Как работает комп. Как устроен компьютер. Ввод и вывод информации

Зачастую при упоминании слова "технология", большинство людей начинает думать о компьютерах , ведь фактически почти у каждого аспекта наших жизней есть некоторый компьютеризированный компонент. Различные устройства в наших домах имеют встроенные микропроцессоры , чипы и другие элементы компьютеров, они присутствуют в наших телевизорах, автомобилях, стиральных машинах, микроволновках и т.д., но компьютер, о котором все думают сначала, обычно является персональным компьютером иначе ПК.

ПК является инструментом общего назначения, созданного вокруг небольшого микропроцессора. У ПК есть много различных частей - память , жесткий диск, модем, и др. - которых объединяет одна общая цель – выполнить поставленную задачу. Это означает, что Вы можете делать разнообразные вещи на компьютере. Вы можете использовать его, чтобы создавать и редактировать документы, отправлять электронную почту, играть в игры и юзать интернет и массу других вещей.

Компьютеры прослеживают свою историю до 1970-ых, когда человек по имени Эдвард Робертс начал продавать компьютерные наборы, основанные на кристалле микропроцессора, разработанном Intel. Робертс назвал свой компьютер Альтаиром 8800 и продавал несобранные наборы за 395 долларов за один. К удивлению многих тогдашних умников наборы стали мгновенным хитом, и эра персонального компьютера началась.

Несколько лет позже, дуэт Стива Джобса и Стива Уозниэка выпустили компьютер Apple II и, начиная с этого момента популярность персонального компьютера, действительно начала взлетать. Другие производители следовали примеру, и скоро были выпущенны компьютеры от Commodore, Atari и Texas Instruments. Как видите, IBM вошел в игру совсем не после дебюта Apple II.

Сегодня, когда кто-то говорит о ПК, они имеют в виду машину, работающую на операционной системе Microsoft Windows с x86-64 совместимым микропроцессором, а вот компьютеры Apple Macintosh – технически попадающие под ПК, большинство из вас не назвало бы персональным компьютером, хотя старт компьютерных технологий остается за Apple.

В этой статье я буду говорить о ПК в общем, о его различных частях, которые входят в состав. Вы узнаете о различных компонентах, и как они взаимодействуют в основном операционном процессе.

Давайте посмотрим на основные компоненты типичного настольного компьютера:

1. Центральный процессор (ЦП) - микропроцессор "мозг" компьютерной системы называют центральным процессором. Это - микросхема, которая содержит полный вычислительный механизм. В качестве своего родного языка ЦП использует ассемблер. За всем, что делает компьютер, наблюдает ЦП.

2. Память - оперативное хранение информации. Большая скорость обмена данными необходима, потому что память соединяется непосредственно с микропроцессором. Есть несколько определенных типов памяти в компьютере:

3. Оперативная память (RAM) - используется, чтобы временно хранить информацию, с которой компьютер в настоящий момент работает;

4. Постоянная память (ROM) - постоянный тип хранения памяти, используемого компьютером для важных данных, которые в процессе работы не изменяются. Базовая система ввода-вывода (BIOS) - тип ROM, который используется во всех компьютерах, чтобы установить начальную передачу данных при включении компьютера.

5. Кэширование - хранение часто используемых данных в чрезвычайно быстрой RAM, которая соединяется непосредственно с ЦП.

6. Виртуальная память - пространство на жестком диске, используемое, для временного хранения данных и загрузки в и из RAM как рабочая информация.

7. Флэш-память - твердотельное устройство хранения информации, Флэш-память не требует никаких дополнительных устройств и сохраняет данные даже после отключения компьютера.

8. Системная плата (материнская плата) - это - основная печатная плата, с которой соединяются все другие внутренние компоненты такие как ЦП, память и др. На материнской плате могут располагаться разнообразные компоненты, которые либо встраиваются в её саму либо подключаются через дополнительные слоты это может быть звуковая карта, видеокарта и др.)

9. Блок питания - электрический преобразователь, который регулирует электричество, используемое компьютером.

10. Жесткий диск – емкость для постоянного хранения большого объема информации, такой как программы, документы, игры и др.. Традиционные жесткие диски содержат подвижные части – внутренние диски («блины»), на которых он хранит данные. Диск вращает блины, чтобы записать и считать данные. Некоторые более новые жесткие диски основаны на флэш-памяти без подвижных частей. Эти диски называют твердотельными дисками.

11. Операционная система - основное программное обеспечение, которое позволяет пользователю взаимодействовать через интерфейс с компьютером.

12. Дисковод со встроенным контроллером (IDE, SATA I, II, III).

13. Контроллер - основной интерфейс для жесткого диска, дисковода для компакт-дисков и дисковода флоппи дисков.

14. Ускоренный графический порт (AGP, PCI-E I, II) - очень высокоскоростное соединение, используемое видеокартой, чтобы взаимодействовать через интерфейс с компьютером.

15. Звуковая карта - используется компьютером, чтобы записывать и воспроизводить аудио, преобразовывая аналоговое звучание в цифровую информацию, как в прямом так и в обратном направлении.

16. Видеокарта - преобразовывает данные изображения из компьютера в формат, который может быть выведен на экран монитора. У современных видеокарт есть свои собственные мощные процессоры (названный GPU - графический процессор). GPU обрабатывает операции, которые в его отсутствие обрабатывал бы ЦП.

17. Порты – в рамках компьютерного оборудования, порт - интерфейс, который позволяет компьютеру связываться с периферийным оборудованием.

18. Часы реального времени - у каждого ПК есть часы, содержащие вибрирующий кристалл кварца. Обращаясь к этим часам, все компоненты в компьютере могут синхронизироваться должным образом.

19. Дополнительный элемент питания и связанная с ним память - CMOS и батарея CMOS позволяют компьютеру хранить информацию даже когда он отключен от сети 220В. Батарея обеспечивает бесперебойное питание памяти CMOS.

20. Вентиляторы, теплоотводы и системы охлаждения - компоненты в компьютере необходимые для отвода тепла, ведь от перегрева элементов компьютера может пострадать его производительность или вовсе перегреться и потерять работоспособность.

В следующей статье я раскажу о взаимодействие компьютера с окружающим его миром , а эту статью Вы можете обсудить на

Компьютер — это электронное устройство, которое работает с информацией и данными. Он может хранить информацию, обрабатывать, получать, передавать и т.д. Вы наверняка уже знаете, что с помощью компьютера можно работать с документами, электронной почтой, играть в игры, просматривать веб-страницы, а также работать с таблицами, презентациями, смотреть видео и многое другое.

В этом уроке мы ответим на основные вопросы, которые возникают у новичков, такие как, что такое компьютер и какие существуют виды компьютеров.

Аппаратное обеспечение и программное обеспечение

Прежде, чем пойти дальше, вы должны знать о двух важных вещах: это аппаратное обеспечение компьютера или другими словами «Железо», и программное обеспечение или просто программы, с которыми мы ежедневно выполняем какие либо задачи на компьютере.

Все ваши действия на компьютере связаны с аппаратным и программным обеспечением. Например, сейчас вы просматриваете эту веб страницу и изучаете урок с помощью веб-браузера (программного обеспечения), и на правой руке вы держите мышь (аппаратное обеспечение), с помощью которого можете легко перемещаться по страницам.

Виды и типы компьютеров

Когда большинство людей слышат слово компьютер, они представляют персональный компьютер или ноутбук. Однако, компьютеры бывают разных форм и размеров, и они выполняют различные функции в нашей повседневной жизни. Когда вы снимаете наличные в банкомате, когда ваши продукты в супермаркете проводят через сканер определяющий цену, или, когда вы пользуетесь калькулятором. Все это тоже компьютеры, но только другого типа и назначения.

Настольные компьютеры

Мы используем настольные компьютеры на работе, дома, в школе, в библиотеке и т.д. Они могут быть маленькими, средними, большими и находятся они обычно на столе. Он состоит из клавиатуры, мыши, монитора и системного блока. Подробно о том, из чего состоит компьютер, читайте .

Большинство настольных компьютеров легко обновить и расширить, или добавить новые детали. Еще одно преимущество настольных компьютеров — это их стоимость. Если сравните настольный компьютер и ноутбук с одинаковым функционалом, то скорее всего обнаружите что настольный компьютер по цене будет ниже.

Портативные компьютеры

Второй тип компьютеров — это ноутбуки. Их преимущество в том, что они работают от батареи и являются более компактными, мобильными и поэтому их можно использовать практически в любом месте.

Так как ноутбук меньше настольного компьютера, то будет труднее получить доступ к внутренним компонентам. Это означает — вы не можете обновить или добавить новые детали так же легко, как в случае с настольным компьютером.

Планшетные компьютеры

Планшетные компьютеры или просто «планшет». Они еще более компактны и мобильны чем ноутбуки. Вместо клавиатуры и тачпада используется сенсорный экран для набора и навигации. iPad — пример планшетного компьютера.

Планшет не может вам полностью заменить ваш домашний компьютер или ноутбук, т.к. запускать программы и работать с документами будет удобнее все же на ноутбуке или настольном компьютере. Но если вы хотите просто играть в игры, сидеть в социальных сетях, слушать музыку и смотреть видео, то планшет для вас может стать отличной заменой компьютеру.

Серверы

Сервер — это компьютер, который обслуживает других компьютеров в сети. Многие фирмы, предприятия имеют файловые серверы для хранения информации. Сервер может выглядеть как обычный настольный компьютер, или он может быть гораздо больших размеров.

Серверы играют важную роль и в . Они хранят в себе веб-страницы, сайты, фотографии и видео. И отвечают за их безопасность и время загрузки в браузере.

Другие типы компьютеров

Есть множество устройств, которые тоже в основном являются специализированными компьютерами, хотя мы не всегда думаем о них как о компьютерах. Вот несколько примеров:

• Мобильные телефоны : сегодня они способны предоставить вам очень много функций, которые раньше могли выполняться только на компьютере, к примеру, такие как игры, просмотр фильмов и т.д. Такие телефоны называют смартфонами.
• Игровые приставки : специализированный вид компьютера, который используется для воспроизведения видео игр. Хотя они не такие полнофункциональные как настольные компьютеры, многие из них могут выполнять такие задачи как, просмотр веб-страниц и видео в интернете.
• Телевизоры : многие телевизоры теперь включают в себя программы и приложения, которые дают возможность зайти в интернет или смотреть фильмы онлайн.

Персональные компьютеры бывают двух видов: ПК и Мак. Оба являются полностью функциональными, но внешне различаются.

ПК: Первый такой компьютер назывался IBM PC , которая была выпущена в 1981 году. Затем аналогичные компьютеры стали выпускать и другие компании. Сегодня это самый распространенный тип ПК и в нем используется операционная система Microsoft Windows.

Mac: Эти компьютеры начали выпускаться в 1984 году, компанией Apple Inc. Они являются первыми компьютерами с графическим пользовательским интерфейсом (GUI). В них используется операционная система Mac OS X.

Полагаю, что раз вы уже читаете данную статью с Интернет-ресурса, значит, с таким устройством, как компьютер, знакомы, видели его и представляете, как оно выглядит.

А задумывались ли вы когда-нибудь над тем, как работает компьютер? Ведь кроме таких, безусловно, важных составляющих, как монитор, клавиатура и мышка, есть еще и компоненты, которые можно увидеть, только заглянув внутрь. Это видеокарта, оперативная память, винчестер и процессор.

Хотя если вы не обладаете необходимым багажом знаний, то открывать крышку вашего системного блока или раскручивать монитор я бы вам не советовала. Во-первых, можно что-то непоправимо сломать, а во-вторых, все равно ведь ничего не поймете.

Предлагаю начать с чисто теоретических знаний.

Раздел 1. Воображение, господа, воображение!

Итак, я думаю, мы уже определились с тем, что никто пока не будет пытаться расковырять и раскурочить системный блок, чтобы лучше познакомиться с его содержимым.

Как же иначе?

Предлагаю представить себе рисунок. Не какой-нибудь шедевр мировой живописи, а скорее что-то наподобие детских каракулей. с выдвижными полочками, на котором стоит наш компьютер, состоящий из монитора, системного блока, клавиатуры, мышки, и, пожалуй, добавим еще парочку колонок. Ну как, представили? Теперь рядышком со всем этим изобразите человечка, в данном случае, себя. Готово?

Теперь открою вам тайну: вот этот человечек - это на самом деле очень-очень мощный двуядерный процессор типа INTEL (ну, или ATLON). Хотя вполне возможно, что он вовсе и не двуядерный… В данном случае это не столь важно. Возникает вполне логичный вопрос о том, а почему именно процессорю Да потому что это устройство подобно мозгу современного человека способно просчитывать наперед тысячи различных операций. Это своеобразный мозг, а как работать с компьютером без мозга? Никак!

Идем дальше. Монитор, изображенный на нашем виртуальном рисунке, будет видеокартой. Поверхность письменного стола превратим в оперативную память, а вот ящички стола заменят нам жесткий диск, называемый еще винчестером. Теперь «подключим» все к материнской плате (ну, в нашем с вами случае к основанию стола). Готово?

Именно по такому принципу подключения работает устройство.

Раздел 2. Как работает компьютер в целом и каждая из составных частей по отдельности.

Возвращаемся к нашему рисунку: вы сидите за столом, т.е. представляете собой процессор, вставленный в материнскую плату, а ваша комната - это не что иное, как системный блок.

Хватило воображения?

Представьте себе ситуацию, когда приходит обычный среднестатистический пользователь, нажимает на кнопку питания. К процессору (т.е. в данном случае к вам) поступает сигнал, и он включается в работу.

Если пользователю захочется посмотреть фильм или открыть какой-то нужный документ, он пошлет «вам» соответствующий сигнал. Вы полезете в ящичек стола (т.е. в винчестер) и откопаете там все необходимое.

Оперативная память работает в тысячи раз быстрее, чем процессор, она ускоряет процесс поиска той или иной информации. Она действительно напоминает собой поверхность стола и позволяет все необходимое хранить на виду, а не лазить каждый раз в ящики стола, затрачивая тем самым время и энергию.

Мне кажется, что сейчас каждый стремящийся узнать, как работает компьютер, вполне обоснованно спросит, а зачем же тогда нужен винчестер, если выуживать из него материал очень долго.

Все дело в том, что жесткий диск, обладающий значительным объемом, можно рассматривать, как своеобразное хранилище. Сами подумайте, что такое поверхность стола по сравнению со всем тем свободным местом, которое содержат ящички? Кроме того, оперативная память не может работать без постоянной подачи электропитания, поэтому стоит только отключить компьютер от сети, как вся сохраненная информация переместится опять на винчестер.

Раздел 3. Как работает компьютер? Заключение.

Теперь подведем итоги. Итак, всем внутри компьютера руководит процессор, он обрабатывает все хранящиеся здесь и необходимые для работы данные. Оперативная память нужна для того, чтобы ускорить работу процессора. Винчестер - это своеобразное хранилище информации.

Видеокарта, как вы, наверное, сами уже догадались, необходима для того, чтобы пользователь видел все происходящее на мониторе. Чем лучше и выше ее параметры, тем, соответственно, и качество картинки будет лучше.

Звуковая карта, которая на нашем виртуальном рисунке была представлена колонками, отвечает за все звуки на ПК, освобождая тем самым время процессора на обработку других данных. Нельзя не сказать, что сейчас в большинстве случаев она уже является встроенной в материнскую плату.

На компьютере человек, не зная всего вышеперечисленного. Мы же дышим и живем, хотя не каждый в курсе того, или сердце. Вот так и с ПК. Можно. Вот только для некоторых, пожалуй, скучно.

Сегодня компьютерные устройства настолько прочно вошли в нашу жизнь, что представить себе наше существование без них кажется невозможным. Однако большинство пользователей практически никогда не задумывается о том, как же работают все эти системы. Далее будет рассмотрено, (для «чайников», так сказать). Конечно, описать все подробно и осветить все технические стороны не получится (да это большинству и не нужно). Поэтому ограничимся основными аспектами, говоря простым «человеческим» языком.

Компьютер для «чайников»: основные компоненты

Говоря об устройстве любого компьютерного устройства, следует четко понимать, что в основе своей он состоит из аппаратной и программной части.

Под аппаратной частью понимают все подключенные устройства, которые, если можно так выразиться, можно потрогать руками (процессоры, планки памяти, жесткие диски, мониторы, видео-, аудио- и звуковые адаптеры, клавиатуру, мышь, периферийные устройства вроде принтеров, сканеров и т. д.). В народе все эти компоненты иногда называют «компьютерным железом».

Программная часть состоит из множества компонентов, среди которых главенствующую роль играет операционная система, на основе которой производится взаимодействие между аппаратной частью и другими программами и устанавливаемые в ней драйвера устройств - специальные программы, с помощью которых ОС может взаимодействовать с самим «железом» и задействовать его при выполнении определенных задач.

Отсюда нетрудно сделать вывод о том, что главный принцип работы компьютера любого типа состоит во взаимодействии «железных» и программных компонентов. Но это только поверхностное представление. Эти процессы будут описаны несколько позже.

Компьютерное «железо»

В аппаратной части, как считают многие, на первом месте стоят процессор и оперативная память. Отчасти, это так и есть. Именно они обеспечивают выполнение всех программных команд и дают возможность запускать те или иные процессы.

С другой стороны, если копнуть глубже, ни один «железный» компонент сам по себе ничего не стоит, ведь его для использования надо куда-то подключить. И тут первостепенное значение уделяется, так называемым, материнским платам (в народе - «материнкам») - специальным устройствам, на которые монтируются все остальные компоненты, микросхемы и т. д. В этом смысле основной принцип работы компьютера (корректного функционирования без сбоев) состоит в том, чтобы правильно подключить все аппаратные компоненты через соответствующие контроллеры к специальным слотам или разъемам на самой плате. Тут есть свои правила, например, по корректному использованию шин PCI, по подключению жестких дисков и съемных дисководов с использованием принципа Master/Slave и т. д.

Отдельно стоит сказать о на котором записана информация, как бы навечно, и оперативном запоминающем устройстве (ОЗУ), служащем для выполнения программных компонентов.

Виды программного обеспечения

Программный принцип работы компьютера подразумевает использование соответствующего программного обеспечения для выполнения поставленных задач.

В общем понимании ПО делится на несколько категорий, среди которых отдельно можно выделить системное и К относят сами операционные системы, драйвера устройств, иногда сервисные утилиты, необходимые для обеспечения корректной работы всей системы. Это, так сказать, общая оболочка, в которую встраиваются прикладные программы и приложения. ПО этого типа имеет строгую направленность, то есть, ориентировано на выполнение какой-то определенной задачи.

Но раз речь идет именно о том, что представляют собой основные принципы работы компьютера в общем смысле, на первое место выходит именно системное ПО. Далее рассмотрим, как запускается вся компьютерная система.

Урок информатики. Компьютер: включение и проверка устройств

Наверное, многие пользователи стационарных ПК замечали, что при включении компьютера раздается характерный звук системного динамика. Мало кто обращает на него внимания, однако из факта его появления можно сделать вывод о том, что все «железные» устройства работают нормально.

Что получается? Принцип работы компьютера состоит в том, что при подаче питания на специальную микросхему, называемую устройством первичного ввода/вывода, производится тестирование всех устройств. В первую очередь идет обнаружение неполадок в работе видеоадаптера, ведь если он не в порядке, система просто не сможет вывести на экран визуальную информацию. Только потом определяется тип процессора и его характеристики, параметры оперативной памяти, жесткие диски и другие устройства. По сути, в BIOS изначально хранится информация по всему «железу».

Варианты загрузки

Тут же имеется и система выбора загрузочного устройства (жесткий диск, оптический носитель, USB-устройство, сеть, и т. д.). В любом случае дальнейший принцип работы компьютера в плане загрузки состоит в том, чтобы на устройстве присутствовала, так называемая, загрузочная запись, необходимая для старта системы.

Старт операционной системы

Для загрузки ОС необходим специальный загрузчик, который инициализирует ядро системы, записанное на жестком диске, и помещает его в оперативную память, после чего управление процессами передается уже самой ОС.

Кроме того, основная загрузочная запись может иметь и более гибкие настройки, предоставляя право выбора загружаемой системы пользователю. Если же старт производится со съемного носителя, исполняемый загрузочный код считывается с него, но загрузка в любом варианте производится только в том случае, если BIOS определит исполняемый код как действительный. В противном случае на экране появится уведомление о невозможности старта, вроде того, что загрузочный раздел не найден. При этом иногда используется таблица разделов, которая содержит информацию обо всех логических дисках, на которые может быть поделен винчестер. Кроме всего прочего, доступ к информации напрямую зависит от структуры организации файлов, которая носит название файловой системы (FAT, NTFS и др.).

Заметьте, это самая примитивная интерпретация процесса загрузки, поскольку на самом деле все гораздо сложнее.

запуск программ

Итак, операционная система загрузилась. Теперь остановимся на вопросах функционирования программ и приложений. За их выполнение в первую очередь отвечают центральный процессор и оперативная память, не говоря о задействованных драйверах других устройств.

Принцип работы памяти компьютера заключается в том, что при запуске исполняемого файла программы или другого объекта из ПЗУ или съемного носителя, когда приложение исполняет как бы дополняющую роль, в оперативную память (ОЗУ) через ядро системы помещаются некоторые сопутствующие компоненты, чаще всего представляющие собой динамические библиотеки (хотя для простых программ их наличие может быть и не предусмотрено), и необходимые для работы драйверы устройств.

Они обеспечивают связь между операционной системой, самой программой и пользователем. Понятно, что чем больший объем имеет оперативная память, тем больше компонентов в нее можно загрузить и тем быстрее будет происходить их обработка. При поступлении команд взаимодействия в дело вступает центральный процессор, который и производит все вычислительные действия в системе. По завершении работы приложения или при выключении компьютера все компоненты из «оперативки» выгружаются. Но так бывает не всегда.

Изменение параметров системы

Некоторые процессы могут находиться в оперативной памяти постоянно. Поэтому их нужно останавливать вручную. В Windows-системах многие службы стартуют автоматически, а вот пользователю они оказываются совершенно ненужными. В этом случае применяется настройка автозапуска. В самом простом варианте применяются программы-оптимизаторы, которые очищают ненужные процессы, удаляют компьютерный мусор в автоматическом режиме. Но это уже отдельный разговор.