Из чего состоит компьютер и как он работает
. Устройство и характеристики ПК
Все компьютеры устроены примерно одинаково: у каждого устройства есть набор рабочих элементов, отвечающих за обработку и передачу информации. Но в зависимости от их исходных параметров скорость и возможности ПК будут различаться. Рассказываем, из чего состоит компьютер и как он работает.
Из чего состоит компьютер
Базовое устройство всех компьютеров одинаковое, разница — в форм-факторе, производительности и мощности техники
Любой компьютер, настольный или ноутбук, — это совокупность аппаратного и программного обеспечения, соединенных в единую рабочую систему. Особенности того и другого определяют внешний вид устройства (портативность, габариты) и технические параметры (мощность, производительность).
К аппаратной части ПК относятся все физические части: от клавиатуры и мыши до внутренних — вроде материнской платы и жесткого диска. Программное обеспечение — это набор инструкций, сообщающих аппаратным модулям, что и как делать. В отличие от физических частей компьютера, ПО невозможно увидеть или потрогать. Оно существует в виде набора цифр и кодов.
Что такое системный блок
Главная задача системного блока — защита внутренних компонентов ПК
Системный блок — это корпус, в котором размещены все основные рабочие элементы компьютера. У настольного ПК он выглядит как отдельный блок или ящик с встроенным дисководом, портами USB и любыми другими разъемами. Существует несколько типов системных блоков по размеру [1].
- Full tower. Один из самых больших корпусов, в который помещается большое число компонентов и определенные виды материнских плат. Средние габариты: от 55 до 75 см в высоту и от 22 до 32 см в ширину.
- Mid tower. Самый популярный и распространенный форм-фактор системного блока для домашних ПК. Габариты корпуса варьируются от 35–55 см в высоту и 15–25 см в ширину.
- Mini-Tower. Один из компактных видов системных блоков в высоту и ширину: 30–45 см и 15–25 см соответственно. Небольшие размеры корпуса накладывают ограничение по выбору внутренних комплектующих.
Помимо стандартных системных блоков, которые выглядят как закрытый корпус, существуют системы, организованные по открытому типу. Обычно их используют в серверных и там, где нужны высокие вычислительные мощности. В этом случае компоненты ПК располагают на стеллажах или в больших шкафах.
За что отвечает материнская плата в компьютере
У каждого элемента свое место на материнской плате, и эта архитектура в целом унифицирована
Материнская плата — это ключевой связующий хаб внутри компьютера, который напрямую подключается ко всем рабочим компонентами и обеспечивает связь между ними. Этот элемент выглядит как тонкая пластина со множеством разъемов, микросхем и «дорожек». На материнской плате расположены процессор, память, разъемы для жесткого диска и оптических приводов, платы расширения для управления видео и аудио, а также разъемы для подключения к портам компьютера (например, USB). Материнские платы бывают разных размеров, производительности и совместимости.
- ATX (Advanced Technology Extended). Самый распространенный форм-фактор материнской платы — 305x244 мм. Подходит для большинства настольных компьютеров.
- Micro-ATX. Используется в компактных корпусах, ее размеры — 244x244 мм. Из-за уменьшенных габаритов на такой материнской плате меньше слотов расширения.
- Mini-ITX. Один из самых маленьких форм-факторов: 170x170 мм. Обычно их используют в бытовых приборах, автомобилях, сетевых устройствах, роутерах.
- E-ATX (Extended ATX). Большие материнские платы (от 305x330 мм) с возможностями для значительного расширения, большим числом слотов и разъемов для оперативной памяти. Их используют в высокопроизводительной технике.
Что такое процессор
Тип процессора подбирают по совместимости с материнской платой
Процессор — это главный вычислительный центр компьютера, его «мозг». Он обрабатывает все операции и команды, которые отправляет пользователь: нажатие клавиши, щелчки мыши или запуск приложения — все это инструкции для процессора. Компонент всегда расположен на материнской плате. Внешне он выглядит как небольшая коробка с разъемом для подключения. Основная характеристика процессора — скорость. Ее измеряют в мегагерцах (МГц) или гигагерцах (ГГц), что соответствует миллиону или миллиарду выполняемых операций в секунду. При этом фактическая скорость компьютера зависит не только от процессора, но и производительности других элементов. Основные мировые производители процессоров: Intel, AMD, NVIDIA, IBM, Samsung Electronics, Apple [2].
За что отвечает видеокарта в компьютере
Для некоторых задач, например игр или работы с графикой, используют специальные, более мощные видеокарты
Видеокарта отвечает за то, что пользователь видит на мониторе. В большинстве компьютеров она встроена в материнскую плату. Это так называемые интегрированные видеокарты. Когда нужно повысить производительность системы, например, на игровом ПК или для работы с высоким уровнем графики, используют дискретный тип видеокарт. Их устанавливают отдельно, в специальный слот на материнской плате. Так можно значительно повысить производительность компьютера.
За что отвечает ОЗУ и жесткий диск в компьютере
В компьютере есть два видам памяти — оперативная и постоянная
Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), или оперативная память, — это хранилище информации и команд, которые пользователь выполняет в текущий момент времени. Ее объем указывают в гигабайтах (Гб). Чем больше этот показатель, тем больше задач компьютер сможет вместить одновременно. При выключении компьютера данные из ОЗУ исчезают. Чтобы они не пропали, любые действия необходимо сохранить на жесткий диск. Он служит долговременным хранилищем. Информация на нем останется до тех пор, пока пользователь не удалит ее сам.
Как работает компьютер
Работа любого компьютера строится на непрерывном вычислении
Базово схема работы любого компьютера выглядит так: ввод команды -> ее обработка -> вывод результата. Например, вы кликнули на нужный файл, система загрузила его и показала какую-то информацию или картинку на экране. Происходит это незаметно для пользователя, поскольку всю вычислительную работу компоненты ПК выполняют внутри. Для этого существует набор инструкций и алгоритмов, представленных в виде числового кода. В большинстве компьютеров используют двоичный код, в котором все числа хранятся как последовательности битов (0 или 1). То или иное состояние определяет напряжение, которое подается на материнскую плату в момент запуска ПК. Пошагово это происходит так:
- Передача инструкций. С помощью устройства ввода (клавиатура, мышь, микрофон) пользователь отправляет указание сделать что-либо.
- Обработка команды. После этого центральный процессор обрабатывает ее, отправляя команды на другие внутренние компоненты, забирая нужные данные с жесткого диска, оперативной памяти. Происходит это путем передачи электрических сигналов. Состояние «включено-выключено» соответствует числам 0 и 1 кода, которые компьютер использует для понимания всей информации, включая слова, цифры и изображения.
- Выведение результата. Обработав данные, система выводит результат на экран. Далее пользователь работает с этим данными, может менять и дополнять их. Чтобы сохранить результат, файлы отправляют на жесткий диск.
У любого ПК есть набор базовых характеристик
Мощность и производительность компьютера определяет набор рабочих характеристик и параметров каждого компонента. Вот некоторые из них.
- Скорость. Определяет то, как быстро компьютер будет думать и выводить результат. За это отвечает процессор. Его производительность определяет тактовая частота в гигагерцах (ГГц). Для разных задач нужна своя. Например, на большинстве рядовых ПК стоят процессоры 2–3 ГГц, для огромных серверных это уже 4–5 ГГц. Еще один важный элемент, влияющий на скорость и производительность ПК, — материнская плата. Она служит площадкой для модернизации и разгона компьютера.
- Память. Ее объем влияет на скорость и количество задач, выполняемых прямо сейчас, а также на то, какой объем данных может хранить ПК постоянно. В среднем на бытовых устройствах используют оперативную память объемом от 8 Гб, для работы с большими данными или графикой нужно уже от 16 Гб.
- Вывод данных. За визуальную часть в компьютере отвечает видеокарта. От нее зависит, насколько корректно будет выводиться информация на экран. Для рядовых задач достаточно встроенной видеокарты, но если на ПК занимаются графикой, 3D-моделированием или монтажом, потребуется внешнее расширение. Иначе изображения или видеоряд будут тормозить.
- Операционная система: сама по себе она не влияет на скорость вычисления, но определяет то, какие программы сможет поддерживать ПК. Существует три вида ОС: Windows, macOS или Linux. Первые две наиболее распространены в домашних ПК, последнюю используют продвинутые пользователи и программисты.
- Встроенное ПО. Это программа, которая запускается еще до того, как загрузится операционная система. Базовой считается BIOS, у которой также есть более современная версия — UEFI. Обе в момент запуска компьютера помогают правильно распределить ресурсы между компонентами компьютера.
Частые вопросы
Вот еще несколько вопросов об устройстве компьютера.
Какое устройство в компьютере служит для обработки информации
Базовое — это процессор. В нем происходит вычисление команд и инструкций. Но обработкой информации заняты и другие компоненты ПК: например, микрофон преобразует голос в сигнал и передает его дальше системе, по аналогии мышь или клавиатура отправляют команду от физического контакта. Помимо этого, непрерывная обработка информации идет в схемах материнской платы, через которую сигнал от одного компонента поступает к другому.
Из чего состоит материнская плата
Материнская плата — это площадка, которая объединяет все рабочие элементы ПК. Без нее техника работать не сможет. У матплаты фиксированная архитектура, а у каждого компонента свое место на ней. На материнской плате расположены процессор, слоты оперативной памяти, слоты расширения, разъемы для хранения данных и различные порты ввода-вывода. Она также включает набор микросхем и разъемы питания для передачи данных и работы периферийных устройств, таких как клавиатура и мышь.
Главное об устройстве компьютера
Набор базовых рабочих элементов ПК унифицирован, но их производительность и форм-фактор будут разными
- В состав компьютера входят аппаратные и программные компоненты. Первое — это все, что имеет физическую форму: системный блок, материнская плата, клавиатура, монитор или блок памяти. Программные компоненты неосязаемы: коды, алгоритмы, электрические сигналы, генерируемые внутри системы.
- Любой компьютер работает по принципу ввода команды, ее обработки, вычисления и вывода результата. Для пользователя этот процесс проходит незаметно и быстро, а видимым остается только результат. Он выводится на монитор.
- Основные компоненты ПК размещены на материнской плате — это процессор, постоянная и оперативная память, видео- и звуковые карты. Их параметры также определяют, насколько быстро будет работать устройство.
- Независимо от формы и размеров ПК — настольный или ноутбук — набор внутренних элементов будет одним и тем же. А вот операционные системы могут различаться. Две наиболее массовые — это Windows и macOS. Третий тип, Linux, чаще используют в профессиональной среде.
- К базовым характеристикам ПК относятся параметры основных компонентов. Другими словами, повышение производительности только одного компонента не гарантирует, что вся система заработает быстрее. Как правило, для этого требуется модернизация сразу нескольких элементов.
