Как работает компьютер и что внутри?

Компьютеры превратились из простых устройств в основной продукт 21 века всего за несколько десятилетий. Но, несмотря на то, что это относительно новая технология, большинство людей понятия не имеют, как простой прямоугольник - достаточно маленький, чтобы уместиться ваш рюкзак - способен на все: от сложных математических вычислений до воспроизведения видео, аудио и сложных задач. программное обеспечение.

Итак, как работает компьютер и какие компоненты вам понадобятся для его создания?

Что такое компьютер?

Компьютер - это программируемое электронное устройство, способное обрабатывать информацию. Состоящие из аппаратного и программного обеспечения, компьютеры работают на двух уровнях: они получают данные по входному маршруту, либо в реальном времени, либо через цифровой блок хранения, и отправляют выходные данные.

Современные компьютеры не следует путать с устаревшей работой компьютеров 19 века. Хотя они оба выполняют долгие и утомительные математические вычисления и обработку информации, один - человек, а другой - машина.

Как работает компьютер?

Компьютер обрабатывает ввод для получения желаемого результата, но как машина превосходит человеческий мозг?

Обычные компьютеры не пытаются имитировать человеческий мозг. Вместо этого они запускают команды последовательно, при этом данные постоянно перемещаются от ввода и из памяти к процессору устройства. С другой стороны, нейроморфные компьютеры одновременно обрабатывают данные, делая их быстрее, энергоэффективнее и ближе к структуре человеческого мозга.

В целом компьютер работает в четыре этапа:

1. Вход: Вход - это данные до обработки. Он исходит от мыши, клавиатуры, микрофона и других внешних датчиков.
2. Место хранения: Хранилище - это то, как компьютер сохраняет входные данные. Жесткий диск используется для долгосрочного и массового хранения данных, в то время как набор данных для немедленной обработки временно сохраняется в оперативной памяти (RAM).
3. Обработка: Обработка - это когда ввод преобразуется в вывод. Центральный процессор (ЦП) компьютера - это его мозг. Он отвечает за выполнение инструкций и выполнение математических операций над входными данными.
4. Выход: Выход - это конечный результат обработки данных. Это может быть что угодно: изображения, видео или аудиоконтент, даже слова, которые вы вводите с клавиатуры. Вы также можете получать выходные данные через принтер или проектор, а не напрямую через свое устройство.

Аппаратные компоненты компьютера

Чем проще задача, которую должен выполнять компьютер, тем проще его собрать. Вот почему старые компьютеры являются упрощенными по сравнению с их современными аналогами с ограниченными возможностями.

Аппаратные компоненты - это все, что вы можете физически коснуться и увидеть на компьютере, включая все устройства ввода и вывода, от клавиатуры, микрофонов и мышей до экранов и динамиков.

Аппаратное обеспечение также является физическими процессорами, такими как хранилище, ЦП, видеокарта, звуковая карта, оперативная память и материнская плата, которые играют важную роль в современных компьютерах.

Материнская плата

Материнская плата является основным узлом связи между аппаратными компонентами компьютера. Это основная цепь, к которой необходимо физически подключиться все, за исключением тех, которые используют Bluetooth или Wi-Fi. Без материнской платы невозможно иметь работающий современный компьютер.

Процессор

Если материнская плата является коммуникационным концентратором, то центральный процессор является коммуникационным директором. Он принимает и интерпретирует ввод и инструкции и отправляет сигналы другим компонентам о том, что именно делать с данными для желаемого вывода. Чем больше ядер у ЦП, тем больше операций он может выполнять одновременно.

баран

Оперативная память - это главный помощник центрального процессора. Вместо того, чтобы искать данные в достаточно большом запоминающем устройстве, ОЗУ хранит данные, используемые операционной системой, любым запущенным программным обеспечением и входящими данными. Чем больше емкость ОЗУ, тем более тяжелое программное обеспечение может работать, не замедляя работу устройства.

HDD / SSD

HDD означает жесткий диск. Это компонент, который постоянно хранит ваши мультимедиа и приложения, включая операционную систему (ОС). Они различаются по размеру и производительности от нескольких сотен гигабайт (ГБ) до нескольких терабайт (ТБ).

Вы также можете столкнуться с твердотельными накопителями (SSD), которые представляют собой другой тип оборудования для хранения данных. SSD и HDD полезны для разных вещей, и многие пользователи комбинируют диски, чтобы добиться максимальной производительности.

Графический процессор

Графический процессор (GPU) предназначен для обработки визуальных изображений на вашем компьютере. Мощные графические процессоры необходимы для рендеринга высококачественных изображений и графики или для игр в видеоигры. Обработка графики может быть либо собственными компонентами, либо интегрирована с ЦП.

Звуковая карта

Звуковые карты несут ответственность за обработку слуховых данных и их отправку вашим спикерам. Точно так же звуковая карта может быть отдельной частью или интегрирована с процессором.

Программные компоненты компьютера

Современные компьютеры используют комбинацию аппаратных и программных компонентов, которые работают вместе для обработки сложных входных и выходных данных.

Программное обеспечение - это заранее написанный набор инструкций, которые говорят вашему компьютеру, что делать. Это цифровая программа, а не физический компонент, который можно увидеть, открыв крышку компьютера или ноутбука.

И, как и ваше компьютерное оборудование, разные типы программного обеспечения выполняют разные роли в функционировании вашего компьютера.

Прошивка

В прошивке стирается грань между аппаратным и программным обеспечением. Это программное обеспечение, физически встроенное в аппаратное обеспечение.

Прошивка - это первое, что запускает ваш компьютер, когда вы его включаете, простая программа, которая дает команду вашему компьютеру запустить ОС. Без него ваш компьютер не запустит вашу операционную систему или другие компоненты, и вы застрянете на оборудовании, с которым не сможете взаимодействовать.

Операционная система (ОС)

Операционная система - это часть программного обеспечения, которая управляет аппаратными и программными ресурсами вашего компьютера. Точно так же без ОС вы не можете общаться со своим компьютером даже с помощью устройств ввода.

Будущее компьютеров

Компьютеры, использующие модель последовательной обработки, станут только дешевле, меньше, быстрее и эффективнее. Однако традиционный компьютерный дизайн и архитектура достигают своего предела. Вместо этого вы можете ожидать роста современной вычислительной архитектуры, которая не зависит в первую очередь от технологий. разработан более 50 лет назад, от перспективы нейроморфных компьютеров до более доступных квантовых компьютеры.

Нанокомпьютеры: действительно ли компьютеры могут быть микроскопическими?

Компьютеры становятся все меньше, но будут ли они когда-нибудь настолько малы, что невидимы невооруженным глазом?

Читать далее

Об авторе