Як працює комп'ютер і його комплектуючі
Світ активно комп'ютеризується. Але, разом з тим, принципи роботи домашніх, планшетних і інших ПК не завжди активно вивчаються користувачами. Розглянемо основні аспекти, що стосуються устрою комп'ютера, його продуктивності та особливостей функціонування програм.
Основні принципи роботи комп'ютера
Головне завдання комп'ютера - це обчислення. Решта операції і скільки-небудь значимі з точки зору потреб людини дії, що виконуються на ньому - суть похідні. Структура обчислень, про які йде мова, багаторівнева. Вивчення її допоможе нам зрозуміти, як працює комп'ютер.
На найнижчому рівні мікросхеми ПК "обробляють" біти - двійкові сигнали, що складаються з нулів і одиниць. Ніяких інших цифр на цьому рівні немає, і на ньому комп'ютер, скоріше, не обчислює щось, а правильно розставляє послідовність нулів і одиниць. Для чого? Справа в тому, що 8 бітів утворюють байт. Який, у свою чергу, стає основою наступного рівня обчислень.
Нескладно підрахувати, що можлива кількість комбінацій бітів в одному байті - 256, тобто 2 в 8-го ступеня. Чому 2? Тому що цифр в бите, як ми вже сказали вище, тільки дві - 0 і 1. На практиці об'єднання бітів в байти дозволяє "закодувати" в останніх якусь інформацію. Наприклад, букву, цифру або, скажімо, розділовий знак. Як працює комп'ютер на цьому рівні? Він перетворює байти в практично значущі для людини об'єкти на екрані - текст, пікселі, складові картинку, звуки і т. Д.
Наступний рівень - це обчислення, пов'язані з операціями з тією інформацією, що складена з байтів. Тобто якщо це текст, то це може бути його редагування, форматування, друк. Якщо музика або відео - то програвання, запис і т. П.
Такі основні принципи того, як працює комп'ютер. Разом з тим, кожен з рівнів, зазначених вище, не існує окремо від іншого. Разом вони формують операційне середовище обчислень. Яка також неоднорідна. Виходячи із сучасних теоретичних уявлень в галузі інформатики, фахівці виділяють два компоненти операційного середовища, в якій відбуваються обчислення, - апаратне і програмне забезпечення. Вивчимо особливості кожного.
Апаратне забезпечення
Апаратна частина (на сленгу IT-фахівців - "залізо", рідше "хард", від англ. Hardware) - це все мікросхеми, механізми і пристрої, що забезпечують роботу комп'ютера. Класифікація компонентів апаратного забезпечення може бути різною. Все залежить від конкретного типу пристрою. Що стосується типово "домашніх" ПК, то "залізо", встановлене на ньому, представлено набором таких компонентів:
1. Системний блок. У ньому, як правило, розташовуються:
- процесор;
- материнська плата;
- відеокарта;
- аудіокарта;
- оперативна пам'ять;
- жорсткий диск;
- DVD або CD-привід;
- мережева карта.
2. Монітор.
3. Засоби управління - як правило, це клавіатура і миша.
4. Периферійні пристрої - модеми, принтери, сканери, роутери і т. д.
Можливий варіант, при якому якісь з перерахованих вище пристроїв взаємним чином інтегровані. Наприклад, ряд моделей материнських плат включає в себе вбудовану відео- і аудіокарту. Багато що залежить від типу обчислювальної техніки. Наприклад, те, як працює планшетний комп'ютер, може відрізнятися від основних принципів функціонування десктопа - настільного ПК.
Програмне забезпечення
Наступний компонент операційного середовища, в якій здійснюються обчислення, - це програмне забезпечення, або ПЗ (зване також на сленгу фахівців софтом). Воно являє собою набір алгоритмів, що дозволяють управляти "залізом". Тобто без програмного забезпечення апаратні компоненти комп'ютера не несуть ніякої користі. Навіть на самому першому рівні, де ПК обробляє нулі і одиниці - і там "залізо" діє згідно запрограмованим алгоритмам.
Знову ж таки, в залежності від типу комп'ютера, механізми класифікації софта можуть відрізнятися. У роки, коли IT-індустрія тільки зароджувалася, існували цілі інженерні дисципліни, слухачі яких освоювали те, як навчитися працювати на комп'ютері, що був прилад розміром з гараж. Що стосується сучасних домашніх ПК, ситуація, звичайно, простіше. Більшість видів ПО являють собою доброзичливий, зрозумілий на рівні інтуїції, забезпечений докладною довідкою, розрахованої на середньостатистичного користувача, інструмент управління. Виходячи з уявлень сучасних теоретиків, програми можна поділити на такі основні типи:
- системне ПЗ (дає можливість користувачеві вирішувати завдання, пов'язані з функціями ПК: як подивитися, скільки комп'ютер працює, які програми запущені і т. д.);
- прикладне ПЗ (призначене для вирішення практично значимих для користувача завдань - друкування тексту, малювання, програмування, прослуховування музики, перегляду відео і т. д.).
Але чіткої межі між цими двома типами програмного забезпечення немає. Наприклад, завдання: "Як дізнатися, скільки працює комп'ютер за часом?" (Начебто, типово системна) може бути поставлена з прикладною метою. Наприклад, з тим, щоб запрограмувати запуск якоїсь програми або файлу за розкладом.
Як працює комп'ютер в плані взаємодії апаратного забезпечення і ПО? Дуже просто. Користувач ставить перед машиною "завдання", вводячи дані в програму за допомогою елемента керування ПК - клавіатури або миші. Наприклад: "зробити шрифт тексту червоним" (на практиці - виділивши потрібну область букв на екрані і натиснувши на відповідну область палітри в Word). Програма "повідомляє" апаратного забезпечення (домовимося, що монітору і відеокарти), що необхідно видати на екран такий-то ділянку червоного кольору. Відеокарта і монітор, "взаємодіючи" між собою, видають користувачеві потрібний результат: текст на обраному ділянці стає червоним. Зрозуміло, все це відбувається за частки секунди.
При цьому швидкість прийняття рішень комп'ютером зумовлюється особливою його характеристикою - продуктивністю. Якщо вона висока, то "залізо" зможе приймати більше "розпоряджень" від програм за одиницю часу, внаслідок чого користувач вирішує свої завдання швидше. Розглянемо даний аспект.
Продуктивність ПК
Продуктивність ПК залежить головним чином від рівня технологічності "заліза". Хоча і грамотність, і якість опрацювання алгоритмів в ПО - теж важлива умова. Буває так, що якийсь компонент апаратного забезпечення може бути високопродуктивним, але програма, "керуюча" їм, нездатна повною мірою задіяти наявний ресурс. В архітектурі сучасних "домашніх" ПК за продуктивність відповідають два базових виду "заліза" - це процесор і оперативна пам'ять. Чому саме вони?
Процесор
Як працює процесор комп'ютера? Яка його головна задача? Працює він подібно багатьом іншим типам мікросхем. У кристалі кремнію присутні області, відповідальні за обробку нулів і одиниць, об'єднання їх в байти і подальшу передачу їх в "компетенцію" інших компонентів апаратного забезпечення (так само як і зворотні операції).
Винахід процесора стало справжньою знахідкою в комп'ютерній індустрії. Довгий час в обчислювальних машинах даного компонента просто не було: операції з цифрами розподілялися по різних дільницях апаратного забезпечення. Але наприкінці 60 - початку 70-х років інженери все ж вирішили, що доцільніше концентрувати ключові, а в математичному плані - найбільш складні, операції в одній мікросхемі, "шефство" над іншими.
Продуктивність процесора вимірюється в тактовій частоті, кількості операцій в секунду. Одиниця виміру тут - Герц. На практиці, якщо говорити про сучасних моделях мікросхем, мова йде, як правило, про сотні мільйонів, про мільярди операцій за секунду. Тому при фабричній маркуванні відповідний показник продуктивності процесорів виражається в мегагерцах (МГц) і гігагерцах (ГГц). Загальне правило: чим цифра вища, тим швидше буде працювати "шефство" мікросхема ПК, а значить, і весь комп'ютер в цілому.
Слід зазначити нюанс: сучасні процесори, виконуючи велику кількість операцій, як правило, сильно гріються. Як дізнатися, чи працював комп'ютер? Потрібно просто прикласти руку до системного блоку. Якщо він відчутно теплий, значить, його тільки що вимкнули.
На процесори, таким чином, потрібно ставити кулер. Інакше головна мікросхема перегорить. Як працює кулер комп'ютера? Він попросту дме на процесор потужним потоком холодного повітря, охолоджуючи його. Потужність кулера виражається в оборотах на хвилину. Чим цей показник вищий, тим ефективніше охолоджується процесор.
Оперативна пам'ять
Як працює пам'ять комп'ютера - інший найважливіший апаратний ресурс ПК, що прямо впливає на його продуктивність? Справа в тому, що процесор, в силу особливостей своєї структури, не наділений здатністю оперативно, тактично "запам'ятовувати" вироблені обчислювальні операції з тим, щоб використовувати їх результати в подальшому. "Шефство" мікросхемі потрібен "блокнот" для того, щоб фіксувати проміжні підсумки роботи з цифрами.
І цим самим блокнотом виступає оперативна пам'ять. Називається вона також ОЗУ. Або оперативно-запам'ятовуючий пристрій. Чим більше "блокнот" за обсягом, тим ефективніше буде відбуватися управління рештою мікросхемами, і тим швидше буде працювати комп'ютер в цілому. Основний ресурс оперативної пам'яті - це її ємність. Обчислюється вона в байтах - тих самих базових одиницях інформації, про які йшла мова вище. Але, якщо говорити про сучасних моделях ПК, відповідні показники виражаються в сотнях мільйонів і гигабайтах одиниць ємності - в мегабайтах (МБ) і гигабайтах (ГБ).
До речі, оперативна пам'ять і процесор мають ряд спільних ознак. Відносно першого апаратного компонента - у ОЗУ теж є показник, що відображає кількість операцій в секунду. Відповідно, чим він більший, тим ефективніше відбувається взаємодія між пам'яттю і процесором: у них буде можливість "бігти" в одному темпі.
У свою чергу, у процесора теж є трохи вбудованої ОЗУ. Називається вона "кеш-пам'ять". Чим її більше - тим менше у "шефство" мікросхеми буде приводу "відволікати" основну оперативну пам'ять, і тим продуктивніше буде робота ПК в цілому.
Як змусити комп'ютер працювати швидше? Спосіб один - встановити на нього процесор або ОЗУ з якомога більшими показниками за основними характеристиками. Безумовно, в якихось аспектах важливі параметри також і інших апаратних компонентів - тієї ж відеокарти, жорсткого диска. Але ключові елементи, що впливають на продуктивність, - це процесор і пам'ять. Якщо їх потужності низькі, то характеристики інших видів "заліза" мати значення не будуть. Разом з тим, корисно буде дізнатися, якого роду завдання виконують деякі "підзвітні" процесору апаратні компоненти.
Відеокарта
Почнемо з відеокарти. Вона відповідає за візуалізацію обчислень, подання їх результатів перед користувачем. Цікаво, що у відеокарті є свій процесор і своя пам'ять. Причому, за характеристиками (частотою і обсягом) вони можуть в ряді випадків навіть перевершувати "шефство" компоненти. І це абсолютно нормально, виходячи із завдань, покладених на відеокарту. Справа в тому, що сучасні комп'ютерні ігри вимагають дуже великої продуктивності ПК. Ресурсів основного процесора і пам'яті може просто не вистачати на необхідні обчислення. Тому сучасні відеокарти беруть на себе значну частину операцій, в результаті чого обробка даних йде швидше. Підсумок радує - гра не "гальмує" і не "висне".
Тому питання про те, як змусити комп'ютер працювати швидше, може виявитися особливо актуальний, якщо на ПК стоїть застаріла, що володіє скромними характеристиками, відеокарта.
Продуктивність даного апаратного компонента вимірюється одночасно і в тактовій частоті - мегагерцах і гігагерцах, і в об'ємі вбудованої пам'яті - мегабайтах і гігабайтах. Однак, як ми вже сказали вище, просто замінити одну відеокарту інший, як правило, недостатньо. Ключові апаратні компоненти продуктивності ПК - процесор і пам'ять. Їх, мабуть, також доведеться міняти на більш потужні, слідом за відеокартою.
Монітор
Як працює монітор комп'ютера? Справа в тому, що сама по собі відеокарта, як і процесор, функціонує на рівні "нулів і одиниць". Природно, що людина зрозуміти відповідний набір цифр не може. Монітор - це пристрій, який покликаний "переводити" сигнали з відеокарти в зрозумілі нам символи і картинки. Як перевірити, як працює комп'ютер? У більшості випадків досить просто включити монітор. Якщо зображення є - значить, все функціонує нормально. Історично саме розглянутий апаратний компонент передував появі багатьох інших - зокрема, того ж процесора. З точки зору практичної корисності комп'ютера, роль монітора винятково важлива, і це очевидно. Як правило, характеристики цього компонента прямо не впливають на продуктивність. Монітор - це скоріше пасивний вид "заліза", що виконує функцію посередника між машиною і користувачем. Однак іноді може мати значення його розмір. Занадто маленький монітор може виявитися незручний для вирішення користувальницьких задач.
Основних критеріїв стандартизації два - дозвіл і величина діагоналі. Перший виражається в пікселях, або "точках" - кількості одиничних елементів зображення на екрані по горизонталі і вертикалі. Другий - як правило, в дюймах, але іноді і в сантиметрах.
Жорсткий диск
Вище ми сказали, що процесор може відчувати потребу в "блокноті" для запису тактичних результатів операцій. Жорсткий диск, званий також "вінчестером", - це ресурс, де фіксуються дані на постійній основі. Свого роду "зошит" процесора. Практично значущі для людини результати обчислень процесора - це файли: текстові, графічні, мультимедійні. Вони-то і зберігаються на жорсткому диску.
Головна характеристика даного апаратного компонента - об'єм. Виражається він, за аналогією з принципами, реалізованими в ОЗУ, в байтах. На практиці - в мегабайтах, гігабайтах і навіть терабайт. Відповідно, чим більше цифра, що відображає обсяг жорсткого диска, тим більше файлів на ньому може бути розміщено. Ще один показник продуктивності "вінчестера" - кількість обертів на хвилину. Справа в тому, що він в буквальному сенсі є диском, крутиться навколо своєї осі. Чим швидше, тим оперативніше записуються або зчитуються файли.
Баланс знань і навичок
Знання основних принципів роботи ПК - одна з умов того, як навчитися працювати на комп'ютері. У багатьох випадках користувачі обмежуються освоєнням навичок конкретних програм, які не особливо замислюючись про те, як так виходить, що даний тип ПО так чудово працює. Звичайно, не рахуючи розглянутих вище аспектів, є велика кількість цікавих областей, які можна вивчити. Наприклад, тих, що дають відповідь на питання про те, як працює блок живлення комп'ютера, модем, мережева карта, принтер, провідні та Wi-Fi-інтерфейси і т. д. Але, володіючи базовими знаннями в області апаратних компонентів ПК, завжди легко зрозуміти особливості функціонування будь-яких інших видів "заліза".
