. Większość rodzajów oprogramowania jest przyjazna, zrozumiała na poziomie intuicji, wyposażona w szczegółową referencję, zaprojektowaną dla przeciętnego użytkownika, narzędzie do zarządzania. W oparciu o idee współczesnych teoretyków, programy można podzielić na następujące główne typy:

- oprogramowanie systemowe (pozwala użytkownikowi rozwiązywać problemy związane z funkcjami komputera: jak sprawdzić, jak działa komputer, jakie programy są uruchomione itp.);

- oprogramowanie aplikacyjne (zaprojektowane do rozwiązywania praktycznych problemów użytkownika - pisanie tekstu, rysowanie, programowanie, słuchanie muzyki, oglądanie filmów itp.).

Ale nie ma wyraźnej granicy między tymi dwoma rodzajami oprogramowania. Na przykład zadanie: "Jak sprawdzić, ile komputer działa w czasie?" (pozornie, zazwyczaj systemowy) może być dostarczony z zastosowanym celem. Na przykład, aby zaprogramować uruchomienie programu lub pliku według harmonogramu.

Jak działa komputer pod względem interakcji sprzętu i oprogramowania? Bardzo proste. Użytkownik ustawia "zadanie" dla maszyny, wprowadzając dane do programu za pomocą sterowania komputerowego - klawiatury lub myszy. Na przykład: "zmień czcionkę tekstu na czerwoną" (w praktyce podświetl wybrany obszar liter na ekranie i kliknij odpowiedni obszar palety w programie Word). Program "informuje" sprzęt (uzgodnimy to z monitorem i kartą graficzną), że konieczne jest wyświetlenie takiej części ekranu na czerwono. Karta wideo i monitor, "współdziałając" ze sobą, dają użytkownikowi pożądany rezultat: tekst na wybranym obszarze staje się czerwony. Oczywiście wszystko to dzieje się w ułamku sekundy.

Jednocześnie szybkość podejmowania decyzji przez komputer jest z góry określona przez jego szczególną cechę - wydajność. Jeśli jest wysoka, to sprzęt może pobierać więcej "zamówień" z programów w jednostce czasu, w wyniku czego użytkownik szybciej rozwiązuje swoje problemy. Rozważ ten aspekt.

Wydajność komputera

Wydajność komputera zależy głównie od poziomu technologii "żelazo". Chociaż umiejętność czytania i jakość rozwoju algorytmów w oprogramowaniu są również ważnym warunkiem. Zdarza się, że niektóre elementy sprzętu mogą mieć wysoką wydajność, ale program, który je "kontroluje", nie jest w stanie w pełni wykorzystać dostępnego zasobu. W architekturze nowoczesnych "domowych" komputerów osobistych za wydajność odpowiadają dwa podstawowe typy sprzętu - jest to procesor i pamięć RAM. Dlaczego dokładnie oni?

Procesor

Jak działa procesor komputerowy? Jakie jest jego główne zadanie? Działa jak wiele innych typów układów scalonych. Kryształ krzemu zawiera obszary odpowiedzialne za przetwarzanie zer i jedynek, łącząc je w bajty, a następnie przenosząc je do "kompetencji" innych komponentów sprzętowych (jak również operacji odwrotnych).

Wynalezienie procesora stało się prawdziwym dobrodziejstwem w branży komputerowej. Przez długi czas komputery tego komponentu po prostu nie istniały: operacje z numerami były rozłożone na różne części sprzętu. Jednak pod koniec lat sześćdziesiątych i na początku siedemdziesiątych inżynierowie zdecydowali, że bardziej celowe jest skoncentrowanie klucza, a pod względem matematycznym, na najbardziej złożonych operacjach na jednym mikroukładu, który "patronuje" innych.

Wydajność procesora jest mierzona według częstotliwości taktowania, liczby operacji na sekundę. Jednostką miary jest tutaj Hertz. W praktyce, jeśli mówimy o nowoczesnych modelach mikroukładów, mówimy z reguły o setkach milionów, o miliardach operacji na sekundę. Dlatego przy etykietowaniu fabrycznym odpowiedni wskaźnik wydajności procesora jest wyrażany w megahercach (MHz) i gigahercach (GHz). Ogólna zasada brzmi: im wyższa liczba, tym szybciej działa "protekcjonalny" chip PC, a więc cały komputer jako całość.

Należy zauważyć niuans: nowoczesne procesory, wykonujące wiele operacji, z reguły są bardzo gorące. Jak sprawdzić, czy komputer działał? Wystarczy położyć rękę na jednostce systemowej. Jeśli jest zauważalnie ciepły, to właśnie został wyłączony.

Dlatego procesory muszą zainstalować chłodziarkę. W przeciwnym razie główny układ ulegnie spaleniu. Jak działa chłodzenie komputera? Po prostu wieje na procesor strumieniem zimnego powietrza, ochładzając go. Moc chłodnicy wyrażana jest w obrotach na minutę. Im wyższy jest ten wskaźnik, tym bardziej wydajnie procesor jest chłodzony.

RAM

Jak działa pamięć komputera - inny główny sprzęt komputerowy, który bezpośrednio wpływa na jego wydajność? Faktem jest, że procesor, ze względu na specyfikę jego struktury, nie jest wyposażony w zdolność do operatywnego, taktycznego "zapamiętywania" operacji obliczeniowych wykonywanych w celu wykorzystania ich wyników w przyszłości. Układ "master" potrzebuje "notatnika", aby rejestrować sumy cząstkowe pracy z liczbami.

A tym właśnie notebookiem jest RAM. Jest również nazywany pamięcią RAM. Lub urządzenie pamięci o dostępie swobodnym. Im większy "notatnik" pod względem głośności, tym skuteczniejsza będzie kontrola reszty mikroukładów, a im szybciej komputer będzie działał jako całość. Głównym zasobem pamięci RAM jest jego pojemność. Oblicza się ją w bajtach - bardzo podstawowych jednostkach informacji, które omówiono powyżej. Ale jeśli mówimy o nowoczesnych modelach komputerów PC, odpowiednie liczby są wyrażone w setkach milionów i gigabajtach jednostek pojemności - w megabajtach (MB) i gigabajtach (GB).

Nawiasem mówiąc, pamięć RAM i procesor mają wiele wspólnych cech. Odnośnie pierwszego komponentu sprzętowego - pamięć RAM ma również wskaźnik odzwierciedlający liczbę operacji na sekundę. Odpowiednio, im jest on większy, tym bardziej efektywna jest interakcja między pamięcią a procesorem: będą mieli możliwość "biegania" w tym samym tempie.

Z kolei procesor ma również wbudowaną pamięć RAM. Nazywa się to "pamięcią podręczną". Im więcej tego - im mniej "główny" chip będzie miał powód, by "rozpraszać" główną pamięć RAM, a tym bardziej wydajna będzie praca komputera jako całości.

Jak sprawić, by komputer działał szybciej? Pierwsza metoda polega na zainstalowaniu na niej procesora lub pamięci RAM z możliwie największymi wskaźnikami za pomocą podstawowych charakterystyk. Oczywiście w niektórych aspektach ważne są również parametry i inne elementy sprzętowe - ta sama karta graficzna, dysk twardy. Ale kluczowe elementy wpływające na wydajność to procesor i pamięć. Jeśli ich moce są niskie, to cechy innych rodzajów "żelaza" nie będą miały znaczenia. Jednocześnie warto wiedzieć, jakie zadania są wykonywane przez niektóre elementy sprzętu "odpowiedzialne" za procesor.

Karta wideo

Zacznijmy od karty wideo. Jest odpowiedzialna za wizualizację obliczeń, przedstawienie ich wyników użytkownikowi. Co ciekawe, karta wideo ma własny procesor i pamięć. Co więcej, pod względem cech (częstotliwości i objętości), w niektórych przypadkach mogą nawet przekroczyć "dominujące" składniki. Jest to całkowicie normalne, w zależności od zadań przypisanych do karty graficznej. Faktem jest, że nowoczesne gry komputerowe wymagają bardzo wysokiej wydajności komputera. Zasoby głównego procesora i pamięci mogą po prostu nie wystarczyć do niezbędnych obliczeń. Dlatego współczesne karty graficzne zajmują znaczącą część operacji, w wyniku czego przetwarzanie danych przebiega szybciej. Wynik podoba się - gra nie "zwalnia" i nie "zawiesza się".

Dlatego pytanie, jak sprawić, by komputer działał szybciej, może być szczególnie istotne, jeśli na komputerze jest nieaktualna karta wideo o skromnej charakterystyce.

Wydajność tego komponentu sprzętowego mierzona jest jednocześnie w częstotliwości taktowania - megaherców i gigaherców, a także w ilości pamięci wewnętrznej - megabajtów i gigabajtów. Jednak, jak powiedzieliśmy powyżej, zwykłe zastąpienie jednej karty graficznej inną zwykle nie wystarcza. Kluczowymi komponentami sprzętowymi wydajności komputera są procesor i pamięć. Mogą również zostać zmienione na bardziej zaawansowane, po karcie graficznej.

Monitoruj

Jak działa monitor komputera? Faktem jest, że sama karta graficzna, podobnie jak procesor, działa na poziomie "zer i jedynek". Oczywiście, osoba nie może zrozumieć odpowiedniego zestawu liczb. Monitor jest urządzeniem zaprojektowanym do "tłumaczenia" sygnałów z karty graficznej na symbole i obrazy, które rozumiemy. Jak sprawdzić, jak działa komputer? W większości przypadków wystarczy włączyć monitor. Jeśli istnieje obraz, wszystko działa normalnie. Historycznie rzecz biorąc, ten komponent sprzętowy poprzedzał pojawienie się wielu innych - w szczególności tego samego procesora. Z punktu widzenia praktycznej użyteczności komputera rola monitora jest niezwykle ważna i jest oczywista. Z reguły cechy tego komponentu nie mają bezpośredniego wpływu na wydajność. Monitor jest raczej biernym rodzajem sprzętu, który działa jako pośrednik między maszyną a użytkownikiem. Jednak jego rozmiar może czasami mieć znaczenie. Zbyt mały monitor może być niewygodny w rozwiązywaniu zadań użytkownika.

Dwa główne kryteria standaryzacji to rozdzielczość i rozmiar przekątnej. Pierwszy wyrażony jest w pikselach lub "punktach" - liczbie pojedynczych elementów obrazu na ekranie poziomo i pionowo. Drugi jest zwykle w calach, ale czasami w centymetrach.

Dysk twardy

Powyżej powiedzieliśmy, że procesor może potrzebować notatnika do zapisywania taktycznych wyników operacji. Dysk twardy, zwany także "dyskiem twardym", jest to jest zasób gdzie dane są rejestrowane na bieżąco. Rodzaj "procesora" notebooka. Praktycznie istotne dla osoby, wyniki obliczeń procesora to pliki: tekst, grafika, multimedia. Są przechowywane na dysku twardym.

Główną cechą tego komponentu sprzętowego jest objętość. Jest wyrażany, analogicznie do zasad zaimplementowanych w pamięci RAM, w bajtach. W praktyce, w megabajtach, gigabajtach, a nawet terabajtach. Odpowiednio, im większa liczba, odzwierciedlająca rozmiar dysku twardego, tym więcej plików może zostać umieszczonych. Kolejny wskaźnik wydajności "dysku twardego" - liczba obrotów na minutę. Faktem jest, że jest to dosłownie dysk obracający się wokół własnej osi. Im szybciej, tym wydajniej pliki są zapisywane lub czytane.

Równowaga wiedzy i umiejętności

Znajomość podstawowych zasad komputera - jeden z warunków, w jaki sposób nauczyć się pracować na komputerze. W wielu przypadkach użytkownicy ograniczają się do opanowania umiejętności określonych programów, nie myśląc o tym, jak się okazuje, że ten rodzaj oprogramowania działa tak dobrze. Oczywiście, oprócz aspektów omówionych powyżej, istnieje wiele interesujących obszarów, które można zbadać. Na przykład te, które dają odpowiedź na pytanie, w jaki sposób zasilacz komputera, modem, karta sieciowa interfejsy drukarki, przewodowe i Wi-Fi itp. Ale mając podstawową wiedzę na temat komponentów sprzętowych komputera, zawsze łatwo jest zrozumieć cechy działania dowolnego innego rodzaju sprzętu.