Rozbieranie rzeczy na części to dla niektórych hobby. Widzisz zewnętrzną powłokę i wyobrażasz sobie obracające się wewnątrz koła zębate. Istnieje jednak ogromna różnica pomiędzy otwarciem urządzenia a utrzymaniem jego funkcjonalności. Nawet jeśli uda Ci się poprawnie zamontować wszystkie śruby i kable, komputer może się nie uruchomić. Niektóre systemy są delikatne. Niektóre z nich są niebezpieczne, jeśli traktuje się je nieostrożnie. W przypadku złożonej elektroniki, takiej jak komputer, zazwyczaj mądrzejszą decyzją jest pozostawienie demontażu certyfikowanym technikom.
Mimo to ciekawość jest trudna do zabicia. Chcemy wiedzieć, jaką mocą zasilają urządzenia, z których korzystamy na co dzień. Aby odpowiedzieć na to pytanie, wzięliśmy standardowy laptop IBM i rozebraliśmy go kawałek po kawałku. Wybrano ten konkretny model, ponieważ reprezentuje standard branżowy. Zawiera wszystkie podstawowe komponenty, które można znaleźć w większości komputerów osobistych, ale są one zaimplementowane w znacznie bardziej kompaktowym i gęstym układzie w porównaniu do ich większych odpowiedników.
Łatwo założyć, że laptopy i komputery stacjonarne to zasadniczo różne urządzenia. Ale to nieprawda. Elementy wewnętrzne są w dużej mierze identyczne. Płyta główna komputera stacjonarnego działa według tej samej logiki, co płyta główna laptopa. Różnica polega na układzie. Komputery stacjonarne mają gdzie oddychać. Wykorzystują płytki o standardowych rozmiarach, które wkłada się do gniazd rozszerzeń. Laptopy integrują te same funkcje w mniejszych, lutowanych modułach. Rzadko można wymienić pamięć RAM lub pamięć masową w laptopie tak łatwo, jak w systemie stacjonarnym.
Aby zrozumieć, jak działa komputer PC, należy podzielić jego anatomię na dwie jasne grupy. To są „mózgi”. Są to podmioty przetwarzające i administratorzy przetwarzający dane. Do tego dochodzi „odwaga”. Są to zasilacze, napędy i wentylatory chłodzące, które wspierają żywotność systemu, ale nie są bezpośrednio zaangażowane w przetwarzanie informacji.
Zaczynamy od „mózgów”. To tutaj dzieje się prawdziwa magia. Dołącz do nas, gdy zagłębimy się w rdzeń obliczeniowy komputera.
Mózg komputera
Płyta główna to nie tylko płyta główna. To jest dosłownie podstawa. Ta duża płytka drukowana działa jak centralny układ nerwowy, zapewniając gniazda i połączenia umożliwiające wzajemną komunikację różnych komponentów. Forma ma tutaj znaczenie. Płyta główna laptopa w niczym nie przypomina tego samego komponentu w komputerze stacjonarnym. Rozmiar i układ są podyktowane ograniczeniami przestrzennymi.
W samym centrum tego wszystkiego znajduje się jednostka centralna (CPU ). Pomyśl o tym jak o mózgu. Ten mikroprocesor zawiera miliony maleńkich tranzystorów. Jego zadanie jest proste, ale ważne: wykonać obliczenia niezbędne do uruchomienia oprogramowania. Tranzystory manipulują danymi. Centralny procesor podejmuje decyzje. Bez niego nic się nie dzieje.
Pamięć jest nie mniej istotna. Komputery korzystają z dwóch głównych typów pamięci: pamięci tylko do odczytu (ROM ) i pamięci o dostępie swobodnym (RAM ). ROM jest statyczny. Można z niego czytać, ale nie można zapisywać na nim nowych danych. Pamięć RAM jest zaprojektowana inaczej. Umożliwia zarówno czytanie, jak i pisanie. Dlaczego to rozróżnienie jest ważne? Ponieważ bez pamięci każdy proces obliczeniowy byłby bezstanowy. Nie ma możliwości przechowywania informacji z jednego momentu na drugi. Każdy proces zaczynałby się od zera. Nie da się tworzyć skomplikowanych programów na czystej kartce papieru.
Możliwość aktualizacji jest bardzo zróżnicowana. Wiele komputerów stacjonarnych umożliwia podłączenie dodatkowych układów pamięci do gniazd płyty głównej. Otwierasz skrzynkę. Zainstaluj pamięć. Gotowy. Pozostałe systemy są uszczelnione. Nie należy ich otwierać. Utknęłaś w tym, co było w pudełku.
Następnie jest Podstawowy system wejścia/wyjścia (BIOS ). Jest to specjalny typ pamięci ROM, który ściśle współpracuje z procesorem. Jeśli procesor jest mózgiem, to BIOS jest kręgosłupem. Obsługuje interakcję pomiędzy działającym oprogramowaniem i komponentami sprzętowymi. Wypełnia lukę.
Płyta główna, procesor, pamięć ROM, RAM i BIOS wykonują większość ciężkich prac. Dystrybuują zasoby pomiędzy aplikacjami. Zapewniają płynną pracę. Akceptują dane wejściowe z klawiatur, myszy i innych akcesoriów. Kontrolują przepływ danych.
Ale na tym historia się nie kończy.
Odciążanie zadań graficznych
Karty graficzne są często klasyfikowane jako „wewnętrzne”. Zasługują na szczególną uwagę. Wiele z tych kart ma własne, dedykowane mikroprocesory: jednostka przetwarzania grafiki (GPU ).
Dlaczego potrzebujemy osobnego procesora do grafiki? Ponieważ generowanie bogatych i złożonych efektów wizualnych wymaga dużych zasobów obliczeniowych. GPU przejmuje część mocy obliczeniowej. Odciąża procesor. To oddzielenie pozwala głównemu procesorowi skupić się na logice gry, fizyce lub kodzie aplikacji, podczas gdy procesor graficzny renderuje to, co widzisz na ekranie.
Taki jest podział pracy. Procesor myśli. GP losuje. Łączy je płyta główna. Pamięć przechowuje dane. BIOS ładuje wszystko.
Pozostałe elementy czekają na swoją kolej. Zasilacze pamięci masowej. Systemy chłodzenia. Przyjrzyjmy się elementom wewnętrznym komputera w następnej sekcji.
Moc komputera
Podłączenie komputera do gniazdka elektrycznego to coś więcej niż tylko zapewnienie światła. Energia elektryczna jest dostarczana kablem do ekranowanej jednostki zawierającej zasilacz. Wewnątrz znajduje się transformator obniżający pierwotne napięcie do poziomu, który wytrzymają poszczególne elementy. Jeśli korzystasz z laptopa, część tej energii trafia bezpośrednio do akumulatora, ładując go do pracy poza siecią. Następnie system działa w oparciu o zgromadzoną energię.
Nawet gdy system jest wyłączony, mała bateria CMOS nadal działa. Obsługuje działanie komplementarnego chipa półprzewodnika z tlenkiem metalu (CMOS), zachowując ustawienia sprzętowe i zapewniając dokładność zegara. Możesz to sprawdzić, zauważając, że czas nie zmienia się po uruchomieniu komputera po kilku tygodniach.
Gdzie przechowywane są dane
Dyski to urządzenia do przechowywania danych. Głównym narzędziem pracy jest dysk twardy. Tradycyjne modele wykorzystują cienkie dyski (talery), które wykorzystują pola magnetyczne do przechowywania plików. W nowoczesnych komputerach często zastępuje się je dyskami półprzewodnikowymi. Nie mają ruchomych części i korzystają wyłącznie z pamięci flash. Obydwa umożliwiają instalowanie aplikacji i zapisywanie dokumentów bezpośrednio na komputerze.
Pamiętasz stacje dyskietek? Już ich tam nie ma. Taki sam jak większość napędów CD-ROM i DVD-ROM. Kiedyś były standardem w zakresie instalowania oprogramowania i odtwarzania multimediów, ale napędy optyczne prawie zniknęły z nowoczesnych komputerów.
Połączenie i wyjście danych
Modemy zapewniają komunikację pomiędzy Twoim komputerem a innymi systemami. Są one ściśle powiązane z kartami bezprzewodowymi, które działają jako nadajniki i odbiorniki radiowe. Karty te przesyłają i odbierają dane na określonych częstotliwościach radiowych, umożliwiając połączenie z siecią Wi-Fi bez użycia kabla.
Dźwięk i karty graficzne odpowiadają za przesyłanie informacji audiowizualnych. Jeden odtwarza dźwięk, drugi wyświetla obrazy. Nie są one wymienne. Specyfikacje karty graficznej określają, jakie formaty oprogramowania może ona dekodować lub wyświetlać. Nie wszystkie karty obsługują te same kodeki. Jeśli wybierzesz niewłaściwy, odtwarzacz multimedialny może nie działać poprawnie.
Problem przegrzania i sposoby jego rozwiązania
Wewnątrz ciała toczy się ciągła walka z entropią. Systemy chłodzenia to pierwsza linia obrony, zwykle składająca się z chłodnic i wentylatorów. Bez nich przegrzanie to nie tylko niedogodność, ale awaria systemu, która wkrótce nastąpi. Po pierwsze, spada produktywność. Następnie system ulega awarii.
Radiatory to pasywne konstrukcje metalowe zaprojektowane w celu pochłaniania energii cieplnej i usuwania jej z kluczowych komponentów, takich jak procesor (CPU). Wentylatory stanowią aktywny mechanizm uwalniania zmagazynowanego ciepła do pomieszczenia. To prosta wymiana: pobieraj ciepło i wypuszczaj je na zewnątrz.
W przypadku konstrukcji o wysokiej wydajności chłodzenie powietrzem nie zawsze jest wystarczające. Niektóre systemy wybierają zaawansowane układy chłodzenia cieczą. Chłodzenie wodne wykorzystuje rurki z krążącym chłodziwem, które pochłaniają ciepło skuteczniej niż powietrze, odprowadzając je od wrażliwych części przed wrzuceniem do radiatora umieszczonego w innym miejscu obudowy.
Taka jest anatomia urządzenia. Teraz masz mapę podstawowych elementów w zwykłym komputerze. Nie trzeba otwierać obudowy i patrzeć na schemat, żeby zrozumieć, co dzieje się w środku. Tajemnica została rozwiana.
Teraz pojawia się napięcie: czy będzie działać, gdy to złożymy z powrotem?
Tematy do dalszych badań
Jeśli chcesz lepiej zrozumieć architekturę, która napędza Twoje codzienne cyfrowe życie, warto zbadać następujące obszary:
- Podstawy sprzętu : Jak działają komputery PC, Jak zbudować komputer, Jak działają płyty główne i Jak działają zasilacze do komputerów PC.
- Główne elementy : Jak działają mikroprocesory, Jak działa pamięć komputera, Jak działają karty graficzne i Jak działają dyski twarde.
- Interfejsy i kontrolery : Jak działa AGP, Jak działają kontrolery IDE, Jak działa USB i Jak działają karty dźwiękowe.
- Oprogramowanie systemowe : Jak działa BIOS i jak działają systemy operacyjne.
Źródła
- „Przewodnik po komputerze”. 17 kwietnia 2001 (dostęp: 9 września 2008) http://www.pcguide.com/
- „Przewodnik techniczny komputerów PC”. (Dostęp: 10 września 2008) http://www.pctechguide.com/
- Rosenthal, Morris. „Budowanie komputera – ilustrowany przewodnik krok po kroku”. 2008. (Dostęp: 10 września 2008) http://www.daileyint.com/build/
- Biały, Ron. „Jak działają komputery”. Opublikowane przez QUE Corporation. Wrzesień 1999
