Pedeorelha | Jak PC fungují

Phillip Hopkins
0
5032
772

Většina z nás používá počítač každý den, ale jen málo lidí ví o vnitřním fungování této životně důležité části našeho života. © iStockphoto.com / spxChrome

Slovo počítač odkazuje na objekt, který může přijmout nějaký vstup a produkovat nějaký výstup. Samotný lidský mozek je ve skutečnosti sofistikovaný počítač a vědci se učí více o tom, jak to funguje s každým dalším rokem. Naše nejběžnější použití slovního počítače je však popisovat elektronické zařízení obsahující mikroprocesor.

Mikroprocesor je malé elektronické zařízení, které dokáže provádět mrknutí oka složitým výpočtem. Mikroprocesory najdete v mnoha zařízeních, která používáte každý den, jako jsou automobily, ledničky a televizory. Nejuznávanějším zařízením s mikroprocesorem je osobní počítač nebo počítač. Ve skutečnosti se pojem počítač stal téměř synonymem pojmu PC.

Když uslyšíte PC, pravděpodobně si představujete uzavřené zařízení s připojenou obrazovkou videa, klávesnicí a některým typem polohovacího zařízení, jako je myš nebo touchpad. Můžete si také představit různé formy počítačů, jako jsou stolní počítače, věže a notebooky. Termín PC je spojován s určitými značkami, jako jsou procesory Intel nebo operační systémy Microsoft. V tomto článku však definujeme počítač jako obecnější výpočetní zařízení s těmito charakteristikami:

navrženo pro použití jednou osobou současně
provozuje operační systém pro rozhraní mezi uživatelem a mikroprocesorem
obsahuje některé běžné interní komponenty popsané v tomto článku, například CPU a RAM
spouští softwarové aplikace určené pro konkrétní pracovní nebo herní činnosti
umožňuje podle potřeby přidávat a odebírat hardware nebo software

Počítače sledují jejich historii až do 70. let, kdy muž jménem Ed Roberts začal prodávat počítačové sady založené na mikroprocesorovém čipu navrženém společností Intel. Roberts nazval svůj počítač Altair 8800 a prodal nesestavené sady za 395 $. Populární elektronika vydala příběh o soupravě v jejím vydání z ledna 1975 a k překvapení téměř každého se sady staly okamžitým hitem. Začala tedy éra osobního počítače [zdroje: Cerruzi, Lasar].

Zatímco Altair 8800 byl první skutečný osobní počítač, bylo to vydání Apple II o pár let později, které signalizovalo spuštění PC jako vyhledávaného domácího spotřebiče. Apple II, od vynálezců Steve Jobs a Steve Wozniak, dokázal, že existuje poptávka po počítačích v domácnostech a školách. Brzy poté na počítačový trh vyskočily již zavedené počítačové společnosti jako IBM a Texas Instruments a do hry skočily nové značky jako Commodore a Atari..

V tomto článku se podíváme dovnitř počítače, abychom zjistili, jaké jsou jeho části a co dělají. Rovněž se podíváme na základní software používaný k zavedení a spuštění počítače. Poté pokryjeme mobilní počítače a prozkoumáme budoucnost technologie PC.

Obsah

Základní komponenty PC
Porty, periferie a rozšiřující sloty
Zapnutí počítače
Operační systémy PC
Budoucnost počítačů
Přenosné osobní počítače

Chcete-li vidět, jak počítač funguje, začněme s kousky, které se spojí a sestaví stroj. Následující součásti jsou společné pro počítače v pořadí, v jakém jsou obvykle sestaveny:

Případ -- Pokud používáte notebook, obsahuje počítačová skříň klávesnici a obrazovku. U stolních počítačů se obvykle jedná o krabici se světly, větracími otvory a místy pro připojení kabelů. Velikost pouzdra se může lišit od malých stolních jednotek až po vysoké věže. Větší případ neznamená vždy výkonnější počítač; to se počítá uvnitř. Počítačoví konstruktéři navrhují nebo vybírají pouzdro na základě typu základní desky, která by se do něj vešla.

Základní deska -- Základní deska uvnitř počítače je její základní deska. Všechny komponenty, uvnitř i vně, se nějakým způsobem propojují přes základní desku. Ostatní komponenty uvedené na této stránce jsou vyjímatelné a lze je tedy vyměnit bez výměny základní desky. Několik důležitých komponent je však připojeno přímo k základní desce. Patří mezi ně doplňkový polovodič s kovovým oxidem (CMOS), který ukládá některé informace, například systémové hodiny, když je počítač vypnut. Základní desky se dodávají v různých velikostech a standardech, nejčastějšími v tomto psaní jsou ATX a MicroATX. Odtud se základní desky liší podle typu vyměnitelných součástí, které jsou navrženy pro interní zpracování a jaké porty jsou k dispozici pro připojení externích zařízení..

Zdroj napájení -- Kromě komponenty CMOS, která je napájena z výměnné baterie CMOS na základní desce, se každá součást počítače spoléhá na napájení. Napájecí zdroj se připojuje k nějakému druhu zdroje energie, ať už jde o baterii v případě mobilních počítačů, nebo o zásuvku v případě stolních počítačů. Ve stolním počítači můžete vidět napájecí zdroj namontovaný uvnitř pouzdra s připojením napájecího kabelu na vnější straně a hrstkou připojených kabelů uvnitř. Některé z těchto kabelů se připojují přímo k základní desce, zatímco jiné se připojují k jiným komponentům, jako jsou pohony a ventilátory.

Centrální procesorová jednotka (CPU) -- CPU, který se právě nazývá procesor, je komponentou, která obsahuje mikroprocesor. Tento mikroprocesor je srdcem všech operací PC a výkon hardwaru i softwaru závisí na výkonu procesoru. Intel a AMD jsou největší výrobci CPU pro PC, i když na trhu najdete i další. Dvě běžné architektury CPU jsou 32bitové a 64bitové a zjistíte, že určitý software se spoléhá na toto rozlišení architektury.

Paměť s náhodným přístupem (RAM) -- Dokonce i nejrychlejší procesor potřebuje k ukládání informací během zpracování vyrovnávací paměť. RAM je CPU jako pracovní deska kuchaře: slouží jako místo, kde ingredience a nástroje, se kterými pracujete, čekají, až je budete muset vyzvednout a použít. Pro rychlý počítač je nutný rychlý procesor i dostatek paměti RAM. Každý počítač má maximální množství paměti RAM, které dokáže zpracovat, a sloty na základní desce označují typ paměti RAM, kterou počítač vyžaduje.

Disky -- Jednotka je zařízení určené k ukládání dat, když se nepoužívá. Jednotka pevného disku nebo jednotka SSD ukládá operační systém a software počítače, na který se podíváme podrobněji později. Tato kategorie zahrnuje také optické jednotky, jako jsou jednotky používané pro čtení a zápis na disky CD, DVD a Blu-ray. Jednotka se připojuje k základní desce na základě typu použité technologie řadiče pohonů, včetně staršího standardu IDE a novějšího standardu SATA.

Chladicí zařízení -- Čím více váš počítač zpracovává, tím více tepla generuje. Procesor a další komponenty mohou zpracovat určité množství tepla. Pokud však počítač není chlazený správně, může se přehřát a způsobit nákladné poškození jeho součástí a obvodů. Ventilátory jsou nejčastějším zařízením používaným k chlazení PC. Navíc je CPU zakryta kovovým blokem zvaným chladič, který odvádí teplo z CPU. Někteří vážní uživatelé počítačů, například hráči, mají někdy dražší řešení pro správu tepla, jako je systém chlazený vodou, který je navržen tak, aby zvládl náročnější požadavky na chlazení..

Kabely -- Všechny komponenty, které jsme dosud zmínili, jsou propojeny nějakou kombinací kabelů. Tyto kabely jsou navrženy pro přenos dat, napájení nebo obojí. Počítače by měly být konstruovány tak, aby se kabely uvnitř skříně úhledně skládaly a neblokovaly proud vzduchu skrz něj.

PC je obvykle mnohem více než tyto základní komponenty. Dále se podíváme na porty a periferie, které umožňují interakci s počítačem a jak můžete přidat další komponenty pomocí rozšiřovacích slotů.

V ideálním případě bude mít váš počítač dostatek portů, které nebudete muset vzájemně míchat. Pokud se ocitnete v takovém džemu, zvažte, zda tyto periferie potřebujete. © iStockphoto.com / andres balcazar

Hlavní komponenty, na které jsme se dosud dívali, tvoří centrální výpočetní výkon počítače. Počítač však potřebuje další komponenty pro interakci s lidskými uživateli a dalšími počítači. Toto jsou součásti počítače, které to umožňují:

Grafické komponenty -- Zatímco některé základní desky mají zabudovanou grafiku, jiné obsahují tzv. Rozšiřující slot, kde můžete zasunout samostatnou grafickou kartu. V obou případech video komponenty v PC zpracovávají některá složitá grafická data, která jdou na obrazovku, a část zatížení tak odvádí váš procesor. Základní deska přijímá grafické karty založené na specifickém rozhraní, jako je starší AGP standard nebo jeden z novějších standardů PCI.

Porty -- Slovo port se často používá k popisu místa na vnější straně počítače, kde můžete připojit kabel. Popište port podle jeho použití, například port USB nebo Ethernet. (Všimněte si, že port slova se také používá k popisu softwarového připojení, když se dva kusy hardwaru snaží komunikovat.) Mnoho portů je připojeno přímo k základní desce. Některé porty, které najdete na PC, zahrnují následující:

USB porty
síťové porty, obvykle Ethernet a FireWire
video porty, obvykle kombinace VGA, DVI, RCA / komponent, S-Video a HDMI
audio porty, obvykle některé kombinace mini analogových audio konektorů nebo RCA
staré porty nebo porty, které splňují staré standardy a které se v moderních počítačích používají jen zřídka, jako jsou paralelní porty tiskárny a porty PS2 pro klávesnici a myš

Periferie -- Jakýkoli hardware, který není namontován uvnitř skříně počítače, se nazývá periferní. To zahrnuje vaše základní vstupní a výstupní zařízení: monitory, klávesnice a myši. Zahrnuje také tiskárny, reproduktory, sluchátka, mikrofony, webové kamery a USB flash disky. Všechno, co můžete připojit k portu na počítači, je jedním z periferií počítače. Základní periferní zařízení (například monitory) nejsou u notebooků nutné, protože je mají vestavěné.

Rozšiřující sloty -- Příležitostně budete chtít přidat součásti do počítače, které nemají někde na základní desce určený slot. Proto bude základní deska obsahovat řadu rozšiřujících slotů. Vyjímatelné komponenty navržené tak, aby se vešly do rozšiřujících slotů, se nazývají karty, pravděpodobně kvůli jejich ploché, kartovité struktuře. Pomocí rozšiřujících slotů můžete přidat další grafické karty, síťové karty, porty tiskárny, televizní přijímače a mnoho dalších vlastních doplňků. Karta se musí shodovat s typem rozšiřujícího slotu, ať už jde o starší typ ISA / EISA nebo o běžnější typy PCI, PCI-X nebo PCI Express..

Nyní, když jsme se podívali na části počítače, stiskneme tlačítko napájení a uvidíme, co způsobuje, že se to spustí.

Při prvním zapnutí počítače projde stroj několika interními procesy, než bude připraven k použití. Tomu se říká zaváděcí proces nebo spouštění počítače. Boot je zkratka pro bootstrap, odkaz na staré pořekadlo „Vytáhněte se bootstrapy“, což znamená začít něco od samého začátku. Proces spouštění je řízen základním vstupně-výstupním systémem počítače (BIOS).

BIOS je software uložený na paměťovém čipu Flash. V počítači je BIOS zabudován na základní desce. Výrobce PC příležitostně vydá aktualizaci systému BIOS a pomocí aktualizovaného softwaru můžete pečlivě postupovat podle pokynů k „flashování systému BIOS“..

Kromě řízení spouštěcího procesu poskytuje BIOS základní konfigurační rozhraní pro hardwarové komponenty počítače. V tomto rozhraní můžete konfigurovat takové věci, jako je pořadí čtení jednotek během spouštění a jak rychle by měl být procesor schopen běžet. Podívejte se do dokumentace k počítači a zjistěte, jak zadat rozhraní BIOS. Tyto informace se často zobrazují i při prvním spuštění počítače se zprávou, například: Stisknutím klávesy DEL otevřete nabídku nastavení.

Následuje přehled zaváděcího procesu v počítači:

Tlačítko napájení aktivuje napájení počítače, odešle napájení na základní desku a další komponenty.
Počítač provede autotest (POST). POST je malý počítačový program v systému BIOS, který kontroluje selhání hardwaru. Jedno pípnutí po POST signalizuje, že je vše v pořádku. Jiné pípnutí signalizuje selhání hardwaru a odborníci na opravu PC porovnají tyto sekvence s grafem, aby určili, která komponenta selhala.
Počítač zobrazí na připojeném monitoru informace o podrobnostech procesu spouštění. Mezi ně patří výrobce a revize systému BIOS, specifikace procesoru, množství nainstalované paměti RAM a detekované jednotky. Mnoho počítačů nahradilo zobrazování těchto informací úvodní obrazovkou s logem výrobce. Pokud byste raději viděli text, můžete úvodní obrazovku v nastavení systému BIOS vypnout.
Systém BIOS se pokouší získat přístup k prvnímu sektoru jednotky určené jako spouštěcí disketa. První sektor je první kilobajt disku v sekvenci, pokud je jednotka čtena postupně od první dostupné adresy úložiště. Spouštěcí disk je obvykle stejný pevný disk nebo jednotka SSD, která obsahuje váš operační systém. Spouštěcí disketu můžete změnit konfigurací systému BIOS nebo přerušením procesu spouštění pomocí sekvence kláves (často se zobrazuje na spouštěcích obrazovkách)..
Systém BIOS potvrzuje, že v prvním sektoru spouštěcího disku je zaváděcí zavaděč nebo zaváděcí zavaděč, a zavádí zaváděcí zavaděč do paměti (RAM). Zaváděcí zavaděč je malý program určený k nalezení a spuštění operačního systému počítače.
Jakmile je zaváděcí zavaděč v paměti, BIOS předá svou práci zaváděcímu zavaděči, který zase začne načítat operační systém do paměti.
Když zaváděcí zavaděč dokončí svůj úkol, převede ovládání počítače na operační systém. Poté je operační systém připraven k interakci s uživatelem.

Teď, když jsme všichni připojeni, co bude dál? Spousta toho, jak počítače pracují, závisí na operačním systému, který používáte. V další části se podívejme na to, jak operační systémy fungují na PC.

Microsoft Windows je i nadále nejoblíbenějším operačním systémem na světě. © iStockphoto.com / Tuomas Kujansuu

Po spuštění počítače jej můžete ovládat pomocí operačního systému nebo zkráceně OS. Od tohoto psaní většina počítačů jiných společností než Apple používá verzi systému Microsoft Windows nebo linuxovou distribuci. Tyto operační systémy jsou navrženy tak, aby fungovaly na různých druzích počítačového hardwaru, zatímco Mac OS X je určen především pro hardware společnosti Apple.

Za několik úkolů odpovídá operační systém. Tyto úkoly spadají do následujících širokých kategorií:

Správa procesorů -- rozdělí práci procesoru na zvládnutelné kousky a upřednostní je před jejich odesláním do CPU.
Správa paměti -- koordinuje tok dat dovnitř a ven z RAM a určuje, kdy použít virtuální paměť na pevném disku k doplnění nedostatečného množství paměti RAM.
Správa zařízení -- poskytuje softwarové rozhraní mezi vnitřními součástmi počítače a každým zařízením připojeným k počítači. Příklady zahrnují interpretaci vstupu klávesnice nebo myši nebo úpravu grafických dat na správné rozlišení obrazovky. Síťová rozhraní, včetně správy internetového připojení, spadají také do kbelíku pro správu zařízení.
Správa úložiště -- nasměruje, kam mají být data trvale uložena na pevných discích, jednotkách SSD, jednotkách USB a dalších formách ukládání. Úlohy správy úložiště například pomáhají při vytváření, čtení, úpravách, přesouvání, kopírování a mazání dokumentů.
Rozhraní aplikace -- zajišťuje výměnu dat mezi softwarovými programy a PC. Aplikace musí být naprogramována tak, aby pracovala s aplikačním rozhraním operačního systému, který používáte. Aplikace jsou často také navrženy pro konkrétní verze operačního systému. Uvidíte to v požadavcích aplikace s frázemi jako „Windows Vista nebo novější“ nebo „funguje pouze na 64bitových operačních systémech“.
Uživatelské rozhraní (UI) - poskytuje způsob interakce s počítačem.

Odtud si poznamenejte a prohlédněte si náš článek Jak fungují operační systémy, kde najdete další podrobnosti o tom, jak operační systém funguje na PC. Zkontrolujte také, kdy chcete vědět, jak konkrétní aplikace a zařízení fungují na vašem PC.

Nyní se podívejme na budoucnost počítačů celkově a na to, jak výrobci počítačů dobyli výzvy přenosnosti mobilních počítačů.

Od doby, kdy první počítač vstoupil na trh, novější a lepší modely učinily starší modely zastaralými během několika měsíců od výroby. Technologie pohonů jako SATA nahradily IDE a rozšiřující sloty PCI nahradily ISA a EISA. Nejvýznamnějším ukazatelem technologického pokroku v počítači je jeho CPU a mikroprocesor v tomto CPU.

Křemíkové mikroprocesory jsou srdcem výpočetního světa od padesátých let. Během této doby výrobci mikroprocesorů nacpali více tranzistorů a vylepšení na mikroprocesory. V roce 1965 zakladatel společnosti Intel Gordon Moore předpověděl, že mikroprocesory se každé dva roky zdvojnásobí. Od té doby se tato složitost zdvojnásobila každých 18 měsíců a odborníci v oboru dabovali predikci Mooreova zákona. Mnoho odborníků předpovědělo, že Mooreův zákon brzy skončí kvůli fyzickým omezením křemíkových mikroprocesorů [zdroj: PBS].

Od tohoto psaní však tranzistorové kapacity procesorů stále rostou. Je to proto, že výrobci čipů neustále hledají nové způsoby, jak leptat tranzistory na křemík. Drobné tranzistory se nyní měří v nanometrech, což je jedna miliardtina metru. Atomy samotné jsou přibližně 0,5 nm a nejaktuálnější výrobní procesy pro mikroprocesory mohou produkovat tranzistory, které měří 45 nm nebo 32 nm. Čím menší je toto číslo, tím více tranzistorů se vejde na čip, a tedy čím větší je výpočetní výkon, je čip schopen. Od května 2011 společnost Intel pracovala na výrobním procesu 22 nm, kódově pojmenovaném Ivy Bridge, který používá tranzistory s energeticky úsporným designem s názvem Tri-Gate [zdroje: BBC, Intel].

Co se stane, když dosáhneme konce Mooreova zákona? Nový způsob zpracování údajů by mohl zajistit pokračování pokroku. Potenciálními nástupci jsou ti, kteří se ukáží jako silnější prostředek k provádění základních výpočetních funkcí procesoru. Křemíkové mikroprocesory se spoléhají na tradiční dvoustavový tranzistor více než 50 let, ale vynálezy, jako jsou kvantové počítače, mění hru.

Kvantové počítače nejsou omezeny na dva stavy 1 nebo 0. Kódují informace jako kvantové bity nebo qubity. Qubit může být 1 nebo 0, nebo může existovat v superpozici, která je současně 1 a 0 nebo někde mezi nimi. Qubits představují atomy, které pracují společně, aby sloužily jako paměť počítače a mikroprocesor. Protože kvantový počítač může obsahovat tyto více stavů současně, má potenciál být milionkrát výkonnější než dnešní nejvýkonnější superpočítače. Kvantová výpočetní technologie je stále v počátečních fázích, ale vědci již tento koncept prokazují skutečnými, měřitelnými výsledky. Nezapomeňte se podívat, jak kvantové počítače pracují na tomto úžasném průlomu.

Čas ukáže, zda výkon kvantových počítačů někdy dosáhne průměrného počítače. Mezitím si stále můžete s sebou vzít spoustu výpočetního výkonu díky mobilním počítačům, na které se podíváme dále.

Výrobci počítačů již před PC konceptualizovali přenosné počítače. To bylo 12-libra IBM PC konvertibilní, který přinesl notebook koncept do výroby v roce 1986. Od té doby, přenosné počítače stali se menší a lehčí, a jejich výpočetní výkon se zlepšil podél stolních PC [zdroj: IBM].

Počítačový průmysl dnes uznává další třídy mobilních počítačů. Jedna třída, notebook, se stala téměř synonymem pro notebook. Tento termín byl původně používán k označení menšího, lehčího bratrance do notebooku. Další třída, netbook, je ještě menší než notebooky, ale je také levnější a méně výkonná. Klasifikace je pravděpodobně pojmenována pro své cílové publikum: ty, které chtějí pro používání internetu velmi základní rozhraní.

Mobilní výpočetní technika jde ještě dále než notebooky a netbooky. Mnoho chytrých telefonů a tabletů má stejný výpočetní výkon jako notebooky, které jsou zabaleny do menších balíčků. Mezi klíčové rozdíly patří kromě klávesnice nebo místo klávesnice menší velikost a rozlišení obrazovky, méně externích portů, schopnost mobilního telefonu a technologie dotykové obrazovky..

Na straně softwaru také zlepšují přenositelnost operační systémy PC. Například Google Chrome OS minimalizuje potřebu místa na pevném disku spoléháním na přístup k webovým aplikacím a cloudovému úložišti. To znamená, že netbook, který je omezen na jednotku SSD s kapacitou 64 GB, má potenciál být stejně užitečný jako notebook s diskovou jednotkou 500 GB. Výjimkou této výhody šetřící místo jsou samozřejmě velké aplikace, které nejsou podporovány webem.

V tomto článku jsme se podívali na to, jak počítač funguje a kam směřuje počítačová technologie. Jedno je jisté: počítač se bude vyvíjet. Zrychlí se to. Bude mít větší kapacitu. A bude to i nadále nedílnou součástí našeho života.

Chcete-li získat mnohem více na osobních počítačích, klikněte na další stránku.

Související články

Jak funguje BIOS
Jak funguje paměť počítače
Jak funguje Ethernet
Jak funguje EUVL Chipmaking
Jak FireWire funguje
Jak pevné disky fungují
Jak notebooky fungují
Jak fungují mikroprocesory
Jak fungují modemy
Jak funguje Mooreův zákon
Jak Netbooky fungují
Jak PCI funguje
Jak funguje vyměnitelné úložiště
Jak tranzistory fungují
Jak fungují USB porty
10 typů počítačů
Jak malé mohou CPU získat?
Jaký je rozdíl mezi notebooky, netbooky a ultramobilními počítači??

Další skvělé odkazy

Archivy IBM: Osobní počítač IBM
Microsoft: Historie systému Windows

Prameny

BBC novinky. „Intel představuje 22nm 3D procesor Ivy Bridge.“ BBC. 4. května 2011. (1. listopadu 2011) http://www.bbc.co.uk/news/technology-13283882
Ceruzzi, Paul E. "Dějiny moderních výpočtů, 2. vydání." Technologický institut v Massachusetts. 2003.
Lenovo. "Historie společnosti." (1. listopadu 2011) http://www.lenovo.com/lenovo/us/en/history.html
Intel. "Od písku k křemíku: výroba čipu: 32nm technologie zpracování." Intel Corporation. (1. listopadu 2011) http://www.intel.com/pressroom/kits/chipmaking/index.htm
Lasar, Matthew. "Kdo vynalezl osobní počítač? (Nápověda: ne IBM)." Ars Technica. Condé Nast Digital. Červen 2011. (31. října 2011) http://arstechnica.com/tech-policy/news/2011/06/did-ibm-invent-the-personal-computer-answer-no.ars
PBS.org. "První křemíkový tranzistor." ScienCentral, Inc. a Americký fyzikální ústav. 1999. (1. listopadu 2011) http://www.pbs.org/transistor/science/events/silicont1.html