Как работает компьютер в деталях

Обновлено: 21.11.2024

Компьютеры являются частью повседневной жизни — настольные компьютеры, ноутбуки, планшеты и даже многие предметы, такие как смартфоны, игровые консоли и т. п., содержат компьютер, так как же они работают.

Сегодня мы привыкли к тому, что компьютеры могут выполнять огромное количество задач. Они используют свои вычислительные способности для выполнения множества задач, от вычисления чисел до запуска программ, которые охватывают все: от офисных задач, таких как обработка текстов, до бухгалтерского учета и многого другого.

Принцип работы всех компьютеров очень похож. У них одни и те же основные функциональные блоки, и они обеспечивают одни и те же основные функциональные возможности.

Несмотря на то, что компьютеры бывают самых разных форм, от огромного мейнфрейма, используемого для обработки огромных объемов данных, до портативных компьютеров и даже компьютеров, встроенных в другие электронные устройства, глядя на то, как работают эти компьютеры, можно увидеть, что все они следуйте тем же принципам.

Микропроцессоры и микроконтроллеры в общем можно назвать формами микрокомпьютера.

Микрокомпьютер, по сути, является двигателем любой формы встроенной системы или даже более крупных автономных компьютеров.

Определение встроенного процессора

Встроенный процессор можно определить как небольшой относительно недорогой вычислительный блок с микропроцессором или микроконтроллером в качестве центрального процессора. Он также включает в себя память и средства ввода-вывода (I/O).

Основные сведения о встроенном процессоре

Какой бы ни была форма компьютера, основной механизм обработки практически одинаков. Он состоит из ряда элементов, каждый из которых выполняет различные функции, обеспечивающие работу всего микрокомпьютера.

Основные элементы компьютера или встроенного процессора включают:

Процессор/ЦП: Процессор или, точнее, центральный процессор — это блок схемы, в котором выполняется логическая обработка внутри компьютера. Это позволяет выполнять сложение, вычитание и другие функции.
Постоянная память, ПЗУ: ПЗУ обычно используется для хранения программы внутри компьютера. В больших компьютерах он используется для хранения загрузочной программы, но во встроенных процессорах и вычислительных системах он используется для хранения всей программы. В отличие от ОЗУ, ПЗУ — это постоянная форма хранения, содержимое которой не теряется при отключении питания. Некоторые формы ПЗУ можно перепрограммировать, и данные программы могут быть обновлены при установке правильных условий. Эта форма ПЗУ называется программируемой постоянной памятью или ППЗУ.
Оперативная память, ОЗУ: Элементы ОЗУ компьютера или процессора используются для временного хранения программных данных или инструкций. Данные могут быть записаны в ОЗУ в любое время, и важной особенностью ОЗУ процессора является то, что она теряет свою дату при отключении питания. Оперативная память бывает двух видов: статическая и динамическая.

Динамическое ОЗУ: Динамическое ОЗУ используется в компьютере или процессоре любой формы, является основной формой используемого ОЗУ и используется для хранения большей части данных. Она более плотная, чем статическая ОЗУ, но медленнее, чем статическая ОЗУ.
Статическая оперативная память. Эта форма оперативной памяти используется с некоторыми процессорами, особенно в компьютерах, для кэш-памяти — памяти, которая используется для часто используемых данных. Это быстрее, чем динамическая память, но менее плотная.

Процессорное оборудование для компьютера может принимать различные физические формы. Это может быть большой мэйнфрейм-компьютер, используемый для обработки огромных объемов данных, это может быть настольный компьютер, это может быть небольшая система на основе микроконтроллера, настроенная для конкретной задачи, где требуется лишь небольшой объем или обработка. Какими бы ни были требования, процессор компьютера будет иметь одну и ту же базовую структуру и одни и те же основные блоки схемы.

Компьютер — это машина, состоящая из аппаратных и программных компонентов. Компьютер получает данные через устройство ввода на основе данных ему инструкций и после обработки данных отправляет их обратно через устройство вывода. Как это все вместе заставляет компьютер работать?

Устройства ввода компьютера могут зависеть от типа компьютера, с которым мы имеем дело, но чаще всего мы находим мышь, клавиатуру, сканер или даже приложения (программное обеспечение), установленные на компьютере. Как только данные получены, центральный процессор (ЦП) вместе с другими компонентами берет на себя и обрабатывает полученную информацию. Как только данные будут готовы, они будут отправлены обратно через устройство вывода, которое может быть монитором, динамиком, принтером, портами и т. д.

Чтобы лучше понять, как работает компьютер, знание того, что внутри, облегчит задачу. Вот основные компоненты компьютера:

ЦП, или центральный процессор, считается наиболее важным компонентом компьютера, и на то есть веские причины. Он выполняет большинство операций, благодаря которым он функционирует, обрабатывая инструкции и передавая сигналы другим компонентам. Центральный процессор – это связующее звено между всеми основными частями компьютера.
ОЗУ — оперативное запоминающее устройство, или сокращенно ОЗУ, — это компьютерный компонент, в котором данные, используемые операционной системой и программными приложениями, хранятся для того, чтобы ЦП мог их быстро обрабатывать. Все, что хранится в оперативной памяти, теряется при выключении компьютера. В зависимости от приложений, которые вы используете, обычно существует максимальный предел оперативной памяти, необходимый для правильной работы компьютера.
Жесткий диск. Также известный как жесткий диск. Это компонент, на котором хранятся фотографии, приложения, документы и тому подобное. Хотя они все еще используются, у нас есть гораздо более быстрые типы устройств хранения, такие как твердотельные накопители (SSD), которые также более надежны.
Материнская плата. Аббревиатуры для этого компонента нет, но без него не может быть компьютера. Материнская плата действует как дом для всех других компонентов, позволяет им общаться друг с другом и дает им питание для функционирования. Есть компоненты, которые не требуют физического подключения к материнской плате для работы, такие как Bluetooth или Wi-Fi, но если нет подключения или какого-либо сигнала, компьютер не узнает об этом.
Видео и звуковые карты — два компонента, которые помогают пользователю взаимодействовать с компьютером. Хотя можно использовать компьютер с отсутствующей звуковой картой, без видеокарты его использовать практически невозможно. Звуковая карта используется в основном для воспроизведения звука через динамик. Однако для отправки изображения на экран используется видеокарта. Без него было бы все равно, что смотреть на пустой монитор.
Сетевой адаптер. Несмотря на то, что на самом деле он не требуется для работы компьютера, сетевой адаптер упрощает работу пользователя, поскольку он обеспечивает доступ к Интернету. Современные компьютеры с такими операционными системами, как Windows 10, не предложат пользователю все свои возможности без подключения к Интернету.

Если у вас возникли проблемы с какими-либо внутренними или внешними компонентами вашего компьютера, не стесняйтесь обращаться к специалистам на сайте. Наши опытные специалисты готовы помочь вам с любыми проблемами с компьютером и часто могут сделать это удаленно, проведя вас через несколько шагов, чтобы предоставить им доступ к вашему компьютеру.

Большинство из нас используют компьютер каждый божий день, но мало кто знает о внутреннем устройстве этой жизненно важной части нашей жизни.

Слово компьютер относится к объекту, который может принимать некоторые входные данные и производить некоторые выходные данные. На самом деле человеческий мозг сам по себе представляет собой сложный компьютер, и ученые с каждым годом узнают все больше о том, как он работает. Однако чаще всего слово «компьютер» используется для описания электронного устройства, содержащего микропроцессор.

Микропроцессор – это небольшое электронное устройство, которое может выполнять сложные вычисления в мгновение ока. Вы можете найти микропроцессоры во многих устройствах, которые вы используете каждый день, таких как автомобили, холодильники и телевизоры. Наиболее известным устройством с микропроцессором является персональный компьютер или ПК. Фактически понятие компьютера стало почти синонимом термина ПК.

Когда вы слышите слово "ПК", вы, вероятно, представляете закрытое устройство с прикрепленным видеоэкраном, клавиатурой и каким-либо указывающим устройством, например мышью или сенсорной панелью. Вы также можете представить различные формы ПК, такие как настольные компьютеры, башни и ноутбуки. Термин «ПК» ассоциируется с определенными брендами, такими как процессоры Intel или операционные системы Microsoft. Однако в этой статье мы определяем ПК как более общее вычислительное устройство со следующими характеристиками:

предназначен для использования одним человеком за раз
запускает операционную систему для взаимодействия между пользователем и микропроцессором
имеет некоторые общие внутренние компоненты, описанные в этой статье, такие как ЦП и ОЗУ.
запускает программные приложения, предназначенные для конкретной работы или игр.
позволяет добавлять и удалять аппаратное или программное обеспечение по мере необходимости

История ПК восходит к 1970-м годам, когда человек по имени Эд Робертс начал продавать компьютерные комплекты на базе микропроцессорного чипа, разработанного Intel. Робертс назвал свой компьютер Altair 8800 и продавал несобранные комплекты за 395 долларов. Popular Electronics опубликовала статью об этом наборе в январском номере 1975 года, и, к удивлению практически всех, наборы мгновенно стали хитом. Так началась эра персональных компьютеров [источники: Cerruzi, Lasar].

Несмотря на то, что Altair 8800 был первым настоящим персональным компьютером, выпуск Apple II через пару лет ознаменовал начало популярности ПК как бытовой техники. Apple II от изобретателей Стива Джобса и Стива Возняка доказал, что в домах и школах есть спрос на компьютеры. Вскоре после этого на рынок ПК вышли давно зарекомендовавшие себя компьютерные компании, такие как IBM и Texas Instruments, а также новые бренды, такие как Commodore и Atari.

В этой статье мы заглянем внутрь ПК, чтобы узнать о его компонентах и их функциях. Мы также рассмотрим основное программное обеспечение, используемое для загрузки и запуска ПК. Затем мы рассмотрим мобильные ПК и рассмотрим будущее компьютерных технологий.

Основные компоненты ПК

Чтобы понять, как работает ПК, давайте начнем с частей, из которых состоит машина. Ниже перечислены компоненты, общие для ПК, в том порядке, в котором они обычно собираются:

Чехол. Если вы используете ноутбук, корпус компьютера включает в себя клавиатуру и экран. Для настольных ПК корпус обычно представляет собой коробку с подсветкой, вентиляционными отверстиями и местами для крепления кабелей. Размер корпуса может варьироваться от небольших настольных блоков до высоких башен. Большой корпус не всегда означает более мощный компьютер; важно то, что внутри. Сборщики ПК проектируют или выбирают корпус в зависимости от типа материнской платы, которая должна поместиться внутри.

Материнская плата. Основной печатной платой вашего ПК является его материнская плата. Все компоненты, внутри и снаружи, каким-то образом подключаются через материнскую плату. Остальные компоненты, перечисленные на этой странице, являются съемными и поэтому могут быть заменены без замены материнской платы. Однако несколько важных компонентов прикреплены непосредственно к материнской плате. К ним относятся комплементарные металлооксидные полупроводники (CMOS), в которых хранится некоторая информация, например системные часы, когда компьютер выключен. Материнские платы бывают разных размеров и стандартов, наиболее распространенными на момент написания этой статьи являются ATX и MicroATX. Исходя из этого, материнские платы различаются по типу съемных компонентов, для работы с которыми они предназначены внутри, и по портам, доступным для подключения внешних устройств.

Электропитание. За исключением CMOS, которая питается от сменной батареи CMOS на материнской плате, каждый компонент вашего ПК зависит от своего источника питания. Блок питания подключается к источнику питания определенного типа, будь то батарея в случае мобильных компьютеров или розетка в случае настольных ПК. В настольном ПК вы можете увидеть блок питания, установленный внутри корпуса с подключением силового кабеля снаружи и несколькими подключенными кабелями внутри. Некоторые из этих кабелей подключаются непосредственно к материнской плате, а другие подключаются к другим компонентам, таким как диски и вентиляторы.

Центральный процессор (ЦП). ЦП, часто называемый просто процессором, представляет собой компонент, содержащий микропроцессор. Этот микропроцессор является сердцем всех операций ПК, и производительность как аппаратного, так и программного обеспечения зависит от производительности процессора. Intel и AMD являются крупнейшими производителями процессоров для ПК, хотя на рынке вы найдете и других производителей. Две распространенные архитектуры ЦП — 32-разрядная и 64-разрядная, и вы обнаружите, что определенное программное обеспечение зависит от этой архитектуры.

Оперативная память (ОЗУ). Даже самому быстродействующему процессору требуется буфер для хранения информации во время ее обработки. Оперативная память для ЦП — это то же самое, что столешница для повара: она служит местом, где ингредиенты и инструменты, с которыми вы работаете, ждут, пока вам не понадобится их взять и использовать. Для быстрого ПК необходимы как быстрый процессор, так и достаточное количество оперативной памяти. Каждый ПК имеет максимальный объем ОЗУ, который он может поддерживать, а слоты на материнской плате указывают тип ОЗУ, который требуется ПК.

Диски. Диск — это устройство, предназначенное для хранения данных, когда оно не используется. Жесткий диск или твердотельный накопитель хранит операционную систему и программное обеспечение ПК, которые мы рассмотрим более подробно позже. В эту категорию также входят оптические приводы, используемые, например, для чтения и записи дисков CD, DVD и Blu-ray. Накопитель подключается к материнской плате в зависимости от типа используемой технологии контроллера накопителя, включая старый стандарт IDE и новый стандарт SATA.

Охлаждающие устройства. Чем больше ваш компьютер обрабатывает, тем больше тепла он выделяет. ЦП и другие компоненты могут выдерживать определенное количество тепла. Однако, если ПК не охлаждается должным образом, он может перегреться, что приведет к дорогостоящему повреждению его компонентов и схем. Вентиляторы являются наиболее распространенным устройством, используемым для охлаждения ПК. Кроме того, ЦП покрыт металлическим блоком, называемым радиатором, который отводит тепло от ЦП. У некоторых серьезных пользователей компьютеров, таких как геймеры, иногда есть более дорогие решения для управления теплом, такие как система с водяным охлаждением, предназначенная для удовлетворения более интенсивных требований к охлаждению.

Кабели. Все компоненты, которые мы упоминали до сих пор, соединяются с помощью некоторой комбинации кабелей.Эти кабели предназначены для передачи данных, питания или того и другого. ПК должны быть сконструированы таким образом, чтобы кабели аккуратно складывались внутри корпуса и не блокировали поток воздуха через него.

ПК обычно представляет собой гораздо больше, чем эти основные компоненты. Далее мы рассмотрим порты и периферийные устройства, которые позволяют вам взаимодействовать с компьютером, и то, как вы можете добавить еще больше компонентов, используя слоты расширения.

Эта страница создана, чтобы дать вам лучшее представление о том, как работает персональный компьютер, когда вы нажимаете кнопку питания.

Включение компьютера

При первом нажатии кнопки питания компьютер отправляет сигнал на блок питания компьютера, который преобразует переменный ток (переменный ток) в постоянный (постоянный ток). Этот источник питания обеспечивает компьютер и его компоненты необходимым количеством напряжения и электроэнергии.

Как только компьютер и его компоненты получают достаточную мощность и блок питания не сообщает об ошибках, он отправляет сигнал (используя транзисторы) на материнскую плату и процессор компьютера (ЦП). Пока это происходит, процессор очищает все оставшиеся данные в регистрах памяти и присваивает программному счетчику ЦП шестнадцатеричное число F000. Этот номер сообщает ЦП, что он готов обрабатывать инструкции в этом месте, содержащиеся в базовой системе ввода/вывода (BIOS).

BIOS и POST

Когда компьютер впервые обращается к BIOS, он начинает самопроверку при включении питания (POST). Эта последовательность гарантирует наличие и правильное функционирование необходимых компонентов. Если компьютер не проходит ни один из этих тестов, он сталкивается с неправильным POST. Нерегулярный POST — это код звукового сигнала, который отличается от стандартных одного или двух звуковых сигналов. Например, нерегулярный POST может не генерировать никаких звуковых сигналов или использовать комбинацию различных звуковых сигналов, указывающих на причину сбоя.

Если компьютер проходит POST, он просматривает первые 64 байта памяти, расположенной в микросхеме CMOS. Этот чип поддерживается батареей CMOS, даже когда компьютер выключен. Этот чип содержит такую информацию, как системное время и дата, а также информацию обо всем оборудовании, установленном на вашем компьютере.

После загрузки информации CMOS POST начинает проверку и сравнение системных настроек с тем, что установлено на компьютере. Если ошибок не обнаружено, он загружает основные драйверы устройств и обработчики прерываний для таких аппаратных средств, как жесткий диск, клавиатура, мышь и дисковод. Эти базовые драйверы позволяют ЦП обмениваться данными с этими аппаратными устройствами и позволяют компьютеру продолжить процесс загрузки.

Затем POST проверяет часы реального времени (RTC) или системный таймер и системную шину, чтобы убедиться, что они работают. Наконец, вы получите изображение на своем дисплее после того, как POST загрузит память, содержащуюся в видеоадаптере.

Затем BIOS проверяет, выполняет ли он холодную или горячую перезагрузку (перезагрузку), просматривая адрес памяти 0000:0472. Если он видит 1234h, BIOS знает, что это перезагрузка, и пропускает оставшиеся шаги POST.

Если 1234h не отображается, BIOS определяет, что это холодная загрузка, и продолжает выполнять дополнительные шаги POST. Затем он проверяет память компьютера (ОЗУ), установленную в компьютере, путем записи в каждую микросхему. Ранние компьютеры отображали этот шаг, поскольку память подсчитывалась во время загрузки.

Наконец, POST отправляет сигналы на оптический и жесткий диск компьютера для тестирования. Если все диски проходят тест, POST завершается и дает компьютеру указание начать загрузку операционной системы.

Загрузка операционной системы

После того как компьютер прошел POST, он запускает процесс загрузки. Этот процесс отвечает за загрузку операционной системы и всех связанных с ней системных файлов. Поскольку Microsoft Windows является наиболее часто используемой операционной системой, в этом разделе рассматривается загрузка Microsoft Windows.

Вначале BIOS передает управление загрузчику начальной загрузки, который просматривает загрузочный сектор жесткого диска. Если ваша последовательность загрузки в настройках CMOS не настроена на просмотр жесткого диска в первую очередь, она может загружаться с первого доступного загрузочного носителя (например, DVD или флэш-накопителя).

В этом примере Microsoft Windows 10 Bootmgr (диспетчер загрузки Windows) находится в загрузочном секторе. Он сообщает компьютеру, где найти оставшийся код на жестком диске. Затем загружается Windows, начиная с экрана-заставки Windows и заканчивая загрузкой реестра Windows. После загрузки реестра Windows начинает загружать в память множество низкоуровневых программ, составляющих операционную систему. Многие из изначально загруженных программ позволяют Windows взаимодействовать с основным оборудованием и другими программами, работающими на компьютере.

После загрузки реестра, начальных базовых аппаратных устройств, он начинает загружать устройства plug and play, устройства PCI и ISA. После загрузки всех этих устройств Windows загружает полную поддержку жесткого диска, разделов и любых других дисков, а затем переходит ко всем другим установленным драйверам.

Наконец, после выполнения описанных выше шагов загружаются все необходимые дополнительные службы и запускается Windows.

Аппаратные устройства, взаимодействующие с компьютером

После того как компьютер загрузит операционную систему, аппаратное обеспечение, подключенное к компьютеру, должно иметь возможность обмениваться данными с ЦП. Аппаратная связь осуществляется с использованием запроса на прерывание (IRQ). Контроллер прерываний отправляет запрос (INTR) в ЦП, чтобы остановить то, что он делает для обработки нового аппаратного запроса. Все, что выполняется ЦП, приостанавливается и сохраняется как адрес памяти в стеке памяти. Затем эта задача возобновляется после завершения текущей (более срочной) задачи.

Читайте также: