Vadnice za strojno opremo računalnika: popoln vodnik od začetka

Če ste kdaj pomislili: "Rad bi razumel Kako strojna oprema računalnika v resnici deluje"Vendar se vsaka knjiga, ki jo odprete, sliši kot nerazumljivo besedilo, brez skrbi: niste sami. Svet strojne opreme se lahko zdi kot zmešnjava kratic, številk in električnih konceptov, toda z jasno razlago in preprostimi primeri postane veliko lažje razumeti."

V tem vodniku boste našli popoln ogled fizične komponente računalnika, njegov notranji jezik in kako se vse skupaj ujemaOd najosnovnejših konceptov (kaj je bit ali bajt) do specifičnih komponent, kot so matična plošča, RAM, procesor, vrata in trdi diski, ki zajemajo ključne vidike, kot so hitrost sistema, podatkovno vodilo in predpomnilnik. Zasnovan je tako, da ga lahko berete v prostem času, brez naglice in brez predhodnega znanja.

Kako računalnik komunicira: biti, bajti in merski sistemi

Če želite razumeti strojno opremo računalnika, morate začeti od začetka: računalnik "govori" samo o elektrikiV notranjosti se vse skupaj zreducira na to, ali je v milijonih drobnih stikal, integriranih v čipe, tok (1) ali ne (0).

Vsako od teh možnih stanj, vklopljeno ali izklopljeno, se imenuje bit, najmanjša enota informacije ki jih računalnik obravnava. Bit je lahko vreden le 0 ali 1, ko pa združimo več bitov, začnemo predstavljati črke, številke in simbole.

Naslednji korak je bajt, skupina 8 bitovZ 8 stikali (bitov) lahko oblikujemo veliko različnih kombinacij ničel in enic, vsaki kombinaciji pa je dodeljen znak. Na primer, v dobro znani kodi ASCII lahko črko A predstavimo s specifičnim 8-bitnim zaporedjem, kot je 10100001.

Ko pritisnete tipko na tipkovnici, računalnik ne "vidi" črke kot take, temveč jo prejme kombinacija 0 in 1, ki ustreza tej tipkiStrojna oprema pretvori vaš pritisk tipke v bite, zaslon pa zaradi tega sistema kodiranja prikaže črko.

Ker je bajt premajhen za merjenje velikih količin podatkov, se uporabljajo njegovi večkratniki. Najpogostejše enote za shranjevanje v računalništvu so:

• 1 bajtov = 8 bitov (znak, številka ali presledek).
• 1 kilobajt (KB) = 1024 bajtov.
• 1 megabajt (MB) = 1024 KB.
• 1 gigabajt (GB) = 1024 MB.
• 1 terabajt (TB) = 1024 GB.

Upoštevajte, da se vedno uporabljajo večkratniki števila 1024 in ne 1000Na primer, dokument velikosti 1 KB dejansko zasede 1024 znakov, vključno s črkami, številkami, simboli in presledki.

Poleg zmogljivosti se pri strojni opremi veliko govori tudi o hitrost prenosa podatkovTukaj boste videli enote, kot so B/s, KB/s, MB/s ali GB/s (bajti na sekundo). Včasih pa boste našli tudi biti na sekundo (b/s, Kbps, Mbps), ki so 8-krat manjši od vrednosti v bajtih na sekundo, ker je 1 bajt 8 bitov.

Ideja o Pogostostki se meri v hercih (Hz, MHz, GHz). Komponenta, ki deluje s frekvenco 1 MHz, izvede eno operacijo na milijonkrat na sekundo. V sodobnih procesorjih govorimo o gigahercih (GHz), torej o milijardah ciklov na sekundo.

Kaj določa dejansko hitrost računalnika

Ko nekdo reče "ta računalnik je zelo hiter", običajno pogleda samo procesor, v resnici pa ... Hitrost računalnika je odvisna od več dejavnikov skupaj.Mikrofon je pomemben, ja, ampak ni edini.

Prvi je število notranjih bitov, s katerimi procesor delujeTo kaže, koliko informacij lahko obdela hkrati (njegova notranja pasovna širina). Prej so obstajali 16-bitni ali 32-bitni procesorji; danes so praktično vsi domači računalniki 64-bitni, kar omogoča hkratno obdelavo več podatkov in boljšo izrabo pomnilnika (glejte primerjava zmogljivosti).

Drugi ključni dejavnik je delovna frekvenca ali strojni cikelV računalniku je "ura", ki določa hitrost izvajanja ukazov. Procesor s frekvenco 2 GHz je na primer sposoben izvesti približno 2.000 milijardi ciklov na sekundo. Višja kot je frekvenca, več ukazov na sekundo ... pod pogojem, da preostali del sistema sledi temu.

Pomemben vpliv imajo tudi naslednji dejavniki podatkovna vodilaTo so "avtoceste", po katerih informacije potujejo od ene komponente do druge (CPU, RAM, disk, grafična kartica itd.). Širše kot je vodilo (več bitov lahko prenese hkrati) in višja kot je njegova frekvenca, bolj gladek bo podatkovni promet znotraj računalnika.

Če uporabimo kmetijsko analogijo, je kot kombajn: če lahko v vsakem prehodu požanje več vrst koruze in jih raztovori v velike, hitre tovornjake, je delo opravljeno prej. Če bi bili avtobusi utesnjeni ali počasni, Ozka grla bi nastala, tudi če bi bil procesor zelo zmogljiv.

Skratka, skupna hitrost ekipe je določena s kombinacijo:

• Število notranjih bitov mikroprocesorja (notranja pasovna širina).
• Delovna frekvenca procesorja (MHz ali GHz).
• Hitrost in širina podatkovnega vodila ki povezuje komponente.
• Zmogljivost trdega diska ali SSD pogon in čipset matične plošče.
• Količina in hitrost RAM-a.

Ohišje, napajalnik in matična plošča

Vsak namizni računalnik se začne z stolp ali ohišje z dovolj prostora in prezračevanjemVelikost ohišja določa, koliko predalov in rež boste imeli za namestitev pogonov za shranjevanje, ventilatorjev in drugih komponent.

V škatli smo našli napajanjeNapajalnik pretvarja izmenični tok iz električnega omrežja (na primer 220 V) v nižje, stabilnejše napetosti, ki jih računalnik lahko uporablja, običajno +5 V in +12 V. Dober napajalnik je ključnega pomena za stabilnost opreme in za preprečevanje nepričakovanih težav, ki jih povzroča nezadostna moč ali napetostni sunki.

Osrednja komponenta, kjer se praktično vse povezuje, je matična ploščaMatična plošča vsebuje procesor, RAM, razširitvene kartice, priključke SATA za trde diske, vrata USB, BIOS, čipset in številne druge komponente. Matična plošča mora biti združljiva s procesorjem (vrsta vtičnice itd.). združljivost matične plošče, podpora pomnilniku itd.).

Na krožniku boste našli različne razširitvene režeki so plastični konektorji s kovinskimi kontakti, kamor se vstavljajo kartice:

• Reže PCI in PCIeSodobni standard. Večina trenutnih kartic, vključno s 3D grafičnimi karticami, se povezuje na PCI Express (PCIe). So hitrejše in so na voljo v različnih velikostih (x1, x4, x8, x16), odvisno od števila pinov in podatkovnih linij.
• Reže DIMM: za pomnilniške module RAM. Starejši SIMM-i so zdaj zastareli.
• SATA konektorji: za povezovanje sodobnih trdih diskov in optičnih pogonov s kabli SATA.
• IDE priključki: stari standard za PATA diske, ki je v sodobnih osebnih računalnikih praktično izumrl.

Poleg rež ima matična plošča vgrajene tudi različne kontrolorji ali krmilniki, ki upravljajo podatkovni promet med procesorjem, RAM-om, diski in perifernimi napravami. Prej je bilo veliko ločenih krmilnikov; danes je večina združenih v čipov.

El čipov To je čipset, ki določa, kako mikroprocesor, pomnilnik, predpomnilnik, vrata USB, vodila PCIe itd. komunicirajo med seboj. Njegova kakovost in značilnosti vplivajo na stvari, kot so:

• Dejanska zmogljivost, ki jo dobite od procesorja.
• Največja zmogljivost RAM-a ki se lahko namesti.
• Združljivost s sodobnimi tehnologijami (Vrste RAM-a, vrste diskov, napredna vrata).
• Možnost prihodnjih nadgradenj in podporo določenih procesorjev.

Pomnilnik: ROM, BIOS, RAM, predpomnilnik in virtualni pomnilnik

Računalnik nima samo ene vrste pomnilnika, temveč več, vsak s svojo funkcijo. Njihovo razumevanje zelo pomaga pri razumevanju Zakaj moj računalnik včasih deluje hitro, drugič pa počasi?.

Starega ROM pomnilnik (pomnilnik samo za branje) Šlo je za bralni pomnilnik, kamor je proizvajalec shranil osnovna navodila za zagon in konfiguracijo sistema. Njegova vsebina se ni izbrisala, ko je bil računalnik izklopljen. Danes to vlogo skoraj v celoti prevzame BIOS/UEFI.

La BIOS (osnovni vhodno/izhodni sistem) To je program, shranjen na čipu na matični plošči. Zažene se takoj, ko je računalnik vklopljen, zazna pomnilnik, diske, procesor in druge naprave ter izvede začetne preglede, preden ... naložite operacijski sistemDel njegove konfiguracije lahko spremeni uporabnik (vrstni red zagona, parametri strojne opreme itd.).

Da bi zagotovili, da BIOS ohrani svoje nastavitve tudi, ko je računalnik izklopljen, ima matična plošča baterija ali majhen akumulatorKo se ta baterija izprazni, se začnejo izgubljati nastavitve datuma, ure ali zagona, kar je običajno znak, da jo je treba zamenjati.

La glavni pomnilnik ali RAM (pomnilnik z naključnim dostopom) To je prostor, kjer računalnik začasno shranjuje podatke in programe, ki so trenutno v uporabi. Je hiter pomnilnik, vendar nestanoviten: ko je računalnik izklopljen, se vsa njegova vsebina izbriše.

Pri izbiri RAM-a je pomembno biti pozoren nanj zmogljivost (na primer 8 GB, 16 GB, 32 GB) in v hitrosti prenosa, ki je običajno izražena v MHz ali z uporabo nomenklature DDR (DDR2, DDR3, DDR4…). Hitrejša in širša kot je komunikacija med RAM-om in procesorjem, bolj odziven bo sistem.

Če namestite več modulov RAM z različnimi hitrostmi, Vsi bodo delali s hitrostjo najpočasnejše osebe.Zato je najbolje uporabiti podobne module. Originalni DRAM in zgodnji DDR pomnilnik se ne uporabljata več; danes so norma DDR3, DDR4 ali novejši.

Poleg glavnega RAM-a imajo procesorji predpomnilnikPosebna vrsta zelo hitrega pomnilnika, ki se nahaja znotraj ali zelo blizu procesorja. Shranjuje pogosto uporabljene podatke in ukaze, s čimer se izognemo potrebi po nenehnem dostopu do počasnejšega RAM-a.

Predpomnilnik si lahko predstavljamo kot oglasna deska, kjer objavljate zapiske, ki jih ves čas pregledujeteČe je tam, kar iščete, to preberete takoj; če ne, morate iti v predpomnilnik (RAM), kar traja dlje. Zahvaljujoč predpomnilniku lahko procesor deluje s hitrostmi, ki so zelo blizu njegovi najvišji frekvenci.

Obstaja več ravni predpomnilnika:

• L1 predpomnilnikNajhitrejši in najmanjši pomnilniški čip, ki se nahaja poleg vsakega jedra procesorja. Njegova tipična velikost se giblje od 256 KB do 512 KB oziroma 1 MB na jedro.
• L2 predpomnilnik: nekoliko počasnejši in večji, med nekaj sto KB in nekaj MB.
• L3 predpomnilnik: večji (od nekaj do deset MB) in nekoliko počasnejši od L1 in L2, vendar še vedno veliko hitrejši od RAM-a.

Ko začne zmanjkovati RAM-a, Operacijski sistem rezervira del trdega diska za simulacijo dodatnega pomnilnika. Ko fizični RAM ne ustreza dovolj, Windows (ali drug sistem) premakne nedavno neuporabljene podatke na trdi disk.

To vam omogoča nadaljnje odpiranje programov, tudi če ni dovolj RAM-a, vendar ima to svojo ceno: Trdi disk je veliko počasnejši od RAM-aČe je virtualni pomnilnik preveč uporabljen, računalnik postane počasen, ker nenehno izmenjuje podatke med RAM-om in diskom (datoteko strani).

Velikost virtualnega pomnilnika je mogoče konfigurirati v naprednih sistemskih možnostih, vendar je prava rešitev za intenzivno uporabo namestite več fizičnega RAM-a, namesto da bi se zanašali na disk kot popravek.

Mikroprocesor (CPU) in njegov hladilni sistem

El mikroprocesor ali CPU To so "možgani" računalnika. Odgovorni so za izvajanje izračunov in usklajevanje delovanja drugih komponent, branje podatkov iz RAM-a ali predpomnilnika in izvajanje ukazov enega za drugim s polno hitrostjo.

Notranjost CPU-ja je sestavljena predvsem iz dveh funkcionalnih blokov:

• Aritmetično-logična enota (ALU)Izvaja matematične operacije (seštevanje, odštevanje, množenje, deljenje) in logične operacije (primerjave, pogoje, kot je "ČE je to, potem je to").
• Kontrolna enotaOdgovoren je za določanje vrstnega reda izvajanja ukazov, kateri podatki se berejo ali zapisujejo in kako informacije tečejo znotraj procesorja.

Pri izbiri procesorja je pomembno upoštevati več podrobnosti: Vrsta in družina procesorja (Intel, AMD, določena ponudba), (fizična vtičnica, čipset), delovna frekvenca, število jeder, podpora za 64-bitne procesorje in velikost notranjega predpomnilnika.

Procesor proizvaja veliko toplote, zlasti pri delovanju na visokih frekvencah, zato je dober hladilnik bistvenega pomena. sistem za razprševanje in prezračevanjeObičajna praksa je namestitev kovinskega hladilnika v neposreden stik s procesorjem in ventilatorja na vrhu, ki odvaja toploto.

Če se frekvenca procesorja poveča nad specifikacijo (overclocking), temperatura se še bolj dvigneIn če hlajenje ni zadostno, lahko pride do zrušitev, napak in skrajšane življenjske dobe komponent. Zato termalna pasta in pravilna namestitev ventilatorja nista le luksuz, ampak nujna.

Vrata, povezave in prenos podatkov

Da bi računalnik lahko komuniciral z zunanjim svetom, potrebuje vhodna in izhodna vrataTo so fizični priključki, kamor priključimo miške, tipkovnice, monitorje, tiskalnike, zunanje pogone, omrežja itd.

Nekateri najpogostejši, ki jih lahko najdete na sodobnem računalniku, so:

• Zvočna vrata (RCA ali mini vtičnica)Vhodi in izhodi za mikrofone, zvočnike in druge zvočne naprave. Vsaka barva običajno označuje funkcijo (izhod, linijski vhod, mikrofon itd.).
• Vrata PS/2Stari okrogli konektorji za tipkovnico in miško. Praktično zastareli, nadomestil jih je USB.
• Vrata USB (univerzalno serijsko vodilo)USB je dejanski standard za skoraj vse vrste perifernih naprav. Podpira vročo zamenjavo (plug and play), tako da lahko naprave priključujete in odklapljate, medtem ko je računalnik vklopljen. Različice, kot so USB 1.1, 2.0, 3.0 in novejše, se razlikujejo po hitrosti: višja kot je številka, hitrejši je prenos.
• Ethernetna vrata (RJ45): priključek za žični omrežni dostop do interneta ali lokalnih omrežij.
• Zunanja vrata SATA: uporablja se za priključitev zunanjih trdih diskov, združljivih s tem standardom.
• Vrata FireWire (IEEE 1394): zasnovan za hiter prenos podatkov, v svojem času se je pogosto uporabljal za digitalne video kamere.
• Priključki VGA, DVI in HDMIVideo izhodi za monitorje in projektorje. VGA je analogni in starejši; DVI ponuja digitalno kakovost; HDMI je postal najbolj razširjen, ker prenaša visokoločljivostni digitalni zvok in sliko po istem kablu z veliko pasovno širino.

Poleg fizičnih vrat so sodobni prenosniki in računalniki polni ... brezžične tehnologije kot so infrardeči vmesnik (starejši), Bluetooth ali Wi-Fi. Omogočajo brezžični prenos podatkov z uporabo elektromagnetnih valov ali svetlobe, s sprejemniki in antenami, integriranimi v samo ploščo ali kot dodatne kartice.

Periferne naprave in naprave za shranjevanje

P periferne enote To so vse zunanje naprave, ki se povezujejo z računalnikom, da bi z njim komunicirale ali razširile njegove zmogljivosti: tipkovnice, miške, tiskalniki, optični bralniki, zvočniki, kamere itd. Lahko so vhodne naprave (miška, tipkovnica), izhodne naprave (monitor, tiskalnik) ali vhodno-izhodne naprave (zasloni na dotik, zunanji trdi diski, večnamenski tiskalniki).

Kar zadeva notranji pomnilnik, je zvezdniška komponenta trdi diskTradicionalno so se uporabljali magnetni diskovni pogoni (HDD), ki so bili sestavljeni iz več aluminijastih plošč, prevlečenih z magnetiziranim materialom, ki se vrtijo z veliko hitrostjo znotraj zaprtega ohišja.

Te jedi so razdeljene na koncentrične tirniceki se nato razdelijo na sektorji (običajno 512 bajtov). Več sektorjev skupaj tvori grozd ali alokacijska enota, ki je najmanjši del prostora na disku, rezerviran za datoteko.

Če je velikost gruče 4 KB in shranite datoteko velikosti le 1 KB, Pravzaprav bo na disku zasedel 4 KBČe zasede 5 KB, bo uporabil dve gruči (8 KB). Zato je pomembno, da velikost gruče ni prevelika, da se izognemo zapravljanju prostora z majhnimi datotekami.

Pri izbiri klasičnega trdega diska sta pomembni dve stvari: njegov zmogljivost v GB ali TB in vrtilna hitrostStarejši modeli so se vrteli s 3.600 vrtljaji na minuto, nato so postali priljubljeni tisti s 7.200 vrtljaji na minuto, obstajajo pa še hitrejše enote z 10.000 vrtljaji na minuto ali več, namenjene zahtevni uporabi.

Trdi diski in vmesniki so obstajali leta in leta. IDE/EIDE/ATA in diski SCSI ali FireWireIDE izginja v korist standardov SATA, medtem ko sta SCSI in FireWire ostala za bolj specializirana okolja ali pa so ju nadomestile druge tehnologije.

Danes so tudi zelo pogosti SSD diskiTe funkcije, ki v izvirnem besedilu niso bile podrobno opisane, vendar jih je vredno omeniti, shranjujejo podatke na čipih bliskovnega pomnilnika namesto na vrtljivih ploščah, kar ponuja veliko krajše čase dostopa in hitrost branja/pisanja, ki je precej višja od tradicionalnih mehanskih diskov.

Kar zadeva optične medije, mnogi stolpi še vedno vključujejo Bralniki in zapisovalniki CD-jev/DVD-jevRazlikujejo se po hitrostih branja, pisanja in prepisovanja, izraženih s številko, ki ji sledi "x" (na primer 52x/24x/52x). DVD-ji ponujajo tudi različne hitrosti za CD-je in DVD-je ter možnost snemanja v [manjka konfiguracija]. dvojna plast, kar praktično podvoji kapaciteto diska.

Še en zanimiv parameter pri snemalnikih je velikost notranjega medpomnilnikaMajhen pomnilnik, ki shranjuje podatke med snemanjem. Če računalnik začasno preneha pošiljati podatke, pogon uporabi ta medpomnilnik, da se izogne ​​prekinitvi snemanja in prepreči napake.

Monitorji in zasloni

Vizualni izhod računalnika se prikaže v monitorTudi tukaj je nekaj pomembnih konceptov strojne opreme. CRT (cevni) monitorji so bili prvi, ki so postali priljubljeni; njihova kakovost je bila odvisna od velikosti v palcih, ločljivosti in hitrosti osveževanja (kolikokrat se slika "ponovno izriše" na sekundo).

Zelo nizka hitrost osveževanja (na primer 60 Hz) lahko povzroči obremenitev oči in opazno utripanje, medtem ko je pri višjih hitrostih slika videti bolj stabilna. Sčasoma so CRT-ji postopoma umaknili mesto ploskim zaslonom.

The TFT/LCD zasloni Delujejo s tehnologijo tekočih kristalov in ponujajo veliko tanjšo in lažjo zasnovo. Pri tej vrsti monitorjev je pomembno naslednje: odzivni čas, kar je čas, ki ga slikovna pika potrebuje, da se spremeni iz enega stanja v drugo. Vrednosti pod 20 ms veljajo za sprejemljive, da se preprečijo sledi pri hitrih gibanjih.

Ti zasloni imajo tudi izvorna ločljivost (na primer 1920 × 1080). Če se uporabljajo različne ločljivosti, se slika spremeni v velikost in lahko izgubi ločljivost. Pri izbiri monitorja je priporočljivo upoštevati vrsto plošče, največjo podprto ločljivost, odzivni čas, hitrost osveževanja (pri igralnih modelih) in razmik med slikovnimi pikami oziroma gostoto slikovnih pik.

Industrija se je še naprej usmerjala k tehnologijam, kot so LED, OLED, 3D zasloni in televizorji visoke ločljivostiki izboljšajo kontrast, reprodukcijo barv in energetsko učinkovitost, čeprav te podrobnosti bolj spadajo v področje potrošniške elektronike kot osnovne strojne opreme za osebne računalnike.

Ko pogledate odprt namizni računalnik, na koncu vidite le različne dele, ki skupaj tvorijo sistem: Stolp, ki zagotavlja prostor in prezračevanje, napajalnik, ki zagotavlja stabilno energijo, matična plošča, ki vse povezuje, procesor, ki naroča in izračunava, RAM in predpomnilnik, ki posredujeta podatke procesorju, diski, ki shranjujejo vaše podatke, grafična kartica in monitor, ki vam jih prikazujeta, ter vrata in periferne naprave, ki vam omogočajo interakcijo.Razumevanje vsakega od teh delov in njihove medsebojne povezave je najbolj neposreden način za obvladovanje strojne opreme iz nič, ne da bi morali biti inženir ali trpeti zaradi nemogočih tečajev.