Dingen uit elkaar halen is voor sommigen een hobby. Je ziet de buitenste schil en stelt je voor dat de tandwielen naar binnen draaien. Maar er is een enorm verschil tussen het openen van een apparaat en het functioneel houden ervan. Zelfs als het je lukt om elke schroef en lintkabel correct weer in elkaar te zetten, start de machine mogelijk niet op. Sommige systemen zijn kwetsbaar. Sommige zijn gevaarlijk als ze verkeerd worden gebruikt. Voor complexe elektronica zoals een computer is het meestal slimmer om de deconstructie over te laten aan gecertificeerde technici.
Dat gezegd hebbende, nieuwsgierigheid is moeilijk te doden. We willen weten wat de krachten zijn van de dozen die we dagelijks gebruiken. Om dat te beantwoorden hebben we een standaard IBM-laptop genomen en deze stukje bij beetje gedemonteerd. Er is voor dit specifieke model gekozen omdat het de industriestandaard vertegenwoordigt. Het bevat alle kerncomponenten die in de meeste personal computers voorkomen, maar doet dit in een veel strakkere, compactere lay-out dan zijn grotere tegenhangers.
Het is gemakkelijk om aan te nemen dat laptops en desktops fundamenteel verschillende wezens zijn. Dat zijn ze niet. De interne componenten zijn grotendeels identiek. Een desktop-moederbord gebruikt dezelfde logica als die van een laptop. Het verschil zit in de verpakking. Desktops hebben ruimte om te ademen. Ze gebruiken kaarten van standaardformaat die in uitbreidingspoorten passen. Laptops integreren dezelfde functies in kleinere, gesoldeerde modules. Je verwisselt zelden het RAM-geheugen of de geheugenkaart van een laptop met hetzelfde gemak als een desktoptoren.
Om te begrijpen hoe een pc werkt, moet je de anatomie in twee verschillende groepen splitsen. Er zijn de hersenen. Dit zijn de verwerkers en verwerkingsverantwoordelijken die gegevens verwerken. Dan zijn er de lef. Dit zijn de voedingen, opslagschijven en koelventilatoren die het systeem in leven houden, maar niet rechtstreeks informatie berekenen.
We beginnen met de hersenen. Dit is waar de echte magie plaatsvindt. Ga met ons mee terwijl we in de verwerkingskern van de computer duiken.
Het computerbrein
Het moederbord is niet zomaar een bord. Het is de letterlijke basis. Deze grote printplaat fungeert als het centrale zenuwstelsel en zorgt voor de aansluitingen en verbindingen waardoor verschillende componenten met elkaar kunnen praten. Vorm is hier belangrijk. Een laptopmoederbord lijkt in niets op een desktop-tegenhanger. Grootte en indeling worden bepaald door ruimtebeperkingen.
In het midden van dit alles bevindt zich de centrale verwerkingseenheid (CPU ). Zie het als de hersenen. Deze microprocessor bevat miljoenen kleine transistors. Zijn taak is eenvoudig maar zwaar: voer de berekeningen uit die ervoor zorgen dat software werkt. De transistors manipuleren gegevens. De CPU neemt beslissingen. Zonder gebeurt er niets.
Het geheugen is net zo belangrijk. Computers zijn afhankelijk van twee hoofdtypen: alleen-lezen geheugen (ROM ) en random access memory (RAM ). ROM is statisch. Je kunt ervan lezen, maar je kunt er geen nieuwe gegevens naar schrijven. RAM-geheugen is anders. Het maakt zowel lezen als schrijven mogelijk. Waarom is dit onderscheid van belang? Want zonder geheugen zou elke berekening staatloos zijn. Er is geen manier om informatie van het ene op het andere moment te bewaren. Elk proces zou met een schone lei beginnen. Je kunt geen complexe programma’s op een schone lei bouwen.
De upgrademogelijkheden variëren enorm. Bij veel desktop-pc’s kunt u extra RAM-chips op de moederbordaansluitingen aansluiten. Je opent de zaak. U installeert het geheugen. Je bent klaar. Andere systemen zijn verzegeld. Het is niet de bedoeling dat je ze opent. Je zit vast aan wat er in de doos zat.
Dan is er nog het Basisinvoer/uitvoersysteem (BIOS ). Dit is een specifiek type ROM dat nauw samenwerkt met de CPU. Als de CPU het brein is, is het BIOS de ruggengraat. Het verzorgt de interactie tussen actieve software en hardwarecomponenten. Het overbrugt de kloof.
Het moederbord, CPU, ROM, RAM en BIOS doen het grootste deel van het zware werk. Ze wijzen middelen toe aan applicaties. Ze zorgen voor een soepele werking. Ze accepteren invoer van toetsenborden, muizen en andere accessoires. Zij beheren de stroom.
Maar er zit meer in het verhaal.
De zware graphics verlichten
Grafische kaarten worden vaak op één hoop gegooid in de categorie ‘lef’. Ze verdienen hun eigen spotlight. Veel van deze kaarten worden geleverd met hun eigen speciale microprocessors: de grafische verwerkingseenheid (GPU ).
Waarom hebben we een aparte processor nodig voor grafische afbeeldingen? Omdat het genereren van rijke, complexe beelden rekentechnisch duur is. De GPU verwerkt een deel van die verwerkingskracht. Het ontlast de CPU. Door deze scheiding kan de hoofdprocessor zich concentreren op spellogica, fysica of applicatiecode, terwijl de GPU weergeeft wat u op het scherm ziet.
Het is een taakverdeling. De CPU denkt. De GPU trekt. Het moederbord verbindt ze. Het geheugen bevat de gegevens. Het BIOS start alles op.
Andere componenten wachten in de coulissen. Opslagschijven. Voedingen. Koelsystemen. Laten we in het volgende gedeelte eens dieper ingaan op de computer.
De machine van stroom voorzien
Door uw computer op de muur aan te sluiten, doet u meer dan alleen de verlichting aanhouden. Het stuurt elektriciteit via een snoer naar een afgeschermde doos waarin zich een voeding bevindt. Binnenin brengt een transformator de ruwe spanning omlaag naar niveaus die elk onderdeel daadwerkelijk aankan. Als je een laptop gebruikt, gaat een deel van dat sap rechtstreeks naar de batterij, waar deze wordt opgeladen zodra je de stekker uit het stopcontact trekt. Dan loop je op opgeslagen energie.
Zelfs als het systeem is uitgeschakeld, blijft een kleine CMOS-batterij actief. Het houdt de complementaire metaaloxide-halfgeleiderchip levend, waardoor uw hardware-instellingen behouden blijven en de klok nauwkeurig blijft. U weet dit omdat uw tijd nooit verstrijkt als u weken later opstart.
Waar gegevens leven
Schijven zijn de opslagmotoren. Het werkpaard is de harde schijf. Traditionele modellen draaien dunne schotels en gebruiken magnetische velden om uw bestanden vast te houden. Moderne machines ruilen deze vaak in voor Solid State -schijven. Geen bewegende delen. Gewoon flashgeheugen. Met beide kunt u apps installeren en documenten rechtstreeks op de machine opslaan.
Weet je nog floppy diskdrives? Die zijn verdwenen. Dat geldt ook voor de meeste CD-ROM – en DVD-ROM -stations. Vroeger waren ze de standaard voor het laden van software en media, maar optische opslag is grotendeels verdwenen uit de moderne versie.
Connectiviteit en uitvoer
Modems overbruggen de kloof tussen uw pc en andere systemen. Ze zijn nauw verbonden met draadloze kaarten, die fungeren als radiozendontvangers. Deze kaarten verzenden en ontvangen gegevens via specifieke radiofrequenties, zodat u zonder kabel gebruik kunt maken van Wi-Fi.
Geluid en grafische kaarten verwerken de sensorische output. Eén speelt audio af. De andere geeft afbeeldingen weer. Ze zijn niet uitwisselbaar. De specificaties van een grafische kaart bepalen welke softwareformaten deze kan decoderen of weergeven. Niet alle kaarten ondersteunen dezelfde codecs. Als u de verkeerde kiest, kan uw mediaspeler stotteren.
Het hitteprobleem en hoe we het oplossen
Binnenin de behuizing is de strijd tegen entropie constant. Koelsystemen vormen de eerste verdedigingslinie en bestaan meestal uit koellichamen en ventilatoren. Zonder hen is oververhitting niet alleen maar een ongemak; het is een systeemfout die nog moet gebeuren. De prestaties gaan eerst achteruit. Vervolgens crasht het systeem.
Koellichamen zijn passieve metalen structuren die zijn ontworpen om thermische energie te absorberen en deze weg te leiden van kritische componenten zoals de CPU. Ventilatoren zorgen voor het actieve mechanisme om de opgesloten warmte in de kamer af te voeren. Het is een eenvoudige uitwisseling: neem de hitte op, verplaats deze naar buiten.
Voor hoogwaardige constructies is luchtkoeling niet altijd voldoende. Sommige systemen kiezen voor geavanceerde vloeistofkoelsystemen. Een waterkoelingsoplossing maakt gebruik van buizen met stromend koelmiddel om warmte efficiënter te absorberen dan lucht, waardoor deze weg wordt geleid van gevoelige onderdelen voordat deze elders in het chassis in een radiator wordt gedumpt.
Dat is de anatomie. Je hebt nu een kaart van de belangrijkste elementen in een typische computer. U hoeft de doos niet te openen en naar de circuits te staren om te begrijpen wat er binnenin gebeurt. Het mysterie is verdwenen.
Nu komt de spanning: zal het nog steeds werken als we het weer in elkaar zetten?
Gerelateerde onderwerpen
Als je dieper wilt graven in de architectuur die jouw dagelijkse digitale leven aandrijft, zijn deze gebieden de moeite waard om te verkennen:
- Hardwaregrondbeginselen : hoe pc’s werken, hoe je een computer bouwt, hoe moederborden werken en hoe pc-voedingen werken.
- Kerncomponenten : hoe microprocessors werken, hoe computergeheugen werkt, hoe grafische kaarten werken en hoe harde schijven werken.
- Interfaces en controllers : hoe AGP werkt, hoe IDE-controllers werken, hoe USB werkt en hoe geluidskaarten werken.
- Systeemsoftware : hoe BIOS werkt en hoe besturingssystemen werken.
Bronnen
- “De pc-gids.” 17 april 2001. (Opgehaald op 9 september 2008) http://www.pcguide.com/
- “PC-technische gids.” (Opgehaald op 10 september 2008) http://www.pctechguide.com/
- Rosenthal, Morris. “Een computer bouwen – een geïllustreerde stapsgewijze handleiding.” 2008. (Opgehaald op 10 september 2008) http://www.daileyint.com/build/
- Wit, Ron. “Hoe computers werken.” QUE-bedrijf. September 1999.
