Что из следующего относится к компьютерному оборудованию
Обновлено: 21.11.2024
Компьютер — это удивительно полезная универсальная технология, до такой степени, что теперь камеры, телефоны, термостаты и многое другое превратились в маленькие компьютеры. В этом разделе будут представлены основные части и темы работы компьютерного оборудования. «Оборудование» — это физические части компьютера, а «программное обеспечение» — код, работающий на компьютере.
Чипы и транзисторы
- Транзистор — жизненно важный электронный блок.
—Транзисторы являются «твердотельными» — в них нет движущихся частей.
— Одно из самых важных изобретений в истории.
— «Переключатель», который мы можем включить. /выключено электрическим сигналом - Кремниевый чип – кусочек кремния размером с ноготь.
- Микроскопические транзисторы выгравированы на кремниевых чипах
- Чипы могут содержать миллиарды транзисторов.
- Чипсы упакованы в пластик с металлическими ножками.
- напр. Микросхемы ЦП, микросхемы памяти, флэш-чипы
- Силикон (металлоид) и силикон (мягкое вещество на кухонной утвари)
Вот кремниевый чип в пластиковой упаковке. Я вытащил это из кучи электронных отходов в здании Stanford CS, так что, наверное, оно старое. Это небольшой чип с несколькими «контактами» электрического соединения. Позже мы увидим более крупный чип с сотнями контактов.
Внутри пластиковой упаковки находится кремниевый чип размером с ноготь с выгравированными на его поверхности транзисторами и другими компонентами. Крошечные провода соединяют чип с внешним миром. (лицензия CC, атрибуция на шареалке 3. пользователь википедии Zephyris)
В современных компьютерах используются крошечные электронные компоненты, которые можно выгравировать на поверхности кремниевого чипа. (См.: чип из Википедии) Обратите внимание, что кремний (микросхемы, солнечные панели) и силикон (мягкий резиновый материал) — это разные вещи!
Самым распространенным электронным компонентом является "транзистор", который работает как усилительный клапан для потока электронов. Транзистор является «твердотельным» устройством, то есть в нем нет движущихся частей. Это основной строительный блок, используемый для создания более сложных электронных компонентов. В частности, «бит» (ниже) можно построить с компоновкой из 5 транзисторов. Транзистор был изобретен в начале 1950-х годов, заменив вакуумную лампу. С тех пор транзисторы становились все меньше и меньше, что позволяло размещать все больше и больше их на кремниевом чипе.
Закон Мура
- Транзисторы становятся в 2 раза меньше примерно каждые 2 года
– иногда указывается срок службы около 18 месяцев. - Может вместить в два раза больше транзисторов на чип
- Из-за более совершенной технологии травления чипов
-Но современный завод по производству чипов стоит более 1 миллиарда долларов - Наблюдение против научного "закона"
- 2 эффекта:
- а. чипы удваивают емкость каждые 2 года
-скорость не удваивается, емкость удваивается, что по-прежнему очень полезно - б. или при неизменной емкости чипы становятся меньше и дешевле каждые 2 года.
- (б) вот почему компьютеры теперь используются в автомобилях, термостатах и поздравительных открытках.
- Пример: емкость MP3-плеера 50 долларов США каждые 2 года: 2 ГБ, 4 ГБ, 8 ГБ, 16 ГБ.
- Практическое правило: увеличение емкости в 8 раз каждые 6 лет.
- В 8 раз за 6 лет емкость вашего телефона может увеличиться в 8 раз
- Вероятно, закон Мура не будет действовать вечно
Закон Мура (Гордон Мур, соучредитель Intel) гласит, что плотность транзисторов на микросхеме удваивается примерно каждые 2 года (иногда указывается каждые 18 месяцев). Увеличение связано с улучшением технологии производства чипов. Это не научный закон, а просто общее предсказание, которое, кажется, продолжает работать. В более широком смысле он отражает идею о том, что на доллар компьютерные технологии (не только транзисторы) с течением времени становятся лучше в геометрической прогрессии. Это совершенно ясно, если вы посмотрите на стоимость или возможности компьютеров/камер и т. д., которые у вас есть. Закон Мура приводит к появлению более мощных компьютеров (сравните возможности iPhone 7 и оригинального iPhone), а также к более дешевым компьютерам (компьютеры с меньшими возможностями появляются повсюду, например, в термостатах и автомобилях).
Компьютеры в жизни: системы управления
- Система управления: реагирует на внешнее состояние
- напр. автомобильный двигатель: изменяйте топливную смесь в зависимости от температуры
- напр. сработала подушка безопасности при больших перегрузках от столкновения
- Чипы — отличный и дешевый способ создания систем управления.
- Докомпьютерные системы управления работали не так хорошо
- Одна из причин, почему сегодня автомобили работают намного лучше
Система управления / Демонстрация фонарика Мура
- У фонарика Maglite XL200 есть фишка
- Пример системы управления
- Закон Мура делает возможным такое применение чипа
- Фонарик преобразует угловое положение в яркость. (1 клик)
- Также есть угол для режима скорости моргания. (2 клика)
Компьютерное оборудование — ЦП, ОЗУ и постоянное хранилище
Теперь давайте поговорим о трех основных компонентах, из которых состоит компьютер: ЦП, ОЗУ и постоянном хранилище. Эти три компонента есть на всех компьютерах: ноутбуках, смартфонах и планшетах.
1. ЦП
- ЦП – центральный процессор
- Действует как мозг: следует инструкциям в коде.
- "общее" — изображения, работа в сети, математика... все на ЦП
- Выполняет вычисления, например. добавить два числа
- по сравнению с ОЗУ и постоянное хранилище, в которых только хранятся данные
- "гигагерц" = 1 миллиард операций в секунду
- ЦП с частотой 2 ГГц выполняет 2 миллиарда операций в секунду.
ЦП — центральный процессор — неизбежно называют "мозгом" компьютера. ЦП выполняет активный «запуск» кода, манипулируя данными, в то время как другие компоненты играют более пассивную роль, например, хранят данные. Когда мы говорим, что компьютер может «складывать два числа миллиард раз в секунду»… это процессор. Когда вы нажимаете кнопку «Выполнить», ЦП в конечном итоге «запускает» ваш код. Позже мы дополним картину того, как ваш код Javascript выполняется процессором.
Кроме того: "ядра" процессора
- Современные чипы ЦП имеют несколько ядер.
- Каждое ядро является полунезависимым процессором.
- Ключ: 4 ядра не в 4 раза быстрее, чем 1 ядро.
- т.е. 4 машины не доставят вас туда быстрее, чем 1 машина
- Убывающая отдача
- Более 4 ядер часто бесполезны
Примеры ЦП
- напр. Кнопка "Выполнить" — "распечатать информацию", посчитать.
- напр. Отправить текстовое сообщение — отформатировать байты, отправить байты, проверить, что они были отправлены
Вариант CPU: GPU — графический процессор
- Подобен процессору, но предназначен для обработки изображений.
- Компьютерные игры активно используют GPU
- Современные ЦП в большинстве случаев достаточно быстры, больше энергии уходит на ГП.
2. ОЗУ
- ОЗУ – оперативное запоминающее устройство
- Действует как доска.
- Временное рабочее хранилище, байты
- ОЗУ хранит как код, так и данные (временно)
- напр. открыть изображение в Photoshop
- данные изображения загружаются в байты оперативной памяти - напр. добавление 2 к числу в калькуляторе
- управление байтами в оперативной памяти - "постоянная"
-ОЗУ не является постоянной. Состояние исчезает при выключении питания
-e.g. Вы работаете над документом, затем отключается питание, и вы теряете свою работу (вместо "Сохранить")
ОЗУ — оперативное запоминающее устройство или просто «память». Оперативная память — это оперативная память, которую компьютер использует для хранения кода и данных, которые активно используются. ОЗУ фактически является областью хранения байтов под управлением ЦП. Оперативная память относительно быстра и способна извлекать значение любого конкретного байта за несколько наносекунд (1 наносекунда составляет 1 миллиардную долю секунды). Другая важная особенность ОЗУ заключается в том, что оно сохраняет свое состояние только до тех пор, пока на него подается питание — ОЗУ не является «постоянным» хранилищем.
Предположим, вы работаете на своем компьютере, и он внезапно теряет питание, и экран гаснет. Вы понимаете, что то, над чем вы работали, пропало. Оперативная память была очищена, осталось только то, что вы в последний раз сохранили на диск (ниже).
Примеры оперативной памяти
- В вашем браузере открыто много вкладок
– данные для каждой вкладки находятся в оперативной памяти - Выполняется программа
- код программы находится в оперативной памяти - Программа манипулирует большим изображением
- данные изображения находятся в оперативной памяти - напр. у вас может закончиться оперативная память — вы не сможете открыть новую вкладку или программу, потому что вся оперативная память занята
- Кроме того, теперь телефоны имеют от 2 до 4 ГБ ОЗУ . достаточно для большинства целей
3. Постоянное хранилище: жесткий диск, флэш-накопитель
- Постоянное хранение байтов
- "Постоянный" означает сохранение, даже если питание отключено.
- напр. Жесткий диск — хранит байты в виде магнитного узора на вращающемся диске.
— он же «жесткий диск».
— Высокий звук вращения, который вы, возможно, слышали. - Жесткие диски долгое время были основной технологией постоянного хранения данных.
- НО сейчас Flash становится все более популярным.
Видео о том, как работает жесткий диск (Webm — открытый стандартный видеоформат, работает в Firefox и Chrome). 4:30 в видео, чтобы увидеть чтение/запись битов.
Постоянное хранилище, новая технология: флэш-память
- "Flash" – это транзисторная технология постоянного хранения данных.
"твердое состояние" – отсутствие движущихся частей. -aka "SSD": твердотельный накопитель - Флэш-память лучше жесткого диска во всех отношениях, но стоит дешевле: быстрее, надежнее, потребляет меньше энергии.
- Флэш дороже в пересчете на байт.
- Форматы: USB-ключ, SD-карта в камере, флэш-память, встроенная в телефон, планшет или компьютер.
- Раньше флэш-память была очень дорогой, поэтому в большинстве компьютеров использовались жесткие диски.
- Flash дешевеет (закон Мура)
- Однако в пересчете на байт жесткие диски по-прежнему значительно дешевле.
- Не путать с проприетарным мультимедийным форматом Adobe Flash.
- Предупреждение: флэш-память не сохраняется вечно. Он может не хранить биты за последние 10 или 20 лет. Никто точно не знает
Постоянное хранилище — долговременное хранилище байтов в виде файлов и папок. Постоянный означает, что байты сохраняются даже при отключении питания. Ноутбук может использовать вращающийся жесткий диск (также известный как «жесткий диск») для постоянного хранения файлов. Или он может использовать «флэш-накопитель», также известный как твердотельный диск (SSD), для хранения байтов на флэш-чипах. Жесткий диск считывает и записывает магнитные узоры на вращающемся металлическом диске для хранения байтов, в то время как флэш-память является «твердотельной»: никаких движущихся частей, только кремниевые чипы с крошечными группами электронов для хранения байтов. В любом случае хранилище является постоянным, т. е. сохраняет свое состояние даже при отключении питания.
Флэш-накопитель работает быстрее и потребляет меньше энергии, чем жесткий диск. Однако в пересчете на байт флэш-память значительно дороже, чем хранилище на жестком диске. Flash дешевеет, поэтому может занять нишу за счет жестких дисков. Флэш-память намного медленнее, чем оперативная память, поэтому она не является хорошей заменой оперативной памяти. Обратите внимание, что Adobe Flash — это несвязанное понятие; это проприетарный медиаформат.
Флэш-память — это то, что лежит в основе USB-накопителей, SD-карт для использования в камерах или встроенной памяти в планшете или телефоне.
Файловая система
- Как организованы байты в постоянном хранилище?
- напр. Байты на флешке?
- "Файловая система" – организация байтов постоянного хранилища, файлов и папок.
- "Файл" — имя, дескриптор блока байтов.
- напр. "flowers.jpg" означает 48 КБ данных изображения.
Жесткий диск или флэш-накопитель обеспечивает постоянное хранение в виде плоской области байтов без особой структуры. Обычно жесткий диск или флэш-диск отформатированы с использованием «файловой системы», которая организует байты в знакомый шаблон файлов и каталогов, где каждый файл и каталог имеют несколько полезное имя, например «resume.txt». Когда вы подключаете диск к компьютеру, компьютер представляет файловую систему диска пользователю, позволяя ему открывать файлы, перемещать файлы и т. д.
По сути, каждый файл в файловой системе относится к блоку байтов, поэтому имя «flowers.jpg» относится к блоку 48 КБ байтов, которые являются данными этого изображения. Фактически файловая система дает пользователю имя (и, возможно, значок) для блока байтов данных и позволяет пользователю выполнять операции с этими данными, например перемещать их, копировать или открывать с помощью программы. Файловая система также отслеживает информацию о байтах: их количество, время последнего изменения.
Microsoft использует проприетарную файловую систему NTFS, а Mac OS X имеет собственный эквивалент HFS+ от Apple. Многие устройства (камеры, MP3-плееры) используют на своих флеш-картах очень старую файловую систему Microsoft FAT32. FAT32 — старая и примитивная файловая система, но она хороша там, где важна широкая поддержка.
Примеры постоянного хранилища
- Это легко понять, так как вы использовали файлы и файловые системы.
- напр. 100 отдельных видеофайлов по 1 ГБ. Требуется 100 ГБ дискового пространства.
Изображения оборудования
Ниже представлены изображения недорогих компьютеров Shuttle с процессором 1,8 ГГц, 512 МБ ОЗУ и жестким диском на 160 ГБ. Примерно в 2008 году он стоил около 200 долларов США. Он сломался и стал классным примером.
- Материнская плата
- Металлический пакет ЦП, удерживаемый рычагом
- Медный радиатор
- Чип процессора в металлическом корпусе
- Радиатор удален.
- Низ упаковки... много соединений (маленькие провода)
Если перевернуть ЦП, видны маленькие позолоченные накладки в нижней части ЦП. Каждая контактная площадка соединена очень тонким проводом с точкой на кремниевом чипе.
Вот изображение другого чипа, но без верхней упаковки. Вы видите кремниевый чип размером с мизинец в центре с выгравированными на нем крошечными деталями транзистора. На краю чипа видны очень тонкие провода, соединяющие части чипа с внешними контактными площадками (лицензия CC, атрибуция 3. пользователь википедии Zephyris)
- Карта оперативной памяти
- Подключается к материнской плате
- Карта на 512 МБ (4 чипа)
Оперативная память состоит из нескольких микросхем, объединенных в небольшую плату, известную как DIMM, которая вставляется в материнскую плату (модуль памяти с двумя встроенными разъемами).Здесь мы видим модуль RAM DIMM, извлеченный из разъема материнской платы. Это модуль DIMM емкостью 512 МБ, состоящий из 4 микросхем. Несколькими годами ранее этот модуль DIMM мог потребовать 8 микросхем для хранения 512 МБ. Закон Мура в действии.
- Жесткий диск объемом 160 ГБ (постоянное хранилище)
- т.е. постоянный
- Подключается к материнской плате стандартным кабелем SATA.
- Флэш-накопитель (другой тип постоянного хранилища)
- т.е. постоянный
- Содержит флэш-чип, твердотельный.
- SD-карта, аналогичная идея
Здесь он разобран, показывая флэш-чип, который фактически хранит байты. Этот чип может хранить около 1 миллиарда бит... сколько это байтов? (A: 8 бит на байт, то есть около 125 МБ)
Вот "SD-карта", которая обеспечивает хранение в камере. Он очень похож на флешку, только другой формы.
Компьютерное оборудование (обычно называемое просто аппаратным обеспечением, когда речь идет о вычислительном контексте) – это совокупность физических элементов, составляющих компьютерную систему. Компьютерное оборудование — это физические части или компоненты компьютера, такие как монитор, мышь, клавиатура, хранилище компьютерных данных, жесткий диск (HDD), графические карты, звуковые карты, память, материнская плата и т. д., все из которых физические объекты, которые осязаемы. Напротив, программное обеспечение — это инструкции, которые могут храниться и выполняться аппаратным обеспечением.
Программное обеспечение – это любой набор машиночитаемых инструкций, которые предписывают процессору компьютера выполнять определенные операции. Сочетание аппаратного и программного обеспечения образует пригодную для использования вычислительную систему.
Архитектура фон Неймана
Схема архитектуры фон Неймана.
Шаблоном для всех современных компьютеров является архитектура фон Неймана, подробно описанная в статье 1945 года венгерского математика Джона фон Неймана. В нем описывается архитектура конструкции электронного цифрового компьютера с подразделениями блока обработки, состоящего из арифметико-логического блока и регистров процессора, блока управления, содержащего регистр инструкций и программный счетчик, памяти для хранения как данных, так и инструкций, внешнего запоминающего устройства, и механизмы ввода и вывода. [3] Значение термина эволюционировало и означает компьютер с хранимой программой, в котором выборка инструкций и операция с данными не могут выполняться одновременно, поскольку они используют общую шину. Это называется узким местом фон Неймана и часто ограничивает производительность системы.
Продажи
Третий год подряд продажи через каналы B2B (продажи через дистрибьюторов и коммерческих реселлеров) в США выросли: к концу 2013 года они выросли почти на 6 % и составили 61,7 миллиарда долларов. Впечатляющий рост стал самым быстрым ростом продаж с момента окончания рецессии. Рост продаж ускорился во второй половине года, достигнув пика в четвертом квартале, увеличившись на 6,9 % по сравнению с четвертым кварталом 2012 года.
Разные системы
Сегодня используется несколько различных типов компьютерных систем.
Персональный компьютер
Аппаратное обеспечение современного персонального компьютера: 1. Монитор 2. Материнская плата 3. Процессор 4. Оперативная память 5. Карты расширения6. Источник питания 7.Привод оптических дисков8. Жесткий диск9. Клавиатура 10.Мышь.
Внутри изготовленного на заказ компьютера: блок питания внизу имеет собственный охлаждающий вентилятор.
Персональный компьютер, также известный как ПК, является одним из наиболее распространенных типов компьютеров благодаря своей универсальности и относительно низкой цене. Ноутбуки, как правило, очень похожи, хотя могут использовать компоненты с меньшим энергопотреблением или меньшими размерами.
Корпус компьютера представляет собой пластиковый или металлический корпус, в котором находится большинство компонентов. Те, что можно найти на настольных компьютерах, обычно достаточно малы, чтобы поместиться под столом, однако в последние годы более распространенными стали более компактные конструкции, такие как универсальные конструкции от Apple, а именно iMac. Хотя корпус в основном может быть большим или маленьким, важнее то, для какого форм-фактора материнской платы он предназначен. Ноутбуки — это компьютеры, которые обычно имеют форм-фактор раскладушки, однако в последние годы стали появляться отклонения от этого форм-фактора, такие как ноутбуки со съемным экраном, которые сами по себе становятся планшетными компьютерами.
Электропитание
Блок питания (PSU) преобразует электроэнергию переменного тока (AC) в низковольтную энергию постоянного тока для внутренних компонентов компьютера. Ноутбуки могут работать от встроенного аккумулятора обычно в течение нескольких часов.
Материнская плата
Материнская плата является основным компонентом компьютера.Это большая прямоугольная плата со встроенной схемой, которая соединяет другие части компьютера, включая ЦП, ОЗУ, дисководы (CD, DVD, жесткий диск или любые другие), а также любые периферийные устройства, подключенные через порты или слоты расширения.
К компонентам, непосредственно прикрепленным к материнской плате или являющимся ее частью, относятся:
- ЦП (центральный процессор) выполняет большую часть вычислений, обеспечивающих работу компьютера, и иногда его называют «мозгом» компьютера. Обычно он охлаждается радиатором и вентилятором. Большинство новых процессоров включают встроенный графический процессор (GPU).
- Набор микросхем, включающий северный мост, обеспечивает связь между ЦП и другими компонентами системы, включая основную память.
- Оперативная память (ОЗУ) хранит код и данные, к которым активно обращается ЦП.
- В постоянном запоминающем устройстве (ПЗУ) хранится BIOS, который запускается, когда компьютер включается или иным образом начинает выполнение, процесс, известный как начальная загрузка или «загрузка» или «загрузка». BIOS (базовая система ввода-вывода) включает загрузочную прошивку и прошивку управления питанием. В более новых материнских платах вместо BIOS используется унифицированный расширяемый интерфейс встроенного ПО (UEFI).
- Шины соединяют ЦП с различными внутренними компонентами и платами расширения для графики и звука.
- Батарея CMOS также прикреплена к материнской плате. Эта батарейка такая же, как батарейка для часов или батарейка для пульта к центральному замку автомобиля. Большинство батарей имеют тип CR2032, который питает память даты и времени в чипе BIOS.
Дополнительные карты
Плата расширения в вычислительной технике — это печатная плата, которую можно вставить в слот расширения материнской платы или объединительной платы компьютера, чтобы расширить функциональные возможности компьютерной системы через шину расширения. Карты расширения можно использовать для получения или расширения функций, не предлагаемых материнской платой.
Устройства хранения
Компьютерное хранилище данных, часто называемое хранилищем или памятью, относится к компьютерным компонентам и носителям записи, которые сохраняют цифровые данные. Хранение данных является основной функцией и фундаментальным компонентом компьютеров. Цена на твердотельные накопители (SSD), которые хранят данные во флэш-памяти, за последние годы значительно снизились, что делает их лучшим выбором, чем когда-либо, для добавления к компьютеру, чтобы ускорить загрузку и доступ к файлам.
- Фиксированные носители
- Данные хранятся на компьютере с использованием различных носителей. Жесткие диски используются практически во всех старых компьютерах из-за их большой емкости и низкой стоимости, но твердотельные накопители быстрее и энергоэффективнее, хотя в настоящее время они дороже жестких дисков, поэтому их часто можно найти в более дорогих компьютерах. В некоторых системах может использоваться контроллер дискового массива для повышения производительности или надежности.
- Для передачи данных между компьютерами можно использовать флэш-накопитель USB или оптический диск. Их полезность зависит от возможности чтения другими системами; на большинстве машин есть дисковод для оптических дисков, и практически все имеют порт USB.
Периферийные устройства ввода и вывода
Устройства ввода и вывода обычно располагаются снаружи корпуса основного компьютера. Следующее является либо стандартным, либо очень общим для многих компьютерных систем.
- Ввод
- Устройства ввода позволяют пользователю вводить информацию в систему или управлять ее работой. Большинство персональных компьютеров оснащены мышью и клавиатурой, но в ноутбуках вместо мыши обычно используется сенсорная панель. К другим устройствам ввода относятся веб-камеры, микрофоны, джойстики и сканеры изображений.
- Устройства вывода отображают информацию в удобочитаемой форме. К таким устройствам могут относиться принтеры, динамики, мониторы или устройства для тиснения шрифтом Брайля.
Мейнфрейм
Мейнфрейм IBM System z9.
Мейнфрейм – это гораздо более крупный компьютер, который обычно занимает комнату и может стоить во много сотен или тысяч раз больше, чем персональный компьютер. Они предназначены для выполнения большого количества расчетов для государственных органов и крупных предприятий.
Ведущие вычисления
В 1960-х и 1970-х годах все больше и больше отделов начали использовать более дешевые специализированные системы для конкретных целей, таких как управление процессами и автоматизация лабораторий.
Суперкомпьютер
Суперкомпьютер внешне похож на мейнфрейм, но вместо этого предназначен для выполнения чрезвычайно ресурсоемких вычислительных задач. По состоянию на ноябрь 2013 года самым быстрым суперкомпьютером в мире является Tianhe-2 в Гуанчжоу, Китай.
Термин суперкомпьютер не относится к конкретной технологии.Скорее это указывает на самые быстрые компьютеры, доступные в любой момент времени. В середине 2011 года самые быстрые суперкомпьютеры могли похвастаться скоростью, превышающей один петафлопс, или 1000 триллионов операций с плавающей запятой в секунду. Суперкомпьютеры быстры, но чрезвычайно дороги, поэтому они обычно используются крупными организациями для выполнения задач, требующих больших вычислительных ресурсов, связанных с большими наборами данных. Суперкомпьютеры обычно работают с военными и научными приложениями. Хотя они стоят миллионы долларов, они также используются для коммерческих приложений, где необходимо анализировать огромные объемы данных. Например, крупные банки используют суперкомпьютеры для расчета рисков и доходности различных инвестиционных стратегий, а организации здравоохранения используют их для анализа гигантских баз данных данных пациентов, чтобы определить оптимальные методы лечения различных заболеваний и проблем, с которыми сталкивается страна.
Обновление оборудования
При использовании компьютерного оборудования обновление означает добавление к компьютеру нового оборудования, которое повышает его производительность, увеличивает мощность или добавляет новые функции. Например, пользователь может выполнить обновление оборудования, заменив жесткий диск на твердотельный накопитель, чтобы повысить производительность или увеличить объем хранимых файлов. Кроме того, пользователь может увеличить объем оперативной памяти, чтобы компьютер работал более плавно. Пользователь мог добавить карту расширения USB 3.0, чтобы в полной мере использовать устройства USB 3.0. Выполнение таких обновлений оборудования может быть необходимо для старых компьютеров, чтобы они соответствовали системным требованиям программы.
Компьютер — это удивительно полезная универсальная технология, до такой степени, что теперь камеры, телефоны, термостаты и многое другое превратились в маленькие компьютеры. В этом разделе будут представлены основные части и темы работы компьютерного оборудования. «Оборудование» — это физические части компьютера, а «программное обеспечение» — код, работающий на компьютере.
Чипы и транзисторы
- Транзистор — жизненно важный электронный блок.
—Транзисторы являются «твердотельными» — в них нет движущихся частей.
— Одно из самых важных изобретений в истории.
— «Переключатель», который мы можем включить. /выключено электрическим сигналом - Кремниевый чип – кусочек кремния размером с ноготь.
- Микроскопические транзисторы выгравированы на кремниевых чипах
- Чипы могут содержать миллиарды транзисторов.
- Чипсы упакованы в пластик с металлическими ножками.
- напр. Микросхемы ЦП, микросхемы памяти, флэш-чипы
- Силикон (металлоид) и силикон (мягкое вещество на кухонной утвари)
Вот кремниевый чип в пластиковой упаковке. Я вытащил это из кучи электронных отходов в здании Stanford CS, так что, наверное, оно старое. Это небольшой чип с несколькими «контактами» электрического соединения. Позже мы увидим более крупный чип с сотнями контактов.
Внутри пластиковой упаковки находится кремниевый чип размером с ноготь с выгравированными на его поверхности транзисторами и другими компонентами. Крошечные провода соединяют чип с внешним миром. (лицензия CC, атрибуция на шареалке 3. пользователь википедии Zephyris)
В современных компьютерах используются крошечные электронные компоненты, которые можно выгравировать на поверхности кремниевого чипа. (См.: чип из Википедии) Обратите внимание, что кремний (микросхемы, солнечные панели) и силикон (мягкий резиновый материал) — это разные вещи!
Самым распространенным электронным компонентом является "транзистор", который работает как усилительный клапан для потока электронов. Транзистор является «твердотельным» устройством, то есть в нем нет движущихся частей. Это основной строительный блок, используемый для создания более сложных электронных компонентов. В частности, «бит» (ниже) можно построить с компоновкой из 5 транзисторов. Транзистор был изобретен в начале 1950-х годов, заменив вакуумную лампу. С тех пор транзисторы становились все меньше и меньше, что позволяло размещать все больше и больше их на кремниевом чипе.
Закон Мура
- Транзисторы становятся в 2 раза меньше примерно каждые 2 года
– иногда указывается срок службы около 18 месяцев. - Может вместить в два раза больше транзисторов на чип
- Из-за более совершенной технологии травления чипов
-Но современный завод по производству чипов стоит более 1 миллиарда долларов - Наблюдение против научного "закона"
- 2 эффекта:
- а. чипы удваивают емкость каждые 2 года
-скорость не удваивается, емкость удваивается, что по-прежнему очень полезно - б. или при неизменной емкости чипы становятся меньше и дешевле каждые 2 года.
- (б) вот почему компьютеры теперь используются в автомобилях, термостатах и поздравительных открытках.
- Пример: емкость MP3-плеера 50 долларов США каждые 2 года: 2 ГБ, 4 ГБ, 8 ГБ, 16 ГБ.
- Практическое правило: увеличение емкости в 8 раз каждые 6 лет.
- В 8 раз за 6 лет емкость вашего телефона может увеличиться в 8 раз
- Вероятно, закон Мура не будет действовать вечно
Закон Мура (Гордон Мур, соучредитель Intel) гласит, что плотность транзисторов на микросхеме удваивается примерно каждые 2 года (иногда указывается каждые 18 месяцев). Увеличение связано с улучшением технологии производства чипов. Это не научный закон, а просто общее предсказание, которое, кажется, продолжает работать. В более широком смысле он отражает идею о том, что на доллар компьютерные технологии (не только транзисторы) с течением времени становятся лучше в геометрической прогрессии. Это совершенно ясно, если вы посмотрите на стоимость или возможности компьютеров/камер и т. д., которые у вас есть. Закон Мура приводит к появлению более мощных компьютеров (сравните возможности iPhone 7 и оригинального iPhone), а также к более дешевым компьютерам (компьютеры с меньшими возможностями появляются повсюду, например, в термостатах и автомобилях).
Компьютеры в жизни: системы управления
- Система управления: реагирует на внешнее состояние
- напр. автомобильный двигатель: изменяйте топливную смесь в зависимости от температуры
- напр. сработала подушка безопасности при больших перегрузках от столкновения
- Чипы — отличный и дешевый способ создания систем управления.
- Докомпьютерные системы управления работали не так хорошо
- Одна из причин, почему сегодня автомобили работают намного лучше
Система управления / Демонстрация фонарика Мура
- У фонарика Maglite XL200 есть фишка
- Пример системы управления
- Закон Мура делает возможным такое применение чипа
- Фонарик преобразует угловое положение в яркость. (1 клик)
- Также есть угол для режима скорости моргания. (2 клика)
Компьютерное оборудование — ЦП, ОЗУ и постоянное хранилище
Теперь давайте поговорим о трех основных компонентах, из которых состоит компьютер: ЦП, ОЗУ и постоянном хранилище. Эти три компонента есть на всех компьютерах: ноутбуках, смартфонах и планшетах.
1. ЦП
- ЦП – центральный процессор
- Действует как мозг: следует инструкциям в коде.
- "общее" — изображения, работа в сети, математика... все на ЦП
- Выполняет вычисления, например. добавить два числа
- по сравнению с ОЗУ и постоянное хранилище, в которых только хранятся данные
- "гигагерц" = 1 миллиард операций в секунду
- ЦП с частотой 2 ГГц выполняет 2 миллиарда операций в секунду.
ЦП — центральный процессор — неизбежно называют "мозгом" компьютера. ЦП выполняет активный «запуск» кода, манипулируя данными, в то время как другие компоненты играют более пассивную роль, например, хранят данные. Когда мы говорим, что компьютер может «складывать два числа миллиард раз в секунду»… это процессор. Когда вы нажимаете кнопку «Выполнить», ЦП в конечном итоге «запускает» ваш код. Позже мы дополним картину того, как ваш код Javascript выполняется процессором.
Кроме того: "ядра" процессора
- Современные чипы ЦП имеют несколько ядер.
- Каждое ядро является полунезависимым процессором.
- Ключ: 4 ядра не в 4 раза быстрее, чем 1 ядро.
- т.е. 4 машины не доставят вас туда быстрее, чем 1 машина
- Убывающая отдача
- Более 4 ядер часто бесполезны
Примеры ЦП
- напр. Кнопка "Выполнить" — "распечатать информацию", посчитать.
- напр. Отправить текстовое сообщение — отформатировать байты, отправить байты, проверить, что они были отправлены
Вариант CPU: GPU — графический процессор
- Подобен процессору, но предназначен для обработки изображений.
- Компьютерные игры активно используют GPU
- Современные ЦП в большинстве случаев достаточно быстры, больше энергии уходит на ГП.
2. ОЗУ
- ОЗУ – оперативное запоминающее устройство
- Действует как доска.
- Временное рабочее хранилище, байты
- ОЗУ хранит как код, так и данные (временно)
- напр. открыть изображение в Photoshop
- данные изображения загружаются в байты оперативной памяти - напр. добавление 2 к числу в калькуляторе
- управление байтами в оперативной памяти - "постоянная"
-ОЗУ не является постоянной. Состояние исчезает при выключении питания
-e.g. Вы работаете над документом, затем отключается питание, и вы теряете свою работу (вместо "Сохранить")
ОЗУ — оперативное запоминающее устройство или просто «память». Оперативная память — это оперативная память, которую компьютер использует для хранения кода и данных, которые активно используются. ОЗУ фактически является областью хранения байтов под управлением ЦП. Оперативная память относительно быстра и способна извлекать значение любого конкретного байта за несколько наносекунд (1 наносекунда составляет 1 миллиардную долю секунды). Другая важная особенность ОЗУ заключается в том, что оно сохраняет свое состояние только до тех пор, пока на него подается питание — ОЗУ не является «постоянным» хранилищем.
Предположим, вы работаете на своем компьютере, и он внезапно теряет питание, и экран гаснет. Вы понимаете, что то, над чем вы работали, пропало.Оперативная память была очищена, осталось только то, что вы в последний раз сохранили на диск (ниже).
Примеры оперативной памяти
- В вашем браузере открыто много вкладок
– данные для каждой вкладки находятся в оперативной памяти - Выполняется программа
- код программы находится в оперативной памяти - Программа манипулирует большим изображением
- данные изображения находятся в оперативной памяти - напр. у вас может закончиться оперативная память — вы не сможете открыть новую вкладку или программу, потому что вся оперативная память занята
- Кроме того, теперь телефоны имеют от 2 до 4 ГБ ОЗУ . достаточно для большинства целей
3. Постоянное хранилище: жесткий диск, флэш-накопитель
- Постоянное хранение байтов
- "Постоянный" означает сохранение, даже если питание отключено.
- напр. Жесткий диск — хранит байты в виде магнитного узора на вращающемся диске.
— он же «жесткий диск».
— Высокий звук вращения, который вы, возможно, слышали. - Жесткие диски долгое время были основной технологией постоянного хранения данных.
- НО сейчас Flash становится все более популярным.
Видео о том, как работает жесткий диск (Webm — открытый стандартный видеоформат, работает в Firefox и Chrome). 4:30 в видео, чтобы увидеть чтение/запись битов.
Постоянное хранилище, новая технология: флэш-память
- "Flash" – это транзисторная технология постоянного хранения данных.
"твердое состояние" – отсутствие движущихся частей. -aka "SSD": твердотельный накопитель - Флэш-память лучше жесткого диска во всех отношениях, но стоит дешевле: быстрее, надежнее, потребляет меньше энергии.
- Флэш дороже в пересчете на байт.
- Форматы: USB-ключ, SD-карта в камере, флэш-память, встроенная в телефон, планшет или компьютер.
- Раньше флэш-память была очень дорогой, поэтому в большинстве компьютеров использовались жесткие диски.
- Flash дешевеет (закон Мура)
- Однако в пересчете на байт жесткие диски по-прежнему значительно дешевле.
- Не путать с проприетарным мультимедийным форматом Adobe Flash.
- Предупреждение: флэш-память не сохраняется вечно. Он может не хранить биты за последние 10 или 20 лет. Никто точно не знает
Постоянное хранилище — долговременное хранилище байтов в виде файлов и папок. Постоянный означает, что байты сохраняются даже при отключении питания. Ноутбук может использовать вращающийся жесткий диск (также известный как «жесткий диск») для постоянного хранения файлов. Или он может использовать «флэш-накопитель», также известный как твердотельный диск (SSD), для хранения байтов на флэш-чипах. Жесткий диск считывает и записывает магнитные узоры на вращающемся металлическом диске для хранения байтов, в то время как флэш-память является «твердотельной»: никаких движущихся частей, только кремниевые чипы с крошечными группами электронов для хранения байтов. В любом случае хранилище является постоянным, т. е. сохраняет свое состояние даже при отключении питания.
Флэш-накопитель работает быстрее и потребляет меньше энергии, чем жесткий диск. Однако в пересчете на байт флэш-память значительно дороже, чем хранилище на жестком диске. Flash дешевеет, поэтому может занять нишу за счет жестких дисков. Флэш-память намного медленнее, чем оперативная память, поэтому она не является хорошей заменой оперативной памяти. Обратите внимание, что Adobe Flash — это несвязанное понятие; это проприетарный медиаформат.
Флэш-память — это то, что лежит в основе USB-накопителей, SD-карт для использования в камерах или встроенной памяти в планшете или телефоне.
Файловая система
- Как организованы байты в постоянном хранилище?
- напр. Байты на флешке?
- "Файловая система" – организация байтов постоянного хранилища, файлов и папок.
- "Файл" — имя, дескриптор блока байтов.
- напр. "flowers.jpg" означает 48 КБ данных изображения.
Жесткий диск или флэш-накопитель обеспечивает постоянное хранение в виде плоской области байтов без особой структуры. Обычно жесткий диск или флэш-диск отформатированы с использованием «файловой системы», которая организует байты в знакомый шаблон файлов и каталогов, где каждый файл и каталог имеют несколько полезное имя, например «resume.txt». Когда вы подключаете диск к компьютеру, компьютер представляет файловую систему диска пользователю, позволяя ему открывать файлы, перемещать файлы и т. д.
По сути, каждый файл в файловой системе относится к блоку байтов, поэтому имя «flowers.jpg» относится к блоку 48 КБ байтов, которые являются данными этого изображения. Фактически файловая система дает пользователю имя (и, возможно, значок) для блока байтов данных и позволяет пользователю выполнять операции с этими данными, например перемещать их, копировать или открывать с помощью программы. Файловая система также отслеживает информацию о байтах: их количество, время последнего изменения.
Microsoft использует проприетарную файловую систему NTFS, а Mac OS X имеет собственный эквивалент HFS+ от Apple. Многие устройства (камеры, MP3-плееры) используют на своих флеш-картах очень старую файловую систему Microsoft FAT32. FAT32 — старая и примитивная файловая система, но она хороша там, где важна широкая поддержка.
Примеры постоянного хранилища
- Это легко понять, так как вы использовали файлы и файловые системы.
- напр. 100 отдельных видеофайлов по 1 ГБ. Требуется 100 ГБ дискового пространства.
Изображения оборудования
Ниже представлены изображения недорогих компьютеров Shuttle с процессором 1,8 ГГц, 512 МБ ОЗУ и жестким диском на 160 ГБ. Примерно в 2008 году он стоил около 200 долларов США. Он сломался и стал классным примером.
- Материнская плата
- Металлический пакет ЦП, удерживаемый рычагом
- Медный радиатор
- Чип процессора в металлическом корпусе
- Радиатор удален.
- Низ упаковки... много соединений (маленькие провода)
Если перевернуть ЦП, видны маленькие позолоченные накладки в нижней части ЦП. Каждая контактная площадка соединена очень тонким проводом с точкой на кремниевом чипе.
Вот изображение другого чипа, но без верхней упаковки. Вы видите кремниевый чип размером с мизинец в центре с выгравированными на нем крошечными деталями транзистора. На краю чипа видны очень тонкие провода, соединяющие части чипа с внешними контактными площадками (лицензия CC, атрибуция 3. пользователь википедии Zephyris)
- Карта оперативной памяти
- Подключается к материнской плате
- Карта на 512 МБ (4 чипа)
Оперативная память состоит из нескольких микросхем, объединенных в небольшую плату, известную как DIMM, которая вставляется в материнскую плату (модуль памяти с двумя встроенными разъемами). Здесь мы видим модуль RAM DIMM, извлеченный из разъема материнской платы. Это модуль DIMM емкостью 512 МБ, состоящий из 4 микросхем. Несколькими годами ранее этот модуль DIMM мог потребовать 8 микросхем для хранения 512 МБ. Закон Мура в действии.
- Жесткий диск объемом 160 ГБ (постоянное хранилище)
- т.е. постоянный
- Подключается к материнской плате стандартным кабелем SATA.
- Флэш-накопитель (другой тип постоянного хранилища)
- т.е. постоянный
- Содержит флэш-чип, твердотельный.
- SD-карта, аналогичная идея
Здесь он разобран, показывая флэш-чип, который фактически хранит байты. Этот чип может хранить около 1 миллиарда бит... сколько это байтов? (A: 8 бит на байт, то есть около 125 МБ)
Вот "SD-карта", которая обеспечивает хранение в камере. Он очень похож на флешку, только другой формы.
Хотите узнать, какое аппаратное обеспечение установлено на вашем компьютере? Станьте профессионалом в области компьютеров с нашим кратким руководством по этим важным компонентам и их функциям.
Проще говоря, компьютерное оборудование — это физические компоненты, необходимые для работы компьютерной системы. Он включает в себя все, что связано с печатной платой, работающей внутри ПК или ноутбука; включая материнскую плату, видеокарту, ЦП (центральный процессор), вентиляторы, веб-камеру, блок питания и т. д.
Хотя конструкция аппаратного обеспечения настольных ПК и ноутбуков различается из-за различий в размерах, в обоих случаях используются одни и те же основные компоненты. Без оборудования не было бы возможности запуска необходимого программного обеспечения, которое делает компьютеры такими полезными. Программное обеспечение определяется как виртуальные программы, которые работают на вашем компьютере; то есть операционная система, интернет-браузер, текстовые документы и т. д.
Хотя компьютер может работать только тогда, когда и аппаратное, и программное обеспечение работают вместе, скорость системы во многом зависит от используемого оборудования.
При сборке нового компьютера или просто замене старых деталей вам может понадобиться информация о конкретном аппаратном обеспечении вашего компьютера. Таким образом, цель этого руководства — помочь вам понять внутреннюю работу вашего компьютера.
Что такое материнская плата?
Системная плата — это центральная часть работы ПК. Он содержит ЦП и является концентратором, через который проходит все остальное оборудование. Материнская плата действует как мозг; распределение мощности там, где это необходимо, обмен данными и координация между всеми другими компонентами, что делает его одним из самых важных аппаратных средств компьютера.
При выборе материнской платы важно проверить, какие аппаратные порты поддерживает материнская плата. Крайне важно проверить, сколько портов USB и какого класса (USB 2.0, 3.0, 3.1), а также какие порты дисплея используются (HDMI, DVI, RGB) и сколько их имеется. Порты на материнской плате также помогут вам определить, какое другое оборудование будет совместимо с вашим компьютером, например, какой тип оперативной памяти и видеокарты вы можете использовать.
Что такое ЦП (центральный процессор/блок процессора)?
ЦП (центральный процессор или процессор) отвечает за обработку всей информации от программ, запускаемых на вашем компьютере. «Тактовая частота», или скорость, с которой процессор обрабатывает информацию, измеряется в гигагерцах (ГГц). Это означает, что процессор с высокой тактовой частотой, скорее всего, будет работать быстрее, чем процессор с аналогичными характеристиками той же марки и возраста.
Что такое оперативная память?
Оперативное запоминающее устройство, или ОЗУ, — это аппаратное обеспечение, которое находится в слотах памяти на материнской плате. Роль ОЗУ заключается во временном хранении оперативной информации, созданной программами, и делать это таким образом, чтобы эти данные были немедленно доступны. Задачи, требующие случайной памяти, могут быть; рендеринг изображений для графического дизайна, редактирование видео или фотографий, многозадачность с несколькими открытыми приложениями (например, запуск игры на одном экране и общение в Discord на другом).
Требуемый объем оперативной памяти зависит от программ, которые вы будете запускать. Игры средней интенсивности обычно используют 8 ГБ памяти, когда они выполняются вместе с другими программами, но видео/графический дизайн может использовать более 16 ГБ ОЗУ. Узнайте, сколько памяти нужно вашему компьютеру.
Что такое жесткий диск?
Жесткий диск – это запоминающее устройство, предназначенное для хранения постоянных и временных данных. Эти данные поступают в различных формах, но в основном это все, что сохраняется или устанавливается на компьютер: например, компьютерные программы, семейные фотографии, операционная система, текстовые документы и т. д. Узнайте больше о жестких дисках и о том, как они работают.
Существует два разных типа устройств хранения: традиционный жесткий диск (HDD) и более новые твердотельные накопители (SSD). Жесткие диски работают путем записи двоичных данных на вращающиеся магнитные диски, называемые пластинами, которые вращаются с высокой скоростью, в то время как твердотельный накопитель хранит данные с помощью статических микросхем флэш-памяти. Узнайте больше о компьютерной памяти и о том, как работают твердотельные накопители.
Что такое графический процессор (GPU)?
Что особенно важно для 3D-рендеринга, GPU делает именно то, что следует из его названия, и обрабатывает огромные пакеты графических данных. Вы обнаружите, что видеокарта вашего компьютера имеет по крайней мере один графический процессор. В отличие от основных встроенных графических возможностей, предоставляемых материнскими платами ПК, выделенные графические карты взаимодействуют с материнской платой через слот расширения для работы почти исключительно с графическим рендерингом. Это также означает, что вы можете обновить видеокарту, если хотите повысить производительность своего ПК.
Кроме того, современные графические процессоры выполняют обширную вычислительную нагрузку, помимо рендеринга, что делает их расширением центрального процессора.
Что такое блок питания (БП)?
Блок питания, обычно называемый блоком питания, не просто обеспечивает питание вашего компьютера. Это точка, в которой питание поступает в вашу систему от внешнего источника питания, а затем распределяется материнской платой по отдельным компонентам аппаратного обеспечения. Однако не все блоки питания сделаны одинаково, и без блока питания правильной мощности ваша система не будет работать.
Современному компьютеру обычно требуется блок питания мощностью от 500 до 850 Вт для эффективного питания всего оборудования, хотя размер блока питания полностью зависит от энергопотребления системы. Для компьютеров, которые используются для выполнения ресурсоемких задач, таких как графический дизайн или игры, потребуются более мощные компоненты, поэтому для удовлетворения этих дополнительных потребностей потребуется более мощный блок питания.
Без необходимого количества энергии компоненты не смогут работать эффективно, и компьютер может зависать или вообще не загружаться. Рекомендуется иметь источник питания, который более чем покрывает использование вашей системы. Вы не только защищаете себя от сбоя системы, но и защищаете себя от необходимости приобретать новый блок питания при переходе на более мощные компоненты ПК.
Понимание вашего компьютера и его аппаратных компонентов может оказаться очень полезным, когда придет время модернизировать или заменить какие-либо детали или при сборке компьютера. Если возникнет проблема с внутренней работой вашего компьютера, вы лучше поймете важность каждого компонента, необходимость их хорошего рабочего состояния и способы решения любых проблем.
© Micron Technology, Inc., 2017. Все права защищены. Информация, продукты и технические характеристики могут быть изменены без предварительного уведомления. Ни Crucial, ни Micron Technology, Inc. не несут ответственности за упущения или ошибки в типографике или фотографии. Micron, логотип Micron, Crucial и логотип Crucial являются товарными знаками или зарегистрированными товарными знаками Micron Technology, Inc. Все остальные товарные знаки и знаки обслуживания являются собственностью соответствующих владельцев.
Читайте также: